relatorio 7 anl inst exp

Prévia do material em texto

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA
GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INDUSTRIAL - BACHARELADO
PROFESSOR FÁBIO GRANDIS LEPRI
REBECCA BAPTISTA ALVES DE OLIVEIRA
POTENCIOMETRIA DIRETA: CALIBRAÇÃO DO ELETRODO E
DETERMINAÇÃO DO pH DE UMA AMOSTRA.
Niterói - RJ
Novembro de 2024
1. Introdução
Os métodos potenciométricos de análise baseiam-se na medição do potencial de células
eletroquímicas sem a presença de correntes significativas. Desde o início do século XX, essas
técnicas têm sido empregadas para determinar pontos finais em análises titulométricas. Mais
recentemente, surgiram métodos que permitem obter concentrações iônicas diretamente a
partir do potencial gerado por eletrodos de membrana seletiva a íons. Estes eletrodos
apresentam pouca interferência, além de serem rápidos e práticos para a determinação
quantitativa de diversos ânions e cátions importantes. A potenciometria direta é um método
potenciométrico rápido e conveniente que consiste em uma comparação do potencial
desenvolvido na célula quando o eletrodo indicador é imerso na solução do analito, com seu
potencial quando imerso em uma ou mais soluções padrão de concentrações conhecidas do
analito. O equipamento necessário para esse método é simples e econômico, composto por
um eletrodo de referência, um eletrodo indicador e um dispositivo para medir o potencial.
O eletrodo de vidro é considerado o melhor eletrodo seletivo de membrana disponível devido
à sua alta seletividade para íons H+. Sua membrana é composta por uma estrutura polimérica
amorfa de vidro, formada por uma proporção constante de oxigênio e silício, além de uma
quantidade variável de sódio. Nesta estrutura, os íons Na+ podem ser substituídos por íons
H+, e, caso íons H+ já estejam presentes, podem ser novamente trocados por íons Na+,
garantindo sua seletividade aos íons H+. Em seu interior, o eletrodo contém uma solução
concentrada de KCl em tampão com pH 7 e um eletrodo de referência de Ag/AgCl. Isso
elimina a necessidade de dois eletrodos no processo, sendo conhecido como eletrodo
combinado de vidro.
A potenciometria apresenta certas interferências causadas ou por envenenamento dos
eletrodos ou pela precisão do método de calibração que resultam em desvios no método. A
utilização de eletrodos de vidros acarretam em determinados erros que afetam diretamente as
medida de pH, sendo eles:
Erro alcalino: apresentam maior sensibilidade a íons de metais alcalinos que apresentam
valores de pH maiores que 11 ou 12 devido à troca destes íons com a membrana, resultando
em valores de pH menores que o valor real;
Erro ácido: para valores de pH menores que 0,5 ou em soluções salinas muito concentradas,
os valores de pH obtidos se apresentam um pouco maiores. Esses desvios ocorrem devido a
saturação de H+ em torno da membrana do eletrodo indicador, o que gera uma alteração na
atividade da água, modificando o equilíbrio na camada hidratada da membrana de vidro,
afetando as medições;
Erro no pH da solução tampão: quaisquer erro no preparo da solução tampão utilizada para
a calibração ou qualquer alteração em suas composições afeta diretamente as medidas de pH
subsequentes;
Erro por desidratação: eletrodos de vidros não hidratados não respondem corretamente aos
íons H+, ocasionando seu mau desempenho e erros de medição. Sabendo disso, eletrodos de
vidros não devem ser armazenados secos;
Erros de soluções de baixa força iônica: foi identificado que soluções com valores baixos
de força iônica apresentam erros significativos (1 a 2 unidades de pH) nos valores de pH
quando utilizados um sistema de eletrodos de vidro. A origem desses erros são potenciais de
junção não reprodutíveis ocasionados pelo entupimento parcial do tampão de vidro ou fibra
porosa que tem o objetivo de diminuir o fluxo de líquidos da ponte salina para a solução do
analito.
