Quimica Analitica - Volumetria

Prévia do material em texto

15/01/13	
  
1	
  
Profa. Mariana A. Vieira 
UFPel 
2012-2 
 
ü  Fundamentos	
   e	
   Classificação	
   (Neutralização,	
   Precipitação,	
  
Óxido	
  Redução	
  e	
  Complexação);	
  
ü  Solução	
  padrão;	
  
ü  	
  Padrão	
  primário	
  e	
  padrão	
  secundário;	
  
ü  Indicadores	
  de	
  ácido-­‐base;	
  
ü  Curvas	
  de	
  Jtulação;	
  
ü  Cálculos	
  volumétricos;	
  
ü  	
  Aplicações.	
  
* 
Ø 	
  Análise	
  Volumétrica	
  refere-­‐se	
  a	
  todo	
  procedimento	
  no	
  qual	
  o	
  volume	
  de	
  um	
  reagente	
  necessário	
  para	
  reagir	
  com	
  um	
  constituinte	
  em	
  análise	
  é	
  medido:	
  	
  OBJETIVO:	
   Determinar	
   a	
   quantidade	
   de	
   uma	
   substância	
   que	
   reage	
  totalmente	
  com	
  a	
  quantidade	
  desconhecida	
  de	
  outra	
  substância	
  (analito).	
  	
  	
  
Ø 	
  Mais	
  fácil	
  e	
  rápido:	
  determinar	
  o	
  volume	
  (volumetria)	
  de	
  uma	
  solução	
  de	
  concentração	
  conhecida	
  de	
  uma	
  substância	
  que	
  reage	
  com	
  um	
  volume	
  conhecido	
  de	
  outra	
  substância	
  (analito).	
  	
  
Ø 	
   Emprega	
   a	
   estequiometria	
   para	
   determinar	
   a	
   quantidade	
   do	
   analito	
  presente	
  na	
  amostra.	
  
* 
Ø  A	
  espécie	
  “A”	
  é	
  determinada	
  pela	
  adição	
  de	
  incrementos	
  de	
  “B”.	
  	
  
Ø 	
  Toda	
  a	
  quantidade	
  de	
  “A”	
  deve	
  reagir.	
  	
  
Ø 	
  Um	
  ponto	
  Minal	
  deve	
  ser	
  reconhecido.	
  
Ø 	
   “A”	
   é	
   determinada	
   a	
   partir	
   da	
   quantidade	
   de	
   “B”.	
   A	
   razão	
   de	
  reação	
  é	
  conhecida	
  pela	
  estequiometria	
  da	
  reação	
  de	
  “A”	
  com	
  “B”	
  ou	
  por	
  qualquer	
  outra	
  forma.	
  	
  
Ø O	
  processo	
  pode	
  gerar	
  uma	
  curva	
  de	
  titulação.	
  
	
  
Pure	
  and	
  Appl.	
  Chem,	
  429	
  (1969)	
  429. 
15/01/13	
  
2	
  
* 
Ø 	
  Titulante:	
   Solução	
   estável	
   e	
   de	
   concentração	
   conhecida	
   de	
   um	
  reagente	
  que	
  é	
  adicionado	
  sobre	
  a	
  solução	
  da	
  amostra	
  que	
  contêm	
  a	
  espécie	
  cuja	
  concentração	
  se	
  deseja	
  conhecer.	
  Fica	
  na	
  bureta.	
  	
  	
  
Ø 	
  Titulado:	
  Solução	
  do	
  analito.	
  Solução	
  da	
  qual	
  se	
  deseja	
  conhecer	
  a	
  concentração	
  de	
  uma	
  espécie	
  química.	
  Fica	
  no	
  Erlenmeyer.	
  
