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Alexandra Petry Taynara Gomes HIDRÓLISE DOS SAIS E SOLUÇÃO TAMPÃO Palhoça, 2017 Alexandra Petry Taynara Gomes HIDRÓLISE DOS SAIS E SOLUÇÃO TAMPÃO Relatório apresentado à disciplina de Química Analítica Qualitativa Do curso de Engenharia Química Professora: Daiana Cardoso de Oliveira UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA Palhoça, 2017 SUMÁRIO 1) INTRODUÇÃO...............................................................................................4 2) REVISÃO DE LITERATURA.........................................................................5 2.1) HIDRÓLISE DOS SAIS...............................................................................5 2.2) SOLUÇÃO TAMPÃO...................................................................................6 2.3) INDICADORES...........................................................................................8 3) MATERIAIS E REAGENTES.........................................................................9 4) PROCEDIMENTOS.....................................................................................10 5) RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................12 5.1) RESULTADOS..........................................................................................12 5.2) DISCUSSÕES...........................................................................................14 6) CONCLUSÃO..............................................................................................16 7) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................17 1) INTRODUÇÃO Quando se dissolvem sais em água, nem sempre a solução se apresenta neutra à reação. A razão para esse fenômeno é que alguns sais reagem com água; daí o termo hidrólise. Como consequência, íons hidrogênio ou íons hidroxila ficam em excesso na solução, tornando-a ácida ou básica, respectivamente (VOGEL, 1905). Segundo Robert Boyle (1627-1691), um método para identificar um ácido ou base, seria aferir o potencial hidrogênio a partir de uma combinação de substâncias indicadoras. Ainda conforme Robert Boyle (1627-1691), um indicador é uma substância que funciona variando de cor dentro de um pequeno intervalo de pH. Em geral, uma solução tampão contém a mistura de um ácido fraco e seu sal ou de uma base fraca e seu sal. (VOGEL, 1905). O tipo mais importante de solução mista é a solução tampão, uma solução em que o pH tende a permanecer o mesmo, ou pelo menos não se altera apreciavelmente após a adição de bases ou de ácidos fortes. (ATKINS, 2006). O presente relatório tem como objetivo determinar o pH de soluções através da análise da coloração do indicador ácido-base, verificar a hidrólise de alguns sais e a ação tamponante de soluções. 2) REVISÃO DE LITERATURA 2.1) HIDRÓLISE DOS SAIS De acordo com Vogel (1905), para compreender o fenômeno da hidrólise, é necessário examinar separadamente o comportamento de quatro categorias de sais. I. Sais de ácidos fortes e bases fortes Quando dissolvidos em água, apresentam reação neutra, pois nem os aníons, nem os cátions combinam-se, respectivamente, com íons de hidrogênio ou íons de hidroxila para formar produtos levemente dissociados. O equilíbrio de dissociação da água não é, portanto, perturbado. A concentração de íons hidrogênio na solução é igual à de íons hidroxila; assim, a solução formada tem reação neutra. (VOGEL, 1905). H2O H+ + OH- II. Sais de ácidos fracos e bases fortes Quando dissolvidos em água, produzem uma solução de caráter alcalino. Isso é decorrente do fato de o ânion combinar-se com íons hidrogênio para formar um ácido fraco levemente dissociado, deixando íons hidroxila em liberdade. Numa solução de acetato de sódio, por exemplo, temos os seguintes equilíbrios: H2O H+ + OH- CH3COO- + H+ CH3COOH Assim, os íons hidrogênio, formados pela dissociação da água, combinar-se- ão parcialmente com os íons acetato. As duas