relaorio fisico quiica exp 1 condutimetria

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA
QUI0632 – FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL 
EXPERIMENTO 1: 
TITILAÇÃO CONDUTOMÉTRICA 
Docente: João Bosco Lucena
Discentes: Everton Diniz de Medeiros
 Uilma Natali Souza da Silva Paixão
 Walter Alves Marinho junior 
2018
NATAL–RN
1. Introdução.
 A condutimetria se baseiam nos fenômenos que ocorrem no seio da solução, através da condutância das soluções iônicas, a condução de eletricidade através da solução iônica é devida à migração dos íons positivos e negativos com a aplicação de um campo eletrostático. Sob a influência de um potencial elétrico aplicado, os íons em uma solução são quase instantaneamente acelerados em direção ao eletrodo polarizado com carga oposta a do íon. Assim, a condutância elétrica de uma solução é portanto, é a resultante das condutâncias individuais das espécies iônicas presentes no seio da solução. A velocidade de migração dos íons se relaciona linearmente com a força eletromotriz aplicada, mas é limitada pela resistência imposta pelo fluído ao movimento das partículas, ou seja, a mobilidade dos íons e suas respectivas cargas.
As soluções de eletrólitos seguem o princípio da primeira e segunda lei de ohm, isto é, o pontecial é dado pelo produto entre a resistência e a corrente (E = RI). A resistência em condutores metálicos depende da natureza e dimensões do condutor, com base nas ohm a resistência, resistência especifica do material, condutância e condutância especifica, pode ser definida por: 
· Resistência: R = r(l/A) [ohms, W] (2ª lei Ohm)
· Condutância: L = 1/R = A/rl = kA/l [S = W-1]
· Resistência específica (resisitividade): r [W cm]
· Condutância específica : k = 1/r [W-1 cm-1]
A condutância específica (k) da solução de um eletrólito é função da concentração deste, quando um eletrólito é forte, o parâmetro k aumenta muito com o aumento da concentração, já quando o é eletrólito fraco, o k aumenta muito gradualmente com o aumento da concentração. Como se pode observar graficamente na representação abaixo.
Gráfico 1. Condutância k do cloreto de potássio e ácido acético 
 Á medida que a concentração do cloreto de potássio ( eletrólito forte) aumenta, a sua condutividade aumenta linearmente, pois ele se dissocia completamente na solução, já para o ácido acético ( um eletrólito fraco), não se observa o mesmo fato, em concentrações muito baixas o eletrólito fraco encontra-se praticamente todo dissociado, conferindo boa condutividade, mas à medida que a concentração aumenta, ele não consegue mais se dissociar completamente e sua condutividade tende a ficar constante. Outro fator que não pode ser esquecido, é que existe interações entre os íons, o que faz que a condutância mesmo sendo de um eletrólito forte diminua em concentrações muito elevadas. Assim, para se comparar o conceito de condutância entre diferentes eletrólitos, foi necessário criar os conceito de mobilidade iônica equivalente, que é definida como a condutância de uma solução contendo um equivalente-grama do eletrólito colocada entre eletrodos planos distantes 1 cm um do outro e com área superficial exatamente suficiente para conter todo o volume da solução. 
A condutância equivalente pode ser derivada da condutância específica e da concentração da solução. Ora, o volume V da solução (em cm3), que contém um equivalente-grama, é:
V = 1000/C
Em que C é a concentração em equivalentes-gramas por litro. Em termos das dimensões da célula, o volume é:
V = IA
Com I fixado por definição em I em, tem-se:
V = A = 1000/C
Fazendo as substituições, temos: 
Como K é dado em S.cm, segue-se que as unidades de A são S cm2 equiv-1.
Na condição de diluição infinita, qualquer eletrólito se encontra completamente dissociado, as forças de interação entre os íons deixam de existir, de modo que os íons atuam independentemente uns dos outros e cada um contribui com a sua parte para a condutância total. Esse parâmetro é importante, pois é usado em equações nos métodos condutométricos para a determinação da concentração do analito. A tabela abaixo relaciona as condutâncias equivalentes iônicas em diluição infinita de alguns íons, para a temperatura de 25°C. 
