VOLUMETRIA DE ÓXIDO-REDUÇÃO: DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM ÁGUA OXIGENADA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL
 INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA - IQB
QUIMICA LICENCIATURA
VOLUMETRIA DE ÓXIDO-REDUÇÃO: DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM ÁGUA OXIGENADA
Maceió, maio de 2012
	
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS – UFAL
 INSTITUTO DE QUÍMICA E BIOTECNOLOGIA - IQB
QUIMICA LICENCIATURA
VOLUMETRIA DE ÓXIDO-REDUÇÃO: DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM ÁGUA OXIGENADA
 (Realizado em 11/05/2012)
Caroline Azevedo
Luana Mª Morais Dantas
Rossiel Aslan Soares de Lima
Relatório de aula prática apresentado ao Curso de Graduação em Química Licenciatura, do Instituto de Química e Biotecnologia, da Universidade Federal de Alagoas, como requisito para a obtenção parcial da nota da disciplina Química Analítica 2, lecionada pelo professor Elton Elias.
Maceió, maio de 2012
Introdução
A volumetria redox baseia-se em reações químicas em que ocorre transferência de elétrons e compreende numerosos métodos de análises. Ele não se aplica à determinação direta de elementos que se apresentam, invariavelmente, em um único estado de valência. Muitos são os elementos, entretanto, capazes de exibir 2 ou mais estados de valência; então conforme o estado de valência em que se encontram são passíveis de oxidação ou redução. Em geral, tais elementos podem ser determinados mediante métodos titulométricos de oxidação-redução. Esses métodos fazem uso das soluções padrões de agentes oxidantes. As reações redox utilizadas na titulometria são suficientemente completas para que a concentração no equilíbrio de uma das espécies seja minúscula em relação a outra espécie presente em solução.Em uma titulação redox o analito precisa estar em um único estado de oxidação. Geralmente, entretanto, as etapas que precedem a titulação, tais como a dissolução da amostra e a separação de interferências, convertem o analito a uma mistura de estados de oxidação (SKOOG et.al.2006).
Em uma titulação redox deve-se analisar o efeito de algumas variáveis analisando se as mesmas podem interferir na curva de titulação,essas variáveis são, a Concentração do Reagente,em que para uma titulação redox, geralmente o E0 sistema é independente da diluição consequentemente as curvas de titulação para as reações redox são em geral independentes das concentrações do analito e do reagente, essa característica contrasta com o que é observado em outros tipos de curvas de titulação que temos tratado, e extensão da reação,onde a variação do potencial na região do ponto de equivalência de uma titulação redox torna-se maior à medida que a reação se torna mais completa. 
Existem vários métodos oxidimétricos, os mais importantes são os baseados no uso de soluções padrões de permanganato de potássio, iodo, dicromato de potássio, sais de cério (IV)), iodato de potássio e bromato de potássio. A permanganometria usa o permanganato de potássio como titulante, é o mais importante dos métodos titulométricos de oxi-redução. Além disso, na indústria o permanganato de potássio é empregado como um agente de branqueamento de gorduras, óleos, algodão, seda e outras fibras. Também tem sido utilizado como anti-séptico e antiinfectivo, como um componente em kits de sobrevivência na selva, na destruição da matéria orgânica em tanques de peixes, na fabricação de circuitos impressos, na neutralização dos efeitos do pesticida rotenone (SKOOG et.al.2006).
O KMnO4 é um poderoso agente oxidante. As soluções de KMnO4 possuem coloração violeta intensa e, na maioria das titulações, o ponto final pode ser assimilado pela coloração do íon permanganato. Uma propriedade útil de uma solução de permanganato de potássio é sua cor púrpura intensa, que é suficiente para servir de indicador para a maioria das titulações. As soluções aquosas de permanganato não são totalmente estáveis em virtude da oxidação da água:
4MnO4- + 2H2O(s) + 4MnO2(s) + 3O2(g) + 4OH-
Embora a constante de equilíbrio para essa reação indique que os produtos são favorecidos, as soluções de permanganato, quando adequadamente preparadas, são razoavelmente estáveis porque a reação de decomposição é lenta.
