TRABALHO 01 - DETERMINAÇÃO DA ALCALINIDADE DE UMA ÁGUA RESIDUAL

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Universidade de Coimbra 
Faculdade de Ciências e Tecnologias 
Departamento de Química 
Controlo Químico de Qualidade 
Prof. Dr. J. Caridade 
 
 
 
 
Determinação da Alcalinidade total 
e parcial de uma água residual 
 
 
 
 
 
 
 
Ana Ferreira 
Caio Zanvettor 
Edilzo Filho 
Joicy Costa 
Lígia Carreira 
 
 
 
 
Coimbra, abril de 2013. 
 
2 
Índice 
 
Resumo Pág. 3 
Objectivos Pág. 3 
Introdução Pág. 3 
Procedimento experimental Pág. 5 
Resultados e dados experimentais Pág. 6 
Discussão / Conclusão Pág. 11 
Referências Bibliográficas Pág. 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
Resumo 
Neste trabalho foi realizada uma volumetria ácido-base e uma 
potenciometria com o objectivo de determinar a percentagem de carbonatos e 
bicarbonatos de uma água residual e a partir destes resultados saber a 
alcalinidade total e parcial da amostra. 
 
Objectivos 
Nesta actividade experimental, o objectivo é determinar a quantidade 
de carbonato e bicarbonato de uma amostra desconhecida recorrendo a uma 
titulação ácido-base, onde o HCl é utilizado como titulante. Esta solução de 
HCl não é um padrão primário, por isso tem de ser aferida com bórax, que é 
um padrão primário. 
 
Introdução 
Os métodos analíticos utilizados foram a volumetria e a 
potenciometria. 
Um dos métodos analíticos mais utilizado é a volumetria, que consiste 
na determinação do teor de uma dada substância, através da comparação de 
um volume da solução da referida substância. 
Uma volumetria ácido-base é utilizada para determinar a concentração de 
analito constituído de ácido ou base ou que podem ser convertidos nessas 
espécies por meio de tratamento adequado. A reacção que ocorre é entre o 
analito e o reagente padrão de concentração previamente conhecida. 
O outro método utilizado nesta experiência foi a potenciometria, este 
método baseia-se na diferença de potencial de uma célula eletroquímica na 
ausência de corrente. 
A análise potenciométrica engloba duas técnicas analíticas: 
 A potenciometria direta; 
 A titulação potenciométrica. 
A técnica utilizada foi a titulação potenciométrica que consiste na 
medição da variação do potencial do eléctrodo indicador em relação ao 
eléctrodo de referência em função do volume do titulante adicionado na 
 
4 
solução, o material instrumental utilizado (potenciómetro) faz a conversão do 
potencial em pH automaticamente. 
As reacções ácido-base ocorrem entre um ácido e uma base e por isso 
há transferência de protões. Esta reacção representa-se da seguinte forma: 
 
A evolução da titulação é descrita por uma curva de titulação, gráfico 
que representa a variação do pH em função do volume de titulante 
adicionado. Quando o titulante reage totalmente com o titulado diz-se que se 
atingiu o ponto de equivalência (ponto em que todas as espécies estão 
neutralizadas). Na vizinhança do ponto de equivalência, existe uma zona em 
que se dá uma mudança brusca de pH. Esta pode ser detectada utilizando 
um indicador ácido-base, composto químico que é adicionado em pequenas 
quantidades a uma solução e que permite saber se essa solução é mais ácida 
ou mais básica do que a zona de viragem do indicador, ou no caso da 
potenciometria é indicado o pH o que permite verificar as mudanças bruscas 
que poderam acontecer. 
Um indicador ácido/base é um ácido ou base orgânica fraca cuja 
forma não dissociada difere da cor de sua base ou ácido conjugado. Por 
exemplo, o comportamento de um indicador do tipo ácido, HIn, é descrito 
pelo equilíbrio : 
HIn + H2O In- + H3O+ 
 (cor ácida) (cor básica) 
Portanto, a constante de equilíbrio para a dissociação desse indicador 
pode ser descrita como: 
 
 
 
