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artigo de determinacao de ions

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determinacao de íons atraves de tecnicas como difracao de raios X de fluorescencia dentre outras.

Text of artigo de determinacao de ions

  • Rev. Virtual Quim. |Vol 6| |No. 4| |989-1009| 989

    Artigo

    Uma Breve Viso sobre a Determinao de Metais em Ligas Metlicas e Matrizes Semelhantes: Alguns Mtodos Clssicos e

    Espectroscpicos Modernos

    Da-Col, J. A.*

    Rev. Virtual Quim., 2014, 6 (4), 989-1009. Data de publicao na Web: 21 de maio de 2014

    http://www.uff.br/rvq

    A Brief Overview of Metal Analysis in Alloys and Related Matrices: Some Classical Methods and Modern Spectroscopic Methods

    Abstract: Industrial processes require materials with controlled properties, such as metals and alloys, which are obtained from a combination of metals and other species. The steel production in Brazil in 2013, e.g., was over 34 million tons. This importance reflects in standardized methods of analysis, such as ABNT and ASTM. Some of these methods are classical methods (gravimetric and volumetric) or instrumental and their choice depend on the analyte, the amount of sample, other interferences and cost. This text is a brief overview of recommended methods and those who bring innovations to metal analysis.

    Keywords: Metal analysis; classical methods; spectroscopic methods.

    Resumo

    Processos industriais requerem materiais com propriedades controladas, como metais e suas ligas, que so obtidas da combinao de metais e outras espcies. A produo de ao no Brasil no ano de 2013 foi de, por exemplo, mais de 34 milhes de toneladas. Essa importncia se reflete na existncia de mtodos padro de anlise, como normas da Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) e da American Society for Testing and Material (ASTM). Alguns desses mtodos so mtodos clssicos (gravimtricos e volumtricos) ou mtodos instrumentais e sua escolha depende do analito, da quantidade de amostra, de interferentes presentes e do custo. Este texto um breve panorama de mtodos recomendados e tambm de mtodos que possam apresentar inovaes anlise de metais.

    Palavras-chave: Determinao de metais em ligas; mtodos clssicos; mtodos espectroscpicos.

    * Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Qumica Analtica, Instituto de Qumica, Caixa Postal 6154, CEP 13084-971, Campinas-SP, Brasil.

    [email protected] DOI: 10.5935/1984-6835.20140062

  • Volume 6, Nmero 4

    Revista Virtual de Qumica

    ISSN 1984-6835

    Julho-Agosto 2014

    990 Rev. Virtual Quim. |Vol 6| |No. 4| |989-1009|

    Uma Breve Viso sobre a Determinao de Metais em Ligas Metlicas e Matrizes Semelhantes: Alguns Mtodos Clssicos e

    Espectroscpicos Modernos

    Jos Augusto Da-Col*

    Universidade Estadual de Campinas, Departamento de Qumica Analtica, Instituto de Qumica, Caixa Postal 6154, CEP 13084-971, Campinas-SP, Brasil.

    * [email protected]

    Recebido em 11 de dezembro de 2013. Aceito para publicao em 21 de maio de 2014

    1. Introduo

    2. Mtodos clssicos para determinao de metais

    3. Mtodos modernos para determinao de metais

    3.1. Mtodos espectrofotomtricos 3.2. Mtodos baseados em absoro e emisso atmica 3.3. Espectrometria de fluorescncia de raios X 3.4. Mtodos de ativao neutrnica

    4. Novas tendncias para determinao de metais

    4.1. Espectroscopia de emisso em plasma induzido por laser (LIBS) 4.2. Tcnicas hifenadas de determinao

    5. Concluses

    1. Introduo

    impossvel imaginar atualmente os sofisticados processos industriais e de engenharia ocorrendo sem a existncia de materiais com propriedades extremamente especficas, sejam elas fsicas, qumicas ou mecnicas. Uma classe de materiais que proporciona variadas caractersticas a dos metais e suas associaes. As ligas metlicas so exemplos dessas associaes, sendo obtidas pela combinao de duas ou mais variedades de espcies qumicas, com ao

    menos um metal. Dentre as muitas formas de classificao das ligas, aquela que divide os materiais em ligas ferrosas e no ferrosas uma das mais importantes.1

    As ligas ferrosas tm como metal majoritrio o ferro e a produo dessas ligas ferrosas maior do que qualquer outro tipo de metal, o que explicado pela existncia de grande quantidade de minerais que contm ferro na crosta terrestre, de tcnicas relativamente econmicas de produo e da extrema versatilidade desses materiais.2 Dentre as ligas de ferro, uma subclasse muito importante a dos aos, compostos ferro-

