QFL-605 - QUÍMICA GERAL - EXPERIÊNCIA 2
ANÁLISE DE MANGANÊS NA PIROLUSITA
I. OBJETIVO: Determinar o teor de dióxido de manganês
(MnO2) em uma amostra de pirolusita, minério de manganês,
utilizando titulação volumétrica de óxido-redução.
II. CONCEITOS ENVOLVIDOS: número de oxidação;
reações de óxido-redução; balanceamento de equações de óxidoredução; massa molar; mol; cálculos estequiométricos; titulação
volumétrica. Estes conceitos devem ser revistos pelo estudante
antes da realização do experimento.
III. INTRODUÇÃO: O dióxido de manganês, MnO2,
encontra-se na natureza na forma do minério conhecido como
pirolusita. Nesse minério, o teor de MnO2 (e, conseqüentemente,
de manganês) varia, pois muitas impurezas (tais como silicatos e
outros minerais) podem aparecer associadas ao dióxido de
manganês.
No presente experimento, a determinação da
percentagem em massa de manganês em uma amostra de pirolusita
será feita através de um método titulométrico, baseado em uma
reação de óxido-redução.
III.1. REAÇÕES DE ÓXIDO-REDUÇÃO: Reações de óxidoredução (ou reações redox) são processos químicos nos quais
ocorre transferência de elétrons entre as espécies reagentes.
Nessas reações, há variação do número de oxidação de pelo menos
um dos elementos presentes em cada uma das substâncias
envolvidas na troca de elétrons. As espécies que perdem elétrons
têm seu número de oxidação aumentado: diz-se que sofrem oxidação e são redutoras, isto é, são capazes de reduzir outras
espécies. Por outro lado, as espécies que ganham elétrons têm
seu número de oxidação diminuído: sofrem redução e atuam
como oxidantes  oxidam outras substâncias. Uma reação redox
sempre é a somatória de dois processos: uma redução e uma
oxidação. Por exemplo, a reação entre ferro metálico e a solução
aquosa de um ácido forte, é representada pelas equações químicas
que se seguem:
3+
oxidação 2Fe(s) → 2Fe (aq) + 6e
+
redução 6H (aq) + 6e → 3H2 (g)
+
3+
total 2Fe (s) + 6H (aq) → 2Fe (aq) + 3H2 (g)
III.2 MÉTODO TITULOMÉTRICO: O pricípio envolvido
neste procedimento experimental é bastante simples: o MnO2 será
dissolvido através de uma reação redox com excesso de íons
oxalato. Esse excesso será, então, titulado através de reação com
íons permanganato. Assim, pela diferença entre a quantidade de
íons oxalato determinada na titulação e aquela adicionada
inicialmente, obtem-se a quantidade de dióxido de manganês que
efetivamente reagiu.
Conhecendo-se este valor, calcula-se
facilmente o teor de dióxido de manganês presente no minério.
a PREPARAÇÃO DA AMOSTRA: A dissolução da amostra é
feita através da fervura do minério triturado com excesso de uma
solução ácida de oxalato de sódio (ou potássio). A dissolução do
dióxido de manganês pode ser representada pela equação (nãobalanceada) abaixo:
2+
2+
C2O4 (aq) + MnO2(s) + H (aq) → CO2(aq) + Mn (aq) + H2O(l)
Ao final deste processo, além dos produtos da reação,
permanecem em solução os íons oxalato que estiverem em
excesso.
b. TITULAÇÃO: Durante a titulação, o excesso de íons
oxalato presente é determinado através da reação dessa espécie
com uma solução padronizada de permanganato de potássio
(KMnO4), segundo a equação não-balanceada:
2+
2+
C2O4 + MnO4 (aq) + H (aq) → CO2(g) + Mn (aq) + H2O(l)
O descoramento imediato da solução de permanganato de
potásssio após a adição de cada gota, deve-se ao consumo do
titulante. Dessa forma, o aparecimento da primeira coloração na
solução titulada deve-se à presença do primeiro excesso de
permanganato, indicando o ponto final da titulação.
IV. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Pese,
em balança analítica, uma amostra do minério, seco e pulverizado,
cuja massa seja de cerca de 0,2 g. Anote a massa exata medida.
Transfira a amostra para um erlenmeyer de 250 mL e adicione
65,00 mL de uma solução-padrão de oxalato de potássio (ou de
-1
sódio) de concentração aproximadamente igual a 0,05 mol.L
(anote o valor exato, escrito no rótulo do frasco da solução
utilizada no laboratório). Adicione ao mesmo erlenmayer, 50 mL
-1
de ácido sulfúrico 2 mol.L e ferva a mistura até que reste uma
quantidade de sólido constante (ou até que ocorra dissolução total
do material). Os sólidos que permanecem em suspensão na
solução resultante do processo de dissolução do minério são,
geralmente, silicatos insolúveis. Caso seja necessário, filtre a
mistura através de um funil de placa porosa. Após resfriar o
sistema, titule o excesso de íons oxalato com uma solução-padrão
de permanganato de potássio aproximadamente 0,012 mol.L
1
-1
.(anote o valor exato). Calcule a concentração (em mols. L )
de íons manganês presentes na amostra dissolvida e o teor de di
óxido de manganês no minério analisado.
V. QUESTÕES PARA AUTO-AVALIAÇÃO
+
1. Considere a reação entre ferro metálico e íons H , apresentada
na Introdução: nesse caso, qual é a espécie redutora? Qual é a
espécie oxidante? Qual é o número de oxidação do ferro metálico? E dos íons ferro?
2. Qual é o número de oxidação: do gás hidrogênio; do cátion
hidrogênio; do manganês (no dióxido de manganês); do cloro, no
gás cloro?
3. Para o processo de dissolução da pirolusita, escreva as equações
que representam as reações de oxidação e de redução envolvidas
na oxi-redução.
4 Escreva a equação balanceada, para o processo de dissolução
da pirolusita. Nesta reação, qual é o reagente limitante?
NOTA: Perceba que, para balancear corretamente uma equação
de óxido-redução, é necessário respeitar, além do balanço de
massa, também o balanço de carga. Assim, quando a equação
está escrita na forma iônica, a somatória das cargas deve ser a
mesma nos dois lados da equação (ou da semi-equação).
5. A equação que descreve a titulação dos íons oxalato representa
uma reação de óxido-redução? Por que?
6. Caso a titulação dos íons oxalato seja um processo de óxidoredução, escreva as equações que representam as reações de
oxidação e de redução envolvidas na titulação e,.ainda, a equação
balanceada, que representa o processo total de oxi-redução.
7. Por qual motivo é necessário acrescentarem-se íons sulfato ao
meio reacional? Não se poderia utilizar, por exemplo, ácido
clorídrico para acidular o meio?
8. Em uma titulação, o que é ponto final e o que é ponto de
equivalência? Como você poderá identificar o ponto final desta
titulação?
V. BIBLIOGRAFIA:
1.
2.
3.
Kolthoff, Sandell, Meehan e Buckenstein, "Quantitative
Chemical Analysis", 4ª Ed., The MacMillan Co., Londres.
1969.
Vogel, A. I., "Textbook of Quantitative Inorganic Analysis",
Longmanns, Green & Co., Londres, 1959.
Alexeyev, V., "Quantitative Analysis", Mir Publishers,
Moscow, capítulo 4 (volumetric analysis) e capítulo 7
(oxidation-reduction methods).