Relatório 3 - QA - Determinação do teor de carbonato e hidróxido em uma amostra de soda cáustica

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Universidade Federal de São João Del-Rei
Campus Alto Paraopeba
Engenharia Química
Determinação do teor de carbonato e hidróxido em uma amostra de soda cáustica
Relatório apresentado como parte das exigências
da disciplina Química Analítica Experimental sob
responsabilidade da Profª. Ana Maria de Oliveira.
Camila Magalhães Garcia – 124500039
Gabriel Renault de Mendonça – 124500024
Marcos Antônio Ramos – 124500023
Rafael Oliveira Paes de Lima – 124500029
Ouro Branco – MG
Outubro/2013
Resumo
	Faz-se importante conhecer o teor de acidez de uma fruta cítrica para o melhor entendimento de quais as consequências essas frutas podem causar no organismo. Nesse caso, um dos métodos para se mensurar o pH é a titulação ácido/base. A titulação é um método que a partir de uma reação estequiométrica conhecida, determina-se a concentração do analito.(SKOOG) A titulação ácido/base permite a correlação entre o que está ocorrendo na titulação a partir de da curva de titulação obtida experimentalmente. Para uma titulação de um ácido forte com uma base forte, haverá três regiões na curva de titulação, são essas: a região antes de se atingir o ponto de equivalência; no ponto de equivalência e após o ponto de equivalência. Especificamente nesse caso, o ponto de equivalência poderá ser obtido quando os íons H+ consumirem, em proporção estequiométrica, totalmente os íons OH-, caracterizando um pH neutro. As outras regiões são regidas ou pelo excesso de OH- antecedendo o ponto de equivalência ou quando ultrapassa-se esse ponto e há uma maior concentração hidrogeniônica (HARRIS). No presente trabalho, para a determinação do teor de carbonato e hidróxido na amostra de soda cáustica, primeiramente fez-se a análise da alcalinidade total da amostra diluída, a partir de três alíquotas de 25 mL. Após determinado o pOH da amostra, realizou-se a segunda parte do experimento Após a realização da primeira parte do experimento determinou-se a média da concentração da solução de NaOH, sendo esta igual a 0,0940 ± (0,0036) mol L-1. Já na segunda parte, titulou-se o suco de laranja com o NaOH padronizado e obteve-se a média da concentração do suco de laranja diluído que foi igual a 0,0465 ± (0,0005) mol L-1 e a partir deste obteve-se a acidez do suco, sendo o pH encontrado igual a 1,33. O valor encontrado para a concentração real de NaOH é exato e preciso, já que este foi muito próximo ao informado no rótulo da solução de hidróxido de sódio empregada (0,1000 mol L-1). A concentração real do suco de laranja foi precisa, visto o baixo desvio padrão, e o teor de acidez do suco foi alto, uma vez comparado ao o valor teórico. 
Resultados e Discussões
	A soda cáustica comercial utilizada neste experimento (YARA, ? %) é formada principalmente por hidróxido de sódio e contém outros produtos minoritários, como o carbonato de cálcio. A sua produção está ilustrada na reação abaixo:
Reação 1: 	Na2CO3(s) + Ca(OH)2(aq) → CaCO3(s) + NaOH(aq)
	Como a reação não apresenta um rendimento de 100%, o produto final pode ainda conter resíduos de carbonato de sódio, que em meio aquoso se dissocia em íons Na+ e CO32-, de acordo com a reação 2. A basicidade do produto é proveniente da concentração dos íons OH-, e estes são gerados tanto pela dissociação do hidróxido de sódio quanto pela hidrólise do íon carbonato, representados pelas reações 3 e 4.
Reação 2: Na2CO3(aq) → 2Na+(aq) + CO32-(aq)
Reação 3: NaOH(aq) → Na+(aq) + OH-(aq)
Reação 4: CO32-(aq) + H2O HCO3-(aq) + OH-(aq)
	O hidróxido de sódio é uma base forte e está em maior quantidade no produto final, assim será a maior fonte de hidroxilas na solução. Portanto, a dissociação do NaOH fornece mais rapidamente íons hidroxilas na solução, fazendo com que o equilíbrio da reação 4 seja deslocada no sentido de formação do íon carbonato, freando a reação e a formação de OH-. Assim, o cálculo da alcalinidade total da solução será considerando apenas as hidroxilas provenientes da dissociação do hidróxido de sódio.
PARTE I – Determinação da alcalinidade total
	Na primeira parte do experimento, pesou-se 1,2056 g de soda cáustica comercial (YARA, ?%), e a diluiu em água livre de CO2. Em seguida, transferiu-se quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 250 mL, completando o volume com esse mesmo tipo de água. Titulou-se três alíquotas de 25 mL desta solução, com uma solução padrão de ácido clorídrico 0,1 mol L-1, utilizando o alaranjado de metila como indicador. Os volumes titulados de HCl estão na tabela 1.
Tabela 1: Volumes de HCl utilizados nas titulações de soda cáustica comercial
	Replicatas
	Volume (mL)
	1
	17,00
	2
	16,80
	3
	16,80
	A média dos volumes de HCl foi calculada pela fórmulas abaixo:
 mL
Quando se utiliza um ácido forte como titulante é possível garantir que a quantidade adicionada na amostra está totalmente dissociada. Então os íons H+ e Cl- estarão disponíveis para reagir com a amostra. Se por acaso se utilizasse um ácido fraco como titulante, o número de íons H+ produzidos dependeria da dissociação do mesmo (HARRIS, 2005).
	No ponto de equivalência da reação, os íons OH- na soda cáustica reagem na proporção 1:1 com os íons H+. Assim, quantidade de matéria em mol de íons hidroxilas é a mesma da quantidade de matéria em mol de HCl. Encontrou-se então a molaridade de OH- para cada replicata de HCl titulado, de acordo com a equação 5:
 nOH- = nH+ 
Equação 1 : MOH- x VOH- = MHCl x VHCl (HARRIS, 2005)
sendo: 
MOH- a molaridade de OH- na solução;
VOH- o volume das alíquotas de solução;
MHCl a molaridade da solução ácido clorídrico;
VHCl volume titulado de solução HCl
Para a primeira replicata, fez-se:
MOH- x 0,025mL = 0,1molL-1 x 0,017L
MOH-= 0,0680 mol L-1
Este procedimento foi feito para cada replicata e as molaridades de OH- obtidas estão expressos na tabela 2:
Tabela 2: Volume titulado de HCl e molaridade de OH- calculada pela equação 5
	Replicatas
	Volume HCl (mL)
	Molaridade de OH- (mol L-1)
	1
	17,00
	0,0680
	2
	16,80
	0,0672
	3
	16,80
	0,0672
 
