Determinação de Ca 2+ e de Mg 2+ em alimentos por formação de iões complexos

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Determinação de Ca2+ e de Mg2+ em alimentos por formação de iões complexosDeterminação de Ca2+ e de Mg2+ em alimentos por formação de iões complexos
Determinação de Ca2+ e de Mg2+ em alimentos por formação de iões complexos
Determinação de Ca2+ e de Mg2+ em alimentos por formação de iões complexos







Autores: Andreia Raquel Ribeiro nº15729 12ºCT3
Ano Letivo 2015/2016
Disciplina: Química
Docente: Maria Cristina Monteiro

Cantanhede, Dezembro de 2015

Índice
Objetivos da Atividade´ 2
Introdução teórica 2
Material utilizado 3
Reagentes 4
Procedimento experimental 4
Determinação conjunta do cálcio e do magnésio 4
Determinação do cálcio 4
Observações 4
Registos e cálculos 5
Determinação conjunta do cálcio e do magnésio 5
Conclusão 7
Referências bibliográficas 7





Objetivos da Atividade
Determinar a concentração do cálcio e do magnésio no leito por titulação de retorno;
Determinar a concentração do cálcio no leite, por titulação de retorno, após a precipitação do ião magnésio como hidróxido.
Introdução teórica
Quando um ião de metal se encontra associado a moléculas de outra substância, chama-se a tal associação um ião complexo. A determinação da quantidade rigorosa da substância será realizada por volumetria de complexação de grande estabilidade, baseando-se, portanto, a reação entre um ião metálico e um agente químico para formar um complexo metal-ligando:
Complexo
metal-ligandoComplexo
metal-ligando metal metal ligando ligando M+n+ :L-P [M:L]+n-p

Complexo
metal-ligando
Complexo
metal-ligando
metal
metal
ligando
ligando

Numa titulaçao complexométrica, o constituinte em análise e o titulante formam um ião complexo. Os ligantes quelantes (multidentados) formam complexos mais estáveis que os ligantes monodentados, porque a entropia da formação do complexo favorece mais a ligação de um ligante grande do que a vários ligantes pequenos.
Ácidos aminocarboxílicos sintéticos como o EDTA possuem grandes constantes de ligação metálica e são muito usados em química analítica. Abreviadamente, o H4Y, é um ácido tetraprótico que se apresenta como um pó cristalino branco capaz de se coordenar com quase todos os catiões metálicos na estequiometria 1:1 (potencialmente um ligante hexadentado) através dos dois átomos de nitrogénio e mais quatro grupos carboxilo. Os complexos formados têm a grande vantagem de serem estáveis, solúveis e de se formarem rapidamente o que justifica que este seja o reagente mais utilizado em reações de complexação.
Na2H2EDTAaq 2Na+aq+H2EDTA2-(aq) (desionização do sal dissódico)


Figura 1. ácido etilenodiamino tetra-acéticoFigura 1. ácido etilenodiamino tetra-acético
Figura 1. ácido etilenodiamino tetra-acético
Figura 1. ácido etilenodiamino tetra-acético

Figura 2. Negro eriocromo TFigura 2. Negro eriocromo T A determinação da quantidade de Ca2+ e Mg2+ presentes num alimento é um exemplo da utilização do EDTA em complexometria conjugado com a titulação de retorno. Assim, provocar-se-à (após a complexação dos iões cálcio e magnésio) a reação completata do titulado (EDTA) com excesso de titulante.
Figura 2. Negro eriocromo T
Figura 2. Negro eriocromo T
Ca2+(aq) + H2EDTA2-(aq) CaEDTA2-(aq)+ 2H+(aq) (complexação do cálcio)
Mg2+(aq) + H2EDTA2(aq) MgEDTA2-(aq) + 2H+(aq) ((complexação do magnésio)

