Concentrações baixas de ferro (como 0,02 \mathrm{nM} ) no oceano aberto limitam o crescimento do fitoplâncton. Pré-concentração é necessária para determinar concentrações tão baixas. Os traços de \mathrm{Fe}^{3+} presentes em uma enorme amostra de água do mar foram concentradas em 1,2 \mathrm{~mL} de uma coluna de resina quelante. A coluna é então rinsada com 30 mL de água de alta pureza e depois eluída com 10 mL de \mathrm{HNO}_{3} 1,5 \mathrm{M} de alta pureza.
(a) Para cada amostra, a água do mar é passada através de uma coluna por 17 h a 10 \mathrm{~mL} / \mathrm{min}. De quanto a concentração de \mathrm{Fe}^{3+} nos 10 mL de eluato de \mathrm{HNO}_{3} aumenta devido a esse procedimento de pré-concentração?
(b) Qual é a concentração de \mathrm{Fe}^{3+} na água do mar quando \mathrm{Fe}^{3+} 57 \mathrm{nM} foi encontrado no eluato de ácido nítrico?
(c) O reagente ácido nítrico concentrado grau analítico tem concentração 15,7 \mathrm{M} e contém \leq 0,2 \mathrm{ppm} de ferro. Qual seria a concentração aparente de ferro ( nM ) em um branco de água do mar se o ácido de grau analítico fosse usado para preparar o eluente \mathrm{HNO}_{3} 1,5 \mathrm{M} ?

Passo 1

O enunciado trata de pré-concentração de F e^{3}⁺ de água do mar usando uma coluna de resina: uma amostra grande de água é passada a 10 mL/min por 17 h, retendo todo o Fe numa resina de 1,2 mL, que é eluída com 10 mL de HN O_{3} 1,5 M. Vamos calcular o fator de pré-concentração (a), usar esse fator para recuperar a concentração original de Fe (b) e estimar o branco de Fe proveniente do ácido nítrico grau analítico (c).

Passo 2

Calcular o volume de água do mar processado:
V_{\text{mar}} = 10\;\mathrm{mL/min} \times 17\;\mathrm{h} \times 60\;\mathrm{min/h} = 10200\;\mathrm{mL}.

Passo 3

O fator de pré-concentração é a razão entre o volume de amostra e o volume do eluato:
F = \frac{V_{\text{mar}}}{V_{\text{eluato}}} = \frac{10200\;\mathrm{mL}}{10\;\mathrm{mL}} = 1020.

Passo 4

Se no eluato de 10 mL foi medido \;57\;\mathrm{nM} de F e^{3}⁺, a concentração original na água do mar é
C_{\text{mar}} = \frac{57\;\mathrm{nM}}{1020} \approx 0,0559\;\mathrm{nM}.

Passo 5

O HN O_{3} concentrado (15,7 M) contém até 0,2 ppm de Fe 0,2\;\mathrm{mg/kg}. Para preparar 1 L de 1,5 M:
V_{\text{stock}} = \frac{1,5}{15,7}\times1000\;\mathrm{mL}=95{,}5\;\mathrm{mL}.
Com densidade \rho\approx1{,}41\;\mathrm{g/mL}, isso corresponde a
m_{\text{ácido}}=95{,}5\;\mathrm{mL}\times1{,}41\;\mathrm{g/mL}=134{,}6\;\mathrm{g}=0{,}1346\;\mathrm{kg}.á
A massa de Fe presente é
m_{\text{Fe}}=0{,}1346\;\mathrm{kg}\times0{,}2\;\mathrm{mg/kg}=0{,}0269\;\mathrm{mg}=2{,}69\times10^{-5}\;\mathrm{g},
logo o número de mols em 1 L de eluato é
n_{\text{Fe}}=\frac{2{,}69\times10^{-5}\;\mathrm{g}}{55{,}845\;\mathrm{g/mol}} \approx4{,}82\times10^{-7}\;\mathrm{mol},
o que dá
C_{\text{Fe,eluato}}=4{,}82\times10^{-7}\;\mathrm{mol/L}=482\;\mathrm{nM}.
Esse valor, levado ao equivalente em água do mar via fator F, produz o branco aparente
C_{\text{mar,branco}}=\frac{482\;\mathrm{nM}}{1020}\approx0,473\;\mathrm{nM}.

Resposta

(a) 1020 vezes
(b) 0,0559 nM
(c) 0,47 nM

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