Equilíbrio Envolvendo ácidos fracos e bases fracas.

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Química Analítica Experimental BLU5402
	
	UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CAMPUS BLUMENAU
QUÍMICA ANALÍTICA EXPERIMENTAL (BLU5402)
Professora Daniela Brondani
Relatório do Experimento
Data: 23/03/2016
	Grupo:
Allana Batista e Gabriele Malvessi
	Experimento: 
Equilíbrio Envolvendo ácidos fracos e bases fracas.
	Objetivos:
Analisar o pH qualitativamente de soluções utilizando indicadores ácido-base, avaliando a capacidade tamponante de cada solução. Analisar e interpretar o efeito do íon comum.
	Resultados e discussão:
Efeito do íon comum
Escala Padrão de pH
Foram analisados em 4 conjuntos de 11 tubos de ensaio contendo soluções de pH de 2 a 12, adicionando estratos naturais de repolho roxo, beterraba e uva e o indicador universal. Segue abaixo as fotos dos indicadores e suas cores. 
Imagem 1: Mudança de coloração em pH 2 até 12 com indicador
de extrato de repolho roxo.
Imagem 2: Mudança de coloração em pH 2 até 12 com indicador de extrato
de beterraba.
Imagem 3: Mudança de coloração em pH 2 até 12 com indicador de extrato
de uva.
Imagem 4: Mudança de coloração em pH 2 até 12 com indicador universal.
Analisando as escalas, selecionou-se o conjunto de estrato natural de repolho roxo e o indicador universal, como os indicadores mais apropriados para o experimento devida a diferença de coloração para cada escala de pH.
Segue abaixo a tabela com as colorações obtidas.
Tabela 1: Cores dos indicadores em determinados pH.
	
Tubo
	
pH
	Indicador Universal
	
Tubo
	
pH
	Extrato natural 
 repolho roxo
	
	
	Cor observada
	
	
	Cor observada
	2 a
	2
	Vermelho
	2 b
	2
	Rosa pink
	3 a
	3
	Vermelho
	3 b
	3
	Rosa 
	4 a
	4
	Vermelho
	4 b
	4
	Violeta
	5 a
	5
	Laranja
	5 b
	5
	Roxo 
	6 a
	6
	Amarelo esverdeado
	6 b
	6
	Roxo azulado
	7 a
	7
	Verde musgo
	7 b
	7
	Azul
	8 a
	8
	Verde escuro
	8 b
	8
	Azul Claro
	9 a
	9
	Verde Escuro
	9 b
	9
	Azul piscina
	10 a
	10
	Azul marinho
	10 b
	10
	Azul esverdeado
	11 a
	11
	Azul marinho
	11 b
	11
	Verde
	12 a
	12
	Azul marinho
	12 b
	12
	Amarelo
 
Efeito do íon comum na dissociação do ácido acético. 
Em 9 tubos de ensaio foram colocados diferentes soluções para analise do pH através do indicador extrato de repolho roxo e indicador universal. 
Segue abaixo a tabela com as soluções, com os pHs obtidos e comparados com a tabela 1 e a dissociação de cada ácido-base
Tabela 2: pH de cada solução com diferentes indicadores
	
Soluções
	pH
	
	
	
