Procedimentos Operacionais Padrão (POPs) são documentos organizacionais que traduzem o planejamento do trabalho a ser executado. Os POPs são específicos para cada organização ou área da qual descrevem as atividades, facilitam o treinamento de pessoal, reduzem as falhas de comunicação, e o número de acidentes. Se não for escrito de maneira correta, seu uso se torna limitado e até mesmo desastroso. O POP que se segue é para determinação do teor de \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3} em carbonato de sódio comercial utilizado em uma indústria têxtil.
I) Em balança analítica pese uma massa \mathrm{m}(\mathrm{g}) da amostra de aproximadamente 500 mg , anote o valor exato.
II) transfira a massa para balão de 200,00 \mathrm{~mL} e complete o volume com água deionizada.
III) Pipete uma alíquota de 25,00 \mathrm{~mL} para erlenmeyer 250 mL , adicione 3 gotas de alaranjado de metila e titule com solução padrão de \mathrm{HCl} 0,1 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}
IV) Calcule o teor (% \mathrm{m} / \mathrm{m} ) do carbonato de sódio na amostra pela expressão

\boldsymbol{\%} \mathbf{m} \boldsymbol{/} \mathbf{m} \boldsymbol{=} \mathbf{0 , 4 2 4} \boldsymbol{.} V.f \boldsymbol{/} \mathbf{m}

onde: \mathrm{V}= volume(mL) da solução padrão de HCl
\mathrm{f}= fator de correção da solução padrão de HCl
\mathrm{m}= massa(g) da amostra
a) Avalie as instruções contidas neste POP e justifique.
b) Faça as alterações necessárias para substituir o balão de 250,00 \mathrm{~mL} por um balão de 100,00 \mathrm{~mL}.
c) Comente sobre as possíveis melhorias que podem ser introduzidas neste POP.

Passo 1

O enunciado fornece um POP para determinação do teor de \mathrm{Na_2CO_3} em amostra comercial. Informações e itens pedidos (peguei tudo do enunciado):
  • Pesagem: pesar uma massa \,m (g) da amostra na balança analítica, massa aproximada de 500\\ \mathrm{mg}.
  • Dissolução: transferir a massa para balão de \,200{,}00\\ \mathrm{mL} e completar com água deionizada. (observação: o enunciado da tarefa depois fala de um balão de 250{,}00\\ \mathrm{mL} — há inconsistência entre 200{,}00\\ \mathrm{mL} e 250{,}00\\ \mathrm{mL}.)
  • Aliquota: pipetar uma alíquota de 25{,}00\\ \mathrm{mL} para erlenmeyer 250\\ \mathrm{mL}.
  • Titulação: adicionar 3 gotas de alaranjado de metila e titular com solução padrão de \mathrm{HCl}\;0{,}1\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}.
  • Fórmula informada no POP para o teor (% m/m) do carbonato de sódio: \%\\ \mathrm{m/m} = 0{,}424\;\cdot V\cdot f \;/\; monde:
    • V = volume (mL) de \mathrm{HCl} gasto na titulação;
    • f = fator de correção da solução padrão de \mathrm{HCl};
    • m = massa (g) da amostra pesada.
  • Pedidos da questão:
    a) Avaliar as instruções do POP e justificar (apontar erros/omissões).
    b) Fazer as alterações necessárias se o balão de diluição original de 250{,}00\\ \mathrm{mL} for substituído por balão de 100{,}00\\ \mathrm{mL}.
    c) Sugerir melhorias possíveis no POP.

