Relat_9

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
QUÍMICA EXPERIMENTAL – IQ 112
MÓDULO: ANÁLISE QUANTITATIVA
PRÁTICA Nº 10 – RELATÓRIO Nº 09
DATA: 14/ 06/ 2010
VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO 
DOSAGEM DE CALCIO
CURSO DE NUTRIÇÃO – 1º PERÍODO
TURMA: INC
PROFESSORA: MARLICE APARECIDA SÍPOLI MARQUES
ALUNA: MURIEL GADAS DE MATOS DUVANEL DE ALMEIDA
INTRODUÇÃO
A volumetria de complexação se baseia nas reações de formação de íon complexo que envolve um metal de transição (íon metálico) no centro e ligantes de átomos, íons ou moléculas a sua volta, que atuam como bases de Lewis, sendo então, elementos capazes de doar elétrons ao metal de transição, pois os mesmos são substâncias ávidas por elétrons por apresentarem um orbital incompleto, aceitando pares de elétrons para formar íons complexos e assim, podem ser considerados ácidos de Lewis. A ligação feita com o átomo central é coodernada. O fenômeno mais frequente na formação de um íon complexo é a mudança de coloração do composto, e uma importante característica é o fato de serem mais estáveis do que seus sais. 
Mesmo havendo alta quantidade de compostos usados na volumetria de complexação, os complexos formados com EDTA (ácido etilenodiamino tetra-acético), são os mais usados, baseando-se na reação estequiométrica de íons metálicos com EDTA. O EDTA é um ácido fraco que tem quatro hidrogênios ionizáveis, sendo um ácido tetracarboxílico, atribui-se a ele a forma H4Y, e ao sal dissódico Na2H2Y, que fornece o íon H2Y2-, formador do complexo em meio aquoso. Quando ele está na forma de Sal Dissódico (normalmente usado pelo fato do EDTA não ser solúvel em água) sua obtenção se dá pelo alto grau de pureza, sendo estável à temperatura ambiente, e não higroscópico, podendo ser usado como padrão primário. A reação do EDTA com um metal tem a relação molar de 1/1 e pode ser representada por: 
Mn+ + H2Y2- ⇌ MYn-4 + 4H+ 	*MYn-4: Íon complexo
A formação e a estabilidade do complexo é governada pelo pH da solução. Em valores de pH mais baixos (aumento da concentração do íon de hidrogênio), a estabilidade do complexo metal-EDTA diminui pois os íons de hidrogênio competem com o íon metálico pela molécula de EDTA, sendo a substituição do ligante Mn+ (metal) pelo H+ mais favorecida. Portanto, para o caso de Ca2+, os valores mínimos de pH para existir o complexo deverão ser entre 8 a 10.
O negro de eriocromo T (NET) é um indicador complexométrico, usado para este tipo de volumetria. É usado exclusivamente na faixa de pH entre 7 e 11, e seu ponto de virada se apresenta na cor azul.
A dureza da água é predominantemente causada pela presença de sais de cálcio e magnésio, de modo que os principais íons levados em consideração na medição são Ca2+ e Mg2+. Esses íons causam problemas tanto em casa, pois a reação do Ca2+ e do Mg2+ com o carboxilato dos sabões elimina por completo o poder detergente dos mesmos, quanto nas indústrias, pois ao elevar a temperatura para a geração de vapor, a solubilidade dos sais destes íons diminui, formando incrustações nas paredes de tubulações, fazendo com que a transferência do calor seja dificultada. A dureza da água é medida geralmente com base na quantidade de 
 por milhão" �partes por milhão� (ppm) de carbonato de Cálcio (CaCO3) e de carbonato de magnésio (MgCO3), também representada como mg/l. Quanto maior a quantidade de "
 por milhão" �ppm�", mais "dura" será considerada a água. As águas duras são difíceis de formarem precipitados de sabão para a produção de espuma. Através do abrandamento (tratamento que elimina a dureza da água, formando água mole), os cátions de Ca2+ e Mg2+ são trocados por cátions de H+ ou Na+, e a dureza é levada a zero.