Para determinar o ponto de equilíbrio, na titulação é utilizado indicadores metalocrómicos, ou seja, compostos orgânicos corados que formam quelados de cor avermelhada com catiões metálicos.
Na determinação dos dois iões (em simultâneo) normalmente é utilizado o negro eriocromo T uma vez que o Ph é aproximadamente 10, indicador este que apresenta a cor azul. Ao adicionar o tampão NH3/NH4Cl garante-se que não há flutuações de pH. Este indicador na forma livre apresenta uma cor azul e quando forma complexos com os iões magnésio e cálcio vermelho-vinoso dando a indicação que o ponto de viragem foi atingido e, portanto dá-se o fim da titulação.
HInd2-aq+Ca2+aq CaInd-aq+H+(aq)
HInd2-aq+Mg2+aq MgInd-aq+H+(aq)
Aquando a determinação individual da quantidade de iões cálcio, uma vez que se adiciona NaOH (uma base forte), o pH da solução será ajustado a 13 invalidando a utilização negro eriocromo T. Usa-se então, CALCON que em solução aquosa é azul e depois de complexado com Ca2+ muda para violeta, uma vez que os iões magnésio precipitaram na forma de hidróxido.
NaOHaq Na+aq+HO-(aq)
Mg2+aq+OH-aq Mg(OH)2s
Numa titulação com EDTA, os iões Ca2+ e Mg2+ devem ser titulados a pH superior a 9. Mas quando se ajusta o pH do leite para esses valores, os iões cálcio e magnésio precipitam com os fosfatos que também existem no leite.
HPO42-aq+ OH-aq H2O(l)+PO43-(aq)
Mg2-aq+NH4-aq+ PO43-aq+H2Ol MgNH4PO4.6H2O(aq)
Para evitar isso, faz-se a reação de complexação de todo o Ca2+ e Mg2+ existentes no leite com EDTA e só depois se ajusta o pH.
Material utilizado
Garrafa de esguicho;
Bureta 25 (+-0.05)mL
Gobelés 50mL;
Suporte universal + garra para buretas
Provetas 10 (+-0.1)mL
Pipeta volumétrica 5 (+-0,01) mL
Pipeta volumétrica 10(+-0,02) mL
Pompete;
Balão de Erlenmeyer;
Espátula;
Magnete;
Agitador de partículas magnético;
Funil de líquidos.
Reagentes
Amostra de leite;
Solução padrão EDTA (aq) 0.040 mol dm-3
MgCO3 (aq 0.02mol dm-3 em HCl;
CaCO3 (aq) 0,025mol dm-3;
Solução tampão pH 10 NH4Cl/NH3;
NaOH (aq) 0,5mol dm-3;
Negro de eriocromo T;
Calcon;
Água desionizada.
Procedimento experimental
O procedimento teve várias etapas as quais se destinaram em primeira estância, à determinação conjunta do cálcio e do magnésio e, posteriormente à determinação do cálcio. É de fazer notar que embora a confirmação de ambas as concentrações das soluções padrão de Mg2+ e de Ca2+ não seja contemplada no trabalho experimental tenha sido feita previamente.
Determinação conjunta do cálcio e do magnésio
1.Adicionar 10,00 cm3 da solução aquosa de EDTA a 5,00cm3 de leite para complexar todo o cálcio e magnésio. Agite Vigorosamente.
2.Adicione 2cm3 de solução tampão (pH 10) e 2 gotas de negro de eriocromo T. A solução ficará azul.
3.Titule com a solução de Mg2+ para determinar o EDTA sobrante.
4.Registe o volume de titulante utilizado, V2, em cm3.
Determinação do cálcio
1.Adiciona 10,00 cm3 da solução aquosa de EDTA a 5,00cm3 do mesmo leite para complexar todo o cálcio e magnésio. Agite Vigorosamente.
2.Adicione 10,00 cm3 da solução aquosa de NaOH, para precipitar Mg(OH)2 deixando Ca2+ em solução (fica complexado) e 1 pitada de calcon. A mistura ficará azul.
3. Titule com solução de Ca2+ para determinar o EDTA sobrante. O indicador virará para violeta.
4.Registe o volume de titulante utilizado, V2, em cm3.
Observações
Em ambos os protocolos, no primeiro passo, há a indicação de agitar vigorosamente o gobelé aquando a adição de EDTA(que deverá ser sempre retirado do mesmo recipiente). Deste modo, haverá uma maior garantia de que todos os iões cálcio e magnésio foram complexados.
Para além disso e, ainda relativamente às duas reações, usou-se um agitador de partículas com um magnete dentro do gobelé durante a titulação mais uma vez assegurando uma melhor visão da mudança de cor da solução. Ainda que esta agitação provocasse alguma espuma do leite acumulada em cima da solução e dificultasse a tarefa que por si só é complicada tento em conta a pequena variação de cor doa indicadores.