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    carbono que tambm contm concentraes considerveis de outros elementos.3 Segundo o Instituto Ao Brasil, a produo de ao bruto no pas nos ltimos 12 meses a partir de fevereiro de 2014 estimada em mais de 34 milhes de toneladas.4 As ligas no ferrosas so aquelas formadas por outros elementos majoritrios que no o ferro, sendo que aquelas compostas por cobre, alumnio, titnio, mangans e nquel possuem grande importncia comercial. Alguns desses materiais tm propriedades interessantes, quando comparadas com ligas ferrosas, como menor densidade, maior condutividade eltrica ou maior resistncia

    corroso.3

    Uma vez que as caractersticas so to distintas entre as ligas, anlises apropriadas so necessrias para que essas propriedades sejam garantidas. Um exemplo a determinao de molibdnio, nquel ou, principalmente, cromo em aos. Como esses elementos proporcionam uma maior resistncia corroso aos aos, importante que seus teores sejam conhecidos, garantindo a qualidade do material produzido.3 Alguns elementos normalmente usados em ligas metlicas e as propriedades alteradas por essas adies so resumidos na Tabela 1.5

    Tabela 1. Alguns elementos metlicos normalmente presentes em aos e sua influncia nas propriedades das ligas5

    Propriedade mecnica Elemento

    Cr Mn Mo Ni V

    Resistncia mecnica

    Dureza

    Resistncia ao impacto

    Resistncia a quente

    Temperabilidade

    Tenacidade

    Resistncia corroso

    Resistncia abraso

    Essa importncia se reflete na existncia de mtodos recomendados ou padronizados para a anlise de materiais metlicos, como a norma E350 da American Society for Testing and Materials (ASTM), que uma coletnea de procedimentos para a anlise qumica de uma srie de aos e ferros fundidos.6 interessante observar que alguns dos mtodos indicados, e ainda hoje utilizados, so mtodos clssicos de anlise, envolvendo determinaes gravimtricas ou volumtricas. Alm dos mtodos clssicos, mtodos instrumentais tambm podem ser empregados, uma vez que, em tese, qualquer tcnica com capacidade de determinar

    metais pode ser adequada. A adequao de uma tcnica, evidente, ser dada por situaes especficas, como o elemento a ser determinado, a quantidade de amostra disponvel, interferncias de outros elementos presentes na matriz, disponibilidade de equipamentos e custo de anlise. Dessa forma, a opo para as consideraes desse texto foi baseada em mtodos preferencialmente recomendados pelas normas, como as da ASTM, e por alguns mtodos instrumentais que permitem verificar as possibilidades e inovaes nas anlises de materiais metlicos.

    Uma das formas mais difundidas para a

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    classificao das anlises qumicas e, mais especificamente, para as anlises quantitativas, est relacionada com o tipo de tcnica envolvida. Dentro desse contexto, so divididas em duas grandes categorias: os mtodos clssicos, compostos pelas tcnicas de gravimetria e volumetria, e os mtodos modernos, que abrangem as demais tcnicas instrumentais.7

    2. Mtodos clssicos para determinao de metais

    Um exemplo tpico de determinao clssica a anlise volumtrica proposta por Sandell et al., em 1935.8,9 Esse estudo uma modificao do mtodo para a determinao de mangans em ao, baseado na oxidao do metal a permanganato, seguido de sua titulao por soluo redutora. Para a

    oxidao do Mn+2 a MnO4 foi utilizado persulfato de amnio, sendo que o diferencial do mtodo est no uso combinado de nitrito e arsenito de sdio para a reduo do metal (Equaes 1 a 3).

    Essa combinao promove de forma mais rpida a total reduo do Mn7+ a Mn2+, facilitando a visualizao do ponto final da titulao. Assim, boa reprodutibilidade pde ser obtida na determinao de Mn mesmo se houver elementos normalmente presentes em aos, como Cr, Mo, Ni e V.8, 9 Esse procedimento continua sendo empregado at hoje e indicado como um dos mtodos padro pela ASTM para a determinao do metal na faixa de concentrao de 0,10 a 2,50% em materiais ferrosos. Testes interlaboratoriais realizados para quatro amostras certificadas apresentaram repetibilidade de 0,009 a 0,018% e reprodutibilidade de 0,012 a 0,049%.6

    ( )

    ( ) (Eq. 1)

    (Eq. 2)

    -

    -

    - (Eq. 3)

    A possibilidade de determinao na presena de outras espcies nem sempre possvel devido a interferncias, ainda mais quando se utiliza um reagente pouco seletivo como o cido etilenodiaminotetractico (EDTA), que pode complexar com mais de um on metlico em um determinado pH. No procedimento proposto por Narayana et al.,10 aps a digesto de amostra de liga de cobre, EDTA em excesso foi adicionado com a finalidade de complexar todo o Cu e demais metais interferentes e, ento, esse excesso foi titulado com PbNO3. Essa ltima etapa assegura que no exista mais EDTA livre em o uo. e e po to, o re ge te , -bipiridina foi adicionado tambm em excesso, formando um complexo mais estvel que o Cu-EDTA. Com isso, o EDTA liberado pde ser novamente titulado com

    PbNO3 e, de forma indireta, foi determinado o teor de metal na liga. Como o valor de pH determina a eficincia da complexao dos metais com EDTA, nesse trabalho foi escolhida a faixa de valores de 5 a 6, garantindo assim a complexao quantitativa do Pb na retrotitulao. Alm de simples, o mtodo elim

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