Anexo I: Ácido Fosfórico Comercial Anexo II: Glicerina USP
Anexo III: Implementação do Novo Método de Análise do Ácido Fosfórico Anexo IV: Procedimentos Experimentais Realizados na Empresa
Anexo V: Observações Experimentais Realizadas Durante o Projeto Anexo VI: Procedimento Experimental Adotado na Empresa
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Anexo I: Ácido Fosfórico Comercial
i. Observações Experimentais
O parâmetro avaliado para a caracterização do ácido fosfórico comercial em questão foi a massa volúmica, cujos dados se encontram dispostos na Tabela I.1.
Tabela I.1: Dados obtidos durante a determinação da massa volúmica das amostras em estudo, ρH3PO4
mH3PO4/g Vsolução/mL ρH3PO4/(g/mL)
Líquido 41.2825 ± 0.0001 25 ± 0.04 1.6513 ± 0.0026
Descongelado 43.3191 ± 0.0001 25 ± 0.04 1.7328 ± 0.0028
A Tabela I.2 apresenta os dados que relacionam a massa volúmica de uma amostra de ácido fosfórico, com a pureza da amostra.
Tabela I.2: Relação entre a massa volúmica de uma amostra de ácido fosfórico e a sua pureza (Green & Perry,
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A Figura I.1 apresenta o diagrama de fases do ácido fosfórico, que relaciona a temperatura de congelação de um solução de ácido fosfórico, º C, com a concentração do ácido fosfórico, %.
Figura I.1: Diagrama de fases do ácido fosfórico (PotashCorp, 2015).
ii. Procedimento Experimental
o Massa Volúmica
Material e equipamento: Balança analítica;
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Funil;
Pipeta de Pasteur. Procedimento:
Coloca-se o balão volumétrico na balança e tara-se o seu peso. De seguida procede- -se à transferência do produto para o balão volumétrico, acertando o volume pelo menisco. O valor da massa medida deve ser anotado.
Cálculos:
A massa volúmica de uma amostra é determinada através da Equação 18.
� =
Onde corresponde à massa da amostra pesada, corresponde ao volume do balão utilizado e � corresponde à massa volúmica da amostra.
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Anexo II: Glicerina USP
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ii. Procedimentos Experimentais
a) Massa Volúmica
Executar procedimento descrito no Anexo I. ii. a). b) Índice de Refração Material e equipamento: Refratómetro Abbe, 19.5 °C Reagentes: Álcool etílico Procedimento:
Colocam-se as amostras no refratómetro, sendo que entre cada amostra este deve ser limpo com álcool etílico, e o valor do índice de refração anotado. Cada amostra deve ser analisada em triplicado.
c) Pureza Material e equipamento: Cromatógrafo para HPLC; Balão volumétrico de 250 mL (± 0.15 mL); Balança analítica (± 0.0001 g); Pipeta de Pasteur; Esguicho. Procedimento:
Para cada amostra prepara-se uma solução de 10 g/L, pesando-se cerca de 2.5 g de cada amostra para cada balão de 250 mL e perfazendo o volume com água desmineralizada.
As amostras são injetadas, em triplicado, na coluna de HPLC e registam-se os valores correspondentes da área do pico de glicerol. Através da curva de calibração é
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possível descobrir o teor de glicerol em cada amostra. Cálculos:
A concentração das soluções preparadas para análise determina-se através da Equação 19.
=
Onde, a m corresponde à massa da amostra pesada para preparar a solução e V corresponde ao volume da solução preparada.
Para determinar a concentração da amostra é necessário recorrer aos dados da amostra da glicerina original, como a sua concentração e a área do pico de glicerol correspondentes.
Assim sendo, através da Equação 20 é possível determinar a concentração da amostra.
= ��
i i × i i
Onde, i i corresponde à concentração da amostra original medida no HPLC, � i i corresponde à área do pico do glicerol da amostra original e e � corresponde à concentração que se pretende conhecer e à área do pico da amostra de interesse, respetivamente.
Conhecido o valor da concentração da amostra de interesse, procede-se ao cálculo do teor de glicerol presente na amostra, através da Equação 21, onde, i corresponde à concentração da amostra determinada através da Equação 19 e i corresponde à concentração calculada através da Equação 20.
�
% = ii ×
Equação 20 Equação 19
75 Construção da curva de calibração
Material e equipamento: Balão volumétrico de 250 mL (± 0.15 mL); Balão volumétrico de 50 mL (± 0.06 mL); Pipeta de Pasteur; Pipeta volumétrica de 20 mL (± 0.10 mL); Pipeta graduada de 10 mL (± 0.02 mL); Balança analítica (± 0.0001 g); Esguicho. Procedimento:
Prepara-se num balão volumétrico de 250 mL uma solução mãe de glicerina USP com uma concentração de 16 g/L e regista-se a sua concentração exata. De seguida, procede-se à preparação de 4 soluções-padrão de 20 %, 40 %, 60 % e 80 % a partir da solução-mãe, por diluição.
Cada uma das soluções preparadas é injetada na coluna e a área de cada pico apontada. A curva de calibração construída permite a determinação da concentração de glicerol em cada amostra.