Figura3. Cor após a titulação de retornoEsquerda (determinação conjunta de iões Ca2+ e Mg2+): cor aproximadamente vermelho – vinosa.
Direita (determinação iões Ca2+): cor aproximadamente violetaFigura3. Cor após a titulação de retornoEsquerda (determinação conjunta de iões Ca2+ e Mg2+): cor aproximadamente vermelho – vinosa.
Direita (determinação iões Ca2+): cor aproximadamente violeta
Figura3. Cor após a titulação de retorno
Esquerda (determinação conjunta de iões Ca2+ e Mg2+): cor aproximadamente vermelho – vinosa.
Direita (determinação iões Ca2+): cor aproximadamente violeta

Figura3. Cor após a titulação de retorno
Esquerda (determinação conjunta de iões Ca2+ e Mg2+): cor aproximadamente vermelho – vinosa.
Direita (determinação iões Ca2+): cor aproximadamente violeta





Ambas as soluções eram azuis antes da titulação de retorno no entanto é difícil encontrar o ponto de viragem uma vez que a variação de cor prevista, no primeiro caso de azul para vermelho-vinoso e no segundo de azul para violeta, não é muito visível.
Na determinação do cálcio (segunda etapa do procedimento) verificou-se a formação de um precipitado que fez com que a solução ficasse turva e não a formação de depósito uma vez que a quantidade de iões magnésio é muito pequena.
Registos e cálculos
Determinação conjunta do cálcio e do magnésio

Reagentes
Concentração / mol dm-3
EDTA (aq)
0,040
MgCO3 (aq)
0,022
Negro de eriocromo T

Ensaio
VEDTA/mL
Vleite/mL
Vi titulante/mL
Vf titulante/mL
Vtitulante/mL
Vtitulante/mL
Indicador
Mudança de cor
1
10,00
5,00
25,00
13,7
11,30
11,25
Negro de eriocromo T
Vinoso
2


25,00
13,8
11,20




Quantidade total de EDTA adicionado ao leite
ntotal=VEDTA × CEDTA = 0.040 × 0,010 = 4,0 × 10-4 mol
Quantidade de Mg2+ gasto na titulação do EDTA sobrante
nMg=nde EDTAem excesso
nMg= VMg × CMg = 0.022 × 0,01125 = 2,475 × 10-4mol

Quantidade de iões Mg2+ e de Ca2+ presentes na amostra de leite
O EDTA reage com os iões cálcio e magnésio na estequimetria 1:1:
Ca2+(aq) + H2EDTA2-(aq) CaEDTA2-(aq)+ 2H+(aq)
Mg2+(aq) + H2EDTA2(aq) MgEDTA2-(aq) + 2H+(aq)

Então, a quantidade de iões Ca2+ e Mg2+ na solução hão- de coincidir com o EDTA que inicialmente complexou, de tal modo que:
n(EDTA que reagiu com Mg2+/Ca2+) = ntotal - nde EDTAem excesso = 4,0 × 10-4 - 2,475 × 10-4=
=1,525 × 10-4 mol Mg2+/Ca2+
Determinação da quantidade de cálcio
Reagentes
Concentração / mol dm-3
EDTA (aq)
0,040
CaCO3 (aq)
0,025
NaOH (aq)
0,50
CALCON