A média e o desvio padrão foram encontrados pelas fórmulas abaixo:
 mol/L
Através da fórmula de desvio padrão, realizou-se o cálculo do desvio padrão das molaridades de OH- das replicatas:
	
S = 
S = 4,619 x 10-4
	A partir da média da concentração de OH-, foi encontrado o pH da solução, determinando assim a alcalinidade total.
pOH= -log[OH-] = -log[0,0675] = 1,171
pH = 14 – pOH = 12,829
	Portanto, a alcalinidade total do sistema é de 0,0675 ± 0,0005 mol.L-1. Para esse valor experimental é possível dizer que o resultado é significativamente exato, uma vez que o desvio padrão é baixo e o hidróxido de sódio é uma base forte. No entanto, não há como discorrer sobre a exatidão, uma vez que não se conhece o valor teórico desta concentração. (SKOOG et al.,2008)
PARTE II – Determinação do teor de hidróxido
	Nesta parte do experimento, foram coletadas alíquotas de 25 mL de solução de soda cáustica obtida na primeira parte, a fim de determinar o teor de hidróxido presente na hidrólise do carbonato e da dissociação do hidróxido de sódio. Para isso, adicionou-se 70% da média do volume de solução de ácido clorídrico 0,1 mol.L-1 titulado na primeira parte para neutralizar a concentração de íons hidroxila provenientes da dissociação de NaOH. Essa etapa foi realizada antes da adição de cloreto de bário na solução, com o intuito de maximizar a precipitação de carbonato de bário, pois evitará a competição entre carbonato e íons hidroxila a reagir com o cátion Ba2+.
Realizou-se o aquecimento da solução para que houvesse a solubilização do cloreto de bário 1% adicionado lentamente a solução até que se formasse precipitado. Posteriormente, resfriou-se a solução, adicionando a mesma indicador azul de bromotimol, realizando em seguida a titulação da solução com HCl 0,1 mol.L-1. Os volumes de titulante utilizados no experimento seguem abaixo na tabela 3:Tabela 3: Volumes de HCl utilizados nas titulações da solução de soda cáustica comercial
	
