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QUÍMICA ANALÍTICA II Profª Stéphanie Meyer Piazza MÉTODOS TITULOMÉTRICOS E GRAVIMÉTRICOS 2 EMENTA – 2º BIMESTRE • Métodos Volumétricos • Conceitos fundamentais • Titulação ácido-base • Titulação complexométrica • Titulação redox • Titulação de precipitação • Métodos Gravimétricos • Conceitos fundamentais • Precipitação gravimétrica • Volatilização gravimétrica • Gravimetria de particulados CRONOGRAMA • 24/05 – Entrega Trab 1 (valor 1,0) e Aula normal - Titulometria • 31/05 – Laboratório - Cloretos • 07/06 – Entrega Trab 2 (valor 2,0) e Revisão • 14/06 – Prova QUÍMICA ANALÍTICA 5 • Revela a identidade dos elementos e compostos de uma amostra. • Marcha analítica Qualitativa • Indica a quantidade de cada substância presente em uma amostra. • Gravimetria e Volumetria Quantitativa O que? Quanto? ANÁLISE QUANTITATIVA • Métodos clássicos: gravimétricos e titulométricos. • Determinação da massa dos reagentes, ou seja, a quantidade de um componente na amostra, em termos numéricos. 6 Análise Qualitativa Análise Quantitativa Química Analítica Via úmida Métodos Instrumentais Análise Clássica (Gravimétrica) Análise Clássica (Titulométrica) Manual Automático Métodos Fotométricos Métodos Eletroanalíticos Fluxograma da análise química Fonte: PIAZZA (2021). 7 DEFINIÇÃO • Métodos Gravimétricos • São métodos que determinam com precisão a massa de um componente mediante a pesagem, separando em uma forma elementar ou em uma combinação de composição conhecida. 8 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Uma análise gravimétrica consiste em isolar e pesar um elemento, ou um composto definido de um elemento, na forma mais pura possível. • É um método analítico em que são utilizadas somente medições de massa e informações sobre a estequiometria de reação para determinar a quantidade de um analito em uma amostra. 9 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • O fundamento do método é o estudo de uma reação química que tem como base a obtenção do precipitado. • Além disso, também devem ser consideradas tanto as características do precipitado obtido como o método em geral. • Uma análise gravimétrica consiste em isolar e pesar um elemento, ou um composto definido de um elemento, na forma mais pura possível. 10 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Esse processo é obtido, muitas vezes, através da formação de compostos pouco solúveis na forma de precipitados. • Nessa técnica, o importante é que o precipitado formado deve ser facilmente filtrável e lavável e não arraste impurezas da solução na qual é formado. • A facilidade na filtração do precipitado depende de alguns importantes fatores: tamanho, forma e carga elétrica das partículas. 11 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Classificação 12 Fonte: PIAZZA (2021). Métodos de precipitação Métodos de volatilização de desprendimento ou de adsorção Métodos de extração Métodos de eletrodeposição MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Vantagens • É exata e precisa quando se usam as balanças analíticas modernas; • Não necessita de realizar operações de calibração; • São empregadas simples vidrarias durante a operação; • Desvantagens • Sujeito a acumulação de erros; • Longo tempo de execução e várias etapas. 13 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Condições necessárias • Precipitado seja suficiente e insolúvel; • Precipite em um tamanho de partícula que não tenda ao estado coloidal; • O precipitado não absorva impurezas; • Apresente características estequiométricas fixas; • Possa pesar facilmente. 14 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • A teoria de formação de precipitados, do ponto de vista quantitativo, é a base teórica da Análise Gravimétrica. • O precipitado é filtrado, utilizando-se um cadinho de filtração previamente pesado, e depois é seco e calcinado. 