Ensaio
VEDTA/mL
Vleite/mL
Vi titulante/mL
Vf titulante/mL
Vtitulante/mL
Vtitulante/mL
Indicador
Mudança de cor
1
10,00
5,00
25,00
17,05
7,95
8,03
Calcon
Azul-violeta
2


25,00
16,90
8,10




Adicionou-se NaOH porque é uma base forte e vai fazer com que os iões magnésio precipitem e assim a determinação individual dos iões cálcio será possível:
NaOH (aq) Na+(aq) + OH-(aq)
OH-(aq)+ Mg2+(aq) Mg(OH)2(s)
Quantidade total de EDTA adicionado ao leite
ntotal=VEDTA × CEDTA = 0.040 × 0,010 = 4,0 × 10-4 mol
Quantidade de Ca2+ gasto na titulação do EDTA que sobrou (mol)
CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32- (aq)
nCa= VCa × CCa = 0.025 × 0,00803 = 2,007 × 10-4mol
Quantidade de Ca2+ presente na amostra de leite (mol)
nCa "titulante"==nde EDTAem excesso
n(EDTA que reagiu com Ca2+)=ntotal - nde EDTAem excesso = 4,0×10-4 - 2,007×10-4=1,993 × 10-4 mol Ca2+
Ca2+(aq) + H2EDTA2-(aq) CaEDTA2-(aq)+ 2H+(aq)
n(EDTA que reagiu com Ca2+) = n(Ca2+ da amostra de leite)
Massa de Ca2+ presente em 100Ml de leite (g)
n (Ca2+ em 100mL de leite) = n (Ca2+ em 5mL de leite) × 100/5 = 1,993×10-4 × 20 = 3,986×10-3mol
M(Ca2+) =40,08g mol-1
m(Ca2+) = M(Ca2+)× n(Ca2+)=0,160g Ca2+
Cálculo da quantidade de Mg2+ em 5mL de leite
n(Mg2+) = n(Ca2+ + Mg2+) – n(Ca2+) = 1,525×10-4-1,993×10-4 = - 4,68 × 10-5mol Mg2+
Conclusão
Todo o trabalho realizado inseria-se no plano da determinação de iões cálcio e magnésio presentes na amostra de leite. No entanto, os resultados obtidos não vão de todo ao encontro dos valores típicos da amostra de leite encontrada.
Figura 4. Informação de iões Ca2+ da amostra de leiteFigura 4. Informação de iões Ca2+ da amostra de leite O valor esperado era de 120mg por cada 100mL mas o valor encontrado experimentalmente foi por excesso: 160 mg por cada 100mL.
Figura 4. Informação de iões Ca2+ da amostra de leite
Figura 4. Informação de iões Ca2+ da amostra de leite
Er= Vexperimental-VteoricoVteorico×100=40120×100 33,3%

Para além de a determinação do Ca2+ não ser congruente não foi de todo possível atingir um dos objetivos do protocolo: cálculo da massa de Mg2+ no leite uma vez que a quantidade química (mol) do magnésio deu um valor negativo. Podemos atribuir este erro ao facto de a presença dos iões magnésio ser tão pequena que qualquer erro associado às experiências boicotou o resultado.
O ponto de equivalência em ambas as titulações sofreu défice ao ser titulado uma vez que a mudança de cor não era suficientemente visível para se poder aferir com certezas. Talvez, se houvesse um ajuste na concentração dos reagentes utilizado, mais 2 ensaios em cada etapa e rigor nas medições conseguiríamos atingir valores experimentais mais concordantes com o valor teórico.

Referências bibliográficas

N.A.da Glória, R.A. Catani, T. Matu (s/d). Método do EDTA na Determinação do Cálcio. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/aesalq/v21/18.pdf
Titulação de cálcio e magnésio no leite com EDTA. Disponível em: http://www2.dq.ua.pt/qne/doc/al1.4_titularetorno.pdf
Gil, V. Paiva, J. Ferreira, A.J. Vale, J. Texto Editora (Lisboa) 12QUÍMICA(1ªedição)