Algumas titulações redox necessitam de um agente oxidante/redutor auxiliar, e como exemplo de regente oxidante tem-se o peróxido de hidrogênio (H2O2). O peróxido é um agente oxidante conveniente tanto na forma do sal de sódio sólido quanto como uma solução diluída do ácido (SKOOG et.al. 2006). A semi-reação para o peróxido de hidrogênio em meio ácido é:
H2O2 + 2H + + 2e- 2H2O E0 = 1,78 V
Após a oxidação ter-se completado, a presença de excesso de reagente é eliminada por ebulição (SKOOG et.al. 2006):
2H2O2 → 2H2O + O2(g)
Toxicologia:
H2SO4: Liquido oleoso, fortemente corrosivo, denso, incolor até castanho escuro dependendo do teor de pureza. Tanto puro quanto em solução, mostra-se um produto extremamente corrosivo e deve ser manipulado com muito cuidado. Pôr ser miscível com água em quaisquer proporções, deve-se ter muito cuidado e atenção ao misturar acido sulfúrico e água, devido ao calor desenvolvido e formação de salpicos. (http://www.spumol.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=188:acido-sulfurico&catid=58:cosmeticos&Itemid=86)
KMnO4: oxidante forte. o contato com outros materiais pode causar incêndio. causa queimaduras na região de contato. tóxico se ingerido ou inalado.(http://www.qca.ibilce.unesp.br/prevencao/permanganato.html).
H2O2: Efeito tóxico vinculado principalmente às propriedades corrosivas do produto Efeito cancerígeno no animal não demonstrado no homem. (http://www.google.com.br/webhp?sourceid=toolbar-instant&hl=pt)
Objetivo
Determinar a concentração percentual de Peróxido de Hidrogênio presente no peróxido de hidrogênio (H2O2).
Materiais e Reagentes
	Balão Volumétrico de 100 mL;
Béquer de 100 mL;
Pipeta volumétrica 10 e 25 mL;
Erlenmeyer de 250 mL;
Bureta de 25 mL;
Proveta de 50 mL;
Suporte Universal;
Garra;
Solução de H2SO4 10% (v/v);
Solução padronizada de KMnO4 0,0200 mol/L;
Água Oxigenada 10 volumes;
Água destilada;
Pêra.
	
Metodologia
Transferiram-se 10 mL de água oxigenada 10 volumes para um balão volumétrico de 100 mL e adicionou-se água destilada até a marca de aferição;
Transferiu-se 25 mL de solução de água oxigenada a um erlenmeyer de 250 mL;
Adicionaram-se aproximadamente 30 mL de água destilada e 20 mL de ácido sulfúrico 10% (v/v);
Iniciou-se a titulação com a solução de permanganato padrão lentamente, até a mudança na coloração;
O procedimento descrito foi realizado em triplicata.
	
Resultados e Discussão
Cálculos das analises:
Ao darmos inicio a titulação a reação que pode ser observada é a seguinte:
2 KMnO4 (aq)+5 H2O2 (aq)+3 H2SO4 (aq) 2 MnSO4 (aq) +K2SO4 (aq) +8 H2O (l) + 5 O2 (g)
1º analise: 48,6mL de KMnO4:
O volume equivalente, ou seja, o volume necessário para atingir o ponto de equivalência foi 48,6mL de KMnO4, assim:
nKMnO4 = M . V
nKMnO4 = 0,0184mol/L x 0,0486L
nKMnO4 = 8,94x10-4 mol
2 mols de KMnO4---------------------- 	5 mols de H2O2
 8,94x10-4 mol KMnO4 -------------------------X 
X = 2,23.10-3 mol de H2O2
 Esses 2,23.10-3 mol de H2O2 estão presentes em 25mL da solução. Entretanto esses 25 mL decorre de uma solução de 100mL de H2O2 deste modo temos que :
2,23.10-3 mol de H2O2 25 mL
 X 100 mL
X = 8,94 x10-3 mol de H2O2 em um volume de 100 mL.
A alíquota de 10mL foi diluída para 100 mL , e o numero de mols acima esta presente em 10mL visto que a quantidade da matéria não muda. Assim para que se saiba a concentração molar da solução de H2O2 calcula-se o numero de mols em 1L de solução,o calculo é feito da seguinte maneira:
 
8,94 x10-3 mol de H2O2 10 mL
 X 1000 mL
X = 0,90 mol/L de H2O2
Como MMH2O2 = 34 g/mol temos que a concentraçãocomum é de:
C = M. MM
C = 0,90mol/L x 34g/mol
C = 30,39 g/L
	Com essa concentração, podemos então encontrar a % de H2O2 presente na solução problema:
30,39 g de H2O2 1000mL
 X 100 mL
X = 3,03 g de H2O2 para 100mL
Portanto, temos aproximadamente 3,03 % de H2O2 presente na solução. 