 
 
que por rearranjo pode ser escrita como 
 
 
 
 
 Temos então uma razão entre a forma ácida e básica que é 
determinada pela concentração do íon Hidrônio, isto é, a cor da solução é 
determinada pelo pH da solução. O olho humano não é muito sensível à 
diferença de cores em uma solução contendo um mistura de HIn e In- 
particularmente quando a razão [HIn]/[In-] for maior que 10 e menor que 
 
5 
0,1. Para concentrações fora desta razão as cores são essencialmente 
constantes, logo pode se dizer que a razão entre as concentrações deve ser: 
 
 
 
 
Se substituirmos esses dois valores na equação de equilíbrio, e 
aplicarmos o logaritmo negativo, chega-se a seguinte expressão: 
 
As espécies químicas serão determinadas a partir de duas titulações, 
cada uma com o ponto de equivalência em uma zona de pH, portanto deve se 
utilizar 2 indicadores diferentes que são escolhidos de acordo com o pH em 
cada ponto de equivalência. 
Para a primeira reação de titulação: 
Na2CO3(aq)+ H+(aq) 2Na+(aq) + HCO3-(aq) 
O pH é do ponto de equivalência é: 
pH = (pKa1 + pKa2)/2 = (6,37 + 10,25)/2 = 8,31 
Portanto, deve-se usar como indicador a Fenolftaleína que tem como 
zona de viragem pH 8,2 – 10,0 passando da cor Carmin para incolor. 
A segunda reação de titulação é: 
CO32-(aq) + 2H+(aq)  H2CO3(aq) 
E o pH é calculado de acordo com a equação de equilíbrio da reação, 
sendo [H2CO3] = [HCl] podemos escrever: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 √( )( ) 
 
 ( ) 
Para esse pH é utilizado como indicador o alaranjado de metilo que 
possui zona de viragem entre pH 3,1 – 4,4, passando de amarelo para 
vermelho. 
 
Procedimento Experimental 
 Preparou-se uma solução de ácido clorídrico 0,025M e em seguida esta 
foi aferida com uma solução de bórax 0,0125M. Para esta aferição, utilizou-
se como indicador vermelho de metilo. 
 
6 
 Titulou-se a amostra de água com a solução de ácido clorídrico aferida 
usando o indicador fenolftaleína para determinação do primeiro ponto de 
equivalência, em seguida a esta mesma alíquota foi pingada algumas gostas 
de alaranjado de metilo e proseguiu-se para a determinação do segundo 
ponto de equivalência. 
 Preparou-se as soluções tampão para calibrar o potenciômetro, uma 
com pH 4,00 e outra com pH 6,88. 
 Titulou-se a amostra de água por potenciometria para determinação 
dos pH’s. 
 
Resultados e Dados Experimentais 
 Volumetria ácido base 
o Aferição da solução de ácido clorídrico com bórax 
 
 Na aferição do ácido clorídrico foi utilizado 20mL de bórax 
(Na2B7O4.10H2O) como padrão primário e um indicador adequado. Foram 
feitas três titulações para determinação da concentração do ácido clorídrico. 
 A reação do HCl com o bórax é: 
2HCl + Na2B4O7  H+Cl- + 2Na+B4O72-  2NaCl + H2B2O7 
 Sabendo a estequiometria da reação, pode fazer a seguinte relação: 
 
 
 
 
 O valor do volume gasto de HCl gasto em cada titulação e as 
concentrações calculadas estão indicadas na tabela a seguir: 
 Volume de HCl (mL) Concentração de HCl (mol.L-1) 
1ª Titulação 22,8 0,02191 
2ª Titulação 22,8 0,02191 
3ª Titulação 22,85 0,02187 
 
 A concentração exata do HCl é a média das concentrações: 
 
 
 
 
CHCl= 0,021896 M 
 
7 
 O desvio padrão é uma ferramenta estatística para descrever a 
precisão do método. 
 √
∑ ( ) 
 
 
 
 
s = 2,309 x 10-9 
 Onde N-1 é o numero de graus de liberdade e (xi-x) representa o valor 
do desvio xi em relação à média x. 
 O desvio padrão relativo é dado pelo desvio padrão divididopelo valor 
médio do conjunto de dados: 
 