15 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS 16 Fonte: https://www.engesolutions.com.br/ PROPRIEDADES DE PRECIPITADOS E REAGENTES • Idealmente, um agente precipitante gravimétrico deve reagir especificamente, ou pelo menos, seletivamente com o analito. • Os reagentes específicos, que são raros, reagem apenas com uma única espécie química. • Já os reagentes seletivos, que são mais comuns, reagem com um número limitado de espécies. 17 GRAVIMETRIA 18 Fonte: PIAZZA (2021). Reagentes Específicos São raros. Reagem apenas com uma única espécie química. Dimetilglioxima Reagente específico para Ni+2 em meio básico Reagentes Seletivos São mais comuns. Reagem com um número limitado de espécies. AgNO3 Precipita em meio ácido cloreto, brometo, iodeto e tiocianato PROPRIEDADES DE PRECIPITADOS E REAGENTES • Além da especificidade e as seletividade o reagente precipitante ideal deve provocar uma reação com o analito par formar um produto que seja: • Facilmente filtrado e lavado para remoção de contaminantes; • De solubilidade suficientemente baixa para que não haja perda significativa do analito durante a filtração e a lavagem; • Não-reativo com os constituintes da atmosfera; • De composição química conhecida após sua secagem, ou, se necessário, calcinação. 19 TAMANHO DE PARTÍCULA E FILTRAÇÃO DE PRECIPITADOS • Os precipitados constituídos por partículas grandes são geralmente desejáveis nos procedimentos gravimétricos porque essas partículas são faveis de filtrar e de lavar visando à remoção de impurezas. • Além disso, os precipitados desse tipo são geralmente mais puros que aqueles formados por partículas pequenas. 20 TAMANHO DE PARTÍCULA E FILTRAÇÃO DE PRECIPITADOS • O tamanho da partícula do precipitado e influenciado por variáveis experimentais como: • Solubilidade do precipitado, • Temperatura, • Concentrações dos reagentes, • Velocidade com que os reagentes são misturados (agitação). • O tamanho das partículas é uma característica muito importante, pois dele depende em grande parte, a qualidade do precipitado quanto a filtrabilidade. 21 DESAFIOS A SEREM CONTORNADOS • Co-precipitação: depois dos erros comuns de laboratório, este é o pior inimigo de um analista. • A co-precipitação é um processo no qual os compostos normalmente solúveis são removidos da solução por um precipitado. • É importante entender que a contaminação de um precipitado por um segunda substância cujo produto de solubilidade tenha sio excedido não se constitui em co-precipitação. 22 GRAVIMETRIA 23 Fonte: https://www.analiticafei.com.br/ DEFINIÇÃO • Métodos Titulométricos • Procedimento no qual a quantidade de um analito em uma amostra é determinado adicionando-se uma quantidade conhecida de um reagente que reage completamente com o analito. 24 MÉTODOS TITULOMÉTRICOS • Uma análise titulométrica é aquela que se realiza para determinar a concentração de uma solução. Também chamada de titulação, permite dosar uma solução e determinar a sua quantidade por intermédio de outra solução de concentração conhecida. • Também pode ser chamado de Volumetria. 25 MÉTODOS TITULOMÉTRICOS • Descubro determinado analito pela adição de um reagente conhecido. • O reagente combinado com o analito titulante. • Durante o processo a mistura titulante/amostra é examinada pela mudança de pH, cor ou outra propriedade mensurável sinaliza quando o analito foi completamente consumido. 26 MÉTODOS TITULOMÉTRICOS 27 Fonte: https://www.infoescola.com/quimica/titulometria/ Procedimento Quantitativo MÉTODOS TITULOMÉTRICOS • Procedimentos com grande aplicabilidade, sendo necessário medir os volume de titulantes, que devem reagir com o titulado de modo completo com: • Viabilidade termodinâmica: com o deslocamento do equilíbrio favorável à formação dos produtos; • Viabilidade cinética: com o equilíbrio deslocando-se para os produtos instantaneamente ou seja, ocorre rapidamente. 