	Extrato repolho roxo 
	Indicador universal 
	1.1 - H2O
	6
	6
	1.2 – CH3COOH
	2
	3
	1.2 - CH3COOH + CH3COONa
	4
	4-5
	1.3 - NH3
	11
	11
	1.3 – NH4Cl
	10 
	9-10
	1.4 – NaH2PO4
	5
	5
	1.4 - NaH2PO4 + Na2HPO4
	7-8
	6
	1.5 – NaHCO3
	7
	11
	1.5 – NaHCO3 + Na2CO3
	10 - 11
	11-12
Questionamento:
1.a. Apresente a expressão da constante de dissociação (com o respectivo valor) para cada ácido ou base da Tabela 2.
Dissociação 
1.1.H2O(l) ↔ H+(aq) + OH-(aq) 
1.2. CH3COOH ↔ H+(aq) + CH3COO-(aq)
 CH3COO-(aq) + H2O ↔ CH3COOH +OH-
1.3. NH3 + H2O↔ NH4+ + OH-
 NH4+ ↔ NH3 + H+
1.4. H3PO4 ↔ H2PO41- + H+
 H2PO4- ↔ HPO42- + H+
 HPO42-↔PO43- + H+
1.5. HCO3- ↔ CO32- + H+ 
 CO32- + H2O↔ HCO3- + OH-
Constante de equilíbrio 
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1.b. justifique a variação do pH quando adicionou-se (I) CH3COONa, (II)NH4Cl, (III) Na2HPO4 e (IV) Na2CO3 ao sistema.
(I) Quando adicionou-se a base acetato de sódio na solução já contendo ácido acético, o pH aumentou tornado-se menos ácido (de 2 variou para 4). De acordo com o pKa da dissociação do ácido acético, a solução deve ter o pH aproximado de 4,74. Levando em consideração um erro de +/- 1, a diferença de pH após a adição de acetato de sódio está coerente. Isso ocorreu devido ao efeito do íon comum, pois na dissociação do ácido acético sua base conjugada é o acetato, portanto, com sua adição na mesma quantidade do ácido, a solução tornou-se um tampão. Com adição da base conjugada, o equilíbrio deslocou-se para os reagentes. Porém, como a solução tornou-se um tampão, a reação ficou em equilíbrio, formando mais OH-, aumentado o pH e mudando a coloração da solução. 
(II) Quando adicionou-se o cloreto de amônio na solução já contendo amônia, o pH diminuiu tornado-se menos básico (de 11 variou para 10). Com a mesma variação anterior, o pKb da dissociação da amônia é de 9,24, dando coerência aos valores de pH analisados. Isso ocorreu devido ao efeito do íon comum, pois na dissociação da amônia seu ácido conjugado é o amônio.A solução tornou-se um tampão. Com adição do ácido conjugado, o equilíbrio deslocou-se para os reagente, que consequentemente, pelo fato da equação estar em equilíbrio, formou mais H+, diminuído o pH e mudando a coloração da solução.
(III)Com a adição monohidrogeno fosfato de sódio, a solução tornou-se um tampão alterando o pH (de 5 para 7 -8). Com o mesmo princípio das anteriores, o pka teve coerência com o valor de pH obtidos experimentalmente.
(IV) Com a adição de bicarbonato de sódio, a solução tornou-se um tampão. Com o mesmo princípio das anteriores, o pka teve coerência com o valor de pH obtidos experimentalmente.
Efeito tampão e capacidade tamponante. 
2.1 Adição de ácido e base forte à água. 
Em 2 tubos de ensaio foram adicionados 3 mL de água 7 gotas de indicador de extrato de repolho roxo, em seguida a cada tubo foi adicionado as seguintes medidas de ácido forte (HCl 0,1 mol L-1 ) e base forte( NaOH 0,1mol L-1), analisou-se o pH com base do experimento da Tabela 1. Os resultados analisados encontram-se na tabela abaixo.
 
Tabela 3: pH da água com adição de ácido e base forte 
	
	pH aproximado
	Gotas
	Adição de HCl 0,1 mol L-1
	Adição de NaOH 0,1mol L-1
	0
	6
	6
	1
	3
	10-11
	3
	2-3
	11
	7
	2
	11-12
	10
	2
	11-12
	15
	2
	11-12
	20
	2
	12
	40
	2
	12
2.2 Adição de ácido e base forte ao tampão fosfato (H2PO4-/HPO42-).
 Para realização do experimento, foram preparados 4 tampões em diferentes concentrações listados na tabela abaixo. 
Tabela 4: Concentração molar dos sais para a preparação de soluções tampão
	Solução tampão
	[H2PO4-]/ [HPO42-]
	[H2PO4-]/ [HPO42-]
	
	A
	1:1
	0,025 mol L-1
	0,025mol L-1
	
	B
	1:1
	0,025 mol L-1
	0,025 mol L-1
	
	C
	10:1
	0,182 mol L-1
	0,018 mol L-1
	
	D
	1:10
	0,018 mol L-1
	0,182 mol L-1
	
Para o preparo das soluções foram feitos os cálculos para 25 mL
Tampão A
0,025 mol NaH2PO4 1000 mL
X 25mL
X= 6,25x10-4 mol
1 mol NaH2PO4 119,98g
6,25x10-4mol X
X= 0,0750g
Foram feitos os mesmos cálculos para os demais dados dos tampões, com os resultados apresentados na tabela abaixo. 
Tabela 5: Valor (em grama) de cada sal a ser pesado para 
o preparo das soluções tampão.
	
