Lei da Cerveja

Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

1. Configuração de laboratório para a Lei de BeerExpandir

   Neste laboratório, você combinará soluções aquosas de FeCl₃ e NaSCN para formar um complexo vermelho-alaranjado [Fe(NCS)]²⁺. Quando o FeCl₃ é dissolvido em água, o centro de ferro é cercado por seis moléculas de água. Este complexo ácido perde facilmente prótons de suas moléculas de água, o que pode levar à precipitação de hidróxidos de ferro da solução.

   Para evitar isso, suas soluções incluirão HNO₃ suficiente para manter o ferro em solução, principalmente como quase incolor [Fe(H₂O)₆]³⁺ e amarelo [Fe(H₂O)₅(OH)]²⁺. Para este laboratório, vamos nos referir aos complexos de ferro iniciais coletivamente como Fe³⁺.

   O complexo [Fe(NCS)]²⁺ se forma quando [SCN]- troca com outro grupo no ferro, com o nitrogênio interagindo com o ferro. Essa troca é reversível, portanto, há um equilíbrio geral entre a formação e a perda do [Fe (NCS)] ²⁺.

   A interação tiocianato-ferro dá às soluções de [Fe(NCS)]²⁺ sua cor intensa. Em última análise, você relacionará a intensidade da absorbância UV-Vis com a concentração do complexo [Fe (NCS)] ²⁺ usando a lei de Beer. Isso permite medir experimentalmente a concentração de equilíbrio do complexo [Fe(NCS)]²⁺, a partir do qual você pode estimar uma constante de equilíbrio para o processo geral.

   • Coloque um jaleco, óculos de segurança à prova de respingos e luvas de nitrilo. As soluções que você usará são altamente corrosivas, portanto, tenha cuidado ao manuseá-las.
   • Rotule três béqueres de 150 mL como 0'.5 M HNO₃, '1 M FeCl₃ em 0.5 M HNO₃' e '0.5 mM NaSCN em 0.5 M HNO₃'.
   • Rotule um copo de 400 mL como 'resíduo'. Rotule uma bureta como '[SCN]-' e a outra como 'HNO₃'.
   • Clamp as buretas com altura suficiente para que o copo de resíduos de 400 mL possa caber sob elas.
   • Use o cilindro graduado de 50 mL para medir 100 mL de 0.5 M HNO₃ no béquer devidamente rotulado na tampa de distribuição. Cubra o copo com um vidro de relógio e traga-o de volta ao seu exaustor.
   • Meça 20 mL de FeCl₃ 1 M no béquer rotulado correspondente. Certifique-se de que o frasco de caldo esteja tampado antes de trazer a porção da solução de volta ao exaustor.
   • Meça 40 mL de NaSCN 0,5 mM e despeje no béquer rotulado correspondente.
   • Rotule e encha um copo de 100 mL com água deionizada.
   • Certifique-se de que as torneiras de ambas as buretas estejam fechadas. Coloque um funil em cada bureta e despeje água deionizada em ambas.
   • Coloque o copo de resíduos sob uma bureta e abra a torneira. Assim que a água for drenada, feche a torneira e repita o processo com a outra bureta.
   • Despeje cerca de 5 mL de 0.5 M HNO₃ na bureta correspondente e coloque o copo de resíduos sob o bico. Abra a torneira para encher a ponta com HNO₃ e deixe escorrer alguns mL antes de fechá-la.
   • Adicione cerca de 40 mL de HNO₃ à bureta. Lembre-se de que as graduações medem de cima para baixo, então você deve preenchê-lo até a marca de 10 mL. nota: O volume dispensado por uma bureta é rastreado pela diferença entre as leituras do volume inicial e final.
   • Coloque o copo de resíduos sob a bureta [SCN] e encha a ponta com solução de NaSCN da mesma forma que o HNO₃.
   • Despeje o restante da solução [SCN] na bureta. Bata suavemente na bureta para desalojar quaisquer bolhas de ar. Se houver bolhas na ponta da bureta, abra brevemente a torneira para lavá-las.
   • Obtenha quatro quadrados de filme plástico de parafina e duas folhas de papel alumínio para terminar a configuração.
2. Medições da curva de calibraçãoExpandir

   Você precisa conhecer as concentrações precisas de [Fe(NCS)]²⁺ em suas soluções padrão para fazer uma curva de calibração precisa. No entanto, o complexo está em equilíbrio com Fe³⁺ e [SCN]-, então apenas o próprio complexo [Fe(NCS)]²⁺ conta para esse propósito. Assim, suas soluções padrão usarão 0,2 M FeCl₃ para que o ferro tenha um excesso de 500 a 2.000 vezes.