28 TITULAÇÃO 29 Titulação Ácido-Base • Tipo de titulação em que a reação de ácido com uma base é usada para medir um analito. Titulação Complexométrica • Reação que envolve a formação de um complexo. Na maioria o analito é um ácido de Lewis (ex. EDTA),com um ou mais pares de elétrons que podem ser doados para o analito. Titulação de Precipitação • Método no qual a reação de um titulante com um amostra produz precipitados insolúveis. Titulação Redox • Método que usa uma reação de oxidação- redução. Fonte: PIAZZA (2021). TITULOMETRIA VOLUMÉTRICA ÁCIDO – BASE • Também conhecida como acidimetria ou alcalimetria, neste método realiza-se a titulação de uma solução de ácido com um titulante básico (acidimetria) e realiza-se a titulação de uma solução básica com um titulante ácido (alcalimetria). • O ponto de equivalência é visível com a utilização de indicadores ácido-base, como a fenolftaleína por exemplo, e torna-se visível através da mudança de pH do titulado. 30 TITULOMETRIA DE COMPLEXAÇÃO • Este tipo de titulometria baseia-se na formação de complexos solúveis. Normalmente utiliza-se o EDTA (Sal dissódico do ácido etilenodiaminotetracético) como reagente. • Esta titulação é chamada de titulação complexométrica e é utilizada para realizar a titulação de quase todos os metais, e envolve a reação onde um íon metálico e um agente ligante (EDTA) formam um complexo suficientemente estável. 31 Ex. Reação de um íon metálico reagente com um ligante (EDTA) formando um complexo: TITULOMETRIA DE COMPLEXAÇÃO • Os principais indicadores utilizados nas titulações de Complexação são o negro de eriocromo T, Camalgita, Arsenazo I, Alaranjado de Xilenol, Murexida e o Solocromo Azul Escuro. 32 TITULOMETRIA POR PRECIPITAÇÃO • Este tipo de titulometria baseia-se na formação de compostos pouco solúveis. Normalmente utiliza-se soluções argentimétricas, como a solução padrão de nitrato de prata e uma solução de tiocianato de potássio ou amônio. • Pode ser utilizado desde que a reação se processe em velocidade adequada e possa se determinar o momento em que o ponto de equivalência for atingido. • Os principais indicadores utilizados nas titulações por precipitação são normalmente indicadores específicos, podem ser corantes orgânicos que possuam caráter ácido ou básico. 33 TITULOMETRIA POR PRECIPITAÇÃO • Requisitos: • Reação rápida e quantitativa (completa); • Formação de um produto estável, com composição reprodutível e de baixa solubilidade iônica ou molecular (pouquíssimo solúvel, como íons ou pares iônicos não dissociados). 34 TITULOMETRIA POR OXIRREDUÇÃO • Este tipo de titulometria baseia-se na transferência de elétrons através de agentes oxidantes ou redutores. Normalmente utiliza-se soluções argentimétricas, como a solução padrão de nitrato de prata e uma solução de tiocianato de potássio ou amônio. Vejamos um esquema genérico da reação que ocorre: • Recebem nomes específicos de acordo com a substância utilizada nas determinações, por exemplo, permanganometria, iodometria e iodimetria, entre outras. 35 MÉTODOS TITULOMÉTRICOS • Vantagens • Execução muito mais rápida • Método fácil de ser instalado, economicamente viável • Apesar de serem técnicas relativamente antigas, representam economia e confiabilidade. • Podem ser utilizadas na identificação da grande maioria de agentes químicos • Desvantagens • Método menos preciso que a gravimetria 36 PROCESSOS DE TITULAÇÃO 37 Fonte: https://www.todamateria.com.br/titulacao/ CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • Após realizada a titulação ácido-base com indicador fenolftaleína, são feitos cálculos para determinar a quantidade de substância contida na amostra. 38 Fonte: https://www.todamateria.com.br/titulacao/ CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • 1º passo: Calcular o volume gasto na titulação. • Transformando a unidade do volume para litros, obtemos o resultado: 39 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • 2º passo: Calcular o número de mols de NaOH utilizados na titulação. • Como a molaridade da solução é de 0,1 mol/L, temos: 40 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • 3º passo: Interpretar a estequiometria da reação. • Pela estequiometria, para a reação ocorrer 1 mol de base deve reagir com 1 mol de ácido. Sendo assim, como foi utilizado 0,001 mol de NaOH, essa quantidade reagiu com 0,001 mol de HCl. 41 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • 4º passo: Calcular a concentração molar do ácido clorídrico (HCl). • Como o volume de ácido utilizado está em mL, devemos transformá-lo em L: 42 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • 4º passo: Sabendo que o volume utilizado foi de 0,025 L e a quantidade de ácido que reagiu foi de 0,001 mol, calculamos a molaridade da seguinte forma: 43 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • Outra forma de cálculo é utilizando a fórmula de titulação: 44 CÁLCULOS DE TITULAÇÃO • O número de mols corresponde à multiplicação da concentração molar pelo volume da solução: 45 QUÍMICA ANALÍTICA II Profª Stéphanie Meyer Piazza MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS 47 MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS 48 Fonte: https://www.engesolutions.com.br/ ANÁLISE QUÍMICA • Tipos de análise: • Análise elementar: determina-se a quantidade de cada elemento na amostra, sem levar em consideração os compostos realmente presentes. • Análise parcial: determina-se apenas certos constituintes da amostra. • Análise completa: determina-se a proporção de cada componente da amostra. • Análise de constituintes-traço: caso especial da análise parcial, na qual determina-se constituintes que estão presentes em quantidades muito pequenas. CLASSIFICAÇÃO PASSO A PASSO 1º) definição do problema 2º) escolha do método - pesquisa bibliográfica 3º) amostragem - reduzir a um volume condizente com as condições de análise 4º) pré-tratamento da amostra - abertura da amostra e remoção dos interferentes 5º) calibração e medição 6º) avaliação - análise estatística dos resultados 7º) ação - o que fazer com o resultado Fatores que afetam a escolha do método analítico • O tipo de análise que se quer fazer: elementar ou molecular, rotineira ou episódica, etc. • Problemas decorrentes da natureza do material investigado. Ex.: substâncias radioativas, substâncias corrosivas, substâncias afetadas pela água, etc. • A possível presença de interferentes. • A faixa de concentração a ser investigada. Fatores que afetam a escolha do método analítico • A exatidão requerida. • A disponibilidade de equipamento. • O tempo necessário para completar a análise. • O número de análises de mesmo tipo a serem efetuadas (o analista fará um número limitado de determinações ou a situação exigirá análises frequentes e repetitivas?). • A necessidade de se usar um método não-destrutivo. • O custo da análise. MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • A análise gravimétrica ou gravimetria, é um método analítico quantitativo cujo processo envolve a separação e pesagem de um elemento ou um composto do elemento na forma mais pura possível. • O elemento ou composto é separado de uma quantidade conhecida da amostra ou substância analisada. GRAVIMETRIA • Apesar de ser um método bastante complexo e demorado de ser realizado, ainda é muito utilizado pois é um método quantitativo exato e preciso quando utilizadas balanças analíticas confiáveis, além de possibilitar o controle das possíveis fontes de erros durante o processo e ser um processo relativamente de baixo custo, pois utiliza equipamentos que são consideravelmente baratos. GRAVIMETRIA • Em que é usado a gravimetria? • A análise gravimétrica é um tipo de técnica laboratorial usada para determinar a massa ou concentração de uma substância, medindo alterações na massa. GRAVIMETRIA • Quais as principais fontes de erro na análise gravimétrica? • As impurezas que acompanham o precipitado constituem a maior fonte de erros na análise gravimétrica e podem ser incorporadas ao precipitado por co-precipitação ou pela pós- precipitação. GRAVIMETRIA • Quais as etapas da gravimetria? • Para realizar a análise gravimétrica é necessário fazer a separação do elemento ou composto até sua forma mais estável e pura, e este processo pode ser feito de diversas maneiras, como por exemplo: precipitação química, extração,volatilização e eletrodeposição. MÉTODOS GRAVIMÉTRICOS • Classificação 60 Fonte: PIAZZA (2021). Métodos de precipitação Métodos de volatilização de