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Métodos Eletroanalíticos
Os métodos eletroanalíticos são um grupo de técnicas em química analítica que estudam analitos medindo o potencial (volts) e/ou corrente (amperes) em uma célula eletroquímica contendo o analito. Esses métodos são importantes para o avanço da pesquisa química e de indústrias como a de alimentos, farmacêutica e de monitoramento ambiental. Ao contrário de algumas outras abordagens analíticas, as técnicas eletroanalíticas proporcionam uma visão única sobre as propriedades redox (redução-oxidação) de uma substância química.
Visão geral dos métodos eletroanalíticos
Os métodos eletroanalíticos são amplamente classificados em vários tipos:
- Potenciometria: Medição do potencial químico (voltagem) sem retirar qualquer corrente apreciável.
- Voltametria: Medição da corrente como uma função do potencial aplicado.
- Coulometria: Mede a carga total passada durante uma reação química.
- Condutometria: A medição da condutividade elétrica.
Vamos olhar mais de perto cada um desses métodos.
Potenciometria
A potenciometria envolve a medição do potencial elétrico em uma solução. Um componente chave disso é o eletrodo, que pode medir seletivamente a concentração de íons específicos.
Um exemplo comum disso é a medição do pH usando um medidor de pH, que inclui um eletrodo de vidro sensível às concentrações de íons de hidrogênio.
E = E° + (RT/nF) * ln(a)
Na equação acima, E é o potencial do eletrodo, E° é o potencial padrão do eletrodo, R é a constante dos gases, T é a temperatura, n é o número de elétrons transferidos, e a é a atividade do analito.
Representação visual de um simples setup potenciométrico:
Voltametria
A voltametria mede a corrente como uma função da voltagem aplicada. Um tipo comum de voltametria é a voltametria cíclica, onde a voltagem é linearmente desviada para frente e para trás e a resposta de corrente é medida.
Um resultado típico da voltametria cíclica é o voltamograma cíclico, que mostra picos anódicos e catódicos.
Exemplo de um par redox reversível:
Fe^(2+) ⇌ Fe^(3+) + e^(-)
Os dois picos no voltamograma representam as reações direta e inversa.
Coulometria
A coulometria envolve a medição da carga elétrica necessária para converter completamente um reagente em um produto. É altamente preciso, pois é baseado nas leis de Faraday da eletrólise.
Q = nF
Aqui, Q é a carga elétrica total, n é a quantidade de substância, e F é a constante de Faraday.
Um exemplo disso é a determinação do teor de cloreto em uma amostra por coulometria de prata:
Ag^+ + Cl^(-) → AgCl
Condutometria
A condutometria mede a condutividade elétrica de uma solução. Essa medição muitas vezes indica o conteúdo total de íons. É simples e rápida, tornando-se ideal para uma variedade de aplicações.
A condutância (G) está relacionada à condutividade (κ) da seguinte forma:
G = κA/l
A é a área da seção transversal, e l é a distância entre os eletrodos.
Por exemplo, a condutividade de uma solução aumenta com a concentração de íons, o que pode ser usado para monitorar titulações ácido-base.
Aplicações dos métodos eletroanalíticos
Os métodos eletroanalíticos são usados em uma ampla variedade de campos:
- Determinação de íons metálicos em amostras ambientais.
- Testar a qualidade e segurança de produtos farmacêuticos.
- Monitoramento dos níveis de glicose no sangue na área da saúde.
- Detecção de poluentes em instalações de tratamento de água.
Cada método oferece vantagens únicas em termos de seletividade, sensibilidade e simplicidade. Os métodos eletroanalíticos estão constantemente evoluindo, incorporando novas técnicas e materiais, proporcionando possibilidades empolgantes para pesquisas e desenvolvimentos futuros na química.