Tabela1. Condutância equivalente iônica de alguns íons.
As condutâncias equivalentes iônicas da maioria das espécies iônicas aumentam, aproximadamente, 2% por grau nas imediações da temperatura ambiente; para o íon hidrogênio, o valor de dx/dT é cerca de 1,4% por grau. As condutâncias equivalentes iônicas em diluição infinita das espécies iônicas não diferem grandemente, salvo as dos Íons hidrogênio e hidróxido; as diferenças podem ser atribuídas, em geral, ao tamanho e ao grau de hidratação dos íons. (Otto Alcidez).
Existem dois métodos condutimétricos, que é a condutimetria direta, que correlaciona a condutância específica com a concentração de um eletrólito, sua aplicação é muito limitada devido à falta de especificidade da medida de condutância, sua grande vantagem está na rapidez da análise. O segundo método é a Titulação condutimétrica, foco principal deste trabalho, esta se baseia nas variações da condutância devida às variações das concentrações das espécies iônicas que participam da reação envolvida, uma série de medidas antes e depois do ponto de equivalência assinala o ponto final da titulação como uma descontinuidade na variação da condutância, a sua principal vantagem é que não é preciso calibrar os equipamentos.
Em ambos os métodos, as medidas não podem ser realizadas sob corrente contínua, por causa da ocorrência de reações eletródicas: oxidação no ânodo e redução no cátodo. Assim, se emprega dispositivos eletrônicos capazes de operar fornecer corrente alternada e mensurar a resistência da solução, que será apresentada como condutância caso seja desejado.
2. Objetivos.
O experimento tem como objetivo, realizar a determinação da concentração de ácido clorídrico, ácido acético em amostras e de ácido fosfórico em Coca-Cola, através da titulação condutométrica .
3. Materiais e reagentes 
· Becker, 
· Proveta; 
· Bureta de 50 mL;
· Agitador magnético; 
· Eletrodo de platina;
· Condutivímetro ;
· Solução de HCl
· Solução de ácido acético;
· Amostra de Coca-Cola
4. Procedimento experimental.
Primeiramente, o aparato da titulação foi cuidadosamente montado em um bercker sob um agitados magnético, em seguida, um volume de 10 mL de uma solução de HCl 0,1 M foi diluída com um auxílio de uma proveta a para a concentração 0,001 M, e transferida para o Becker. Em seguida, a bureta foi zerada com NaOH 0,1 mol/L dando início a titulação, as adições foram feitas de 1 em 1ml de solução titulante, para o registro da variação de condutância.
Em seguida, a segunda titulação foi realizada para o ácido acético 0,01 M, o mesmo procedimento foi adotado para essa titulação. Para a Coca-Cola, foi utilizado um volume de 91 mL desprovido de gases, em seguida, a amostra foi titulada com a solução de NaOH 0,1 M com adições sucessivas de 1 mL.
5. Resultados e discussão.
Para o ácido clorídrico, as adições sucessivas de base, como descrito no procedimento experimental, forneceram os seguintes dados de condutância, observados na tabela 2.
	Volume de NaOH 0,1 M ( mL)
	Condutância (mS)
	0
	5,02
	1
	4,71
	2
	4,32
	3
	3,85
	4
	3,65
	5
	3,34
	6
	2,81
	7
	2,45
	8
	1,97
	9
	1,076
	10
	1,135
	11
	1,270
	12
	1,366
	13
	1,545
	14
	1,710
	15
	1,895
 Tabela 2. Titulação do HCl
Na tabela, se pode observar que a o ponto de equivalência ocorreu entre 9 e 10 ml, visto que é o ponto de menor valor de condutância. Graficamente, torna-se melhor de identificar o ponto de equivalência dessa titulação, como se pode observar no gráfico 2, o plote da variação da condutância com a adição da base.