   Qualquer [SCN] - que deixe um ferro encontrará outro tão rapidamente que não haverá, efetivamente, nenhum [SCN] livre - nessas soluções. Você pode, portanto, assumir que a concentração de [Fe(NCS)]²⁺ é igual à concentração inicial de NaSCN da solução padrão.

   • Rotular o balão volumétrico de 50 ml como «0,2 M FeCl₃».
   • Dispensar 10 ml de FeCl₃ no balão volumétrico. Adicione um funil ao frasco e despeje cerca de 30 mL de água deionizada nele.
   • Fechar o balão com um quadrado de película plástica de parafina e invertê-lo várias vezes para misturar bem a solução.
   • Use uma pipeta descartável para encher o frasco até a linha com água deionizada e guarde a pipeta para mais tarde. Volte a fechar o balão e invertê-lo várias vezes para misturar a solução.
   • Ligue o espectrofotômetro portátil e certifique-se de que ele esteja configurado para medir a absorbância.
   • Enquanto a fonte de luz aquece, embrulhe cinco copos de 50 mL em papel alumínio para proteger a solução de FeCl₃ sensível à luz durante o experimento.
   • Rotule cinco copos e cinco pipetas descartáveis limpas 1 - 5. Coloque toalhas de papel como uma superfície limpa para os copos que você reutilizará.
   • Siga para preparar as soluções 1 – 5. Para a solução 1, adicione 5 mL de FeCl₃ 0,2 M ao béquer 1 e, em seguida, coloque-o sob a bureta de HNO₃.

     Tabela 1: Soluções padrão para curva de calibração [Fe(NCS)]²⁺

     .

     λmáx

     Solution #	0.2 M Fe3+ (mL)	0.5 mM [SCN]- (mL)	0.5 M HNO3 (mL)	Absorbância em λmax	Volume total (mL)	[Fe(NCS)]2+]
     1	5	0	5	Solvent em branco
     2	5	1	4
     3	5	2	3
     4	5	3	2
     5	5	4	1

     Clique aqui para baixar a Tabela 1
   • Observe o volume atual na bureta e, em seguida, distribua precisamente 5 mL de HNO₃ no béquer. Misture a solução com uma vareta de agitação de vidro.
   • Use a pipeta 1 para encher uma cubeta com cerca de 75% da solução 1 e tampe a cubeta.
   • Limpe os lados transparentes da cubeta com um lenço umedecido e coloque-o no espectrofotômetro.
   • Adquira uma medição de fundo — um branco de solvente.
   • Remova a cubeta, esvazie-a no copo de resíduos e enxágue-a três vezes com água deionizada. A mesma cubeta será usada para todas as medições para minimizar os erros associados às imperfeições da cubeta.
   • Preparar a solução de concentração média, amostra 3. Adicione 5 mL de FeCl₃ 0,2 M ao béquer 3.
   • Dispense 2 mL de NaSCN e 3 mL de HNO₃ no béquer das buretas.
   • Misture a solução 3 com a vareta de agitação de vidro e, em seguida, use a pipeta 3 para encher a cubeta limpa e seca com cerca de 75% da solução 3.
   • Limpe os lados transparentes e coloque-o no espectrofotômetro.
   • Meça a absorbância da solução por cerca de 5 s e identifique o comprimento de onda com a absorbância máxima. Registre esse comprimento de onda em seu caderno de laboratório como o λ_max para o complexo [Fe (NCS)] ²⁺.
   • Defina o espectrofotômetro para leituras médias acima de 10 s e ajuste o comprimento de onda para λ_max. Guarde uma medição completa da absorbância da solução 3. Registre a absorbância em λ_max em seu caderno de laboratório.
   • Siga o mesmo processo para as soluções 2, 4 e 5. Faça as soluções uma de cada vez ou mantenha as soluções preparadas sob papel alumínio até que esteja pronto para usá-las.
   • Adicione a solução apropriada à cubeta e meça os valores de absorbância.
   • Depois de registrar todos os valores de absorbância em λ_max, esboce um gráfico de [SCN]- volume versus valor de absorbância, que deve ser linear. Se você vir algum valor discrepante, refaça a solução e tente novamente.
3. Medições de Soluções com Concentrações Desconhecidas [Fe(NCS)]²⁺ ConcentraçõesExpand

   Na última parte do laboratório, você preparará quatro soluções [Fe(NCS)]²⁺ com uma solução de FeCl₃ 0,02 M para que o ferro fique em excesso de 40 a 100 vezes. Nessas concentrações, o [SCN] - que deixa um centro de ferro não necessariamente encontrará outro centro de ferro imediatamente. Assim, o [Fe(NCS)]²⁺ estará em equilíbrio com Fe³⁺ e [SCN]-, e sua concentração não será igual à concentração inicial de [SCN]-.