desprendimento ou de adsorção Métodos de extração Métodos de eletrodeposição GRAVIMETRIA POR PRECIPITAÇÃO • Neste método, o analito é separado de uma amostra através de um agente precipitante, que reage com a amostra formando um precipitado pouco solúvel. • Após a formação do precipitado de interesse, a amostra é filtrada, lavada a fim de remover as impurezas, aquecida (dessecação ou secagem por aquecimento) e por último realiza-se a pesagem do analito em balança analítica de alta precisão. • Alguns exemplos da utilização deste método são a determinação de ferro em minérios, determinação de Ca2+ em água, determinação de Cl- em água do mar, etc. GRAVIMETRIA POR PRECIPITAÇÃO • São talvez os mais importantes de que trata a análise gravimétrica. • O constituinte a ser determinado é precipitado da solução numa forma que seja tão pouco solúvel que não haja perda apreciável quando o precipitado for separado por filtração e pesado. • Exemplo: Determinação de prata Solução de prata é tratada com excesso de NaCl ou KCl, o precipitado é filtrado, lavado, para remoção de sais solúveis, dessecado a 130-1500ºC e pesado como AgCl. GRAVIMETRIA MECANISMO DE PRECIPITAÇÃO CONTAMINAÇÃO DOS PRECIPITADOS CONTAMINAÇÃO DOS PRECIPITADOS CONTAMINAÇÃO DOS PRECIPITADOS CONTAMINAÇÃO DOS PRECIPITADOS Fatores que podem influir na solubilidade dos precipitados • Efeito do Íon comum; • pH; • Temperatura; • Solventes orgânicos; • Tempo. Características desejáveis do precipitado • Solubilidade desprezível nas condições de precipitação; • Estrutura cristalina que assegure uma filtração e lavagem rápidas (quanto maior o cristal melhor); • Baixa tendência de absorver substâncias estranhas; • O precipitado deve ser ele mesmo uma forma adequada à pesagem ou ser facilmente conversível a uma. Características desejáveis da forma de pesagem: • A composição da forma de pesagem deve corresponder exatamente a uma fórmula química; • A forma de pesagem deve ser quimicamente estável; • Quanto menor a proporção do constituinte na forma de pesagem melhor, porque os erros de pesagem incidem de maneira menos acentuada no resultado final. GRAVIMETRIA POR EXTRAÇÃO • Neste método, o analito é separado de uma amostra através do processo de extração em balão de destilação de acordo com o analito que se deseja separar. • Em seguida o analito é pesado e são feitos os cálculos para a quantificação do composto de interesse. GRAVIMETRIA POR VOLATILIZAÇÃO • Neste método, o analito é separado dos demais constituintes da amostra através da conversão de um gás que possua composição conhecida, e em seguida são realizadas as demais etapas gravimétricas para quantificação do analito de interesse. GRAVIMETRIA POR ELETRODEPOSIÇÃO • Neste método o analito é separado da amostra através do processo de eletrodeposição, ou seja, ocorre a deposição do mesmo em um eletrodo através do uso de corrente elétrica para que esta ocorra. Em seguida o composto é quantificado através das técnicas gravimétricas. • O cálculo utilizado na análise gravimétrica baseia-se na seguinte fórmula: • Percentagem m/m (%) = ma / M x 100 • Onde: • ma = massa do composto ou elemento • M = massa da amostra GRAVIMETRIA POR ELETRODEPOSIÇÃO • Quando o analito está contido em uma amostra, é necessário utilizar o fator gravimétrico para encontrar a massa real da espécie química desejada, para isso utilizamos a seguinte formula: • Fator de Conversão (F) = MM (analito) / MM (subst. pesada) • Onde: • MM = Massa molecular do analito e da substância pesada • Abaixo veremos alguns exemplos do uso do fator de conversão: • Determinação de BaO em amostra de BaSO4, Fe em amostra de Fe2O3, P em amostra de Mg2P2O7, etc. VANTAGENS DA GRAVIMETRIA • Exatidão e precisão; • Instrumentação de baixo custo; • Método absoluto e independente de padrões. DESVANTAGENS DA GRAVIMETRIA • Procedimentos demorados e em várias etapas; • Passível de erros de precipitação; • Perdas de analito durante as etapas do método. GRAVIMETRIA EXERCÍCIOS • 1) O cálcio presente em uma amostra de 200 mL de uma água natural foi determinado pela