Passo 2

Entender a química e a relação estequiométrica da titulação (a base do cálculo). Reação entre \mathrm{Na_2CO_3} e \mathrm{HCl}:
\mathrm{Na_2CO_3} + 2\mathrm{HCl} \longrightarrow 2\mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2}\uparrow
O que isso diz, em palavras simples:
  • 1 mol de \mathrm{Na_2CO_3} reage com 2 mol de \mathrm{HCl}.
  • Logo, moles de \mathrm{Na_2CO_3} na alíquota = metade dos moles de \mathrm{HCl} gastos na titulação.
Explicando variáveis que vamos usar:
  • V (mL) é o volume lido na bureta de \mathrm{HCl}.
  • C_{\text{nom}} é a concentração nominal da solução de \mathrm{HCl}, aqui 0{,}1\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}.
  • f é o fator de correção: ele ajusta a concentração nominal para a concentração real. Definição prática usada em laboratório: C_{\text{real}} = f \cdot C_{\text{nom}}.Assim, os mols de \mathrm{HCl} efetivos lançados na equação são \dfrac{V}{1000}\cdot C_{\text{real}} = \dfrac{V}{1000}\cdot(0{,}1\cdot f).
  • Massa molar do \mathrm{Na_2CO_3}: M_{\mathrm{Na_2CO_3}} \approx 105{,}99\\ \mathrm{g\;mol^{-1}} (explicar: 2\times\mathrm{Na}+1\times\mathrm{C}+3\times\mathrm{O}).

Passo 3

Derivação detalhada da expressão correta do teor (passo a passo com contas fáceis de replicar na prova).
  1. Moles de \mathrm{HCl} gasto:
\text{n}_{\mathrm{HCl}} = \frac{V}{1000}\cdot (0{,}1\cdot f).
  1. Moles de \mathrm{Na_2CO_3} na alíquota (pela estequiometria 1\\ \mathrm{mol\\ Na_2CO_3} : 2\\ \mathrm{mol\\ HCl}):
\text{n}_{\mathrm{Na_2CO_3},\; \text{aliq}}=\frac{\text{n}_{\mathrm{HCl}}}{2}=\frac{V}{1000}\cdot\frac{0{,}1\cdot f}{2}.
  1. Massa de \mathrm{Na_2CO_3} presente na alíquota (g):
m_{\mathrm{aliq}}=\text{n}_{\mathrm{Na_2CO_3},\; \text{aliq}}\cdot M_{\mathrm{Na_2CO_3}} = \frac{V}{1000}\cdot\frac{0{,}1\cdot f}{2}\cdot 105{,}99.
Calculemos o coeficiente numérico:
\frac{0{,}1}{2}\cdot\frac{105{,}99}{1000}=0{,}00005\cdot105{,}99=0{,}0052995.
Logo
m_{\mathrm{aliq}} = V\cdot f \cdot 0{,}0052995\quad(\text{g}).
  1. Relação entre massa na alíquota e massa total na solução preparada:
  • Se a amostra foi dissolvida em um balão de volume V_{\text{bal}} (mL) e retirou-se alíquota de 25{,}00\\ \mathrm{mL}, a massa total de \mathrm{Na_2CO_3} dissolvida no balão é
m_{\text{total}} = m_{\mathrm{aliq}}\cdot\frac{V_{\text{bal}}}{25{,}00}.
  1. Teor em %\\ \mathrm{m/m}:
\%\\ \mathrm{m/m}=\frac{m_{\text{total}}}{m}\cdot 100 = \frac{V\cdot f\cdot 0{,}0052995\cdot \dfrac{V_{\text{bal}}}{25{,}00}}{m}\cdot 100.
Agora substituir os valores de V_{\text{bal}} conforme o caso para obter o fator numérico final.

