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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará Disciplina de Laboratório de Química Sétima Prática Ácidos e Bases 2 1. Introdução Uma definição diz que ácido é uma substância que, dissolvida em água, é capaz de aumentar a concentração de íons hidrogênio, H+; e que base é uma substância capaz de aumentar a concentração de íons hidróxido, OH-. Essa é a definição de Arrhenius para ácidos e bases. (KOTZ, 2009) O H+ tem muita influência na solubilidade de substâncias orgânicas e inorgânicas e na velocidade das reações químicas, e a concentração de hidrogênio é umas das mais importantes propriedades de soluções aquosas. A concentração de H+ em solução pode ser medida através do cálculo: pH = -log[H+]. É possível medir a concentração de hidrogênio iônico em uma solução a partir de uma escala logarítmica inversa, que recebeu o nome de potencial hidrogeniônico, a escala de pH. Esta escala vai de zero a 14, sendo o pH 7 considerado neutro. Os valores menores que sete classificam a solução medida como ácida e os maiores que sete, como alcalina ou básica. (UOL EDUCAÇÂO) Para se medir o pH, usam-se substâncias indicadoras, como a fenolftaleína e outras. De acordo com a coloração encontrada em meio ao indicador, é possível classificar a solução em ácida ou básica apenas comparando a coloração com os valores de taxa de viragem (mudança de cor em uma faixa de pH) tabelados. Indicador Cor em pH abaixo da faixa de viragem Faixa de Viragem (Intervalo de pH de mudança de cor) Cor em pH acima da faixa de viragem Amarelo de Metila Vermelho 2,9 – 4,0 Amarelo Violeta de Metila Azul 1,5 – 3,7 Roxo Alaranjado de Metila Vermelho 3,2 – 4,4 Laranja Verde de Bromocresol Amarelo 3,8 – 5,4 Azul Vermelho de Metila Vermelho 4,8 – 6,0 Amarelo Azul de Bromotimol Amarelo 6,0 – 7,6 Azul Vermelho de Cresol Amarelo 7,0 – 8,8 Vermelho Fenolftaleína Incolor 8,2 – 10,0 Vermelho Amarelo de Alizarina Amarelo 10,1 – 12,0 Vermelho 3 Também são usados instrumentos como os medidores de pH por eletrodo indicador, que mede as diferenças de potencial elétrico produzidas pelas concentrações de hidrogênio e indica o resultado dentro da escala de 0 a 14. (UOL EDUCAÇÂO) Em algumas soluções, quando se adiciona uma pequena quantidade de um ácido ou uma base forte, há uma variação considerável no pH, a exemplo da água destilada. Outras soluções, no entanto, conseguem controlar essa mudança de pH, como é o caso do sangue humano, de pH 7,4, que consegue manter a variação de pH bem pequena, mesmo em meio a ácidos ou bases fortes. Fluidos como o sangue são chamados de tampão, já que são resistentes a variações de pH. Um tampão precisa de duas substâncias: um ácido que reaja com íons OH- adicionados, e uma base que consuma íons H3O+ adicionados, porém a base e o ácido não podem reagir entre si. (KOTZ, 2009) 2. Objetivos A prática tem por objetivos classificar soluções comerciais como ácidas, básicas ou neutras, verificar a faixa de viragem de alguns indicadores, medir o pH de soluções salinas, verificar as propriedades de uma solução tampão, determinar a constante de ionização de um ácido fraco e titular ácidos e bases escolhendo o indicador apropriado para cada determinação. 3. Metodologia Uma amostra de ácido foi dissolvida em água e metade dessa solução foi titulada com o NaOH. A outra metade e a solução neutralizada foram misturadas e o pH resultante foi 4,7. Com essa informação deve-se encontrar Ka para este ácido. 3.1. Medida de pH e soluções ácidas ou básicas Verificou-se o pH de amostras de 1 ml de soluções de HCl 1M; 0,1M e 0,01M, usando papel indicador e, adicionou-se em seguida, duas gotas do indicador violeta de metila. O procedimento foi repetido com soluções de ácido acético (HC2H3O2) 1M, 0,1M e 0,01M, usando-se, porém, o indicador alaranjado de metila. O mesmo foi procedido com NH4OH 1M, 0,1M e 0,01M, utilizando o indicador amarelo de alizarina. 