precipitação do cátion como CaC2O4. O precipitado foi filtrado, lavado e calcinado em um cadinho com uma massa de 26,6002 g quando vazio. A massa de cadinho mais CaO (56,077 g/mol) foi de 26,7134 g. • Calcule a concentração de cálcio (40,078 g/mol) nessa água em g/100 mL de água. Ca + H2C2O4 CaC2O4 • MCao = Mcadinho com CaO – Mcadinho vazio • MCaO = 26,7134 – 26,6002 • MCaO = 0,1132 g • 56,077 g/mol CaO –----------------- 40,078 g/mol Ca 0,1132 g ------------------------------------ X X= 0,0809g • Temos 200 mL presente na amostra 0,0809 ---------------- 200 mL X -------------------- 100 mL X = 0,040 g EXERCÍCIOS • 2) Um minério de ferro foi analisado pela dissolução de uma amostra de 1,1324 g em HCl concentrado. A solução resultante foi diluída em água e o ferro III foi precipitado na forma de Fe2O3.xH2O pela adição de NH3. • Após a filtração e lavagem, o resíduos foi calcinado a alta temperatura para gerar 0,5394 g de Fe2O3 puro (159,69 g/mol). Calcule a porcentagem de Fe (55,847 g/mol na amostra). • M Fe2O3 = 1,1324 g • 159,69 g/mol (Fe2O3) --------------- 55,847 g/mol Fe • 0,5394 g -------------------------------- X • X = 0,188 g • 1,1324 g ------------ 100% • 0,188 g ---------------- X • X = 16,6% EXECÍCIOS • 3) Um volume de 25 ml de solução fisiológica vendida no comércio farmacêutico, que segundo a informação do fabricante apresenta uma concentração de 0,9%, foi tratada com um excesso de solução precipitante de AgNO3 a 1N, formando um precipitado de cloreto de prata (AgCl), cujo seu peso após realizadas todas as etapas gravimétricas, foi de 0,430g de AgCl. • a) Qual a quantidade em gramas de cloretos presentes na amostra • b) Qual o seu teor percentual na amostra ? • Dados: Ag Cl = 143,32 ; Cl = 35,5. Ag + + Cl - AgCl • Massas molares : AgCl = 143,32 g/mol , Cl = 35,5 g/mol • Primeiramente calculamos a massa de Cl que reagirá com 0,3 g de AgCl : • Ag + Cl ------> AgCl ( precipitado ) • 35,5 g Cl --------- 143,32 g AgCl • x g Cl ------------- 0,3 g AgCl • x = 0,3 * 35,5 / 143,32 • x = 10,65 / 143,32 • x = 0,0743 g de Cl • Por fim calculamos o percentual de cloretos presente na amostra analisada , então 0,9 % de NaCl significa que temos 0,9 g de NaCl em 100 mL de solução. • 0,0743 g Cl ---------- 25 mL • y (% ) ------------------ 100 mL • y = 100 * 0,0743 / 25 • y = 7,43 / 25 • y = 0,2972 % de Cl • 4) Uma amostra pesando 0,2970 g e contendo alumínio (MM=26,98 g/mol) gerou um resíduo após a calcinação de 0,3227g de Al(C9H6ON3 – MM = 459,4 g/mol). • Calcule a porcentagem de alumínio na amostra. • Al(C9H6ON3 ----------------------- Alumínio • 459,4 g/mol ----------------------- contem 26,98g de Al • 0,3227 g ---------------------------- X g de alumínio • X = 0,01895 g • A amostra 0,2970 g ------------100 % • 0,01895 g ----------- X • X = 6,38% • 5) O teor em alumínio numa amostra pode ser determinado por precipitação como uma base e calcinação a Al2O3, que é pesado. Qual a massa de alumínio numa amostra com 0,2385 g de precipitado calcinado? • n Al2O3= mAl2O3 / MM(Al2O3) • Substituindo: • n Al2O3= 0,2385 / 101,961 = 2,339 mmol • nAl = 2 nAl2O3 = 4,678 mmol • mAl = nAl * MA(Al) = 4,678 mmol * 26,9815 g/mol = 0,1262 g AULA 14 QUÍMICA ANALÍTICA II Profª Stéphanie Meyer Piazza VOLUMETRIA / TITULAÇÃO • Titulante: reagente ou solução, cuja concentração é conhecida. • Titulado: composto ou solução, cuja concentração é desconhecida Solução padrão • É uma solução de concentração exatamente conhecida, que é indispensável para realizar análises por titulação. • É a solução que será usadapara comparação das concentrações. Solução padrão TITULAÇÃO VOLUMÉTRICA • Quando em uma titulação o volume de solução é monitorado (uso de bureta, por exemplo) o procedimento é chamado de volumetria. Requisitos de uma reação empregada em uma titulação • Reação simples e com estequiometria conhecida • Reação rápida • Apresentar mudanças químicas ou físicas (pH, temperatura, condutividade), principalmente no ponto de equivalência Determinação do ponto final • Indicadores Visuais • Causam mudança de cor próximo ao