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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA BAIANO - Campus GUANAMBI EQUILÍBRIO QUÍMICO ÁCIDO-BASE Guanambi/Bahia Dezembro/2015 Vinícius de Castro Santos Jucilane dos Santos Penera Tânia M. de Souza Alves EQUILÍBRIO QUÍMICO ÁCIDO-BASE Guanambi/Bahia Dezembro/2015 Relatório de aula prática apresentado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia, Baiano – campus Guanambi, como requisito de avaliação parcial da disciplina de Química Analítica. Prof. Msc. Lincon A. Vilas Boas T r a b a l h o a p r e Sumário 1. Introdução...............................................................................................01 2. Objetivos.................................................................................................05 3. Material e Reagentes..............................................................................06 4. Procedimento Experimental....................................................................07 5. Resultado e Discurssão..........................................................................08 6. Conclusão...............................................................................................12 7. Referências Bibliográficas.......................................................................13 1. Introdução Os primeiros químicos aplicavam o termo ácido a substancias que tem sabor azedo acentuado e as soluções em água das substancias básicas eram reconhecidas pelo gosto de sabão. Felizmente, hoje, existem maneiras menos perigosas de reconhecer ácidos e bases como, por exemplo, através da utilização de indicadores. (ATKINS, et al, 2006). Com a descoberta de um número cada vez maior de elementos, os químicos sentiram necessidade de organizá-los de forma a estudá-los melhor, chegando à tabela periódica. Logo essa necessidade também surgiu com as substancias, em função de suas propriedades, principalmente químicas, elas foram reunidas inicialmente em dois grupos: Ácidos e Bases. (SARDELLA, 2005). Os químicos debatem os conceitos ácidos e bases desde longa data, porém uma das primeiras definições úteis foi finalmente proposta em 1884, pelo químico Svante Arrehenius que definiu um ácido como uma substancia contendo hidrogênio que produz íons hidrogênio (H+) em solução e uma base como uma substancia que produz íons hidróxido (OH-) em solução. O problema dessa definição é que se refere a um solvente particular, a água. (RUSSEL, 2006). Em 1923, Bronsted na Dinamarca e Lowry na Inglaterra, independentemente, sugeriram uma definição muito útil. A definição de Bronsted-Lowry é protônica. E de acordo com ele, ácido é uma espécie que tende a doar um próton e base é uma espécie que tende a receber um próton. De acordo com o ponto de vista desses dois químicos, uma reação de ácido - base compreende uma competição por um próton entre duas bases, percebe – se que a definição de Bronsted-Lowry é bastante geral em muitos aspectos. (RUSSEL, 2006). Segundo Russel (2006) a definição de Bronsted-Lowry é bastante geral em muitos aspectos e afirma que: O HCl é um ácido em solução aquosa, de acordo com Arrhenius.Mas, também, é um ácido de Bronsted-Lowry em qualquer outro solvente, mesmo quando não está presente nenhum solvente. Ele é um ácido simplesmente por que pode doar um próton. 01 Uma definição de ácido - base ainda mais abrangente foi sugerida pelo químico americano G.N. Lewis em 1923, no mesmo ano em que Bronsted e Lewis fizeram suas proposições. De acordo com Lewis ácido é, em resumo, um receptor de par de elétrons e base é um doador de par de elétrons. A definição de Lewis tem muitas aplicações devido a sua grande generalidade. Muitas substâncias que não satisfazem a definição de Arrhenius ou de Bronsted-Lowry São classificadas de maneira lógica como ácido ou base de Lewis. Para sistemas aquosos, todavia, os termos, ácido e base são geralmente empregados em qualquer dos dois contextos, de Arrhenius ou de Bronsted-Lowry. Os conceitos de Lewis são normalmente usados quando é adotado um ponto de vista mais amplo (SARDELLA, 2005). Sabendo que todo ácido provem de um composto molecular que, na presença de água, sofre ionização, liberando unicamente, na forma de cátions, o íon H+. O ânion que se forma tem carga igual ao número de H+ liberados de acordo com Sardella (2005): Volatilidade; Analisando os pontos de ebulição dos ácidos podemos classificá-los em: Fixos: ácidos que apresentam elevado ponto de ebulição; voláteis: os que apresentam baixo ponto de ebulição. Força; Quando dissolvemos um ácido em água, verificamos que as moléculas sofrem ionização. Entretanto, ao analisamos a solução resultante, constatamos que nem todas as moléculas encontram- se ionizadas, o que indica a força de um ácido é o grau de ionização. Quanto maior a força mais forte é o ácido. Classificam-se em: fortes: apresentam o grau de ionização superior a 50%; moderados: apresentam o grau compreendido entre 5% e 50%; fracos: apresentam grau inferior a 5%. Sardella (2005) atribui uma classificação das bases seguindo alguns critérios: Número de íons hidróxidos (OH -) por fórmula Monobase: base que apresenta dois íons OH- na fórmula Dibase: que apresenta dois íons OH- na fórmula Tribase: que apresenta três íons OH- na formula 02 Volatilidade; De acordo com o ponto de ebulição, as bases podem ser: Fixas: apresentam elevado ponto de ebulição. Voláteis: baixo ponto de ebulição Solubilidade em água; Entende-se por solubilidade a propriedade que apresentam as substâncias de se dissolverem em outras. Assim temos: Bases solúveis: que se dissolvem em água; Bases insolúveis: que não se dissolvem em água. Força Conforme o grau de dissociação iônica, as bases são classificadas em: Fortes: apresentam o grau de dissociação elevado e próximo de 100%; Fracas: apresentam o grau baixo e próximo de 0% Escala de pH: Para saber o quanto o meio é ácido ou básico (alcalino), quanto maior a quantidade de H+, menor o pH e mais ácido o meio. Quanto menor a quantidade de H+, maior o pH e maior o caráter básico do meio. A escala varia de 0 a 14 sendo que: pH<7 meio ácido pH=7 meio neutro pH>7 meio básico Indicadores de pH; Segundo OHLWEILER, O. A., (1982) Indicadores são substâncias que mudam de cor na presença de íons H+ e OH- livres em uma solução, e justamente por esta propriedade são usados para indicar o pH, ou seja, como o próprio nome já diz, os indicadores indicam se uma solução é ácida ou básica. Solução de fenolftaleína é um indicador sintético que ao se dissolver em água se ioniza originando íons. Os íons liberados são H+ e OH- que estabelecem um equilíbrio em meio aquoso. Quando se adiciona fenolftaleína em uma solução incolor, esta ao entrar em contato com uma base ou ácido muda de cor. Exemplo: se adicionarmos solução de fenolftaleína em um meio ácido ela fica incolor, pois o aumento da concentração de H+ desloca o equilíbrio. Por outro lado, se o meio for básico, a solução de fenolftaleína se torna rósea (rosa claro a rosa escuro) (OHLWEILER, O. A., 1982). 03 Alaranjado de metila, é um indicador de pH frequentemente usado em titulações. É frequentementeescolhido para ser usado em titulações por causa de sua clara mudança de coloração. Por causa de sua mudança de coloração na faixa de pH medianamente ácido, é normalmente usado em titulações de ácidos. Diferentemente de um indicador universal, o alaranjado de metila não tem um largo espectro de mudança de cores, mas tem um bem definido ponto final (VOGEL, A. I. 1991). Em uma solução começando a se tornar menos ácida, o alaranjado de metila tornar-se-á de vermelho para laranja, e caso o processo continue, para amarelo. Processo inverso ocorre para uma solução aumentando em acidez (VOGEL, A. I. 1991). 04 2. Objetivo O objetivo da aula prática foi analisar os equilíbrios de ácido base e determinar acidez de soluções por intermédio de indicadores ácido e base e o valor de pH através do potenciômetro. 05 3. Material e Reagentes Material: Tubos de ensaio Potenciômetro (peagâmetro) Béqueres de tamanhos diversos Bastão de vidro Reagentes: Fenolftaleína Alaranjado de metila Ácido clorídrico – HCl 0,1 mol/L Ácido sulfúrico – H2SO4 0,1 mol/L Hidróxido de sódio – NaOH 0,1 mol/L Bicarbonato de sódio – NaHCO3 0,5 mol/L Cloreto de sódio – NaCl 0,3 mol/L Ácido acético – CH3COOH 0,1 mol/L Hidróxido de Potássio – KOH 0,1 mol/L Substâncias e produtos comerciais diversos 06 4. Procedimento Experimental Antes de iniciar o procedimento, foi necessário tomar conhecimento dos perigos potenciais das substâncias utilizadas e dos cuidados que se deve ter durante a execução do experimento, além da verificação dos equipamentos de proteção individual (EPIs), de modo a reduzir a possibilidade de contaminações ou acidentes. Parte I Inicialmente foi adicionado num béquer a solução de 0,1 mol/L de ácido clorídrico HCl, adicionando algumas gotas do indicador fenolftaleína e, observou- se o aspecto da solução, e aferiu-se o pH da solução no