Replicatas
	
Volume de HCl (L)
	1
	0,0165
	2
	0,0161
	3
	0,0158
 
A partir do volume de ácido usado na titulação, foi possível determinar a concentração de íons hidroxila presentes na solução, na proporção estequiométrica 1:1. Assim, no ponto de equivalência temos nNaOH = nácidos. Então, foram calculados os valores da concentração dos ácidos presentes na solução. Seguem abaixo os cálculos:
Equação 3 : MOH- x VOH- = MHCl x VHCl (HARRIS, 2005)
sendo: 
MOH- a molaridade de OH- na solução;
VOH- o volume das alíquotas de solução;
MHCl a molaridade da solução ácido clorídrico;
VHCl volume titulado de solução HCl
Portanto:
0,1 mol/L x 0,0165 L = MOH- x 0,025 L
MOH- = 0,066 mol/L
Repetiram-se os cálculos para os outros volumes de hidróxido de sódio e obtiveram-se os valores dados na Tabela 4. 
Tabela 4: Molaridade de NaOH encontrada em cada titulação
	
Replicatas
	
Molaridade (mol/L)
	1
	0,066
	2
	0,064
	3
	0,063
Da mesma forma feita anteriormente para o cálculo da média de alcalinidade total, foram calculadas a média e o desvio padrão das replicatas da molaridade de NaOH, que seguem abaixo:
 mol/L
S = 4,832 x 10-3
	Sendo assim, a alcalinidade que foi estabelecida apenas pelo hidróxido de sódio foi 0,0643 ± 0,005 mol.L-1, uma vez que o carbonato de bário foi precipitado.
	A alcalinidade total da solução é encontrada pela soma do número de íons hidroxila provenientes da dissociação de hidróxido de sódio (reação 3) e da hidrólise dos íons carbonato (reação 4). Assim:
[OH-]total = [OH-]NaOH – [OH-]ions carbonato
[OH-]ions carbonato = 0,0029 ± 0,005 mol.L-1 
	Com a concentração dos íons hidroxila provenientes de cada substância acima, pode-se encontrar, utilizando a alcalinidade total, a porcentagem tanto de hidróxido de sódio quanto de Na2CO3, sendo que a proporção estequiométrica é de 1:1 em cada uma das reações 2 e 3. Logo:
	%NaOH = 
Os valores apresentados na tabela 4 são referentes ao suco diluído. Com o auxílio da equação 3, calculou-se a concentração original de ácidos contidos na solução para cada replicada.
Mi x Vi = Mf x Vf
Mix 0,100 = 0,0184 x 0,250
Mi =0,0460 mol L-1 de ácidos
Repetiram-se os cálculos para as outras molaridades referentes ao suco diluído e obtiveram-se os seguintes valores dados na Tabela 4.
Tabela 5: Concentração de H+ obtida na titulação do suco de laranja para cada replicata
	Replicatas
	Concentraçao H+ (mol/L)
	1
	0,0460
	2
	0,0465
	3
	0,0470
Calculou-se a média e o desvio padrão das concentrações de H+ apresentadas na tabela 5, e com a média calculou-se o pH da solução. 
 mol/L
S = 5,0 x 10-4
Assim: 
[H+] = [ácidos] = 0,0465 mol L-1
pH = - log [H+] = 1,33.
	O valor encontrado para o pH é baixo, logo o teor ácido encontrado no suco é alto. Era esperado um pH na faixa ácida, mas não tão baixo. 
Conclusão 
Na parte 1 do experimento o valor encontrado para a concentração de NaOH é exato e preciso, pois este está próximo do valor encontrado na rotulagem do produto (0,1 mol-1) e possui um erro relativamente pequeno já que os valores utilizados no cálculo da concentração média estavam próximos entre si.
Já na parte 2 a concentração para o suco de laranja diluído é preciso, pois o desvio padrão foi pequeno. Já o teor de acidez encontrado para o suco de laranja foi alto e pouco exato, já que este está com um erro consideravelmente grande quando comparado ao valor teórico, que seria na faixa de (3,6 – 4,3). Como há uma boa precisão das concentrações dos ácidos usados para o cálculo do valor do pH, porém uma baixa exatidão neste valor, notou-se a ocorrência de algum erro sistemático. Esse último pode estar relacionado principalmente com erros na aferição do menisco e na observação da mudança de coloração no meio (SKOOG).
Referências bibliográficas 
SKOOG, D. A; WEST, D.M; HOLLER, F.J; CROUCH, S.R. Fundamento de Química Analítica. 8 edição, São Paulo: Cengage Learning, 2011. 1124p.
HARRIS, D.C. Análise Química Quantitativa. 6ª edição, Rio de Janeiro: LTC. 2005. 876p.