equações podem ser somadas membro a membro, obtendo-se o equilíbrio da hidrólise global: CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Na solução, os íons hidroxila estarão em excesso sobre os íons hidrogênio e a solução apresentará reação alcalina. (VOGEL, 1905). III. Sais de ácidos fortes e bases fracas Quando dissolvidos em água, produzem uma reação de caráter ácido. O cátion M+ do sal reage com os íons hidroxila, produzidos pela dissociação da água, formando uma base fraca MOH e liberando íons hidrogênio: H2O H+ + OH- M+ + OH- MOH O equilíbrio global de hidrólise pode ser expresso por: M+ + H2O MOH + H+ Uma vez que há formação de íons hidrogênio na reação, a solução apresenta caráter ácido. (VOGEL, 1905). IV. Sais de ácidos fracos e bases fracas Quando dissolvidos em água, são submetidos a um processo bem mais complexo de hidrólise. A hidrólise do cátion conduz à formação de uma base fraca não dissociada: M+ + H2O MOH + H+ Enquanto a hidrólise do ânion produz um ácido fraco: A- + H2O HA + OH- Os íons hidrogênio e hidroxila, formados nesse processo recombinam-se parcialmente, formando água: H+ + OH- H2O Tais equações, no entanto, não podem ser somadas, a menos que as constantes de dissociação do ácido e da base sejam iguais. Dependendo dos valores relativos destas constantes de dissociação, três hipóteses podem ocorrer: - Se ka > kb (se o ácido for mais forte que a base), a concentração hidrogeniônica será maior que a dos íons hidroxila e a solução será ácida. - Se ka < kb (se a base for mais forte que o ácido), acontecerá inverso e a solução será alcalina. - Se ka = kb (se o ácido e a base forem igualmente fracos), as duas concentrações serão iguais e a solução será neutra. (VOGEL, 1905). 2.2) SOLUÇÃO TAMPÃO Tais soluções apresentam uma certa resistência tanto aos ácidos como aos álcalis, sendo, por conseguinte, denominadas soluções tampão ou soluções reguladoras. (VOGEL, 1905). Essa resistência é resultado do equilíbrio entre as espécies participantes do tampão, este é constituído de uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou de uma base fraca e seu ácido conjugado, em concentrações aproximadamente iguais. (ATKINS, 2006). I. Tampão ácido Adição de ácido: Se um ácido for adicionado a um tampão, ocorrerá uma elevação da concentração dos íons H+ no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de acordo com o princípio de Le Chatelier, essa perturbação será neutralizada pela base conjugada do tampão, restabelecendo o estado de equilíbrio, e o pH da solução irá variar pouco, conforme a reação abaixo: CH3COO-(aq) + H+ (aq) CH3COOH (aq) Adição de base: Se uma base for adicionada a um tampão, o correrá uma elevação da concentração dos íons OH- no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de acordo com o princípio de Le Chatelier, essa perturbação será neutralizada pelo ácido conjugado do tampão, restabelecendo o estado de equilíbrio, e o pH da solução irá variar pouco, conforme a reação abaixo: CH3COOH(aq) + OH-(aq) CH3COO-(aq) + H2O É importante lembrar que existe um limite para as quantidades de ácido ou de base adicionadas a uma solução tampão antes que um dos componentes seja totalmente consumido. Esse limite e conhecido como a capacidade tamponante de uma solução tampão e é definido como a quantidade de matéria de um ácido ou base forte necessária para que 1 litro da solução tampão sofra uma variação de uma unidade no pH. (SKOOG Et al., 2001; Lima et al., 1995). II. Tampão básico O tampão básico é uma solução aquosa de uma base fraca com o seu ácido conjugado na forma de sal. Ele estabiliza soluções no lado básico da neutralidade, ou seja, soluções com pH > 7. (ATKINS, 2006). Um exemplo de tampão básico é uma solução de amônia e de cloreto de amônio: NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq) Quando se adiciona um ácido, os prótons fornecidos ligam-se às moléculas de NH3, formando íons NH4+; quando uma base é adicionada, os íons OH- retiram prótons do NH4+, formando moléculas de NH3. Um tampão sempre contém duas partes, de modo que ele possa neutralizar tanto um ácido quanto uma base. Desta forma, seguindo o princípio de equilíbrio de Le Chatelier, quando um ácido ou base é adicionado, o equilíbrio é deslocado, fazendo com que a solução permaneça em relativa neutralidade. (ATKINS, 2006). 