potenciômetro. No mesmo béquer foi adicionado à solução de bicarbonato de sódio NaHCO3 à 0,5 mol/L, observando a mudança de coloração, e mediu-se o pH da solução final. Em um segundo béquer, adicionou-se a solução de hidróxido de sódio NaOH à 0,1 mol/L e acrescentou-se o indicador de pH alaranjado de metila, após a anotação dos aspectos visuais da solução foi medido o pH da mesma. Acrescentou-se a solução de ácido sulfúrico H2SO4 à 0,1 mol/L na solução de hidróxido de sódio NaOH, descrevendo as observações e aferindo o pH. Em um terceiro béquer adicionou-se à solução de ácido acético CH3COOH à 0,1 mol/L e algumas gotas de fenolftaleína, e mediu-se o pH, anotando os aspectos da solução. No mesmo béquer adicionou-se aos poucos hidróxido de potássio KOH à 0,1 mol/L, até que a solução não apresentasse mudança de coloração, observando as reações ocorridas e medindo o pH da solução final. Parte II Nesta etapa, utilizaram-se substâncias do dia-a-dia, e as soluções preparadas inicialmente para aferir o pH. 07 5. Resultado e Discursão A faixa de pH na qual a cor muda é chamada faixa de transição. Enquanto a maioria dos indicadores tem uma única mudança de cor, o Alaranjado de metila, por exemplo, sofre outra transição, entre o pH 3,1 e o pH 4,4 do vermelho pra o amarelo (HARRIS, 2005). A tabela 1 mostra os valores da faixa de transição das soluções de indicadores utilizados na prática. INDICADOR FAIXA DE VIRAGEM COR EM MEIO ÁCIDO COR EM MEIO BÁSICO Fenolftaleína 8,0 – 9,6 Incolor Vermelho Alaranjado de Metila 3,1 – 4,4 Vermelho Amarelo Parte I Nesta etapa da aula prática, foram utilizadas as soluções de ácido clorídrico HCl, hidróxido de sódio NaOH e ácido sulfúrico H2SO4, todas apresentavam a coloração translúcida. Ao adicionar fenolftaleína à solução de ácido clorídrico HCl, apresentou-se mudança de coloração de translúcido para esbranquiçado. Ao aferir o pH, encontrou-se o valor de 2,11. Ao adicionar o bicarbonato de sódio NaHCO3 à solução de ácido ocorreu a mudança de coloração de branco para rosa, demonstrando o aumento de pH, para 8,34, confirmando que a fenolftaleína, muda de coloração com viragem de pH acima de oito, segundo a tabela 1. Quando o bicarbonato de sódio é misturado com um ácido, ocorre uma reação de neutralização na qual libera dióxido de carbono e água. Como demonstra a reação: NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2(g) Se fosse invertida a ordem de adição dos reagentes nesta parte do experimento, a reação de neutralização seria inversa ou seja o ácido neutralizaria a base. Ao se adicionar o indicador fenolftaleína na solução de bicarbonato de sódio NaHCO3 apresentaria coloração rosa intenso (meio básico) e ao se adicionar a mesma quantidade de ácido clorídrico HCl passaria a apresentar coloração incolor (meio ácido). Tabela 1: Propriedades dos indicadores utilizados 08 A solução de hidróxido de sódio NaOH à 0,1 mol/L, como dito anteriormente possuía coloração translucida, ao acrescentar o indicador alaranjado de metila, ocorreu a mudança para laranja, e o pH aferido foi de 13,03. Ao acrescentar à solução de ácido sulfúrico H2SO4 ocorreu a mudança para vermelho, e o pH aferido ficou de 1,4 confirmando os dados da Tabela 1 para alaranjado de metila. A reação de dissolução do hidróxido de sódio e ácido sulfúrico está representada em: 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) Se fosse invertida a ordem de adição dos reagentes nesta parte do experimento, a reação de neutralização seria inversa ou seja a base neutralizaria o ácido. Ao se adicionar o indicador alaranjado de metila na solução de ácido sulfúrico H2SO4 apresentaria coloração vermelha (meio ácido) e ao se adicionar hidróxido de sódio NaOH, passaria a apresentar coloração laranja (meio básico). Na solução de ácido acético CH3COOH à 0,1 mol/L, ao adicionar o indicador fenolftaleína, a coloração mudou-se de translúcido para branco, o pH aferido foi de 2,03. Quando adicionou hidróxido de potássio KOH à 0,1 mol/L na solução, ocorreu a mudança de coloração de branco para rosa púrpura, e o pH aferido foi de 12,26 confirmado o valor da Tabela 1, para fenolftaleína. A reação de dissolução do ácido acético e o hidróxido de potássio está demonstrada em: 2 CH3COOH(aq) + KOH(aq) → CH3COOK(aq) + 2 H2O(l) Parte II O valor de pH das substâncias do dia-a-dia foram determinadas pelo potenciômetro (peagâmetro), os resultados e as propriedades de cada substância são apresentados na Tabela 2. 