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Anexo III: Implementação do Novo Método de Análise do Ácido Fosfórico
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ii. Procedimentos Experimentais
Padronização da solução de hidróxido de sódio 0.1 mol/L
Para a padronização da solução de NaOH utiliza-se biftalato de potássio, previamente seco durante 1 h a 2 h na estufa, a 110 °C. De seguida pesam-se duas amostras de biftalato entre 0.6 g e 0.7 g, com uma precisão de 0.0001 g e transfere-se cada uma das amostras para erlenmeyers de 250 mL, adicionando 25 mL (± 0.10 mL) de água desmineralizada. Agita-se com cuidado até o biftalato se encontrar completamente dissolvido.
De seguida, procede-se à titulação das soluções com a solução de NaOH 0.1 mol/L, usando-se duas gotas de fenolftaleína como indicador, até à viragem de incolor para cor-de- rosa claro transparente. Aponta-se o volume de titulante gasto e procede-se ao cálculo da concentração material da solução de NaOH.
Cálculos:
A reação que ocorre entre o titulante, NaOH, e o padrão primário, o biftalato de potássio, que apresenta fórmula química C8H5KO4, é a seguinte:
NaOH + C8H KO → NaC8H KO + H O
Sabendo a massa de biftalato utilizado e a sua massa molar, 204.24 g/mol, determina- se a quantidade de matéria que corresponde ao biftalato utilizado, através da Equação 22:
C8H =
De seguida, procede-se ao cálculo da concentração material do titulante. Com recurso à equação da reação entre os dois compostos verifica-se que:
C8H = H
⇔ C8H = H × H
⇔ H= C8H
H
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a) Massa Volúmica
Executar o procedimento escrito no Anexo I. ii. a). b) Pureza Materiais e equipamentos: Pipeta volumétrica 20 mL (± 0.10 mL); Balão volumétrico 250 mL (± 0.15 mL); Erlenmeyer 250 mL; Pipeta de Pasteur; Esguicho; Bureta 50 mL (± 0.05 mL); Gobelé 100 mL; Potenciómetro. Reagentes e indicadores:
Solução de hidróxido de sódio, NaOH 0.1 mol/L; Biftalato de potássio;
Indicador alaranjado de metilo; Indicador timolftaleína.
Alternativa 1:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até 0.0001 g, transferindo-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL e perfazendo-se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador alaranjado de metilo. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução de NaOH 0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de vermelho transparente para cor-de-laranja claro transparente. Mede-se o valor do pH do titulado e quando se atingir um pH de 4.6, termina-se a titulação, anotando-se o volume de titulante gasto.
79 Adicionam-se 4 gotas do indicador timolftaleína ao meio e continua-se com a titulação, até se verificar a viragem do indicador de amarelo para azul e o valor do pH se verificar ser de 9.45. Apontam-se os valores do volume de titulante gasto e determina-se o teor de ácido fosfórico presente na amostra.
Alternativa 2:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até 0.0001 g, e transferem-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL, perfazendo.se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador alaranjado de metilo. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução de NaOH 0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de vermelho transparente para cor-de-laranja claro transparente, anotando-se o volume de titulante gasto na primeira titulação.
De seguida, adicionam-se 10 gotas do indicador fenolftaleína ao meio e continua-se com a titulação, até se verificar a viragem do indicador de alaranjado para cor-de-rosa. Apontam-se os valores do volume de titulante gasto e determina-se o teor de ácido fosfórico presente na amostra.
Alternativa 3:
Pesam-se 2 g da solução de ácido fosfórico comercial com uma precisão até 0.0001 g, e transferem-se quantitativamente para o balão volumétrico de 250 mL, perfazendo.se o volume com água desmineralizada. De seguida, transferem-se 25 mL da solução para um erlenmeyer de 250 mL e adicionam-se 4 gotas do indicador timolftaleína. Posteriormente, procede-se à titulação da solução com a solução de NaOH 0.1 mol/L padronizada, até se verificar a viragem do indicador de incolor para azul claro transparente, anotando-se o volume de titulante gasto.
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Cálculos:
As equações da reação entre o ácido fosfórico e o hidróxido de sódio na primeira e segunda titulação são as seguintes:
1ª titulação: H PO + NaOH → NaH PO + H O 2ª titulação: H PO + NaOH → Na HPO + H O
A concentração molar do titulado é determinada da seguinte forma, através da Equação 2:
i = H
⇔ i × i = H × H
⇔ i = H × H
i
Utilizando a i é possível determinar a concentração molar da amostra de ácido fosfórico:
H = i
⇔ H × H = i ×
⇔ H = i H × i
�H
Sabendo a concentração molar da amostra de ácido fosfórico, procede-se ao cálculo da concentração mássica da amostra:
H = H × H
Após a determinação da concentração mássica da amostra, determina-se o teor de ácido fosfórico presente na amostra, em percentagem, de ácido fosfórico comercial Equação 23
81 através da Equação 24:
�
% = �HH ×
Onde, H corresponde à concentração mássica, determinada a partir da Equação 23 e �H corresponde à massa volúmica da amostra de ácido fosfórico.
Para calcular a pureza da amostra através dos dados obtidos na segunda titulação e da titulação com timolftaleína realizam-se as etapas anteriormente descritas com a alteração na Equação 2, que apresenta a seguinte forma:
× i = H
Uma vez que se trata de uma reação ácido-base, onde as unidades de reação são os protões, a Equação 2 representa a 2.ª titulação o ácido fosfórico, onde este consegue doar 2 protões e o NaOH apenas consegue receber 1 protão.
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