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1. Introdução As reações envolvendo ácidos e bases são denominadas reações de neutralização. Uma vez que tanto o ácido quanto a base são consumidos e novos produtos são formados (não necessariamente com caráter neutro). Utilizando-se da teoria ácido-base de Arrhenius (com íons positivos de hidrogênio e íons negativos de hidroxila liberados em meio aquoso), numa reação de neutralização (total ou parcial) há sempre formação de moléculas de água líquida – caso ocorra nas CNTP. As reações de neutralização ocorrem quando misturamos um acido e uma base, de modo que o pH do meio é neutralizado e se produz água e um sal. O ácido libera no meio cátions H+ que se unem aos ânions OH- liberados pela base e, com isso, formam-se as moléculas de água. O sal é formado pela união do ânion do ácido com o cátion da base. Genericamente, temos: HA + BOH → H2O + BA Ácido Base Agua sal Para entender como o meio é neutralizado, pense, por exemplo, num copo contendo ácido nítrico, que possui pH aproximadamente igual a 2,0. Digamos que gradativamente vamos adicionando leite de magnésia ao ácido. O leite de magnésia é uma solução da base hidróxido de magnésio, que possui pH aproximado a 10,0. Quanto maior o pH de uma solução, mais básica ela será, e vice-versa. Com o tempo, o pH do ácido nítrico irá aumentar, o que quer dizer que ele está sendo neutralizado pelo leite de magnésia. Chegará um ponto em que o pH do meio atingirá o valor igual a 7,0, que é o pH da água. Dizemos, então, que o meio está neutro. Essa é uma reação de neutralização total, que pode ser expressa pela seguinte equação química: Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé Curso: Engenharias Disciplina: Química Geral Código: Turma: Professor (a): Andreia Delatorre Data de Realização: Nome do Aluno (a): Nome do Aluno (a): Nome do Aluno (a): Nome do Aluno (a): Nome do Aluno (a): Nº da matrícula: Nº da matrícula: Nº da matrícula: Nº da matrícula: Nº da matrícula: 2 HNO3 + Mg(OH)2 → 2 H2O + Mg(NO3)2 ÁCIDO BASE ÁGUA SAL NEUTRO Uma reação de neutralização total ocorre quando a quantidade de íons H+ liberados pelo ácido é igual à quantidade de íons OH- liberados pela base. No caso do exemplo acima, foram liberados dois H+ e dois OH-. No entanto, podem ocorrer reações de neutralizações parciais, ou seja, em que a quantidade de íons H+ e OH- liberados pelo ácido e pela base, respectivamente, é diferente. Indicadores de pH. Com o estudo ácido-base desenvolvido por Arrhenius, se fez necessário à implementação de uma escala para poder medir o pH, através do conceito de concentração do íon hidrogênio na solução, auxiliado por uma operação matemática determinando assim em valores numéricos o valor do pH. Usando-se como ponto neutro a água pura cuja concentração é sete (nem ácida nem básica) para se determinar o pH usa-se a expressão matemática, em que [H+] é a concentração, em mol/L, de hidrogênio. pH= – log H+] A partir do resultado obtido verifica-se se o valor é acima de 7 sendo pH básico ou abaixo de 7 sendo pH ácido. Sendo apenas comum essas medidas para substâncias não muito concentradas, pois a escala vai de 0-14, quando a solução é muito concentrada os valores dão abaixo de zero ou acima de 14. Mas para tornar mais práticos os estudos e trabalhos e a fim de facilitar a identificação do pH das substâncias (em decorrência de uma possível deficiência de dados para efetuar o calculo de pH) foram desenvolvidos diferentes indicadores ácido-base, são substancias que alteram sua cor original quando expostos as diferenças de pH. Hidrólise de sais As medidas de pH em uma mesma região oceânica permanecem praticamente estáveis mesmo com a adição de quantidades significativas de ácidos e bases. Uma explicação para esse fato é a presença de espécies químicas que reagem tanto com os íons H+(aq) como com íons OH- (aq) adicionados ao sistema, de forma que o pH da água do mar praticamente não varia. Os vários sais dissolvidos nos oceanos contribuem para o caráter ligeiramente alcalino de suas águas e, por isso, o pH delas encontra-se normalmente entre 8,1 e 8,4. As águas oceânicas são consideradas sistemas-tampão, ou seja, tem a propriedade de manter o pH em sua estreita faixa de valores. Esses sistemas naturais permitem a existência de uma grande diversidade de organismos que não sobreviveriam em águas que não apresentassem bruscas variações de pH. Quando um sal se dissolve em água, os íons se dissociam do retículo cristalino. Alguns desses íons são simplesmente cercados por moléculas de água, fenômeno chamado de solvatação. Entretanto, há íons que, além de serem rodeados por moléculas de água, reagem com elas e esse processo é denominado hidrólise. A hidrólise de sais corresponde a reação entre a água e os cátions e ou ânions liberados na dissolução de um sal. Muitos íons são ácidos ou bases de Brönsted-Lowry e reagem com a água, cedendo ou recebendo prótons. Assim, é possível preparar uma solução ácida ou básica por meio da dissolução de um sal. Como exemplo, o carbonato de sódio (Na2CO3) é muito utilizado para produzir soluções alcalinas. Em solução aquosa, libera íons de sódio e íons de carbonato, que hidrolisam, produzindo íons OH-. 