09 SOLUÇÕES / PRODUTOS COMERCIAIS PROPRIEDADES VALOR DE pH ENCONTRADO HCl – 0,1 mol/L Solução aquosa, ácida e queimante normalmente utilizado como reagente. Valor de pH na literatura é 1,0. 1,64 Ácido NaOH – 0,1 mol/L Soda cáustica, hidróxido cáustico usado na indústria. Valor de pH na literatura é 13,0. 12,96 Básico NaCl – 0,3 mol/L Conhecido como sal ou sal de cozinha. Valor de pH na literatura é 7,0. 7,07 Neutro NaHCO3 – 0,5 mol/L Sólido alcalino de cor branca, solúvel em água. Valor de pH na literatura é 12,0. 8,44 Básico H2SO4 Ácido mineral forte, solúvel em água. Valor de pH na literatura é 1,5. 0,50 Ácido Café Bebida produzida a partir dos grãos torrados do fruto do cafeeiro. Valor de pH na literatura é 5,0. 5,5 Ácido Coca-ColaRefrigerante carbonado vendido no mundo todo. Valor de pH na literatura é 2,5. 2,38 Ácido Coca-Cola zero Refrigerante com sabor de noz-de-cola, sem adição de açúcar. Valor de pH na literatura é 2,8. 2,68 Ácido Achocolatado Alimento no qual há a presença de chocolate Valor de pH na literatura é 8,0 6,48 Ácido Vinagre Composto bastante utilizado no preparo de alimentos. Valor de pH na literatura é 2,4. 2,37 Ácido Etanol Substância orgânica obtida da fermentação de açúcares...etc. Valor de pH na literatura é 7,0. 7,2 Neutro Solução de Amônia Líquido incolor de odor forte, muito usado em ciclos de compressão (refrigeração), como fertilizantes e também componente de vários produtos de limpeza. Valor de pH na literatura é 14,0. 12,15 Básico Tabela 2: Soluções e produtos comerciais com seus respectivos valores de pH encontrados. 10 Leite de Magnésia Mistura heterogênea de hidróxido de magnésio, possui ação laxante devido à reação dela com o ácido clorídrico do suco gástrico, Em doses moderadas, serve também para ação antiácida, devido às suas propriedades alcalinas. Valor de pH na literatura é 10,5. 9,82 Básico Amostra de Urina Um subproduto líquido do corpo, secretada pelos rins. Valor de pH na literatura é de 5,5 a 7,0. 5,55 Ácido 11 6. Conclusão Conclui-se que é possível a medição do pH de soluções utilizando tanto indicadores, substâncias que mudam de cor conforme a concentração de íons de hidrogênio presentes, como o potenciômetro que permite a leitura do pH direto no aparelho. Na primeira parte do experimento, pôde se observar que ao se adicionar o indicador fenolftaleína a solução de ácido clorídrico HCl, a solução apresenta coloração incolor, mas ao se adicionar o bicarbonato de sódio NaHCO3, passa a apresentar mudança de coloração de incolor para rosa, demonstrando o aumento de pH por meio das propriedades desse indicador. Ao final presentou pH de 2,11 (ácida). Na solução de hidróxido de sódio NaOH, que apresentava coloração translúcida, ao se adicionar o indicador alaranjado de metila, a solução passou apresentar coloração laranja, e a partir do momento que é adicionado ácido sulfúrico H2SO4, deixando a solução mais ácida, passa a apresentar coloração vermelha demonstrando as propriedades desse indicador. Ao final apresentou pH de 1,4 (ácida). Na solução de ácido acético CH3COOH com o indicador fenolftaleína também só ocorreu a mudança de coloração após ser adicionado hidróxido de potássio KOH que por ser base, houve uma reação de neutralização, e a solução passou a apresentar coloração rosa púrpura. Ao final apresentou pH de 12,26 (básica). Na última parte do experimento se obteve os valores de pH das soluções e produtos comerciais diversos, através da medição por meio do potenciômetro. 12 8. Referências Bibliográficas VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1991. ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química, pag. 87, 3ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2006. RUSSEL, J. B. Química Geral, pag. 551, 2ª edição. São Paulo: Pearson Makron Books, 2006. SARDELLA, A. Curso Complemento de Química, 3ª edição. São Paulo. Editora Parma LTDA, 2005. OHLWEILER, O. A., Química analítica quantitativa, 3a ed., Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 1982, vol. 1 e vol. 2. HARRIS, DANIEL C., Análise Química Quantitativa, 6ª. Edição, LTC-Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de. Janeiro-RJ, 2005. PROPRIEDADES DE SUBSTÂNCIAS DO DIA A DIA, aberto em: Wikipédia a enciclopédia livre. Disponível em <http://pt.wikipedia.org> Acesso em: 04 Dez. 2015. FOGAÇA, JENNIFER ROCHA V., Conceito de pH e pOH. Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/conceito-ph-poh.htm> Acesso em: 05 Dez. 2015. 13
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