Passo 4

Aplicar a fórmula para os volumes possíveis e comparar com o fator do POP (identificando o erro do POP).
Caso A: se V_{\text{bal}} = 200{,}00\\ \mathrm{mL} (como aparece no passo II do POP):
\%\\ \mathrm{m/m} = \frac{V\cdot f\cdot 0{,}0052995\cdot \dfrac{200{,}00}{25{,}00}}{m}\cdot100.
Calcule \dfrac{200}{25}=8. Então o coeficiente é
0{,}0052995\times 8 \times 100 = 0{,}0052995\times 800 = 4{,}2396.
Logo:
\%\\ \mathrm{m/m} = \frac{4{,}2396\cdot V\cdot f}{m}.
Caso B: se V_{\text{bal}} = 250{,}00\\ \mathrm{mL} (a outra referência no enunciado da tarefa):
\frac{V_{\text{bal}}}{25{,}00}=\frac{250}{25}=10,
o coeficiente fica
0{,}0052995\times 10 \times 100 = 5{,}2995,
portanto
\%\\ \mathrm{m/m} = \frac{5{,}2995\cdot V\cdot f}{m}.
Comparação com o POP informado ( 0{,}424\cdot V\cdot f / m):
  • O fator indicado no POP \,0{,}424 está claramente incorreto (difere por um fator cerca de 10 a 12 dependendo do V_{\text{bal}}). Provavelmente há um erro de casa decimal ou de unidade no POP original.
  • Conclusão: a expressão do POP é errada; a forma correta depende do volume do balão de diluição. Para V_{\text{bal}}=200{,}00\\ \mathrm{mL} o fator correto é aproximadamente 4{,}2396. Para V_{\text{bal}}=250{,}00\\ \mathrm{mL} o fator correto é aproximadamente 5{,}2995.

Passo 5

Justificativas e avaliação detalhada do POP (resposta à parte a). Pontos que precisam ser corrigidos/justificados:
  1. Inconsistência de volumes:
  • O POP diz no passo II "balão de 200{,}00\\ \mathrm{mL}" mas a pergunta b) fala em substituir balão de 250{,}00\\ \mathrm{mL}. É obrigatório padronizar: definir um único V_{\text{bal}} (por ex. 200{,}00\\ \mathrm{mL} ou 250{,}00\\ \mathrm{mL}) e usar a fórmula correspondente. Sem essa compatibilidade a fórmula numérica do POP é inválida.
  1. Fórmula numérica incorreta:
  • O coeficiente 0{,}424 no POP não corresponde às contas químicas corretas usando massas molares e estequiometria. Apresenta erro matemático por casa decimal/unidade. Deve ser substituído pelo coeficiente derivado conforme V_{\text{bal}}.
  1. Falta de definição e procedimento para o fator f:
  • O POP cita f sem explicar como obtê-lo. Deve-se explicitar que f é obtido por padronização da \mathrm{HCl} contra um padrão primário (por ex. carbonato de sódio anidro de pureza certificada, ou outro padrão apropriado), e dar a fórmula para cálculo de f: f=\frac{C_{\text{real}}}{C_{\text{nom}}} \quad\text{onde}\quad C_{\text{real}}=\frac{n_{\text{padrao}}}{V_{\text{padrao}}}.Explicar também que C_{\text{nom}}=0{,}1\\ \mathrm{mol\;L^{-1}} na etiqueta.
  1. Indicador e pontos de equivalência:
  • O POP recomenda alaranjado de metila (methyl orange). Isso é justificável se a titulação for levada até a segunda equivalência (completa neutralização para \mathrm{H_2CO_3}) porque o segundo ponto de equivalência de \mathrm{HCO_3^-} para \mathrm{H_2CO_3} ocorre em pH ácido ( \approx 3{,}5), compatível com o alcance do alaranjado de metila ( pH\sim3{,}1-4{,}4). Deve-se explicitar esse raciocínio no POP: usar alaranjado de metila para detectar a segunda equivalência (2 mol \mathrm{HCl} por mol \mathrm{Na_2CO_3}). Se for desejado apenas o primeiro ponto (1 mol \mathrm{HCl} por mol de \mathrm{Na_2CO_3}), usar fenolftaleína. O POP precisa declarar qual equivalência se pretende avaliar (normalmente, para teor total de \mathrm{Na_2CO_3} usa-se segunda equivalência).
  1. Procedimento analítico incompleto:
  • Não menciona padronização da bureta, calibração da pipeta, enxágues (pipeta, balão e erlenmeyer devem ser enxaguados adequadamente), temperatura de preenchimento do aforamento do balão (marca geralmente a 20^\circ\mathrm{C}), homogeneização após completar o balão, tempo máximo entre solução/diluição e titulação (evitar absorção/ perda de CO2), número de determinções e critérios de aceitação (ex.: realizar pelo menos 2–3 títulos concordantes dentro de X%).
  • Não menciona controle de branco (se houver interferentes voláteis/ácidos).
  • Não recomenda realizar titulações em duplicata/triplicata e cálculo do desvio padrão percentual.
  1. Precisão e algarismos significativos:
  • Especificar número de casas decimais aceitáveis para m, V e resultado final; registrar massa com todas as casas significativas que a balança analítica fornece.
  1. Segurança e manuseio:
  • Não há menção sobre EPI, descarte de resíduos ácidos, neutralização, e cuidados ao manusear CO2 liberado (embaixo de capela se necessário).