2. Resultados e discussão 2.1 Neutralização. Tabela 1 – indicação do pH através do Papel de Tornassol. Pode-se perceber que, através da leitura de cores com o papel Tornassol, cada um dos reagentes apresentou uma coloração especifica, que pode ser comparada com o padrão e assim atribuído uma faixa de pH para cada tubo de ensaio. Se misturássemos os três tubos com água, ácido e base, o ácido reagiria com a base formando sal e água, essa reação aconteceria em meio hidrolisado, porém isso não afetará o seu resultado. Nesse caso, quando misturamos Hidróxido de Sódio e Ácido Cloridrico, obtemos a seguinte reação: NaOH + HCI -> NaCl + H2O Tabela 2 – indicação do pH através do indicador Fenolftaleína Tubo com Reagente Coloração Apresentada Classificação Tubo 1 Rosa Básico 1 2 Tubo com reagente Reagentes Leitura pela faixa de Ph Classificação Tubo 1 NaOH 14 Básico Tubo 2 H2O 6 Ácido Tubo 3 HCL 0 Ácido Tubo 2 Incolor Ácido Tubo 3 Incolor Ácido Foi verificado que, a fenolftaleína quando entra em contato com cada solução, se porta de uma forma, o primeiro tubo ficou imediatamente rosa, já os outros não apresentaram variação de cor, as soluções continuaram incolores. 2.2 Hidrólise. Tabela 1 – indicação do pH através do Papel de Tornassol. Tubos Reagentes Indicador de pH Classificação Tubo A NaCL 6 Ácida Tubo B NH4CL 6 Ácida Tubo C Na2CO3 11 Basico Tubo A (1g de NaCl): Dissolveu totalmente; Temperatura normal; Coloração neutra (incolor). PH= 6. Tubo B (1g de NH4Cl): Dissolveu parcialmente; Temperatura resfriada; Coloração neutra (incolor). PH= 6. Tubo C (1g de Na2CO3): Dissolveu parcialmente; Temperatura aquecida; coloração rosa. PH= 11. Calcular a concentração molar (M) do ácido, utilizando como titulado (erlenmeyer)e NaOH 1M como titulante (bureta). Utilizar fenolftaleína 1% como indicador. Transferiu-se 25 ml de NaOH 1M contido no baquer direto para a bureta, em seguida aferiu-se o volume da bureta. Com a pipeta de 5 ml e a pera de sucção adicionou-se 5 ml de HCl para o erlenmeyer. Com a pipeta automática adicionou-se 3 gotas de fenolftaleína no erlenmeyer. Após abriu-se a torneira da bureta e pingou gota a gota de NaOH no erlenmeyer que estava em constante agitação, depois de depositadas 1,2 ml (gotas) da solução atingiu a cor purpura indicando assim meio básico. 2.3 Cálculo da concentração molar De acordo com os dados coletados na prática da titulação podemos realizar o cálculo para encontrar a concentração molar do HCl: C1 x V1 = C2 x V2 Onde: C1: concentração do NaOH; V1: volume gasto na titulação (fazer a média aritmética do valor gasto na reação dos dois reagentes); C2: concentração de HCl que temos que descobrir; V2: Volume de HCl contido no Erlenmeyer; Temos então: 1 x 12 = C2 x 5 12 = 5C2 C2 = 12 / 5 C2 = 2,4 mol/L 2.4 Questões: A – Como é o critério de utilização de indicador? R: Os indicadores de ácido-base são substâncias naturais ou sintéticas que tem a propriedade de mudarem de cor em função do pH do meio. O sistema de funcionamento dos indicadores é o seguinte: geralmente eles são um ácido fraco ou uma base fraca que entra em equilíbrio com a sua base ou ácido conjugado, respectivamente, que apresenta coloração diferente. B – Quais os tipos de titulação ácido / base? Explique cada uma delas através de reações. Titulação Ácido forte/Base forte Neste tipo de titulação, o ponto de equivalência se dá aproximadamente em pH 7, pois o ácido ioniza-se praticamente na totalidade e a base sedissocia praticamente na totalidade. Quando os íons H3O+ e OH- reagem, formam água. Um exemplo deste tipo de titulação é a titulação de uma solução de HCl com NaOH: NaOH(aq) → Na+ (aq) + OH- (aq) (dissociação da base) (aq) + H3O+ (aq) ↔ 2H2O(l) (a reação de neutralização que ocorre na titulação) Numa titulação de uma base forte com um ácido forte ocorre o mesmo tipo de reações e o ponto de equivalência é o mesmo, tendo como diferença a forma da curva de titulação (em vez de ser crescente é