ponto de equivalência. • Métodos Instrumentais • Respondem a certas propriedades da solução que muda de características durante a titulação. Ex: Medida de pH, condutividade, potencial, corrente, temperatura, etc. Classificação das reações empregadas em titulação Tipos de titulação • Direta • O padrão é colocado na bureta e adicionado ao titulado no erlenmeyer. • Indireta • O reagente a ser titulado é gerado na solução. • Pelo resto ou retorno • Um excesso de reagente é adicionado e posteriormente titulado. Volumetria de neutralização • Determinação de espécies ácidas ou básicas através de reação de neutralização com uma solução padrão. • A solução resultante contém o sal correspondente. Princípio • Envolve titulações de espécies ácidas com soluções alcalinas (ALCALMETRIA) e titulações de espécies básicas com soluções ácidas (ACIDIMETRIA). • O ponto final destas titulações é sinalizado com auxílio de indicadores ácido-base. Volumetria de neutralização • O titulante geralmente é uma base forte ou um ácido forte. • Exemplos: • Base Forte: NaOH ou KOH • Ácido Forte: HCl, H2SO4 , HClO4 Indicadores ácido-base • FENOLFTALEÍNA • Faixa de viragem: 8,3-10,0 Indicadores ácido-base • VERMELHO DE FENOL • Faixa de viragem: 6,8-8,4 Indicadores ácido-base • ALARANJADO DE METILA • Faixa de viragem: 2,9-4,6 Curva de titulação • Gráfico de pH em função da porcentagem de ácido neutralizado (ou o número de mL da base adicionada). • É a representação gráfica do processo de titulação, que mostra a variação logarítmica de uma determinada propriedade, geralmente concentração, em função do volume do titulante adicionado. Curva de titulação Ácido forte neutralizado por base forte • O cálculo divide-se em 4 etapas distintas: • 1ª etapa - antes do início da titulação: a solução contém apenas ácido forte e água, sendo o pH determinado pela dissociação do ácido forte. • 2ª etapa - antes de atingir o P.E.: nesta região haverá uma mistura de ácido forte que ainda não reagiu com a base adicionada mais o sal neutro formado pela reação. O pH é determinado pelo ácido forte que permanece na solução. • 3ª etapa - No P.E.: nesta região a quantidade de base adicionada é suficiente para reagir com todo o ácido presente na solução produzindo água. O pH é determinado pela dissociação da água. • 4ª etapa – Após o P.E.: nesta região haverá adição de excesso de base a solução inicial de ácido. O pH é determinado pelo excesso de OH- proveniente da base forte. EXERCÍCIO • Titulação de 100,0 mL de HCl 0,100 mol L -1 com uma solução padrão de NaOH 0,100 mol L -1 . • Questões iniciais: • 1. Qual a reação envolvida? • 2. Qual o volume de NaOH necessário para atingir o P.E.? • 1ª etapa: antes do início da titulação • Nesta região o pH é dado pela concentração de ácido clorídrico inicial. • 2ª etapa: antes de atingir o P.E. • Nesta região o pH é dado pela concentração de ácido clorídrico que não reagiu com o NaOH. • VNaOH = 1,00 mL nº mol NaOH = 0,100 x 0,00100 = 0,000100 mol • 2ª etapa: antes de atingir o P.E. • Volume final = VHCl + VNaOH = 100,0 + 1,00 = 101,0 mL • [H3O+ ] = 0,0099 / 0,1010 = 0,098 mol L -1 pH = 1,01 • 3ª etapa: no P.E. • Nesta região o pH é dado pela dissociação da H2O. • VNaOH = 100,00 mL nº mol NaOH = 0,100 x 0,100 = 0,0100 mol • 4ª etapa: após o P.E. • Nesta região o pH é dado pelo excesso de OH- proveniente do NaOH. • VNaOH = 102,00 mL nº mol NaOH = 0,100 x 0,120 = 0,01020 mol Curva de Titulação Ácido fraco neutralizado por base forte • Formação de uma solução tampão. • 1ª etapa - antes do início da titulação: a solução contém apenas ácido fraco e água, sendo o pH determinado pela dissociação do ácido fraco. • 2ª etapa - antes de atingir o P.E.: nesta região haverá uma mistura de ácido fraco com o sal formado pela reação do ácido com a base forte. O pH é determinado pela solução tampão formada. • 3ª etapa - No P.E.: nesta região a quantidade de base adicionada é suficiente para reagir com todo o ácido presente na solução produzindo água. O pH é determinado pela dissociação do sal formado pela reação de um ácido fraco