Passo 6

Alterações práticas e texto corrigido do POP para o caso em que o balão original é 250{,}00\\ \mathrm{mL} e para o caso pedido (substituir por 100{,}00\\ \mathrm{mL}). Instruções claras a incluir no POP (passos reescritos / corrigidos — itens essenciais que devem constar):
  • Pesagem:
    • Pesar uma massa \,m (g) de aproximadamente 500{,}0\\ \mathrm{mg} na balança analítica; anotar o valor com todas as casas fornecidas pela balança; evitar exposição longa ao ar (fechar rapidamente).
  • Diluição:
    • Transferir quantitativamente para balão volumétrico de V_{\text{bal}} (especificar o volume adotado: 200{,}00\\ \mathrm{mL} ou 250{,}00\\ \mathrm{mL} — padronizar) e completar até a marca com água deionizada a 20^\circ\mathrm{C}; homogeneizar.
  • Padronização da \mathrm{HCl}:
    • Antes de usar a \mathrm{HCl}\;0{,}1\\ \mathrm{mol\;L^{-1}}, padronizar usando padrão primário (ex.: carbonato de sódio anidro certificado) e calcular f por f = \frac{C_{\text{real}}}{0{,}1}.
    • Registrar f e data.
  • Titulação:
    • Pipetar 25{,}00\\ \mathrm{mL} da solução para erlenmeyer 250\\ \mathrm{mL} (volumétrica) – enxaguar pipeta com solução antes da entrega.
    • Adicionar 3 gotas de alaranjado de metila (se o objetivo for a segunda equivalência) ou usar fenolftaleína (se for primeira equivalência). Especificar qual equivalência se pretende.
    • Titular com \mathrm{HCl}\;0{,}1\,\mathrm{mol\;L^{-1}} (com fator f) até mudança de cor do indicador. Anotar V (mL) com precisão de 0{,}01 mL se a bureta permitir.
    • Repetir até três títulos concordantes; calcular média e relatório estatístico simples (média ± desvio padrão).
  • Cálculo:
    • Incluir a expressão correta do teor dependendo de V_{\text{bal}}. (Ver passo seguinte para expressões numéricas.)

