VOLUMETRIA ÁCIDO-BASE: DETERMINAÇÃO DE NITROGÊNIO EM POLÍMEROS MÉTODO DE KJELDAHL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CURSO DE QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO 2

VOLUMETRIA ÁCIDO-BASE:

DETERMINAÇÃO DE NITROGÊNIO EM POLÍMEROS

MÉTODO DE KJELDAHL

*OBJETIVOS

Temos como objetivo a determinação da quantidade de nitrogênio presente em um polímero, neste caso, o nylon 6-6. E após a determinação desta, comparar os valores teóricos com os práticos encontrados.

*INTRODUÇÃO

Para a determinação, utilizamos o método de Kjeldahl, um método laboratorial pra determinação de nitrogênio em materiais biológicos e não-biológicos. É um método confiável , simples e amplamente conhecido, utilizando aparelhos e reagentes comuns em todo laboratório de análises químicas. No método original, a digestão é feita com ácido sulfúrico fumegante. Fundamenta-se na destruição da matéria orgânica com ácido sulfúrico, oxidando o carbono e o oxigênio a dióxido de carbono e água. Uma parte do ácido sulfúrico se reduz a dióxido de enxofre, o qual reduz o material nitrogenado a amônia. A amônia formada combina-se com ácido sulfúrico, permanecendo como sulfato de amônia, uma substância com alto ponto de ebulição.

1) Digestão

Durante a digestão, colocamos sulfato de cobre como catalisador. E colocamos o sulfato de sódio para aumentar a temperatura da mistura e assim, acelerando a digestão. Pois, o sulfato de sódio causa abaixamento da pressão na mistura. Ou seja, a mistura poderá atingir maiores temperaturas sem sofrer mudanças de estado físico.

- ( OC - (CH₂)₄ - OC – NH – (CH₂)₆ - NH )n -

Monômero ( nylon 6-6)

Reação de digestão:

Amostra(C,H,N,O) + H₂SO₄ CO₂(g) + H₂O(g) + SO₂ (g) + NH₃(g)

Na₂SO₄ / CuSO₄

OBS: Não podemos perder a amônia em forma de gás. Logo, temos que ter ácido sulfúrico em excesso para formar o sal ácido de amônia.

Observe;

NH₃(g) + H₂SO₄(aq) NH₄⁺HSO₄⁻(aq)

2) Destilação do nitrogênio ( amônia )

A amônia gerada na digestão é destilada por arraste de vapor, após sua hidratação com hidróxido de sódio e EDTA. Utilizamos tal mistura para deixar a solução alcalina. Destilamos então a solução, e coletamos a amônia destilada em ácido bórico, que forma com a amônia um composto mais estável (borato de amônia), não deixando que perdêssemos a substância. Mesmo sendo mais estável, é necessário que o frasco receptor da amônia destilada seja mantido resfriado durante a destilação. Caso contrário, podemos ter perdas de borato de amônia, pois este é volátil. Podemos notar, que devido ao indicador, a solução de ácido bórico inicialmente encontrava em coloração vermelha, devido ao indicador misto de verde de bromocresol e vermelho de metila ali colocado. Após a destilação, a solução sofre uma mudança de cor, se tornando verde.

Equações:

NH₄⁺HSO₄⁻ + 2NaOH +EDTA NH₃(g) + H₂O + SO₄²⁻ + 2Na⁺

NH₃(aq) + H₃BO₃ (aq)+ indicador NH₄⁺(aq) + H₂BO₃⁻ (aq)

Vermelho Verde

Verde de bromocresol

Indicador Misto ácido(H₃BO₃): vermelho/ básico: verde

Vermelho de metila

3) Titulação ácido-base

Podemos então fazer a titulação da amônia diretamente, com a solução padrão de ácido forte, pois o ácido bórico é muito fraco, não atrapalhando a titulação, pois afeta muito pouco a concentração do íon hidrogênio. Tal método consiste em reagir um ácido com uma base para que se atinja o ponto de equivalência. À medida que é adicionado o titulante ao titulado, o pH da solução (titulante+titulado) varia. Ao final da titulação, a solução passa de uma coloração inicial verde para um violeta pálido.

Equação:

NH₄⁺H₂BO₃⁻ + HCL (aq) H₃BO₃(aq) + NH₄⁺ + Cl⁻

*EXPERIMENTO

Materiais :

1 tubo de ensaio

1 funil

1 aparelho de destilação de Kjeldahl

1 frasco de Erlenmeyer de 125ml

1 balão volumétrico de 100,0ml

1 pipeta volumétrica de 20,0ml

1 bastão de vidro

Reagentes:

Sulfato de sódio anidro em pó

Sulfato de cobre cristalizado

Ácido Sulfúrico – solução concentrada

Solução de sulfeto de sódio

Solução padrão de hidróxido de sódio

Solução de ácido bórico

Solução de indicador misto

Novamente, dividiremos o experimento em 3 etapas: Digestão; Destilação; Titulação

1) Digestão

Colocamos 0,105g de amostra do polímero (nylon 6-6) em um tubo de ensaio, adicionamos em seguida 2,002g de sulfato de sódio (sal branco), 0,6044g de sulfato cúprico e 5ml de ácido sulfúrico. Aquecemos a mistura levemente, dentro da capela, até cessar a formação de espumas. A partir de então, iniciamos a digestão com aumento de temperatura, até oxidação completa. A etapa levou por volta de 80 minutos, a uma temperatura aproximada de 400 graus Celsius.

Retiremos então a mistura, e esperamos que