2.3) INDICADORES O indicador é uma substância que varia de cor conforme a concentração hidrogeniônica. Normalmente, é um ácido orgânico fraco ou uma base fraca em solução muito diluída. O indicador, ácido ou base, não dissociado apresenta uma cor diferente do produto dissociado. (VOGEL, 1905). Ainda conforme Vogel (1905), a cor do ânion indicador é diferente daquela do ácido indicador. Se a solução na qual o indicador é adicionado for ácida, isto é, se contiver grande quantidade de íons hidrogênio, o equilíbrio da equação será deslocado para a esquerda, tornando visível a cor do ácido indicador não dissociado. Se, no entanto, a solução tornar-se alcalina, ou seja, os íons hidrogênio forem removidos, o equilíbrio deslocar-se-á para a formação do ânion indicador, mudando a coloração da solução. A mudança de coloração ocorre numa estreita, porém, bem definida faixa de pH. 3) MATERIAIS E REAGENTES Foram utilizados os materiais contidos na tabela 1 juntamente com os reagentes descritos na tabela 2. Tabela 1. Materiais MATERIAIS CAPACIDADE QUANTIDADE Béquer 50 ml 2 Pipeta volumétrica 10 ml 1 Pera de sucção *** 1 Conta gotas *** *** Tubo de ensaio *** 29 Tabela 2. Reagentes REAGENTES QUANTIDADE Indicador azul de bromotimol 3 gotas Indicador vermelho de metila 3 gotas Indicador alaranjando de metila 3 gotas Indicador universal 3 gotas Indicador de fenolftaleína 3 gotas Cloreto de amônio 2 ml Cloreto de amônio sólido 0,4 g Acetato de sódio 2 ml Acetato de sódio sólido 0,4 g Acetato de amônio 2 ml Hidróxido de amônio 13 gotas Hidróxido de sódio 8 gotas Ácido clorídrico 1 gota Ácido acético glacial 1 gota Solução tampão *** 4) PROCEDIMENTOS ESCALA PARA AVALIAÇÃO DE pH Foram preparadas cinco escalas de pH, divididas entre indicador azul de bromotimol, vermelho de metila, alaranjado de metila, universal e fenolftaleína. Os tubos de ensaio então foram enumerados de 3 a 10 e adicionou-se algumas ml de solução tampão correspondente ao número do tubo. Em cada tubo foram adicionadas 3 gotas de indicador correspondente. Repetiu-se esse procedimento para as cinco escalas. AVALIAÇÃO QUALITATIVA DO pH DE SOLUÇÕES SALINAS I. Colocou-se em cinco tubos de ensaio, 2 ml de solução 0,1 M de cloreto de amônio. Em um dos tubos de ensaio foi adicionado 3 gotas de solução de indicador azul de bromotimol. Ao segundo tubo, adicionou-se 3 gotas solução de vermelho de metila; ao terceiro, 3 gotas de solução de alaranjado de metila foram adicionadas; ao quarto, 3 gotas de solução de indicador universal e, ao quinto tubo, solução e 3 gotas de fenolftaleína. As cores então foram comparadas com a do experimento anterior. II. 2 ml de solução 0,1 M de acetato de sódio foram colocadas em cinco tubos de ensaio. Novamente foi adicionado ao primeiro tubo 3 gotas de solução de indicador azul de bromotimol. Ao segundo tubo, adicionou-se 3 gotas solução de vermelho de metila; ao terceiro, 3 gotas de solução de alaranjado de metila foram adicionadas; ao quarto, 3 gotas de solução de indicador universal e, ao quinto tubo, solução e 3 gotas de fenolftaleína. As cores também foram comparadas com a do experimento anterior. III. Adicionou-se 2 ml de acetato de amônio em cinco tubos de ensaio. No tubo número um, foram colocadas 3 gotas de solução indicador azul de bromotimol. No tubo dois, 3 gotas de solução de vermelho de metila; no tubo três, 3 gotas de solução de alaranjado de metila foram adicionadas; ao tubo número quatro, 3 gotas de solução de indicador universal e, ao tubo cinco, solução e 3 gotas de fenolftaleína. Novamente as cores foram comparadas com as do