Análise Química

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Análise Química

Análise Química
Análise química é o ramo da ciência que estuda os fundamentos, as reações, as técnicas e os cálculos que permitem avaliar a composição química qualitativa e quantitativa de uma substância sólida, líquida ou gasosa, assim como as correspondentes aplicações técnicas desses conceitos.

Foi na transição do século XVIII para o XIX que se estabeleceram os princípios fundamentais da análise química, graças aos trabalhos de dois importantes cientistas da época, o francês Antoine-Laurent Lavoisier e o sueco Jöns Jacob Berzelius. Desde então, inúmeros pesquisadores deram sucessivas contribuições, que constituíram a identidade do ramo da química conhecido como análise. Cabe destacar, entre outros, o alemão Heinrich Rose, que em 1829 publicou o primeiro tratado sobre a matéria; o sueco Carl Wilhelm Scheele, que realizou estudos sobre a composição do ar e dos solos; e o também alemão Robert Wilhelm Bunsen, que aperfeiçoou diversos métodos analíticos.

Tipos de análises - A análise química pode ser qualitativa, quando o que se deseja é determinar quais são os elementos que compõem uma determinada amostra, ou quantitativa, cujo objetivo é especificar a proporção de cada um dos componentes presentes na amostra.

Além disso, ambos os tipos de análise podem ser completos, quando se obtém um esquema global dos vários componentes de uma substância, ou incompletos, utilizados para identificar e determinar a proporção de um componente preestabelecido na amostra. Esse último tipo de análise é muito utilizado, por exemplo, na determinação do teor de sais minerais de uma amostra de água (dureza), quando se analisa somente as quantidades de sais de cálcio e magnésio porventura presentes.

Também é possível classificar a análise química segundo a quantidade de material com a qual se trabalha. Assim, denomina-se macroanálise ao procedimento que envolve amostras de peso superior a 0,1g; semimicroanálise, quando o peso da amostra oscila entre 0,1 e 0,01g; microanálise, se esse valor estiver na faixa de 0,01 e 0,001g; e, finalmente, ultramicroanálise, quando a amostra pesa menos que 0,001g. Nesse último caso, devido à quantidade reduzida de material, torna-se necessário operar em condições ótimas de sensibilidade e precisão, a fim de obter resultados representativos.

Por outro lado, enquanto as técnicas de análise qualitativa baseiam-se na prática de reações químicas entre grupos distintos de compostos, denominada marcha analítica de separação de cátions (espécies químicas carregadas positivamente) e de ânions (espécies químicas carregadas negativamente), a análise quantitativa fundamenta-se na realização de reações químicas em cadeia, as quais, com o auxílio de operações físicas (combustão, lavagem, filtração etc.), resultam no isolamento de um determinado elemento em sua forma iônica.

As três técnicas mais utilizadas, dentro do campo da análise quantitativa, são a volumetria, baseada na medição de volumes, a gravimetria, através da qual se determina a composição de uma substância mediante pesagens, e a gasometria, na qual o fator determinante é a medição de volumes de amostras gasosas. Além desses três grupos principais, cabe ainda citar algumas modalidades analíticas empregadas em casos mais específicos, entre elas a fotometria, que mede a intensidade luminosa gerada na combustão do composto que se deseja analisar; a espectrometria, na qual se avalia a intensidade da dispersão de certas radiações emitidas pela amostra sob determinadas condições; e a colorimetria, que relaciona a intensidade das cores com as correspondentes concentrações de um determinado componente.

Finalmente, entre as técnicas mais avançadas cabe mencionar também a cromatografia, cujo fundamento relaciona-se ao diferente poder de adsorção (retenção de líquidos ou gases na superfície de partículas sólidas) dos diversos componentes de uma amostra quando dispersas em um meio adsorvente; a refratometria, que permite conhecer a concentração de um determinado componente a partir do índice de refração (relação entre a velocidade da luz ao atravessar uma determinada quantidade de amostra e aquela relativa ao percurso da luz no vácuo); e a polarimetria, cuja finalidade é a determinação da concentração do composto de interesse, relacionando-a ao seu poder rotativo (propriedade física apresentada por certas substâncias de gerar o plano de propagação da luz). Da mesma forma, é bastante aplicado na análise química o fenômeno denominado eletroforese, que consiste no deslocamento de partículas em solução coloidal (tamanhos na faixa de 10 a 1.000 Å;1Å= 10-10m), sob a ação de um campo elétrico.

Operações analíticas. Dada a enorme variedade de  processos envolvidos nos diversos tipos de análise química, a pluralidade de operações que integram o conjunto de procedimentos analíticos alcança proporções consideráveis. Entretanto, algumas etapas são comuns a todas as metodologias. Assim, em todo tipo de análise é necessária a tomada de amostras, que pode ser realizada de várias formas, de acordo com a homogeneidade do produto. Se esse é uniforme, basta pulverizar a amostra em um cadinho, recolhendo-se, a seguir, a quantidade desejada. Se, no entanto, o produto é de natureza heterogênea, torna-se necessário intercalar as operações de pulverização e mistura repetidas vezes, até que seja alcançado um grau de homogeneidade satisfatório.