	Classificação
	Muito mole
	Mole (branda)
	Média dureza
	Dura
	Muito dura
	Teor
	0 a 70 ppm
	70-135 
ppm
	135-200 ppm
	200-350 ppm
	mais de 350 ppm
OBJETIVO
Fazer a padronização do EDTA, determinando seu fator de correção, a partir da solução de CaCO3. Determinar a dureza da água e a dosagem de cálcio (teor de Ca2+) em água, pela volumetria de complexação.
 
EXPERIMENTOS E CÁLCULOS 
 Preparo da solução de CaCO3 e padronização da solução de EDTA
a) Preparo da solução padrão primário (preparada pelo técnico)
- Concentração da solução de carbonato de cálcio no rótulo do frasco: 1,0043 g em 1 L
- Calculo da molaridade da solução de CaCO3 
Peso Molecular (PM) CaCO3 = 100; nº de ligações M-L = 1
Eqg = PM / nº de ligações M-L = 100 / 1 = 100
Molaridade (M) do carbonato de cálcio: M = m(g) / PM x V (L)
N = 1,0043 / 100 x 1L = 0,010043 = 0,01M
b) Padronização do EDTA e preparo do Titulante
Rinsar um béquer com a solução de EDTA e com a ajuda deste, rinsar também com a solução de EDTA a bureta (prendê-la na garra de suporte devidamente fechada, encher com o titulante e abrir a torneira com o béquer posicionado em baixo); preencher novamente a bureta com o titulante até que o volume chegue a marca zero, observando se não há bolha na porção logo após da torneira, caso tenha, abrir a torneira e fechar, até a bolha sair e encher de novo a bureta até a marca zero. 
c) Preparo do titulado
Rinsar um béquer com a solução de CaCO3 e descartá-la; colocar 30mL do carbonato de cálcio para o béquer; com a pipeta volumétrica de 10mL, pipetar para o erlenmeyer 10 mL do titulado contido no béquer e colocar mais 50 mL de água destilada com a proveta de 50mL. Por mais 2 mL de solução tampão com a proveta de 10 mL; adicionar ao erlenmeyer com o bastão de vidro, uma pequena porção NET (indicador) e agitar.
d) Titulação
Colocar o erlenmeyer embaixo da bureta e abrir a torneira com a mão esquerda, agitando o erlenmeyer com a mão direita, de modo que caia gota a gota da solução do titulante sobre o titulado até que o indicador presente na solução passe de vermelha para azul (cor do ponto de equivalência). Após notar a mudança, parar rapidamente a adição do titulado, fechando a torneira da bureta; anotar qual o volume final da bureta.
Observação¹: Se ficar solução de EDTA na parede do erlenmeyer, lavar com água destilada da pisseta e continuar a adição do titulante.
f) Repetir o processo (c, d) com o outro erlenmeyer.
Observação²: As leituras finais da bureta devem ter uma diferença menor do que 0,2mL.
- Reação de complexação: M – IND + EDTA⇌ M-EDTA + IND
				(cor a)			 (cor b)
CÁLCULOS
- Dados e média dos volumes gastos de titulante
	Dados
	Volume
	Unidade
	Titulado
	Alíquota da solução de CaCO3 usada na titulação
	 10
	 mL
	Titulante
	Molaridade (padronizada)
	
	 M’
	Volume de EDTA gasto na titulação
	V1 10,4
	 mL
	
	V2 10,2
	 mL
	Volume médio de EDTA gasto na titulação (Vm = V1+V2 / 2)
	Vm 10,3
	 mL
- Molaridade experimental da solução de EDTA 
Vm x Mexp = V’ x M’ (titulado, erlenmeyer) 10,3 x Mexp = 10 x 0,010043 
(titulante, bureta)					 Mexp = 0,009750485 = 0,0098 M
- Calculo do fator de correção
f = Mreal / Mteórica	f = 0,0098 / 0,01 = 0,98	
- Calculo do erro experimental
Molaridade teórica ----------- 100% de exatidão
Molaridade real ----------------- X% de exatidão	 
0,01 --------- 100%
0,0098 ------ X%		 X% = 98% de exatidão
Erro = X% de exatidão - 100% Erro = 98% - 100% = - 2% de erro
Determinação da dureza da água
Os dados das letras a e b do numero I (Preparo da solução de CaCO3 e padronização da solução de EDTA) são os mesmos para este ensaio.