 
 
 
 1,05 x 10-3 
 Esse valor é expresso em termos percentuais e é denominado 
coeficiente de variação (CV): 
CV = 0,10% 
 
o Ensaio preliminar 
 Utilizou-se 10 mL da amostra gastando 2,1 mL de HCl no primeiro 
ponto de equivalência (fenolftaleína) e 4,6 mL de HCl no segundo ponto 
(alaranjado de metilo). Concluímos então que podíamos utilizar uma alíquota 
de 25,0mL. 
o Determinação de Carbonatos e Bicarbonatos da amostra de água 
 
 Na determinação de Carbonato e Bicarbonato presente na amostra, 
foram efetuados 3 ensaios. Cada ensaio com 25 mL da água a ser analisada. 
Usamos o HCl aferido com bórax como titulante, 4 gotas de fenolftaleína 
como indicador do 1° ponto de viragem e 4 gotas de alaranjado de metilo 
como indicador do 2° ponto. 
A reação do carbonato ao contato com o ácido é a seguinte: 
 
  
 
 
  
Os volumes gastos de HCl em cada titulação estão indicados a seguir: 
 
8 
 
 
Volume de HCl em mL (1º 
ponto de viragem) 
Volume de HCl em mL (2º 
ponto de viragem) 
1ª Titulação 5,2 11,6 
2ª Titulação 5,3 11,5 
3ª Titulação 5,4 11,5 
 
 Uma vez que é conhecida a exata concentração de ácido clorídrico, 
bem como o volume necessário para cada ponto de viragem. Pode-se calcular 
facilmente o número de mols e como a estequiometria é de 1:1 o número de 
mols de carbonato é igual ao número de mols de HCl no primeiro ponto de 
equivalência. 
 Lembrando que a primeira reação de titulação produz Bicarbonato e, 
portanto o volume de HCl gasto na segunda titulação corresponde a 
neutralização do bicarbonato que já estava presente na amostra mais a 
quantidade que foi produzida pela reação do carbonato com ácido clorídrico. 
Com isso o número de mols de bicarbonato deve ser calculado levando em 
consideração somente o volume de HCl que foi gasto para neutralizar aquele 
que já estava presente na amostra. 
 Utilizando a fórmula: 
 
 Obtivemos os seguintes resultados: 
Ensaio 
Nº de mol do ácido (1° 
ponto) 
Nº de mol do ácido (2° 
ponto) 
1º 1,13862 x 10-4 2,54000 x 10-4 
2º 1,16051 x 10-4 2,51811 x 10-4 
3º 1,18242 x 10-4 2,51811 x 10-4 
 
 A concentração de 
 e 
 : 
Ensaio 
Concentração de 
 
(mol.L-1) 
Concentração de 
 
(mol.L-1) 
1º 4,55448 x 10-3 5,605542 x 10-3 
2º 4,64204 x 10-3 5,430396 x 10-3 
3º 4,72966 x 10-3 5,430396 x 10-3 
 
 Média das concentrações, desvios padrões e erros relativos: 
[ 
 ]média = 4,64 x 10-3 M [ 
 ]média = 5,49 x 10-3 M 
 
9 
s = 8,76 x 10-5 s = 1,01 
RE = 1,88 % RE = 1,84% 
 A partir das médias é possível calcular a alcalinidade parcial e total da 
água: 
Alcalinidade parcial = [ 
 ]média x 1000 = 4,64 mmol x L
-1 
Alcalinidade total = [ 
 ]média + [ 
 ]média x 1000 = 10,1016 mmol x L
-1 
 
 Potenciometria 
 O potenciômetro foi calibrado com soluções padrão de pH 4,0 e 6,88. 
 Realizaram-se então três ensaios utilizando amostras de 25 mL da 
água a ser analisada, onde o titulante foi o HCl. Os valores de pH, bem como 
os volumes de HCl adicionados foram tratados com uma ferramenta 
disponível gratuitamente na internet chamada CurtiPlot, tal ferramenta 
utiliza o método das derivadas e nos fornece dentre outras coisas: o volume 
de HCl e pH nos pontos de inflexão, número de mols de HCl gastos e 
concentração do analito correspondente a cada ponto de inflexão, isto é 
CO32- e HCO3-, respectivamente. Os gráficos referentes a cada ensaio estão 
representados abaixo: 
1º ensaio: 
 
