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Determinação de Cério (Ce) em ferroligas

14/07/2017

História

O nome deriva do asteroide Ceres, descoberto em 1801. Dois anos depois, o elemento foi identificado por Jöns Jakob Berzelius (químico sueco), Wilhelm von Hisinger e Martin Heinrich Klaproth (químico alemão, em trabalho independente). O metal foi isolado em 1875 por Hillebrand e Norton.

Disponibilidade

É um dos mais abundantes metais de terras raras (0,0046% em peso na crosta terrestre). Encontrado em minerais como alanita (minério de cério, lantânio, praseodímio e neodímio. Também chamado de ortita), cerita (silicato hidratado de cério), samarskita (niobato e tantalato de ferro, ou de cálcio, ou de uranilo, como radicais bivalentes, e de cério e de ítrio como trivalentes), monazita (fosfato de cério, lantânio, prasiodímio, neodímio, com óxido de tório) e bastnazita (fluorcarbonato de metais de terras-raras). Os dois últimos são os mais importantes.

Produção

Pode ser obtido pela redução do fluoreto com cálcio, pela eletrólise do cloreto fundido e por outros meios.

Propriedades

É um metal brilhante, cinzento, maleável. Exposto ao ar, oxida-se rapidamente, mesmo em temperatura ambiente. É atacado pela água, de forma mais intensa se for aquecida. Dos metais de terras raras, é o segundo mais reativo depois do európio. É rapidamente atacado por soluções alcalinas concentradas ou diluídas. Pode sofrer ignição se friccionado com outro metal. A energia do nível 4f é próxima da energia do nível externo e, por isso, o elemento apresenta dupla valência.

Aplicações – alguns exemplos

  • Aditivo para produção de ferro fundido maleável.
  • Catalisador no refino de petróleo.
  • Componente de algumas ligas de alumínio.
  • Componente de ligas para ímãs permanentes.
  • Componente das pedras para isqueiros.
  • Compostos de cério são usados na fabricação de vidros, como componentes ou como descorantes. Também para colorir esmaltes.
  • Elemento de liga para eletrodos de tungstênio usados em soldas.
  • Elemento de liga (junto com zircônio) para magnésio, melhorando capacidade de fundição e resistência ao calor.
  • Óxido é usado em fornos autolimpantes e no polimento de vidro.
  • Sulfato cérico é usado como agente oxidante em análises quantitativas.
  • Usado em eletrodos de carbono para iluminação na indústria cinematográfica.


Análise química

Objetivo

Estabelecer procedimento para determinação do Cério em ligas de FeSiMg com Cério até 3% por via úmida.

Descrição das etapas

 Princípio do método

Dissolução da amostra e eliminação do Silício, precipitação dos fluoretos de terras raras (TR), oxidação do Cério e valoração com solução padrão de sulfato ferroso amoniacal.

Reagentes

  • Acido Nítrico PA (HNO3)
  • Acido Fluorídrico PA (HF)
  • Acido Sulfúrico PA (H2SO4)
  • Acido Sulfúrico 6N – Solução a 16% V/V
  • Acido Perclórico 1:1 (HClO4)
  • Solução de Lavagem: H2SO4 1% + HF 2%
  • Solução de Nitrato de Prata 1% (AgNO3)
  • Persulfato de Amônio (NH4)2S2O8 – Sal PA
  • Solução de Sulfato Ferroso – Fenantrolina – Sulfato Ferroso Amoniacal 0,01N e 1,10-Fenantrolina 0,005M. PA
  • Solução sulfato de Cério 0.01N

Método de Preparo

A partir do CeO2:

  • Pesar 0.8606g de dióxido de Cério;
  • Dissolver com ácido sulfúrico 1:1.
  • Diluir para 500 ml em balão volumétrico e homogeneizar.

A partir do Ce(SO4)2:

  • Pesar 1.6612g de Sulfato de Cério (IV).
  • Dissolver em água destilada;
  • Diluir para 500ml em balão volumétrico e homogeneizar.