experimento anterior. AVALIAÇÃO QUALITATIVA DO pH DE SOLUÇÕES TAMPÕES PREPARAÇÃO DE SOLUÇÃO TAMPÃO ÁCIDA E BÁSICA I. Em um béquer de 50 ml foram adicionados 10 ml de água destilada, 1 gota de Ácido Acético Glacial e 3 gotas de indicador universal. O pH foi então comparado com as cores da escala padrão preparada no procedimento escala para avaliação de pH. Depois de comparado, adicionou-se 0,4 g de Acetato de Sódio. A solução então foi agitada e anotou-se os valores de pH inicial e final. II. 1 gota de Ácido Acético Glacial e 3 gotas de indicador universal foram adicionados a um béquer de 50 ml que continha 10 ml de água destilada. Novamente verificou-se o pH por comparação. Depois de comparar o pH, foram adicionados poucos ml de hidróxido de amônio junto com 0,4 g de cloreto de amônio. Anotou-se os valores de pH inicial e final. PREPARAÇÃO DE SOLUÇÃO DE ÁCIDO E BASE FORTE I. Em dois tubos de ensaio foram colocados 2 ml de água destilada e 3 gotas de indicador universal. Em um dos tubos foi adicionado 1 gota de solução 0,1M de Ácido Clorídrico e no outro 1 gota de solução 0,1 M de Hidróxido de Sódio foi adicionada. Após a adição, o pH foi verificado. ADIÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA E BÁSICA À SOLUÇÃO TAMPÃO ÁCIDA Foi colocada a solução tampão ácida e básica preparada anteriormente em dois tubos de ensaio. Ao primeiro tubo, foram colocadas algumas gotas de solução de ácido clorídrico e ao segundo, algumas gotas de hidróxido de sódio. As gotas foram adicionas até a mudança de cor das soluções. ADIÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA E BÁSICA À SOLUÇÃO TAMPÃO BÁSICA Em dois tubos de ensaio foram colocados a solução tampão ácida e básica preparada anteriormente. Em um dos tubos foram colocadas algumas gotas de solução de ácido clorídrico e no outro, algumas gotas de hidróxido de sódio. As gotas foram adicionas até a mudança de cor das soluções. 5) RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1) RESULTADOS Todas as cores e pH obtidos no experimento estão relatados nas tabelas abaixo: Tabela 3. Escala para avaliação de pH Tubos Azul de Bromotimol Vermelho de Metila Alaranjado de Metila Universal Fenolfta- leína 3 Amarelo Rosa Pink Vermelho Vermelho Incolor 4 Amarelo Rosa Pink Laranja Vermelho Incolor 5 Amarelo Vermelho Laranja Claro Laranja Incolor 6 Verde Claro Amarelo Escuro Laranja Claro Amarelo Incolor 7 Verde Escuro Amarelo Escuro Laranja Claro Verde Claro Incolor 8 Azul Amarelo Claro Laranja Claro Verde Incolor 9 Azul Jeans Amarelo Claro Laranja Claro Azul Rosa 10 Azul Jeans Amarelo Claro Laranja Claro Roxo Rosa Pink Tabela 4. Resultados obtidos com o cloreto de amônio Tubos Indicador Cor pH 1 Azul de bromotimol Laranja Claro 3 2 Vermelho de metila Laranja Escuro 6 3 Alaranjado de metila Laranja Escuro 4 4 Universal Amarelo 6 5 Fenolftaleína Incolor 3 à 9 Tabela 5. Resultados obtidos com o acetato de sódio Tubos Indicador Cor PH 1 Azul de bromotimol Verde escuro 8 2 Vermelho de metila Amarelo 6 3 Alaranjado de metila Laranja 6 4 Universal Verde 8 5 Fenolftaleína Incolor 3 à 9 Tabela 6. Resultados obtidos com o acetato de amônio Tubos Indicador Cor pH 1 Azul de bromotimol Azul escuro 9 2 Vermelho de metila Amarelo 6 3 Alaranjado de metila Laranja 6 4 Universal Verde 9 5 Fenolftaleína Rosa Claro 9 Tabela 7. Resultados da solução de ácidos e bases fortes. Tubos Cor pH 1 (solução HCl) Vermelho 3 2 (solução NaOH) Roxo 10 Tabela 8. Resultados da adição de solução ácida e básica a solução tampão ácida Tubos Cor pH 1-Tampão ácido + solução de HCl Rosa 4 2-Tampão ácido + solução de NaOH Rosa Claro 5 Tabela 9. Resultados obtidos da adição de solução ácida e básica a solução tampão básica Tubos Cor pH 1-Tampão básico + solução de HCl Rosa 4 2-Tampão básico + solução de NaOH Azul 9 5.2) DISCUSSÕES Cloreto de amônio O NH4Cl é um sal proveniente da neutralização de uma base fraca com um ácido forte. De acordo com a revisão bibliográfica