A análise de nitrogênio em amostras de água pelo método Kjeldahl é realizada para determinar a concentração de nitrogênio orgânico e nitrogênio amoniacal (
)- NTK (Nitrogênio Total Kjeldahl) em uma amostra de água ou efluente. Nesse método um volume de uma amostra é digerida em ácido sulfúrico em ebulição, o que converte os átomos de nitrogênio presentes em moléculas orgânicas em íon amônio.
Depois da digestão completa, o pH da amostra é elevado através da adição de NaOH . Isso ocorre em um sistema fechado, uma vez que haverá formação de gás
:
O gás formado (amônia) será borbulhado em uma solução de HCl (de concentração conhecida), o que resultará na sua conversão em ânion
novamente:
Passo 1
O enunciado descreve o procedimento Kjeldahl: digestão converte nitrogênio orgânico em
, alcalinização gera
que é destilada e absorvida em solução de HCl, formando
novamente. Informações dadas e o que tipicamente se pede numa questão sobre isso:
- Informação 1: reação de conversão do nitrogênio orgânico em
após digestão (dada). - Informação 2: ao adicionar
(NaOH) forma-se que sai do sistema (dada). - Informação 3: o
é absorvido por solução de HCl, formando outra vez (dada). - Possível pedido (implícito, típico em exercícios): calcular a concentração de nitrogênio total Kjeldahl (NTK) da amostra a partir de volumes e concentrações de HCl e de titulação com NaOH (back-titulação), ou escrever a relação estequiométrica entre as quantidades medidas e o teor de N.
Vou assumir que o objetivo é: mostrar como obter a concentração de NTK (em
) a partir dos volumes/concentrações de ácido/base usados na captura e titulação. Todas as grandezas necessárias (volumes, concentrações, massa molar do N, etc.) serão definidas ao longo da resolução.
Passo 2
Entendendo a estequiometria das reações envolvidas — pequeno “aula” química mastigada.
- A reação que interessa quando o gás amônia é absorvido em HCl é:
Essa equação mostra que 1 mol de
reage com 1 mol de HCl. Portanto, a relação molar é 1:1 entre
(ou, equivalentemente, entre mol de N as
) e mol de HCl consumido nessa captura. Esse é o ponto-chave: cada mol de HCl consumido pela amônia corresponde a 1 mol de nitrogênio (N) presente como amônia.
Passo 3
Como se faz a medição prática (explicando o raciocínio por trás do procedimento):
- Normalmente adiciona-se um volume conhecido de HCl de concentração conhecida para captar toda a amônia destilada. Chamemos esse volume de
e a concentração (mol/L) de . - Depois da absorção, faz-se uma titulação (back-titulação) para determinar quanto do HCl inicial permaneceu sem reagir. Titula-se com NaOH de concentração
e volume gasto . - Como NaOH neutraliza HCl numa relação 1:1, o número de mols de HCl remanescentes é igual ao número de mols de NaOH gastos:
. - Assim, os mols de HCl que foram consumidos pela amônia (ou seja, consumidos pela
) são:
Pela estequiometria 1:1, esses mols são exatamente os mols de
(e, portanto, mols de N) formados a partir do nitrogênio da amostra.
Passo 4
Converter mols de N em massa de N e depois em concentração (passo a passo e explicando unidades).
- Mols de N (
) é igual a :
- A massa de nitrogênio (em gramas) é
, onde é a massa molar do nitrogênio: . - Se a amostra original teve volume
(em litros), a concentração de NTK em é:
- Para obter em
(forma usual), multiplica-se por :
Obs.: todos volumes em litros e concentrações em mol/L; se usar mL, converta:
.
Passo 5
Simplificação e fórmula final prática (aquela que você pode escrever direto na prova).
- Substituindo
, uma forma direta é:
- Podemos juntar
e deixar em g→mg, mas é mais legível deixar como acima. Lembre-se: em litros, em mol/L.
Passo 6
Correções práticas que costumam aparecer em questões de prova — explique por que e como aplicar:
- Correção do branco (blank): costuma-se fazer uma titulação paralela sem amostra (apenas reagentes) para medir consumo de HCl por impurezas ou reagentes. Chame de
. A correção consiste em substituir por na fórmula (ou subtrair o equivalente molar do branco). - Fator de diluição: se a amostra foi diluída antes da digestão/destilação por um fator
(ex.: 1:5 → ), multiplique o resultado por . - Se as concentrações forem dadas em normalidade
para ácidos monopróticos, (pois para HCl monoprótico, normalidade = molaridade).
Passo 7
Exemplo numérico totalmente desenvolvido (para você ver cada conta e poder reproduzir na prova).
Suponha (valores típicos):
Suponha (valores típicos):
- Volume da amostra:
. - Volume de HCl adicionado:
. - Concentração de HCl:
. - Volume de NaOH gasto na back-titulação:
. - Concentração de NaOH:
. - Sem correção de branco e sem diluição adicional.
Cálculo passo a passo:
- Mols de HCl adicionados:
- Mols de NaOH usados (igual aos mols de HCl remanescentes):
- Mols de HCl consumidos pela
:
- Massa de N:
- Concentração em mg/L:
Arredondando conforme regras da prova,
.
Passo 8
Dicas de prova e armadilhas comuns — empatia e incentivo
- Sempre confirme unidades: volumes em
, concentrações em . Se dados em , converta para . - Lembre do fator 1:1 entre
e HCl — isso é o fio condutor do raciocínio. - Não esqueça o branco; muitas questões pedem aplicar correção por branco.
- Se a amostra foi diluída antes da digestão, multiplique o resultado pelo fator de diluição.
- Na prova: escreva claramente os passos (mols adicionados, mols titulado, diferença = mols N, multiplicar pela massa molar do N, dividir pelo volume da amostra).
- Você consegue — descreva cada passo como fizemos aqui; isso ganha pontos mesmo se errar um cálculo.