Ensaio

  1. Pesar 1,0g de amostra finamente pulverizada.
  2. Transferir para becker de teflon.
  3. Atacar com 10ml de HNO3 PA e gotas de HF e aquecer em chapa elétrica até secura total.
  4. Retirar da chapa e deixar resfriar por cerca de 5 minutos.
  5. Retomar com 30ml de H2SO4 6N.
  6. Levar à chapa elétrica para dissolver os sais.
  7. Diluir para 100ml com água.
  8. Adicionar 20ml de HF, um pouco de polpa e levar à chapa por 10 minutos com agitos intermitentes.
  9. Filtrar em papel de filtro faixa branca com polpa de papel, lavando com solução de H2SO4 + HF (solução de lavagem) por 5 vezes.
  10. Transferir o papel com o precipitado para erlenmayer de 500ml.
  11. Adicionar 15ml de H2SO4 PA e 30ml (*) de HNO3 P.A. e levar à chapa elétrica até eliminação dos vapores nitrosos.
  12. Adicionar 10ml de HClO4 1:1 e levar a fumos intensos.
  13. Retirar da chapa elétrica deixar esfriar e diluir para 150ml de água quente destilada.
  14. Adicionar 10ml de AgNO3 1%, 2g de (NH4)2S2O8 e levar à chapa elétrica para eliminação do excesso de persulfato deixando ferver por 10 minutos. (A solução deverá ficar amarela).
  15. Esfriar a temperatura ambiente.
  16. Titular com solução de Sulfato Ferroso Amoniacal – Fenantrolina até coloração levemente alaranjada.

Cálculos

Onde:

%Ce = percentagem de Cério na amostra

V = ml de Sulfato Ferroso gasto na titulação

N = Normalidade do Sulfato Ferroso

0,14012 = Miliequivalente do Ce

100= Aferição à porcentagem

Pa= Massa da amostra em gramas

(*) Ao colocar o H2SO4 deve-se esperar até que todo o papel seja destruído para depois adicionar o HNO3 (a solução devera está totalmente fria), pelo contrário haverá uma reação muito forte projetando material para fora do erlenmayer.

Preparação do sulfato ferroso amoniacal

  • Pesar 7,88g de sulfato ferroso amoniacal [(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]; 1,05 g de fenantrolina e transferir para becker de 600ml.
  • Adicionar 500ml de água destilada mais 16ml de H2SO4 conc.
  • Passar para balão de 2000ml, avolumar e homogeneizar.
  • Pesar 22,5g de sulfato ferroso amoniacal.
  • Transferir para becker de 400ml.
  • Adicionar 300ml de H2SO4 conc. Esfriar.
  • Adicionar 3g de 1,10-fenantrolina e avolumar para 5,7 litro.

Padronização

  • Pipetar 20ml de solução 0,01N de Sulfato de Cério (IV) (Solução padrão) para erlenmayer de 250ml.
  • Adicionar 10ml de H2SO4 1:1 e 10mL de HClO4 P.A. e levar a fumos intensos.
  • Deixar esfriar por 10 minutos.
  • Diluir para 100ml com água destilada.
  • Adicionar 10ml de AgNO3 a 1% mais 1,5g de (NH4)2S2O8 e ferver por 10 minutos.
  • Esfriar e titular o Ce com solução a ser fatorada (Solução de Sulfato Ferroso Amoniacal).
  • Deve-se efetuar uma prova em branco seguindo os mesmos passos deste procedimento.

 

Cálculos:

Onde:

N = Normalidade real do Sulfato Ferroso

0,01= Normalidade do Sulfato de Cério

20= Volume do Sulfato de Cério usado

Vol. FeSO4 = ml de Sulfato ferroso gasto na titulação

Observações.: Para padronização, usar solução de sulfato de cério 0,01N (Merck).

Evandro Trindade

Administrador do Quimicando, formado em Técnico em Química e esta cursando Analise e Desenvolvimento de Sistemas, um grande admirador por analises químicas e métodos analíticos, hoje também por programação, design e desenvolvimento web.

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