 
 
Ø Indicador:	
   Composto	
   químico	
   auxiliar	
   empregado	
   no	
  processo	
   titulométrico	
   para	
   mostrar	
   o	
   momento	
   em	
   que	
   a	
  quantidade	
   equivalente	
   de	
   titulante	
   foi	
   adicionada	
   sobre	
   o	
  titulado,	
  permitindo	
  que	
  se	
  interrompa	
  a	
  titulação	
  e	
  se	
  conheça	
  com	
  a	
  maior	
  exatidão	
  possível	
  a	
  quantidade	
  de	
  titulante	
  que	
  foi	
  necessária	
  para	
  reagir	
  com	
  todo	
  o	
  analito	
  (titulado).	
  	
  
Ø O	
  ponto	
  de	
  equivalência	
  também	
  pode	
  ser	
  localizado	
  através	
  de	
  um	
  método	
  instrumental.	
  	
  
Ø 	
  Aplicações:	
  O	
  método	
  pode	
  ser	
  utilizado	
  em	
  quatro	
  tipos	
  de	
  reações	
  ⇒	
  ácido-­‐base,	
  precipitação,	
  complexação	
  e	
  redox.	
  
* 
1.	
  Ácido	
  -­‐	
  Base	
  ou	
  Neutralização:	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Ácido	
  forte	
  x	
  Base	
  forte:	
  HCl	
  +	
  NaOH	
  →	
  NaCl	
  +	
  H2O	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Ácido	
  fraco	
  x	
  Base	
  forte:	
  CH3COOH	
  +	
  NaOH	
  →	
  CH3COONa	
  +	
  H2O	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Ácido	
  forte	
  x	
  Base	
  fraca:	
  HCl	
  +	
  NH4OH	
  →	
  NH4Cl	
  +	
  H2O	
  	
  	
  2.	
  Precipitação	
   Ag+	
  +	
  Cl-­‐	
  →	
  AgCl	
  ↓	
  	
  	
  Kps	
  =	
  1,56	
  x	
  10-­‐10	
  	
  3.	
  Óxido	
  –	
  Redução	
  Cr2O72-­‐	
  +	
  14	
  H+	
  +	
  6	
  Fe2+	
  →	
  2	
  Cr3+	
  +	
  6	
  Fe3+	
  +	
  7	
  H2O	
  	
  4.	
  Complexação	
   Zn2+	
  +	
  Y4-­‐	
  (EDTA)	
  →	
  ZnY2-­‐	
   Montagem	
  típica	
  para	
  uma	
  titulação.	
  O	
  titulado	
  está	
  contido	
  no	
  Erlenmeyer,	
  e	
  o	
  titulante	
  na	
  bureta.	
  Pode	
  ser	
  utilizada	
  uma	
  barra	
  de	
  agitação,	
  que	
  é	
  um	
  magneto	
  recoberto	
  com	
  TeMlon,	
  o	
  qual	
  é	
   inerte	
  para	
  quase	
   todas	
  as	
   soluções.	
  A	
  barra	
  de	
  agitação	
  é	
  girada	
  por	
  um	
  magneto	
  rotatório	
  dentro	
  do	
  motor	
  de	
  agitação.	
  
*  * 
15/01/13	
  
3	
  
* 
Ø  O	
  ponto	
  onde	
  uma	
  quantidade	
  equivalente	
  ou	
  estequiométrica	
  de	
   titulante	
   adicionado	
   é	
   a	
   quantidade	
   exata	
   necessária	
   para	
  uma	
   reação	
   com	
   o	
   titulado,	
   é	
   chamado	
   de	
   ponto	
   de	
  equivalência	
  (peq)	
  =	
  	
  resultado	
  ideal	
  (teórico).	
  
Ø  O	
   ponto	
   Minal	
   é	
   determinado	
   experimentalmente	
   através	
   de	
  indicadores	
   visuais	
   quando	
   uma	
   mudança	
   de	
   alguma	
  propriedade	
   da	
   solução	
   é	
   detectada	
   =	
   resultado	
   medido	
  
(experimental).	
  
	
   Erro	
  =	
  Vpeq	
  –	
  Vpf	
  	
   Onde	
   Vpeq	
   é	
   o	
   volume	
   no	
   ponto	
   de	
   equivalência	
   e	
   Vpf	
   é	
   o	
  volume	
  no	
  ponto	
  Minal.	
  