	H2PO4-
	HPO4-2
	Tampão A
	0,0750g
	0,0,887g
	Tampão B
	0,2999g
	0,3549g
	Tampão C
	0,5459g
	0,0639g
	Tampão D
	0,0539g
	0,6459g
 
Feito os tampões, em 2 tubos de ensaio foram adicionados 3 mL de tampão A, 7 gotas de indicador de extrato de repolho roxo, em seguida a cada tubo foi adicionado as seguintes medidas de ácido forte (HCl 0,1 mol L-1) e base forte (NaOH 0,1mol L-1), analisou-se o pH com base do experimento da Tabela 1. Os resultados analisados encontram-sena tabela abaixo.
Tabela 6: pH do Tampão A com adição de ácido e base forte 
	
Gotas
	pH aproximado
	
	Adição de HCl 
0,1 mol L-1
	Adição de NaOH 0,1mol L-1
	
	
	
	0
	6-7
	6-7
	1
	6-7
	6-7
	3
	6-7
	6-7
	7
	6
	7
	10
	6
	8
	15
	5
	10-11
	20
	3
	11
	40
	2
	11-12
Foi feito o mesmo procedimento acima substituindo o Tampão A pelo Tampão B obtendo os seguintes resultados na tabela abaixo. 
Tabela 6: pH do Tampão B com adição de ácido e base forte 
	
Gotas
	pH aproximado
	
	Adição de HCl 
0,1 mol L-1
	Adição de NaOH 0,1mol L-1
	0
	6
	6-7
	1
	6
	6-7
	3
	6
	6-7
	7
	6
	6-7
	10
	6
	6-7
	15
	6
	6-7
	20
	6
	7
	40
	6
	8
 
 Substitui-se o Tampão B pelo Tampão C obtendo os seguintes resultados na tabela abaixo. 
Tabela 8: pH do Tampão C com adição de ácido e base forte 
	
Gotas
	pH aproximado
	
	Adição de HCl
 0,1 mol L-1
	Adição de NaOH
 0,1mol L-1
	0
	5
	5
	1
	5
	5
	3
	5
	6
	7
	5
	6
	10
	5
	6
	15
	3-4
	6
	20
	3
	6
	40
	2
	6-7
 Em 2 tubos de ensaio foram adicionados 3 mL de tampão D, 7 gotas de indicador universal, em seguida a cada tubo foi adicionado as seguintes medidas de ácido forte (HCl 0,1 mol L-1) e base forte (NaOH 0,1mol L-1), analisou-se o pH com base do experimento da Tabela 1. Os resultados analisados encontram-se na tabela abaixo.
Tabela 9: pH do Tampão D com adição de ácido e base forte 
	
Gotas
	pH aproximado
	
	Adição de HCl 
0,1 mol L-1
	Adição de NaOH 0,1mol L-1
	0
	7
	7
	1
	7
	8
	3
	7
	8-9
	7
	7
	10
	10
	7
	11
	15
	7
	11
	20
	6-7
	12
	40
	6
	12
Questionamento:
2.a O que acontece com o pH e com o equilíbrio químico quando adicionamos um ácido forte à água? E quando se adiciona uma base forte?
 Com pouca adição de ácido, o pH diminui bruscamente deslocando o equilíbrio para a direita e aumentando a concentração de H+.
 Ao adicionar base o pH aumentou rapidamente pelo fato da adição da base deslocando o equilíbrio para a formação de mais OH-. 
	