Passo 7

Cálculo e expressão final para o caso pedido em (b): alterar balão de 250{,}00\\ \mathrm{mL} por balão de 100{,}00\\ \mathrm{mL}.
  • Se o balão de diluição for V_{\text{bal}}=100{,}00\\ \mathrm{mL} e a alíquota continuar 25{,}00\\ \mathrm{mL}, então a relação \dfrac{V_{\text{bal}}}{25{,}00}=\dfrac{100}{25}=4.
  • A partir da fórmula geral do Passo 3: \%\\ \mathrm{m/m} = \frac{V\cdot f\cdot 0{,}0052995\cdot (V_{\text{bal}}/25{,}00)}{m}\cdot100,substituindo V_{\text{bal}}=100{,}00: \%\\ \mathrm{m/m} = \frac{V\cdot f\cdot 0{,}0052995\cdot 4}{m}\cdot100.Calculemos o coeficiente: 0{,}0052995\times 4 \times 100 = 2{,}1198.
  • Portanto, a expressão prática a usar com balão de 100{,}00\\ \mathrm{mL} e alíquota 25{,}00\\ \mathrm{mL} é: \%\\ \mathrm{m/m} = \frac{2{,}1198\cdot V\cdot f}{m}.
  • Recomenda-se arredondar o fator conforme as casas significativas aceitáveis (por ex. usar 2{,}120 se preferir 4 dígitos significativos).

Passo 8

Outras melhorias e boas práticas a serem incluídas no POP (resposta c), com justificativa pedagógica):
  1. Padronização e registro:
    • Descrever procedimento de padronização da \mathrm{HCl}, registro de f, validade do frasco aberto e como reagir se f variar.
  2. Controle de qualidade:
    • Fazer pelo menos três determinações por amostra; aceitar resultados quando dois títulos concordarem dentro de um limite (ex.: 0{,}2\% relativo ou conforme normativa interna); calcular média e desvio padrão.
    • Incluir titulação de controle com padrão conhecido (check standard) periodicamente.
  3. Procedimentos de laboratório:
    • Instruir sobre enxágues: enxaguar a pipeta com parte da solução antes de pipetar; enxaguar o balão com pequenas porções e transferir quantitativamente.
    • Informar temperatura de calibragem dos volumétricos ( 20^\circ\mathrm{C}).
    • Indicar a necessidade de homogeneizar o balão invertendo suavemente ou agitanto, sem gerar espuma.
  4. Tratamento de amostra:
    • Orientar sobre evitar absorção de umidade/CO2 (pesar rapidamente, manter em dessecador, fechar frascos).
    • Se a amostra for muito impura ou tiver material carbonáceo solúvel, considerar etapa de filtração antes da titulação e justificar.
  5. Indicador e estratégia:
    • Explicar escolha do indicador com relação ao ponto de equivalência e pH das etapas da titulação (já detalhado no Passo 5). Incluir instrução de titulação até a segunda equivalência se o objetivo for o teor total de \mathrm{Na_2CO_3}.
  6. Segurança e descarte:
    • Incluir EPIs obrigatórios (óculos, luvas), manuseio de \mathrm{HCl}, descarte das soluções residuais neutralizadas.
  7. Documentação:
    • Modelo de ficha para registrar massa m, volume V para cada título, f, cálculos intermediários e resultado final com incerteza.

Resposta

a) O POP contém erros e omissões: inconsistência do volume do balão ( 200{,}00 vs 250{,}00\\ \mathrm{mL}); fator numérico apresentado ( 0{,}424) está incorreto pela estequiometria e massas molares; falta explicação de como obter o fator f; faltam procedimentos essenciais (padronização, enxágues, temperatura de aforamento, replicatas, controle de qualidade, segurança). Justificativa: a derivação estequiométrica leva a fatores distintos (ver contas) e exige padronização da \mathrm{HCl}.
b) Se o balão de diluição for 100{,}00\\ \mathrm{mL} (alíquota 25{,}00\\ \mathrm{mL}), a expressão correta do teor é
\%\\ \mathrm{m/m} = \frac{2{,}1198\cdot V\cdot f}{m},
que pode ser usada arredondada para \dfrac{2{,}120\cdot V\cdot f}{m}.
c) Melhorias sugeridas: padronizar e documentar V_{\text{bal}}; incluir procedimento de padronização da \mathrm{HCl} e definição de f; detalhar enxágues, calibração de volumétricos e temperatura de aforamento; exigir replicatas e critérios de aceitação; explicar escolha do indicador (alaranjado de metila para segunda equivalência) e incluir instruções de segurança e descarte.

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