c) Preparo do titulado
Colocar 25mL de água dura para o béquer; com a pipeta volumétrica de 10mL, pipetar para o erlenmeyer 10 mL do titulado contido no béquer e colocar mais 50 mL de água destilada com a proveta de 50mL. Por mais 2 mL de solução tampão de pH = 10 com a proveta de 10 mL; adicionar ao erlenmeyer com o bastão de vidro, uma pequena porção NET (indicador) e agitar.
d) Titulação
Colocar o erlenmeyer embaixo da bureta e abrir a torneira com a mão esquerda, agitando o erlenmeyer com a mão direita, de modo que caia gota a gota da solução do titulante sobre o titulado até que o indicador presente na solução passe de vermelhopara azul puro (cor do ponto de equivalência). Após notar a mudança, parar rapidamente a adição do titulado, fechando a torneira da bureta; anotar qual o volume final da bureta.
- Reação de complexação: M – IND + EDTA ⇌ M-EDTA + IND
				(cor a)				(cor b)
CÁLCULOS
- Dados e média dos volumes gastos de titulante
	Dados
	Volume
	Unidade
	Titulado
	Alíquota da solução da amostra usada na titulação
	 10
	 mL
	Titulante
	Molaridade
	 0,01
	 M
	Volume gasto na titulação
	V1 6,3
	 mL
	
	V2 6,5
	 mL
	Volume médio gasto na titulação (Vm = V1+V2 / 2)
	Vm 6,4
	 mL
- Molaridade experimental 
Vm x M = V’ x M’ (titulado, erlenmeyer) 
(titulante, bureta)	6,4 x 0,01 = 10 x M’ M’ = 0,0064M
M = N
- Calculo da massa do titulado (CaCO3 em 10 mL)
N’ = massa titulada(g) / Eqg x V (L)	 	massa titulada(g) = N’ x / Eqg x V (L)	
m titulada = 0,0064 x 100 x 10-2 = 0,0064g
- Calculo da massa em 1 L da solução
massa titulada --------- 10-2 L
massa em g (x) -------- 1 L
x = 0,0064 x 1 / 10-2	x = 0,64g , logo x = 0,64 g/L
- Calculo do erro experimental 
Concentração teórica ----------- 100% de exatidão
Concentração experimental ---- X% de exatidão	 
0,6006 g/L ------- 100%
0,64 g/L ---------- X%		 X% = 106,56% de exatidão
Erro = X% de exatidão - 100% Erro = 106,56% - 100% = 6,56% de erro
- Calculo da dureza total da água
 1 mg/L --------- 1 ppm
640 mg/L -------- x		x = 640 ppm (muito dura, pois é maior do que 350 ppm)
CONCLUSÃO
Conclui-se que a partir dos experimentos foi possível realizar o objetivo de padronizar a solução de EDTA, determinando a percentagem de erro, além classificar a dureza da água através dos cálculos.
REFERÊNCIAS
 Universidade Federal do Rio de Janeiro. Instituto de Química. Apostila de Química Analítica – Nutrição.
CAPÍTULO 2 Análise Volumétrica. Departamento de Química, Universidade de Coimbra. Disponível em: <https://woc.uc.pt/quimica/getFile.do?tipo=2&id=1154>. Acesso em: 19/06/10.