Ø  São	
   ácidos	
   ou	
   bases	
   fortes	
   (porque	
   reagem	
   de	
   forma	
   mais	
  completa	
  fornecendo	
  pontos	
  Minais	
  mais	
  nítidos);	
  	
  
Ø  	
   As	
   bases	
   fracas	
   nunca	
   são	
   empregadas	
   como	
   reagentes	
  padrão	
  (reagem	
  de	
  forma	
  incompleta	
  com	
  o	
  analito)	
  	
  
Ø  	
   São	
   preparadas	
   por	
   diluição	
   de	
   ácidos	
   concentrados	
   ou	
   a	
  partir	
  dos	
  hidróxidos	
  sólidos.	
  
* 
Ø  HNO3:	
   Pouco	
   usado	
   devido	
   a	
   suas	
   propriedades	
   oxidantes	
   que	
  causam	
  reações	
  paralelas	
  indesejáveis;	
  
Ø  HCl:	
  estável	
  indeMinidamente,	
  não	
  forma	
  precipitado	
  com	
  a	
  maioria	
  dos	
  cátions;	
  
Ø  HClO4	
  e	
  H2SO4:	
  estáveis,	
  úteis	
  para	
  titulações	
  em	
  que	
  o	
  íon	
  cloreto	
  interfere	
  em	
  decorrência	
  da	
  formação	
  de	
  precipitados;	
  
Ácidos	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Bases	
  HCl	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  NaOH	
  HClO4	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  KOH	
  H2SO4Ba(OH)2	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
Soluções	
  padrão	
  	
  	
   * 
*	
   É	
   um	
   	
   composto	
   	
   suMicientemente	
   	
   puro	
   	
   	
   e	
   estável	
   	
   que	
   	
   permite	
  	
  preparar	
   uma	
   	
   solução	
   	
   padrão	
   	
   (primária)	
   por	
   pesagem	
   direta	
   	
   do	
  	
  composto	
  	
  e	
  	
  diluição	
  	
  até	
  	
  um	
  determinado	
  volume	
  de	
  solução.	
  	
  	
  Requisitos:	
  
* 
15/01/13	
  
4	
  
* 
Um	
   reagente	
   padrão	
   secundário	
   é	
   um	
   composto	
   que	
   permite	
  preparar	
   	
   uma	
   solução	
   titulante,	
   	
   porém	
   	
   sua	
   	
   concentração	
   	
   é	
  determinada	
   através	
   da	
   comparação	
   (padronização)	
   contra	
   um	
  padrão	
  primário.	
  	
  Exemplo:	
  NaOH	
  
Em	
  uma	
  	
  titulação	
  	
  de	
  	
  padronização	
  a	
  	
  concentração	
  	
  de	
  	
  uma	
  solução	
  é	
  	
  padronizada	
  através	
  	
  da	
  titulação	
  	
  contra	
  	
  um	
  padrão	
  primário.	
  	
  Exemplo:	
  Padronização	
  de	
  solução	
  de	
  NaOH	
  com	
  Biftalato	
  de	
  potássio	
  
* 
Indicadores	
  Ácido-­‐Base	
  
Ø 	
   Uma	
  das	
  maneiras	
   usadas	
  para	
  detectar	
   o	
   ponto	
   Minal	
   de	
   titulações	
  baseia-­‐se	
  no	
  uso	
  da	
  variação	
  de	
  cor	
  de	
  algumas	
  substâncias	
  chamadas	
  indicadores.	
  