decrescente). Titulação Ácido fraco/Base forte Neste tipo de titulação, o ponto de equivalência se dá em um pH superior a 7, devido à hidrólise do ânion do ácido fraco, que é uma hidrólise que origina íons OH–. Ex.: Titulação do ácido acético com o hidróxido de sódio: NaCH3COO– (aq) → Na+ (aq) + CH3COO– (aq) Como o Na+ é uma partícula neutra do ponto de vista ácido-base (cátion de uma base forte não hidrolisa), apenas o CH3COO- (ânion de um ácido fraco) sofrerá hidrólise, como mostrado abaixo: CH3COO- (aq)+ H2O(l) → CH3COOH(aq) + OH- Os iões OH– aumentarão o pH da solução pois irão reagir com H3O+ pela equação: (aq) + H3O+ (aq) → 2H2O(l) O Na+ e Cl- resultante da reacção entre o ácido forte HCl (ácido clorídrico) e a base forte (hidróxido de sódio) são considerados íons neutros em solução, pois não sofrem hidrólise ácida ou básica. HCl(aq) + NaOH(aq) → Na+ (aq) + Cl- (aq) + H3O+ (l) Titulação Base fraca/Ácido forte Neste tipo de titulação, o ponto de equivalência se dá em um pH inferior a 7, devido à hidrólise do cátion resultante ser ácida. Como a base é fraca, o seu ácido conjugado será forte, que facilmente reagirá com a água, formando ions H3O+. Um exemplo deste tipo de titulação é a titulação do amoníaco com o ácido clorídrico. Titulação Base fraca/Ácido fraco Este caso será exemplificado pela titulação de 100 mL de ácido acético 0.1N (Ka= 1,8 x 10-5) com amônia aquosa 0,1 N (Kb= 1,8 x 10-5). O pH no ponto de equivalência será dado por: Ex.: A curva de neutralização de 100 mL de CH3COOH 0,1 N com NH3 0,1 N A curva de neutralização até‚ o ponto de equivalência, é quase idêntica a do caso em que se usa hidróxido de sódio 0,1 M (0,1 N)como base; além do ponto de equivalência, a titulação consiste virtualmente na adição de uma solução aquosa de amônia 0,1 M (0,1 N) a uma solução 0,1 M de acetato de amônio. Como nenhuma mudança brusca de pH é observada, não se pode obter um ponto final nítido com indicador simples algum. Pode-se algumas vezes encontrar um indicador misto que exiba uma mudança de cor nítida num intervalo de pH muito pequeno. Assim, nas titulações de ácido acéticoamônia, pode-se usar o indicador misto de vermelho neutro com azul de metileno; mas, de um modo geral é melhor evitar-se o uso de indicadores nas titulações que envolvam tanto ácido fraco como base fraca. C – O que é ponto de equivalência? Dê exemplos com reação e gráficos. Ao utilizar o indicador ácido-base Fenolftaleína (3 gotas) no titulado (HCL), verificamos que a cor sofreu uma mudança brusca ao ser gotejado 9,5 ml de NaOH (titulante) para neutralizar o titulado. Desde modo, percebeu-se que a Fenolftaleína ficou incolor em meio ácida e púrpura. Sendo assim, presenciamos o ponto de equivalência, no qual o titulado reagiu completamente com o titulante, e que o ponto final da titulação ocorreu quando as concentrações das formas ácida, do indicador, foram iguais. O critério de utilização de indicador em geral, escolhe-se um indicador cuja faixa de transição se sobreponha, o mais próximo possível, ao intervalo onde se verifica a região de maior inflexão da curva de titulação. A inflexão da curva de titulação, próxima ao ponto de equivalência, assegura que o erro do indicador causado pela não coincidência do ponto final com o ponto de equivalência não seja muito grande. Observe a grande inclinação que o gráfico toma nas proximidades do ponto de equivalência (no gráfico, 50mL de NaOH), onde uma pequena quantidade de NaOH em excesso gerará um grande acréscimo no valor do pH , por isto, o indicador deverá apresentar um pequeno intervalo de viragem, cujo pT (índice de titulação) seja o mais próximo possível do ponto de equilíbrio. 3. Conclusões: Ao fazer o experimento, observamos que é possível determinar a concentração molar de qualquer solução por meio da titulação, desde que tenha-se conhecimento exato da molaridade de uma outra substância, que servirá de titulante. Os objetivos propostos foram alcançados, a titulação ocorreu bem, ouve a mudança de cor que opera durante a variação brusca do valor de pH, típica de uma titulação ácido forte base forte. 4. Referências bibliográficas: http://www.infoescola.com/quimica/reacao-de-acido-base/, acessado em 23/10/2017 http://www.brasilescola.com/quimica/reacoes-neutralizacao.htm, acessado em 23/10/2017 http://focoemquimica.blogspot.com.br/2012/09/hidrolise-de-sais.html, acessado em 24/10/2017; http://fisbio.biof.ufrj.br/bmw116/Biof_Apost_4.pdf, acessado em 24/10/2017; http://www.brasilescola.com/quimica/indicadores-ph.htm, acessado em 24/10/2017.
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