Gráfico 2. Titulação da solução de ácido clorídrico
Para o HCl, já se esperava um gráfico desse tipo, à medida que se se adiciona NaOH, a hidroxila da base se combina com o íon hidrogênio formando água,uma molécula neutra, e portanto não condutora, com isso a condutância da solução tente a diminuir. No ponto de equivalência, todos os H+ serão consumidos, logo é ponto onde a condutância é a menor possível, mas se observa que no ponto de equivalência ela não é zero, o que se deve a presença cloreto e íon sódio que contribuem para a condução de eletricidade na solução, após o ponto de equivalência, todos os íons hidrogênio foram consumidos, logo após a adição de um certo excesso de base, a concentração de hidroxila no seio da solução começa a aumentar, como ela tem uma boa mobilidade comparando-se ao íon sódio e ao cloreto, a condutância da solução se eleva linearmente. Por isso, no gráfico é possível observar que são originadas duas retas, e a intersecção das restas correspondem ao ponto de equivalência da titulação.
No gráfico, se pode observar que o ponto de equivalência ocorreu em 9,5 mL. com isso é possível determinar a concentração do ácido na solução: 
Onde N é a normalidade e V é volume, como o ácido é monoprótico e a base possui apenas uma hidroxila ionizável, a molaridade nesse caso é igual a normalidade, logo 
Através de cálculos simples, considerando que base estava padronizada, se pode afirmar que a concentração de HCl na amostra é de 9,5x10-3 mol/L. Na titulação condutimétrica, a calibração do aparelho não é necessária, pois o que é importante nesse método é apenas a variação da condutância. Mas se quisermos avaliar a calibração do equipamento, podemos calcular a concentração de HCl por condutimetria direta, e comparar o resultado com a titulação. Antes da adição de base, a condutância da solução era de 5,02 mS, ou seja 5,02 x 10-3 Siemens, que se deve apenas as contribuições dos íons H+ e Cl-. A condutância pode ser determinada, nesse caso, pela seguinte equação:
Onde Ci é normalidade das espécies iônicas, é a mobilidade equivalente a concentração. Como sabemos K inicial do HCl, podemos calcular a sua concentração por medida direta.
+ 76,3) S cm-1eq-1
Podemos comparar os resultados pelo relativo, logo:
A diferença entre o valor verdadeiro encontrado na titulação e a medida direta, foi de 0,0015, dando um erro de pouco mais de 10%, erro tolerável, já que o equipamento não foi calibrado.
Para a titulação do ácido acético, as adições sucessivas em intervalos de tempo, acarretaram as seguintes variações de condutância, como mostrado na tabela 3.
	Volume de NaOH 0,1 M ( mL)
	Condutância (mS)
	0
	3,46
	1
	3,09
	2
	2,63
	3
	2,21
	4
	1,73
	5
	1,46
	6
	0,88
	7
	0,75
	8
	0,68
	9
	1,13
	10
	1,50
Tabela3. Titulação do ácido acético.
Na tabela 3, podemos observar que o ponto de equivalência ocorreu entre 8 e 9 mL, ponto de onde ocorreu o mínimo dos valores, podemos observar graficamente o comportamento desses dados, como pode observado no gráfico 3.
Gráfico 3. Titulação condutimétrica do CH3COOH.