Figura 1. Esquema de um eletrodo típico para determinação de pH. Ref. 2
Na técnica de potenciometria, dois tipos de instrumentação têm sido empregadas: o
potenciômetro e o voltímetro de leitura direta. Esses dois tipos de instrumentos são
considerados pHmetros se os mesmos apresentarem resistências internas altas o suficientes
para serem utilizadas com eletrodos de de membrana de vidro ou outros materiais.
Equipamentos de leitura direta em sua maioria são dispositivos de estado sólido que
empregam um transistor de efeito de campo ou um seguidor de voltagem como primeiro
estágio de amplificação para se obter uma resistência com a amplitude necessária.
Figura 2. Representação de um medidor de íons simples simples. Ref.2
O potencial de uma célula é dado pela seguinte equação de Nernst:
Para cátions:
Para ânions:
Onde E ind = potencial do analito; E célula = potencial da célula; E ref = potencial de
referência; E j = potencial de junção; L = constante; ax = atividade do cátion; n =número de
elétrons envolvidos. Como o potencial de junção tende a zero, ele pode ser anulado na
equação
Na técnica de potenciometria, alguns métodos de calibração podem ser aplicados, como o de
calibração de eletrodos. Esse método oferece uma rápida e fácil aplicabilidade, onde K é
obtida a partir da medida de E célula de uma ou mais soluções padrões conhecidas de pX ou
pA, considerando que seu valor não vai se alterar ao substituir a solução padrão pelo analito.
Outro modo de calibração é através de curvas de calibração das medidas potenciométricas em
função das concentrações. Contudo, esse método tem a limitação da necessidade das
composições das soluções padrão e do analgésico serem semelhantes para que se tenha uma
boa precisão do método. O método de adição de padrão também é uma alternativa para
calibração da técnica potenciométrica. Nesse caso o potencial do eletrodo é medido antes e
depois da adição de um volume de solução padrão a uma quantidade conhecida de amostra,
levando em consideração que não haverá alterações na força iônica nem no coeficiente de
atividade do analito.
2. Objetivos
O presente experimento tem por objetivo realizar medidas de pH através da potenciometria
direta.
3. Materiais e métodos
Reagentes
● Solução tampão de 6,84;
● Solução tampão de 4,01;
● Solução de amostra.
Materiais
● Eletrodo combinado de vidro;
● Medidor de pH;
● Becker de 50 ml.
4. Procedimento Experimental
Realizou-se a calibração do medidor de pH com os tampões de 6,86 e 4,01, e em seguida
mediu-se o pH da amostra desconhecida.
5. Resultados e discussões
O valor obtido de pH para a amostra foi de 5,15. Levando em consideração que o
equipamento utilizado apresentou certos desvios no momento da calibração, pode-se
considerar um valor próximo ao esperado (pH = 5,00). O desvio observado pode ser
explicado devido a qualidade do equipamento utilizado, tanto do medidor de pH como
também do eletrodo de vidro. A utilização de equipamentos precisos são essenciais para
resultados fidedignos da técnica, uma vez que a mesma se apresenta altamente sensível a
quaisquer alterações em seu processo.
6. Conclusão
Com base no experimento realizado, concluiu-se que a técnica de potenciometria é um
método simples e barato, fornecendo um resultado confiável (desde que que se utilize
instrumentos certamente calibrados) que condiz com os valores reais esperados. Além de
tudo, a operação do mesmo não exige muita experiência, se tornando bastante aconselhável
para uma gama de análises.
7. Referências
1. MARCONATO, José Carlos; BIDÓIA , Edério D i no . Potencial de eletrodo: uma
medida arbitrária e relativa. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA . n° 17, 2003
2. SKOOG, HOLLER, NIEMAN, Princípios de Análise Instrumental, 6ª Edição, Editora
Bookman, São Paulo-SP, 2009.
3. KUCHLER, I., RODRIGUES, S., MOREIRA, S., Apostila de química instrumental
experimental, Departamento de química analítica da Universidade Federal
Fluminense, 2º Ed., Niterói, 2023.