com base forte. • 4ª etapa – Após o P.E.: nesta região haverá adição de excesso de base a solução inicial de ácido. O pH é determinado pelo excesso de OH- proveniente da base forte EXERCÍCIOS • (Fuvest-SP) O rótulo de um produto de limpeza diz que a concentração de amônia (NH3) é de 9,5 g/L. Com o intuito de verificar se a concentração de amônia corresponde à indicada no rótulo, 5,0 mL desse produto foram titulados com ácido clorídrico de concentração 0,100 mol/L. Para consumir toda a amônia dessa amostra foram gastos 25,0 mL do ácido. • Com base nas informações fornecidas: • I - Qual a concentração da solução, calculada com os dados da titulação? • II – A concentração indicada no rótulo é correta? • a) 0,12 mol/L / sim • b) 0,25 mol/L / não • c) 0,25 mol/L / sim • d) 0,50 mol/L / não • e) 0,50 mol/L / sim • CNH3 = 9,5 g/L; VNH3 = 5,0 mL; MHCl =0,100 mol/L; VHCl = 25 mL; MNH3 = ? mol/L • Olhando os dados da tabela, calculamos que a massa molar (MM) da amônia é igual a 17 g/mol. Assim, segundo os dados do rótulo, a concentração da amônia seria: • MNH3 = CNH3 MMNH3 • MNH3 = 9,5 g/L17 g/mol • MNH3 = 0,56 mol/L • Agora vamos determinar a concentração da solução de acordo com os dados obtidos na titulação: • MNH3 . VNH3 = MHCl . VHCl • MNH3 = MHCl . VHClVNH3 • MNH3 = 0,1 mol/L . 25 mL5,0 mL • MNH3 = 0,50 mol/L (o valor está diferente do indicado pelo rótulo). EXERCÍCIOS • (UFPI) Desejando-se verificar o teor de ácido acético (CH3COOH) em um vinagre obtido numa pequena indústria de fermentação, pesou-se uma massa de 20 g do mesmo e diluiu-se a 100 cm3 com água destilada em balão volumétrico. A seguir, 25 cm3 desta solução foram pipetados e transferidos para erlenmeyer, sendo titulados com solução 0,100 mol/L de hidróxido de sódio, da qual foram gastos 33,5 cm3. A concentração em massa do ácido no vinagre em % é: • (Massa molar do ácido acético = 60 g/mol). • a) 4,0% b) 3,3% c) 2,0% d) 2,5% e) 0,8% • Dados: • MCH3COOH= ? MCH3COOH = 20 g • VCH3COOH = 25 mL MNaOH = 0,1 mol/L VNaOH = 33,5 mL • 1 CH3COOH(aq) + 1 NaOH(aq) → 1 NaC2H3O2(aq) + 1 H2O(?) • Visto que a proporção estequiométrica é de 1 : 1, usamos a seguinte fórmula: • MCH3COOH . V CH3COOH = MNaOH . VNaOH MCH3COOH . 25 mL = 0,1 mol/L . 33,5 mL MCH3COOH = 0,1 mol/L . 33,5 mL 25 mL MCH3COOH = 0,134 mol/L • A massa molar do ácido acético indica que, em 1 mol, há 60 g desse ácido, assim, podemos fazer a seguinte relação: • 1 mol de CH3COOH ---- 60 g de CH3COOH0,134 mol de CH3COOH ---- x • x = 0,134 . 60 1 x = 8,04 g • Mas esse valor seria para uma solução de 1 L, e não de 100 mL. Então, temos: • 8,04 g --------- 1000 mL • y --------------- 100 mL • y = 8,04 . 100 • 1000 • y = 0,804 g • Agora vamos calcular a concentração em massa do ácido no vinagre em %: • T = m1 . 100%m • T = 0,804 g . 100% 20 g • T = 0,04 . 100% • T = 4% EXERCÍCIOS • Das vidrarias mencionadas a seguir, qual é a única que costuma fazer parte da aparelhagem utilizada na realização de titulações ácido-base: • a) Funil de separação. • b) Bureta. • c) Balão de fundo redondo. • d) Placa de Petri. • e) Tubo de ensaios. • Em uma titulação, foram usados 25 mL de NaOH a 0,2 mol/L para titular 50 mL de soluçãode H2SO4. Qual é a concentração em mol/L do ácido nessa solução: • a) 0,05. • b) 0,5. • c) 5,0. • d) 0,2 • e) 0,1. 2 NaOH + 1 H2SO4 → 1 Na2SO4 + 2 H2O(?) A proporção estequiométrica é de 2 : 1, o que significa que é necessário que a quantidade de matéria de NaOH seja o dobro da quantidade de matéria do ácido sulfúrico (H2SO4): 1 L da solução básica -------- 0,2 mol de NaOH 0,0125 L da solução --------- x x = 0,0025 mol de NaOH nNaOH = 2 . nH2SO4 nH2SO4 = nNaOH / 2 nH2SO4 = 0,0025/ 2 nH2SO4 = 0,00125 mol Agora calculamos a concentração do ácido na solução ácida: MH2SO4 = nH2SO4 VH2SO4 MH2SO4 = 0,00125 mol 0,025 L MH2SO4 = 0,05 mol/L Poderíamos também ter resolvido essa questão por meio da seguinte fórmula: MNAOH . VNAOH = 2 . MH2SO4 . VH2SO4 MH2SO4 = MNAOH . VNAOH 2. V H2SO4 MH2SO4 = 0,2 mol/L . 25 mL 2 . 50 mL MH2SO4 = 0,05 mL
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