2.b. O que acontece com o pH e com equilíbrio químico quando adicionamos um ácido forte ou uma base forte ao tampão fosfato?
Tampão A – a proporção é 1:1 mostrando que a concentração molar é igual em ambos os sais, porem a concentração é baixa para a quantidade de ácido e base adicionados. Portanto, a capacidade tamponante deste tampão e baixa, devido a pouca quantidade de H+ e OH- para reagir com as soluções adicionadas. 
Tampão B – a proporção é 1:1 mostrando que a concentração molar é igual para os dois sais, e a concentração é maior que o tampão A. A capacidade tamponante é alta pois tem uma grande concentração de íons para reagir com o ácido e a base adicionados, fazendo com que o pH resista a mudanças.
Tampão C – A proporção é 10:1 mostrando que a concentração molar é diferente entre os sais, sendo o dihidrogeno fosfato o mais concentrado. O pH resistiu a mudança quando adicionou-se base, pois havia maior concentração de H+ para reagir com OH- da base, porem para a adição de ácido a sua capacidade tamponante é baixa devido a pouca concentração de OH- para reagir H+do ácido. 
Tampão D – A proporção é 1:10 mostrando que a concentração molar é diferente entre os sais, sendo o monohidrogeno fosfato o mais concentrado. O pH resistiu a mudança quando adicionou-se ácido, pois havia maior concentração de OH- para reagir com H+ do ácido, porém para a adição de base a sua capacidade tamponante é baixa devido a pouca concentração de H+ para reagir OH- da base. 
 2.c. construa gráficos para apresentar os resultados (por exemplo: pH vs. Volume de HCl ou NaOH adicionado). Considere o volume de uma gota igual a 0,05 mL. Sugere-se que seja construído dois gráficos: um deles com os resultados das diferentes soluções tampão ( A, B, C e D) após a adição de HCl 0,1 mol L-1 e outro gráfico com os resultados após a adição de NaOH 0,1 mol L-1 .
Gráfico 1: Tampão e água com a adição de ácido em relação ao pH
Gráfico 1: Tampão e água com a adição de base em relação ao pH
2.d. Com base nos gráficos obtidos, discuta sobre capacidade tamponante.
De acordo com o gráfico 1, o tampão B tem maior capacidade tamponante que os demais devido sua proporção de 1:1 e sua maior concentração em relação aos outros. Com a adição de HCl, seu pH não variou, mostrando que tem uma alta resistência à mudança de pH. Porém, o tampão D também se comportou de forma equilibrada devido sua alta concentração de base, estabilizando o acido adicionado.
Já o gráfico 2 mostra que o tampão C resistiu mais as mudanças de pH que os demais, pois sua alta concentração de ácido ajudou a equilibrar o pH a solução quando adicionou-se uma grande concentração de base.
Quanto mais próximas as proporções dos sair utilizados para o tampão, melhor será sua capacidade tamponante, assim como uma concentração terá mai resistência a mudanças de pH.
3. Hidrolise de sais. 
3.1 Avaliação do pH de soluções aquosas de sais.
 Em dois conjuntos de 8 tubos de ensaio foram adicionados uma pequena quantidade de água e em seguida adicionou-se em 8 tubos 9 gotas de indicador de extrato de repolho roxo e os outros 8 tubos 2 gotas de indicador universal. Cada conjunto foi enumerado e acrescentado 2 gotas de solução saturada dos sais conforme listado na tabela abaixo, a mudança da coloração foi observada com base na Tabela 1. 
Tabela 10: pH das soluções e suas respectivas equações de dissociação
	
Soluções 
	pH
	Equação de dissociação e hidrolise 
	
	
	
	
	Extrato de repolho roxo 
	Indicador universal 
	
H2O↔ H+ + OH- 
	1. H2O
	6
	6
	
	2. NaCl
	6
	6-7
	NaCl + H2O ↔ HCl + NaOH
	3. NH4Cl
	5-6
	5-6
	NH4Cl + H2O ↔ NH3 + + H3O+ + Cl-
	4. CH3COONa
	6-7
	6-7
	CH3COONa + H2O ↔CH3COOH + OH- + Na+
	5. CH3COONH4
	 6
	6
	CH3COONH4 + H2O ↔CH3COO+ H3O+ +NH4-
	6. Na2HPO4
	10
	10
	Na2HPO42 -+ H2O ↔ + H2PO43- + OH- + 2Na+
	7. NaHCO3
	10-11
	10-11
	NaHCO3 + H2O ↔ H2CO3 + OH- + Na+
	8. Na2CO3
	11
	11
	Na2CO3 + H2O ↔ HCO3- + OH- + Na+
3.a Com base nas equações de dissociação e hidrolise, apresentadas na tabela 6 explique os valores do pH encontrados. 
 
 Segunda a hidrólise dos sais, no equilibro, quando o sal dissociado tem caráter mais básico devido a formação de OH-, o pH encontrado foi básico, assim como os demais sais dissociados com formação de H+ teve caráter ácido.
	
	Conclusões:
 O indicador escolhido de extrato de repolho roxo tem uma maior faixa de viragem, o que permite uma melhor visualização das cores para cada pH, assim como o indicador universal. Os demais extratos não dão a possibilidade de diferenciação de cores, devido a isso eles foram descartados.
 Conforme observado nos experimento, o tampão que teve maior capacidade tamponante foi o com proporção iguais e com alta concentração molar, fazendo com que a cada adição de acido ou base o pH resista-se ou altera-se pouco. Já para soluções tampão com proporções diferentes e com concentração baixas tiveram capacidades tamponantes baixas com pouca resistência no pH quando adicionados ácidos bases. 
 Percebemos que o efeito do íon comum mostra que com adição de ácidos e bases conjugadas, as soluções tornaram-se tampão, mantendo o equilíbrio nas equações e no pH, explicado pelo principio de Le Châtelier (SKOOG, 2014).
	Referências:
SKOOG, Douglas A.; WEST, Donald M.; HOLLER, F. James; CROUCH, Stanley R. Tradução: GRASSI, Marco Tadeu; MATOS, Robson Mendes. Fundamentos de Química Analítica. 9. Ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014
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BLU5402 – Relatório do Experimento