4 3.2. Preparo de uma solução tampão Mediu-se 10 ml de uma solução de ácido acético, que foi diluída em água destilada para um volume de 50 ml. O volume foi transferido para um erlenmeyer, agitando-se a mistura para homogeneizar. Dividiu-se a solução igualmente em dois erlenmeyer de 25 ml cada. A um dos erlenmeyer foram adicionadas 3 gotas do indicador apropriado e titulou-se a solução com NaOH 0,2M. A solução titulada foi misturada a não titulada e foi agitada. Verificou-se o pH da solução tampão preparada com o auxílio do papel de pH. 3.3. Verificação da propriedade de uma solução tampão Da solução preparada no procedimento 3.2 retirou-se 25 ml e adicionou- se 5 gotas de solução NaOH 0,1M, misturou-se bem e foi medido o pH. Aos outros 25 ml do tampão adicionou-se 5 gotas de HCl 0,1M, e também foi verificado o pH. Em seguida mediu-se o pH da água destilada no laboratório. A 25 ml desta água foram adicionadas 5 gotas de NaOH 0,1M, e em outra amostra de 25 ml da água foram adicionadas 5 gotas de HCl 0,1M. Verificou-se o pH nos dois casos. 3.4. Determinação de ácido acético em vinagre Uma bureta foi preparada com solução de NaOH 0,2M. Com uma pipeta mediu-se 5 ml de vinagre, transferindo-os depois para um erlenmeyer. Dilui-se o vinagre com um pouco de água destilada, adicionou-se 2 gotas do indicador apropriado e agitou-se. Lentamente adicionou-se a solução de NaOH 0,2M até a mudança de cor no indicador. Anotou-se o volume de NaOH 0,2M gasto. 4. Resultados e Discussões A constante de ionização (Ka) encontrada para o ácido que obteve, após uma diluição, o pH 4,7 foi encontrada a partir do seguinte cálculo: 4,7 = Ka = -logKa = 10-4,7 = 1,99 x 10-5 Para os procedimentos a seguir foram utilizados os seguintes indicadores mostrados na tabela 1, que apresenta a cor assumida por cada indicador em meio ácido ou alcalino e a faixa de viragem destes. 5 Tabela 1. Indicadores de pH utilizados na prática. Indicador Cor em pH abaixo da faixa de viragem Faixa de Viragem Cor em pH acima da faixa de viragem Violeta de Metila Azul 1,5 – 3,7 Roxo Alranjado de Metila Vermelho 3,2 – 4,4 Laranja Fenolftaleína Incolor 8,2 – 10,0 Vermelho Amarelo de Alizarina Amarelo 10,1 – 12,0 Vermelho No procedimento 3.1 foram adicionadas soluções de HCl 1M; 0,1M e 0,01M a tubos de ensaio, e verificou-se o pH dessas soluções usando papel indicador. O pH dessas soluções também foi verificado pelo cálculo: pH = [-log H+], que apresentou os mesmos resultados (-log 1=0; -log 0,1=1; -log 0,01=2). Em seguida adicionou-se duas gotas do indicador violeta de metila, e observou-se as cores que cada solução apresentou. Estes resultados estão expostos na tabela 2. Tabela 2. Resultados do pH e das cores apresentadas nas soluções de HCl. Solução de HCl 1M 0,1M 0,01M pH 0 1 2 Cores das soluções com o indicador violeta de metila Azul Azul Lilás Com a verificação do pH das soluções de HCl, conclui-se que estas caracterizam-se como soluções ácidas, pois possuem pH menor que 7. O procedimento anterior foi repetido com soluções de ácido acético 1M; 0,1M e 0,01M, usando o indicador alaranjado de metila. Os resultados estão expostos na tabela 3. 6 Tabela 3. Resultados do pH e das cores apresentadas nas soluções de ácido acético. Solução de Ácido Acético 1M 0,1M 0,01M pH 2 3 4 Cores das soluções com o indicador alaranjado de metila Vermelho Vermelho alaranjado Laranja Conclui-se, através do valor do pH menor que 7, que o ácido acéticotambém caracteriza-se como uma solução ácida. O procedimento também foi utilizado com soluções de NH4OH, usando o indicador amarelo de alizarina. Na tabela 4 podem ser vistos os resultados. Tabela 4. Resultados do pH e das cores apresentadas nas soluções de NH4OH. Solução de NH4OH 1M 0,1M 0,01M pH 11 10 9 Cores das soluções com o indicador amarelo de alizarina Vermelho alaranjado Laranja Amarelo Pelos resultados apresentados, esta solução é básica, já que possui pH maior que 7. No procedimento 3.2 foi preparada uma solução tampão simples, adicionando quantidades molares semelhantes de ácido acético (CH3COOH), diluído na forma de vinagre, e acetato de sódio (CH3COONa), que se obteve por meio de uma titulação ácido fraco/base forte com o NaOH 0,2M. Essa solução tem a capacidade de neutralizar tanto ácidos quanto bases a ela adicionadas. O acetato de sódio, o qual é um eletrólito