 
10 
2º ensaio: 
 
3º ensaio: 
 
 
Vol. HCl (mL) pH Número mols HCl [Analito] (mol.L-1) 
 
1o ensaio 
1o p.i. 4,72 8,38 0,000103 0,004138 
2o p.i. 11,47 4,60 0,000251 0,005905 
 
 
2o ensaio 
1o p.i. 4,95 8,36 0,000108 0,004334 
2o p.i. 11,86 4,74 0,000260 0,005557 
 
 
3o ensaio 
1o p.i. 4,44 8,48 0,000097 0,003888 
2o p.i. 11,56 4,58 0,000253 0,005833 
 
 Média das concentrações, desvios padrões e erros relativos: 
[ 
 ]média = 4,13 x 10
-3 M [ 
 ]média = 5,77 x 10
-3 M 
s = 2,24 x 10-4 s = 1,64 x 10-4 
RE = 1,88 % RE = 1,84% 
 
Alcalinidade parcial =[ 
 ]média x 1000 = 4,12 mmol x L
-1 
 
11 
Alcalinidade total =[ 
 ]média + [ 
 ]média x 1000 = 10,00 mmol x L
-1 
 
 
Discussão/ Conclusão 
Sabemos que a alcalinidade da amostra de água é devido às espécies 
de hidróxidos (OH-), de carbonatos (CO32-) e de bicarbonatos (HCO3-); 
devemos saber como estas reagem em presença de ácidos. Os carbonatos 
estão presentes juntamente com os hidróxidos em uma amostra de água, 
mas não ao mesmo tempo em uma dada amostra. 
Ao adicionarmos o ácido na amostra, a fim de obter um pH de 
aproximadamente 4,00, o objetivo é de determinarmos a alcalinidade total da 
água. A alcalinidade parcial é calculada levando em consideração os 
carbonatos e bicarbonatos presentes na solução. 
 
o Comparação entre os métodos 
 
 Inicialmente realizou-se o teste de homogeneidade de variâncias a 
partir da fórmula abaixo, utilizando como valor crítico o F de Fischer 
bilateral a 95% de confiança com 2 graus de liberdade no numerador e 
denominador: 
 
 
 
 
 
Fcritíco = 39; TV( 
 ) = 6,51; TV( 
 ) = 2,63 
 Como Fcrítico > TV para ambos os casos, concluímos que há 
homogeneidade de variância. 
 Em seguida foram comparadas as médias de ambos os métodos, o 
valor crítico é o T de student ao nível de 95% de confiança, os graus de 
liberdade m = n = 2 e o valor de teste é: 
TV = 
| |
 √
 
 
 
 
 
 
 
 √
( ) ( ) 
 
 
Tcritíco = 2,78 ; TV( 
 ) = 2,35 ; TV( 
 ) = 2,02 
 
12 
 Como o Tcritíco > TV em ambos os casos, ou seja, as estimativas de 
ambos os métodos são estatisticamente concordantes. 
 Portanto, de acordo com os resultados estatisticos obtidos, conclui-se 
que os dois métodos são eficazes para se determinar a alcalinidade parcial e 
total de uma água residual. 
 
Referências Bibliográficas 
Análises físico-químicas. Laboratórios de tecnologias ambientais. 
Universidade do Minho. 
Jenck Instrumental Analítico: http://www.jenck.com/utilidades/acidez/ 
<Acessado em 20/04/2013> 
Vogel’s – Análise de Química Quantitativa, MENDHAM, J., DENNEY, R. C., 
BARNES, J. D., THOMAS, M. J.; 6ª Edição 
Fundamentals of Analytical Chemistry, SKOOG, D. A., WEST, D. M., 
HOLLER, F. J.; 7th edition; Saunders College Publishing