Ø 	
  Um	
  indicador	
  ácido-­‐base	
  é	
  por	
  si	
  só	
  um	
  ácido	
  ou	
  uma	
  base	
  (fracos)	
  cujas	
  espécies	
  protonadas	
  têm	
  cores	
  diferentes.	
  Exemplo:	
  Azul	
  de	
  timol	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  
HO OH
O
S
O
O
pK1 = 1,7
O
SO3-
OH O
SO3-
O-
pK2 = 8,9
Vermelho (R) Amarelo (Y-) Azul (B2-)
OH
CO
O
OH
2 OH-
2 H+
Fenolftaleína incolor, pH < 8,0
C O 
-O
-O2C
Fenolftaleína rosa, pH > 9,6
+ H2O
Faixa	
  de	
  transição:	
  incolor	
  ⇔	
  rosa	
  em	
  pH	
  8,0	
  –	
  9,6.	
  
Indicador Faixa de transição de pH pKa Mudança de cor 
Alaranjado de 
metila 3,1-4,4 3,46 vermelho-laranja 
Verde de 
bromocresol 3,8-5,4 4,66 amarelo-azul 
Vermelho de 
metila 4,2-6,3 5,00 vermelho-amarelo 
Azul de 
bromotimol 6,2-7,6 7,10 Amarelo-azul 
 
Alguns indicadores ácido-
base 
* 
15/01/13	
  
5	
  
* 
Considere	
  a	
  titulação	
  de	
  25	
  mL	
  de	
  solução	
  0,1	
  mol/L	
  de	
  A:	
  A	
  (Analito)	
  +	
  T	
  (Titulante)	
  ⇒	
  P	
  (Produto)	
  
Comportamento	
  da	
  concentração	
  de	
  A	
  em	
  função	
  do	
  volume	
  do	
  titulante.	
  O	
  gráMico	
  apresenta	
  um	
  comportamento	
  quase	
  linear	
  e	
  o	
  ponto	
  de	
  equivalência	
  é	
  diMícil	
  de	
  interpretar.	
  
GráMico	
  de	
  logaritmo	
  da	
  concentração	
  versus	
  o	
  volume	
  do	
  titulante.	
  
Este	
  gráMico	
  apresenta	
  mudança	
  marcante	
  próxima	
  ao	
  ponto	
  de	
  equivalência.	
  	
  Esta	
  curva	
  é	
  chamada	
  de	
  curva	
  de	
  titulação	
  e	
  pode	
  ser	
  construída	
  experimentalmente	
  e	
  o	
  ponto	
  de	
  equivalência	
  pode	
  ser	
  estimado	
  a	
  partir	
  do	
  máximo	
  coeMiciente	
  angular	
  da	
  curva.	
  
*  	
  Procedimento	
   geral	
   para	
   cálculos	
   em	
   uma	
   análise	
  volumétrica:	
  
A	
  relação	
  estequiométrica	
  entre	
  as	
  espécies	
  do	
  analito	
  e	
  do	
  titulante,	
  junto	
  com	
  a	
  molaridade	
  do	
  titulante,	
  é	
  usada	
  em	
  titulações	
  para	
  a	
  determinar	
  a	
  molaridade	
  do	
  analito.	
  
Exemplo	
  	
  	
   	
   	
   	
   	
  Em	
   	
  uma	
  titulação	
   	
  de	
   	
  25,0	
   	
  mL	
   	
  de	
   	
  uma	
   	
  solução	
   	
  de	
   	
  HCl,	
  	
  empregando	
  indicador	
  	
  fenolftaleína,	
  	
  a	
  	
  solução	
  	
  mudou	
  	
  de	
  	
  incolor	
  para	
   	
  rosa	
   	
  quando	
   	
  foi	
   	
  adicionado	
   	
  23,50	
   	
  mL	
   	
  de	
   	
  uma	
   	
  solução	
  padrão	
  de	
  NaOH	
  0,100	
  mol/L.	
  	
  Calcule	
  a	
  concentração	
  em	
  g/L	
  	
  de	
  	
  HCl	
  	
  na	
  	
  solução.	
  	
  Dados:	
  	
  Massa	
  	
  molar	
  HCl:	
  36,5	
  g/mol	
  
 HCl ? mol/L 
25 mL 
NaOH 0,1 mol/L 
23,5 mL