2ª analise:
O volume equivalente, ou seja, o volume necessário para atingir o ponto de equivalência foi 49,7mL de KMnO4, assim:
nKMnO4 = M . V
nKMnO4 = 0,0184mol/L x 0,0497L
nKMnO4 = 9,14 x10-4 mol
2 mols de KMnO4---------------------- 	5 mols de H2O2
 9,14 x10-4 mol KMnO4 -------------------------X 
X = 2,28.10-3 mol de H2O2
 Esses 2,28.10-3 mol de H2O2 estão presentes em 25mL da solução. Entretanto esses 25 mL decorre de uma solução de 100mL de H2O2 deste modo temos que :
2,28.10-3 mol de H2O2 25 mL
 X 100 mL
X = 9,14 x10-3 mol de H2O2 em um volume de 100mL.
A alíquota de 10mL foi diluída para 100mL ,e o numero de mols acima esta presente em 10mL visto que a quantidade da matéria não muda. Assim para que se saiba a concentração molar da solução de H2O2 calcula-se o numero de mols em 1L de solução,o calculo é feito da seguinte maneira:
 
9,14 x10-3 mol de H2O2 10 mL
 X 1000 mL
X = 0,91 mol/L de H2O2
Como MMH2O2 = 34 g/mol temos que a concentração comum é de:
C = M. MM
C = 0,91mol/L x 34g/mol
C = 31,09 g/L
	Com essa concentração, podemos então encontrar a % de H2O2 presente na solução problema:
31,09 g de H2O2 1000 mL
 X 100 mL
X = 3,10 g de H2O2 para 100 mL
Portanto, temos aproximadamente 3,11 % de H2O2 presente na solução. 
3º analise:
O volume equivalente, ou seja, o volume necessário para atingir o ponto de equivalência foi 50,0mL de KMnO4, assim:
nKMnO4 = M . V
nKMnO4 = 0,0184mol/L x 0,0507L
nKMnO4 = 9,2 x10-4 mol
2 mols de KMnO4---------------------- 	5 mols de H2O2
 9,2 x10-4 mol KMnO4 -------------------------X 
X = 2,3x10-3 mol de H2O2
 Esses 2,28.10-3 mol de H2O2 estão presentes em 25mL da solução. Entretanto esses 25 mL decorre de uma solução de 100mL de H2O2 deste modo temos que :
2,3x10-3 mol de H2O2 25 mL
 X 100 mL
X = 9,2 x10-3 mol de H2O2 em um volume de 100mL.
A alíquota de 10mL foi diluída para 100mL , e o numero de mols acima esta presente em 10mL visto que a quantidade da matéria não muda. Assim para que se saiba a concentração molar da solução de H2O2 calcula-se o numero de mols em 1L de solução,o calculo é feito da seguinte maneira:
 
9,2 x10-3 mol de H2O2 10 mL
 X 1000 mL
X = 0,92 mol/L de H2O2
Como MMH2O2 = 34 g/mol temos que a concentração comum é de:
C = M. MM
C = 0,92mol/L x 34g/mol
C = 31,28 g/L
	Com essa concentração, podemos então encontrar a % de H2O2 presente na solução problema:
31,28 g de H2O2 1000 mL
 X 100 mL
X = 3,10 g de H2O2 para 100 mL
Portanto, temos aproximadamente 3,12 % de H2O2 presente na solução. 
Tratamento estatístico dos dados:
Média
= = 3,08%
Incerteza: 
s = 3% - 3,08%= 0,08
D.P.= = 0,05
Coeficiente de Variação:
CV%= x100 = = 1,62%
Intervalo de Confiança:
IC (95%) = ± , onde t = 4,30 (valor tabelado - Vogel (2002), apêndice 11, p. 444 e Skoog et al (2006), p. 136.). Onde √3 representa que foram feitas três réplicas do experimento.
IC (95%) = ± = 3,08 ± =3,08 ± 0,12
Tabela 1. Resultados do teor percentual (m/v) de H2O2 na amostra de água oxigenada.
	Erlenmeyer
	Volume da amostra, mL
	Volume de EDTA, mL
	 H2O2 %(m/v)
	1
	25mL
	48,6 mL
	3,03%
	2
	25mL
	49,7 mL
	3,11%
	3
	25mL
	50,0 mL
	3,12%
	H2O2 %(m/v) ± s
	3,08 ± 0,08
	CV (%)
	1,62%
	IC (a 95%)
	3,08 ± 0,12
Inicialmente tínhamos uma solução incolor (figura1) e após darmos inicio a titulação com o KMnO4, temos a seguinte reação em meio ácido:
2 KMnO4 (aq)+5 H2O2 (aq)+3 H2SO4 (aq) 2 MnSO4 (aq) +K2SO4 (aq) +8 H2O (l) + 5 O2 (g)
Figura 1: Cor inicial da solução.