forte, dissocia-se completamente em água: CH3COONa(s) água CH3COO - (aq) + Na + (aq) 7 Foram usados 16 ml de NaOH na titulação. A solução titulada foi misturada com a não titulada e obteve-se um pH 4. No procedimento 3.3 foram retirados 25 ml da solução tampão preparada no procedimento anterior, e adicionou-se 5 gotas de solução NaOH 0,1M. Quando se adiciona uma base ao sistema tampão, os íons OH- serão neutralizados pelo ácido do tampão: CH3COO(aq) + OH - (aq) CH3COO - (aq) + H2O(l) Aos outros 25 ml foram adicionadas 5 gotas de HCl 0,1M. Quando se adiciona um ácido, os íons H+ vão ser consumidos pela base conjugada do tampão, CH3COO-, segundo a equação: CH3COO - (aq) + H + (aq) CH3COOH(aq) O procedimento foi repetido, utilizando-se desta vez água destilada. Adicionou-se 5 gotas de solução NaOH 0,1M a 25 ml de água destilada. Também foram adicionadas 5 gotas de HCl 0,1M a outros 25 ml desta água. As alterações de pH das soluções citadas podem ser vistas na tabela 5. Tabela 5. Dados obtidos para a verificação das propriedades da solução tampão. Soluções pH verificado Solução Tampão 4 (solução ácida) 25 ml de solução tampão + 5 gotas de NaOH 0,1M 4 (solução ácida) 25 ml de solução tampão + 5 gotas de HCl 0,1M 4 (solução ácida) Água Destilada 7 (solução neutra) 25 ml de água destilada + 5 gotas de NaOH 0,1M 11 (solução básica) 8 25 ml de água destilada + 5 gotas de HCl 0,1M 3 (solução ácida) Com esses resultados pôde-se comprovar a eficácia da solução tampão, observando-se as alterações do pH das soluções controladas por ela, em comparação com o pH assumido pela água em meio às mesmas soluções. No procedimento 3.4 foram diluídos 5 ml de ácido acético com água destilada em um erlenmeyer. A esta solução foram adicionadas 2 gotas do indicador fenolftaleína, agitando-se em seguida. Lentamente adicionou-se a solução de NaOH 0,2M a esta até a mudança de coloração no indicador, que aconteceu depois de serem colocados 28 ml de NaOH 0,2M. A partir disso foi possível calcular a concentração de ácido acético no vinagre, através da equação que relaciona a concentração e volume do ácido acético com a concentração e volume de NaOH usado no procedimento. A equação é a seguinte: C1 x V1 = C2 x V2 CCH3COOH x VCH3COOH = CNaOH x VNaOH CCH3COOH x 5 ml = 0,2M x 28 ml CCH3COOH = 1,12 mol/L A concentração de ácido acético presente no vinagre era de 1,12M. 5. Conclusões A prática permitiu classificar as soluções de HCl e ácido acético como ácidas, as soluções de Na4OH e NaOH como básicas e a água destilada como neutra a partir da medição de pH com o papel indicador. No entanto não foi verificado o pH de soluções salinas. Foi verificada a faixa de viragem de alguns indicadores através de uma tabela com esses valores. Também verificou-se a propriedade de uma solução tampão, notando-se que esta controla o pH, pois mesmo com a adição de uma substância ácida ou básica este tem uma pequena variação. Foi determinada a constante de um ácido fraco que obteve Ka = 1,99 x 10- 5. Foram utilizados os indicadores de pH violeta de metila, que possui faixa de viragem entre 1,5-3,7, para as soluções de HCl; alaranjado de metila, que possui faixa de viragem entre 3,2-4,4, para as soluções de ácido acético; amarelo de alizarina, que possui faixa de viragem entre 10,1-12,0, para as soluções de NH4OH, 9 cada um deles apropriados a uma determinação, de acordo com a sua faixa de viragem, para titular ácidos e bases. 6. Referências Bibliográficas KOTZ, John C.; TREICHEL JUNIOR, Paul M. Química Geral e Reações Químicas. Vol. 2, 5 ed., São Paulo: Cengage Learning, 2009. p. 87. UOL EDUCAÇÃO. Ácidos e bases: Definições de Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Disponível em: <http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/acidos-e- bases-definicoes-de-arrhenius-bronsted-lowry-e-lewis.htm>. Acesso em: 21 maio 2016, 22:34. SOARES, Daiane; LIMA, Aline; ANGÉLICA, Ana; MAIA, Arquimedes; ROCHA, Assis; CARLOS, João; MARQUES, Joélia; CAVALCANTE, Reinaldo; AGUIAR, Suzana. Laboratório de Química Teoria e Experimental. IFCE, Campus Quixadá.
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