   • Esvazie os copos de 50 mL no copo de resíduos, remova os rótulos e enxágue-os com água deionizada.
   • Seque os copos e rotule-os novamente como 6 – 10. Rotule também cinco pipetas descartáveis como 6 – 10.
   • Esvaziar o balão volumétrico da solução de FeCl₃ 0,2 M no copo de resíduos e lavá-lo com água desionizada. Rotule novamente o frasco lavado como 0.02 M FeCl₃.
   • Use uma pipeta volumétrica de 1 mL para transferir 1 mL de FeCl_{1 M 3} para o balão volumétrico. Adicione cerca de 40 ml de água desionizada ao balão.
   • Fechar o balão com película plástica e invertê-lo várias vezes para misturar a solução. Abra o balão e encha-o até a linha com água deionizada. Feche novamente o frasco e misture bem a solução.
   • Preparar a solução 6, o novo solvente em branco. Adicione 5 mL de FeCl₃ 0,02 M e 5 mL de HNO₃ e, em seguida, misture com a vareta de agitação.
   • Pipete a solução para a cubeta e adquira a medição de fundo como antes.
   • Siga para preparar as soluções 7 a 10, adquira seus espectros e registre seus valores de absorbância em λ_max como você fez antes. Lembre-se de enxaguar bem a vareta de agitação e a cubeta com água deionizada entre cada solução.

     Tabela 2. Soluções com concentrações desconhecidas de [Fe(NCS)]²⁺

     [FeCl3] inicial (M)

     0.01

     Solution #	0.2 M Fe3+ (mL)	0.5 mM [SCN]- (mL)	0.5 M HNO3 (mL)	Absorbância em λmax	[[Fe(NCS)]2+]eq	[Fe3+]eq	[[SCN]-]eq	Keq (M-1)
     6	5	0	5	Solvent em branco
     7	5	1	4
     8	5	2	3
     9	5	3	2
     10	5	4	1

     Clique aqui para baixar a Tabela 2
   • Quando terminar, esvazie a cubeta, o balão volumétrico e os copos no copo de resíduos e lave-os com água deionizada.
   • Colete qualquer excesso de HNO₃ e NaSCN em seus respectivos béqueres. Neutralize os resíduos e o excesso de soluções reagentes com bicarbonato de sódio e descarte os resíduos e o excesso de solução de FeCl₃ no recipiente de resíduos apropriado.
   • Lave as soluções neutralizadas de HNO₃ e NaSCN no ralo com água da torneira.
   • Lave seus copos e equipamentos de acordo com os procedimentos padrão do laboratório.
   • Recolha toalhas de papel e outros tipos de lixo do seu exaustor e coloque-os no lixo do laboratório.
4. ResultsExpandir
   • Calcular as concentrações de [Fe(NCS)]²⁺ nas soluções-padrão. Nessas soluções, a concentração de ferro é tão alta que podemos supor que a concentração inicial de [SCN] ^é a mesma que a concentração de [Fe(NCS)]²⁺.
   • Para cada ensaio, multiplique a concentração estoque de [SCN]^- pelo volume de NaSCN adicionado e divida pelo volume total da solução de 10 mL. Repita para todas as soluções padrão.
   • Crie uma curva de calibração traçando a absorbância em λ_max para as soluções-padrão em relação às suas concentrações de [Fe(NCS)]²⁺. Encontre a função linear que se ajusta aos dados e defina a interceptação y = 0, se necessário. nota: A lei de Beer é expressa por uma função linear, que relaciona a absorbância com a concentração. Assim, a inclinação de sua curva de calibração é igual ao coeficiente de atenuação molar vezes a largura da cubeta, ou comprimento do caminho, que era de 1 cm neste laboratório.
   • Reorganize a equação linear para resolver a concentração. Lembre-se de que o coeficiente de atenuação molar e o comprimento do caminho serão os mesmos para todas as tentativas. Preencher a absorbância para cada ensaio desconhecido e resolver a concentração de equilíbrio de [Fe(NCS)]²⁺ para essa solução.
   • Estime a constante de equilíbrio para [Fe(NCS)]²⁺ em solução. Para simplificar, expressaremos a constante em unidades de 1/M.
   • Calcule as concentrações iniciais de Fe³⁺ e [SCN]^- para cada ensaio. Determinar as suas concentrações de equilíbrio em cada ensaio, subtraindo a concentração de equilíbrio do [Fe(NCS)]²⁺ das concentrações iniciais do reagente para esse ensaio.
   • Preencha as concentrações de equilíbrio do produto e dos reagentes. Em seguida, resolva a equação de equilíbrio para estimar a constante para este teste. Por fim, compare as constantes para os ensaios.