NETO,O., PINTO, J. TRABALHANDO A QUÍMICA DOSSABÕES E DETERGENTES. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Disponível em: <http://www.iq.ufrgs.br/aeq/html/publicacoes/matdid/livros/pdf/sabao.pdf>. Acesso em: 19/06/10.
 GAUBEUR, I., GUEKEZIAN, M., BONETTO, N. LABORATÓRIO DE QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA. Universidade Presbiteriana Mackenzie. São Paulo, 2004 . Disponível em: <http://meusite.mackenzie.com.br/nbonetto/disciplinas/apostila_Laboratorio_Quimica_Analitica_Quantitativa.pdf>. Acesso em: 19/06/10.
QUESTÕES 
No que consiste um sabão comum. Escreva a equação química da reação de um sabão comum com o CaCl2.
O sabão comum que uma mistura de sais de sódio ou potássio de ácidos graxos de cadeia longa. Os produtos utilizados comumente para a fabricação do sabão comum são o hidróxido de sódio ou potássio (soda cáustica ou potássica) além de óleos ou gorduras animais ou vegetais. Processo de obtenção do sabão: primeiramente coloca-se soda, gordura e água na caldeira com temperatura em torno de 150ºC, deixando-as reagir por algum tempo. Após adiciona-se cloreto de sódio (auxilia na separação da solução em duas fases). Na fase superior (fase apolar) encontra-se o sabão e na inferior (fase aquosa e polar), a glicerina (composto que possui três hidroxilas na estrutura de sua molécula que interage com a água devido à existência de pontes de hidrogênio entre suas moléculas), impurezas e possível excesso de soda. Nesta etapa realiza-se uma eliminação da fase inferior e, a fim de garantir a saponificação da gordura pela soda, adiciona-se água e hidróxido de sódio à fase superior, repetindo esta operação quantas vezes seja necessário. Depois de terminado o processo pode-se colocar aditivos que irão melhorar algumas propriedades do produto final.
- Reação com o CaCl2: 
Ao lavar as mãos sujas de talco – Silicato de magnésio hidratado natural – MgH2(SiO4)3 com sabão, observou-se certa dificuldade do surgimento de espuma. Explique o ocorrido. 
O magnésio presente na estrutura do talco dificulta a precipitação do sabão e com isso a formação de espuma do mesmo, pois ele reage com o carboxilato do sabão, eliminando o seu poder detergente.
Por que o risco de ocorrência de incrustações é maior nas áreas de transferência de calor?
Pois nessas áreas de tubulações de trocadores de calor e caldeiras, a alta temperatura (devido à necessidade de geração de vapor) faz com que a solubilidade dos sais de íons Ca2+ e Mg2+, presentes na água, diminua, favorecendo a formação de incrustações e com isso, dificultando a transferência de calor.
 
Por que na determinação da dureza da água, em termos de teor de CaCO3, o pH durante a titulação deve ser aproximadamente = 10?
Somente para valores de pH alcalino é o EDTA existe, em solução, na forma da espécie Y4- (espécie ativa que se liga ao metal). Para outros valores de pH, predominam as outras espécies protonadas (formas iônicas) do EDTA. Nesses casos, pode-se considerar que o íon H+ compete com o íon metálico pelo EDTA, sendo a substituição do ligante Ca+2 pelo H+ mais favorecida. Portanto o valor de pH para a existência do complexo deve ser aproximadamente 10 (básico).
Reação do EDTA com o metal Ca2+:	
Ca2+ + H2Y2 ⇌ CaY2- + 2 H+		ou	 Ca-NET + EDTA ⇌ Ca-EDTA + NET
É evidente que à medida que o pH diminui este equilíbrio desloca-se no sentido de impedir a formação do quelato CaY2- e que deverá existir um valor de pH abaixo do qual a titulação do Ca2+ com EDTA não poderá ser realizada, pois, fica praticamente impedida a formação do complexo metálico. Mas à medida que o pH aumenta, o íon complexo formado é mais estável, pois a concentração de íons H+ será menor, e a substituição do Ca2+ pelo H+ será menos favorecida.