Ao atingirmos o ponto final da titulação, a solução que antes era incolor adquiriu uma tonalidade rosa (figura 2), onde houve a formação de bolhas, evidenciando assim a liberação do gás oxigênio, como mostrado na reação acima.
Figura 2: Coloração no ponto final da titulação.
O método empregado envolve uma reação de óxido-redução em meio ácido (H2SO4), na qual íons MnO4- (cor violeta ) são reduzidos a Mn2+ (incolor). Neste meio a espécie MnO4- é um oxidante forte e sua semi-reação de redução pode ser expressa por:
MnO4- + 5é + 8H+Mn2+ + 4H2O
Na análise não foi necessário o uso de indicador, pois o próprio excesso de permanganato adicionado confere a solução uma coloração rósea (BACCAN et al, 2004).
A espécie Mn2+ atua como catalisador da reação e indicador, isto é, de início a reação é lenta e à medida que vai se formando Mn2+, este íon altera a velocidade da reação tornando-a mais rápida, resultando na coloração rosa que fora obtida no experimento.
A reação de decomposição do peróxido de hidrogênio é descrito pela seguinte reação:
H2O2 (aq) → H2O (l) + ½ O2 (g)
Portanto, quando o H2O2 reage com o KMnO4 em meio ácido (H2SO4) a reação resultante ocorre como já fora mencionada acima.
Em relação aos dados estatísticos apontados na tabela 1 podemos articular que os volumes apresentam divergência, pois houve três analistas que acompanhavam o volume de KMnO4 adicionado e observavam o ponto final. A observação dos mesmos era dificultada pela coloração roxa escura da solução de KMnO4 (figura 3). 
Figura 3: Coloração da solução de KMnO4 utilizada na titulação.
	Contudo, apesar disso a análise foi exata uma vez que a incerteza encontrada foi de 0,08%, valor bem abaixo quando comparado com a concentração percentual composta na solução problema.
O intervalo de confiança a 95% encontrado foi de 0,12. Este intervalo é a faixa de valores entre os quais se espera que a média (3,08%) esteja contida com certa probabilidade, isto é, é a estimativa da faixa a qual a média verdadeira poderá ser encontrada (VOGEL et al, 2002; SKOOG et al, 2006). Isso significa dizer que existe 95% de confiança de que a concentração percentual verdadeira de H2O2 presente na solução problema está entre 2,96 % e 3,20 %. O desvio padrão foi de apenas 0,05.
O coeficiente de variação (CV) está diretamente relacionado à precisão. O valor encontrado (1,62%) se encontra na faixa de baixa variabilidade, correspondente a 10 % de acordo com Pimentel-Gomes (1999), sendo, portanto considerado preciso.
Entretanto, como toda análise é inerente a erros, possivelmente houve a ocorrência de possíveis erros do tipo “erros determinados” durante a observação do volume de titulante a solução e pela dificuldade na visualização (devido à coloração violeta) do ponto final. Contudo, diante de todos os dados obtidos, conclui-se que os mesmos foram satisfatórios, mesmo com a ocorrência de erros durante a análise, onde estes não influenciaram de certa forma a confiabilidade dos resultados.
Conclusão
O método de permanganometria em titulação de óxido-redução ilustra um exemplo simples de como uma solução de permanganato de potássio pode funcionar como titulante e indicador ao mesmo tempo em análise para a determinação de peróxido de hidrogênio na amostra problema. Dessa forma a obtenção de porcentagens de peróxido de hidrogênio utilizando esse método, satisfez o objetivo estabelecido.
Referências Bibliográficas
Ácido Sulfúrico. Disponível em: http://www.spumol.com.br/index.php?option=com_content&view=article&id=188:acido-sulfurico&catid=58:cosmeticos&Itemid=86.Acesso em 16/05/12.
BACCAN, N. et al., Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª ed., São Paulo: Edgar Blucher, 2004.
HARRIS, D.C., Análise Química Quantitativa, 6ª Ed., LTC Editora, Rio de Janeiro, 2007. 
SKOOG, Douglas A.: et al. Fundamentos de Química analítica. 8ª ed. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2006.
PIMENTEL-GOMES. Curso de Estatística Experimental. 14 ed. Piracicaba: Degaspari, 1999.
Peróxido de Hidrogênio. Disponível em: http://www.google.com.br/webhp?sourceid=toolbar-instant&hl=pt. Acesso em 16/05/12.
Permaganato de Potássio. Disponível em: http://www.qca.ibilce.unesp.br/prevencao/permanganato.html. Acesso em 16/05/12.