a hidrólise desse sal daria uma solução com caráter ácido. Os resultados obtidos mostram claramente que a solução tem caráter ácido. Acetato de Sódio O CH3COONa é um sal proveniente da neutralização de uma base forte com um ácido fraco. De acordo com a revisão bibliográfica a hidrolise desse sal daria uma solução com caráter básico. Os resultados obtidos mostram claramente que a solução tem caráter básico. Acetato de amônio O CH3COONH4 é um sal proveniente da neutralização de uma base fraca com um ácido fraco. De acordo com a revisão bibliográfica a hidrolise desse sal poderia ocasionar em três tipos de solução. Como as constantes de dissociação do ácido quanto da base são muito semelhantes, a solução obtida deveria ter, de acordo com a literatura, caráter neutro ou um caráter levemente ácido. Houve uma pequena variação no pH da solução em comparação com cada indicador, porém os resultados foram considerados aceitáveis. Solução de ácidos e bases fortes Segundo a revisão de literatura, quando dissolvidos em água, apresentam reação neutra, pois nem os aníons, nem os cátions combinam-se, respectivamente, com íons de hidrogênio ou íons de hidroxila para formar produtos levemente dissociados. Os resultados obtidos com o experimento não foram satisfatórios, pois apresentaram pH ácido e básico. Adição de solução ácida e básica a solução tampão ácida Conforme revisão de literatura, o pH de solução ácida e básica quando adicionada a uma solução de tampão ácida, aumenta as concentrações dos íons H+ e OH-, causando uma perturbação que será neutralizada, respectivamente, pela base e pelo ácido conjugado do tampão, que reestabelece o estado de equilíbrio, fazendo com que o pH varie pouco. Isso foi confirmado em laboratório, pois foram necessárias 13 gotas de ácido clorídrico para que o pH variasse de 4 para 5. Adição de solução ácida e básica a solução tampão básica Conforme a revisão de literatura, um tampão sempre contém duas partes, de modo que ele possa neutralizar tanto um ácido quanto uma base. Novamente foi confirmado em laboratório a resistência da solução tampão, pois foram necessárias 8 gotas de hidróxido de sódio para que o pH da solução variasse de 4 para 9. 6) CONCLUSÃO De acordo com o estudo do uso de indicadores em solução tampão foi possível observar a faixa de viragem de pH de cada indicador ácido-base, comparando assim com a leitura teórica de cada um, sendo possível chegar à conclusão do pH de uma solução com a observação das tonalidades obtidas. Verificou-se, também, que o aumento de íons hidrogênio (H+) torna a solução mais ácida e o aumento de íons hidroxila (OH-), mais básica. De acordo com o experimento relatado, o pH de soluções salinas vai depender dos ácidos e bases que o originaram. Quando ácido e base fortes reagem, o pH do sal terá um caráter neutro, assim como se ambos forem fracos, pois a perturbação do equilíbrio da água será muito pequena ou inexistente, uma vez que a força dos reagentes será equivalente. Quando o ácido reagente é forte e a base é fraca, o sal obtido terá pH de caráter ácido e se a ocasião for a inversa o sal terá pH de caráter básico. Conclui-se que foi obtido êxito na realização do experimento. Os objetivos foram alcançados, pois reconheceu-se a coloração dos indicadores ácido-base mais comuns, determinou-se o pH de soluções através da análise da coloração do indicador e observou-se também a resistência das soluções tampão. 7) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS, Peter. Princípios de Química. Trad. Ricardo Bicca de Alencastro. 3a ed. 2006 SKOOG Et al., 2001; Lima et al., 1995. Disponível em http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc20/v20a11.pdf VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J. Análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. VOGEL, Arthur Israel. Química analítica qualitativa. 5. ed. São Paulo: Mestre Jou, 1981.
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