O passo seguinte é a avaliação da quantidade de amostra, seja ela sólida, líquida ou gasosa, de acordo com a técnica analítica escolhida, a partir da qual são realizados os cálculos necessários à determinação do teor do composto que se deseja conhecer.

Operações volumétricas. As técnicas de volumetria baseiam-se na reação de certas substâncias químicas, as quais, segundo diversos processos, permitem determinar a concentração do componente em questão, através do volume de reagente gasto para a variação de cor nas soluções de trabalho. Essa alteração cromática, por sua vez, é facilitada pela utilização de compostos denominados indicadores, produtos que permitem uma melhor visualização do andamento das reações, sem interferir em seu curso.

A cada tipo de reação química corresponde uma classe de análise volumétrica. Assim, as técnicas denominadas de saturação (em meio aquoso ou não) baseiam-se em reações entre ácidos e bases; as de oxidação-redução fundamentam-se na evolução de reações de mesmo nome; as técnicas chamadas de complexometria têm como base as reações de formação de compostos denominados de coordenação ou complexos.

Da mesma forma, para cada processo analítico se dispõe de uma grande variedade de indicadores, os quais adquirem uma coloração característica, em função do meio em que se encontram. Entre os mais empregados estão o alaranjado de metila, indicador de ácidos fortes, que toma coloração amarela em meio básico e rosa-alaranjado em meio ácido; e a fenolftaleína, muito empregada em reações de identificação de ácidos fortes e fracos e bases fortes, apresentando-se incolor em meio ácido e violeta em meio básico. Além desses, são também bastante empregados os chamados indicadores mistos, como o verde de bromocresol ou Shiro-Toshiro, uma mistura de vermelho de metila e azul de metileno.

Nos processos volumétricos, soluções-padrão de concentração conhecida de substâncias denominadas reagentes volumétricos reagem com a solução de concentração desconhecida, sendo o volume gasto para realizar a mudança de cor no indicador empregado proporcional ao teor do elemento que se deseja determinar. Essas reações são também denominadas reações de titulação.

Os reagentes volumétricos, por sua vez, podem ser característicos, quando reagem somente com um determinado íon ou elemento, como o sulfeto de amônio, ou gerais, quando reagem com vários elementos. Entre esses últimos, cabe mencionar o cloreto de bário e o nitrato de prata. Além disso, para que a análise seja confiável, é necessário que o reagente utilizado seja sensível, isto é, reaja  positivamente mesmo em presença de quantidades mínimas do composto cujo teor deseja-se determinar.

Operações gravimétricas. As técnicas gravimétricas de análise quantitativa destacam-se por sua notável exatidão, cujo fundamento é a aplicação de um reagente apropriado para provocar a precipitação, isto é, a transformação de um determinado íon em substância sólida (precipitado).

Uma vez preparada a amostra, o processo gravimétrico consiste nas seguintes etapas: após a pesagem da amostra cuja composição se deseja determinar, ela é solubilizada e novamente precipitada através de reação com a substância apropriada. Após sua filtração e lavagem, o precipitado passa pelas etapas de secagem e combustão, com a pesagem das cinzas residuais. A concentração do componente em estudo é determinada relacionando-se o peso inicial da amostra com o das cinzas.

Instrumental analítico. A cada uma das técnicas empregadas na análise química corresponde uma série de instrumentos específicos: a espectrofotometria fundamenta-se nos dados fornecidos pelo espectrofotômetro; a polarimetria utiliza um tubo denominado polarímetro, destinado a medir o sentido e a magnitude do poder rotatório das substâncias diante da luz polarizada; a refratometria estabelece, através do uso do refratômetro, os índices de refração dos compostos analisados, relacionando-os com sua concentração na amostra. Da mesma forma, as técnicas de cromatografia baseiam-se na utilização de cromatógrafos, os quais, de acordo com o tipo de análise, podem apresentar-se na forma de cubetas ou colunas, o mesmo acontecendo em relação à eletroforese, onde se empregam as denominadas células eletroforéticas.

A aplicação dos processos analíticos em laboratório baseia-se, essencialmente, na utilização de uma série de instrumentos e recipientes tais como os bécheres, empregados para medir volumes de substâncias em solução; as pipetas, cuja finalidade é o transporte de volumes líquidos de um para outro recipiente; as provetas graduadas, utilizadas quando as medições volumétricas podem ser aproximadas; e as buretas, cilindros graduados com uma torneira de duas posições em sua parte inferior, empregadas na decantação de soluções e nas técnicas de análise volumétrica. Todos esses instrumentos são fabricados em vidro de alta resistência a ataques químicos, uma vez que a sílica, principal componente do vidro comum, é bastante sensível a ataques de um grande número de compostos reagentes.

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