O gráfico obtido para esse ácido é um pouco diferente do grácido do HCl, isso porque o ácido acético é um ácido fraco, para uma concentração aproximadamente igual ao do HCl, pode-se perceber que a condutância da solução é bem menor no ponto inicial. Isso ocorre porque a mobilidade dos íons desse ácido é menor, além disso por ser um ácido fraco, ele não se encontra totalmente ionizado. Se pode observar no gráfico a existência de uma leve curvatura antes do ponto de equivalência, causado pela formação de um tampão, durante a formação do tampão, o acetato de sódio formado provoca a hidrólise e forma ácido acético molecular, liberando íons OH- na solução deixando a condutância ligeiramente aumentada. Após o ponto de equivalência, a concentração de base se eleva rapidamente, já que neste ponto não ocorre reação, como a concentração de íons com uma elevada mobilidade aumenta no seio da solução, surge então uma reta com inclinação maior. No gráfico, podemos perceber que o ponto de equivalência da titulação ocorreu em 8,0 mL. O ácido acético se enquadra no mesmo caso do HCl, logo o cálculo da sua concentração pode ser determinada da mesma forma, como se pode observar a seguir: 
Onde N é a normalidade e V é volume, como o ácido é monoprótico e a base possui apenas uma hidroxila ionizável, a molaridade nesse caso é igual a normalidade, logo 
 Pela titulação, foi possível determinar que a concentração do ácido acético é de 0,008 M. Assim como o HCl, é possível determinar a concentração do ácido fraco por medida direta seguindo o mesmo procedimeno
+ 40,9) S cm-1eq-1
Podemos comparar os resultados pelo relativo, logo:
Como já esperado, ocorreu um relativo de 10%, o que indica que o equipamento está necessitando de uma calibração.
Para Coca-Cola foi utilizada uma amostra de 91 mL, o aquecimento da amostra não foi realizado, pois a mesma já se encontrava totalmente sem gás. Os dados obtidos para quantificação de ácido fosfórico na amostra estão disponíveis na tabela 4. 
	Volume de NaOH 0,1 M ( mL)
	Condutância (mS)
	0
	1,23
	1
	1,08
	2
	0,844
	3
	0,704
	4
	0,867
	5
	0,0967
Tabela 4. Titulação da amostra de Coca-Cola
Os dados da tabela informam que o ponto de equivalência da reação entre 3 e 4 mL. através do gráficos, podemos identificar melhor o ponto de equivalência do ácido fosfórico, como pode ser analisado no gráfico 4. 
Gráfico 4. Titulação de uma amostra comercial de Coca.
Assim como a tabela 4, o gráfico informa que o ponto de equivalência foi em 3 mL, podemos então calcular a concentração do mesmo, seguindo o mesmo procedimento do HCl.
Onde N é a normalidade e V é volume, como o ácido é monoprótico e a base possui apenas uma hidroxila ionizável, a molaridade nesse caso é diferente da normalidade.
Como o ácido é triprótico, ou seja, possui três hidrogênios ionizáveis, 1 mol do ácido produz três equivalentes gramas, logo:
M = 0,0011 mol/L
A concentração do ácido fosfórico no refrigerante de cola foi de 0,0011, o que representa uma porcentagem em massa de 0,00107%, logo a amostra se encaixa dentro do teor estabelecido pela legislação, que é de 0,06%.
6. Conclusão.
Portanto, através do experimento, foi possível entender os princípios da técnica da titulométrica, como a dependência da condutância com a concentração e a mobilidade dos íons no seio da solução, foi possível empregar o método para uma aplicação industrial, no caso da determinação do ácido fosfórico na amostra de Coca-Cola.
7. Referências. 
· Skoog, West, Holler, Crouch – Fundamentos de Química Analítica, 8° ed. Editora Thosom, 2006. 
· Otto Alcidez Ohlweiler- Fundamentos de análise instrumental – Editora LTC, 1981.
· http://www.ufjf.br/nupis/files/2012/04/aula-4-condutometria_1.pdf, acesso em 22 de setembro de 2018.
 
 
 
titulação do HCl
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	5.0199999999999996	4.71	4.32	3.89	3.65	3.34	2.81	2.4500000000000002	1.97	1.0760000000000001	1.135	1.27	1.3660000000000001	1.5449999999999999	1.71	1.895	volume de NaoH 0,1 M (mL)
condutância (mS)
Titulação do ácido acético
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	3.46	3.09	2.63	2.21	1.73	1.46	0.88	0.75	0.67	0.88	1.1299999999999999	1.5	VOL. de base (mL)
cond. (us)
Titulação da Coca-Cola
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1.2989999999999999	1.08	0.84399999999999997	0.70399999999999996	0.86699999999999999	0.96699999999999997	Volume de NaOH 0,1 M (ml)
Condutância (mS)
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