Relatorio Determinação de ácido forforico (ANALEXP 2) (3)

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Instituto de Química – Departamento de Química Analítica – Química Analítica Farmacêutica Exp. II (IQA234) 
 Coordenadora e Professora: Celeste 
 Relatório 5 – Determinação do teor de H3PO4 
Data de Realização da Prática: 05/04/2018
Data da Entrega do Relatório: 12/04/2018
Introdução
Os ácidos polipróticos contêm mais de um átomo de hidrogênio substituível por molécula. O ácido fosfórico é um ácido poliprótico que possui três etapas de dissociação as quais proporcionam, teoricamente, três pontos de equivalência. O primeiro é verificado em pH =4,67; o segundo em pH=9,45 e o terceiro em pH=11,85.( UFG Catalão, 2013).
Para que se possa titular um hidrogênio ácido, sua constante de dissociação deve ser maior ou igual a 10-11 (Kan≥ 10-11). Além disso, para que dois hidrogênios ácidos tituláveis possam ser titulados separadamente, a relação Kan/Kan+1 deve ser maior ou igual a 104.1
Nota-se, então, que o primeiro e o segundo hidrogênios ácidos são titulados separadamente, enquanto o terceiro hidrogênio ácido não é titulável, pois sua constante de dissociação é na ordem de 10-13, não tendo interesse analítico. (Scribd,2013)
Objetivo
	Determinar a pureza de ácido fosfórico comercial em função da escolha do indicador e do H+ titulado.
Materiais e Métodos
– Materiais 
3.1.1 – Vidrarias e Equipamentos
- Bureta
- Erlenmeyrs de 250 ml
- Bécher de 100 ml;
- Balão volumétrico de 100ml;
- Proveta de 10 ml;
- Suporte universal;
3.1.2 – Reagentes e Amostra
Solução de Indicadores:
 a) Alaranjado de Metila
 b) Tmolftaleína
- Solução de NaOH 0,1 mol/L
- Solução de ácido fosfórico concentrado
– Método
3.2.1 – Preparo da Amostra
Para se titular o ácido fosfórico com o NaOH 0,1M foi-se necessário diluir o ácido fosfórico concentrado colocando-o em uma concentração de 0,05M. Para determinar os valores gastos de Ácido fosfórico nesta diluição, em um balão de 250 ml, e sabendo que o mesmo segundo o rótulo teria o teor de 85% e sua densidade era de 1,71 g/ml foram necessários os seguintes cálculos:
85 g – 100 g
 1435 g/L X – 1710 g
MH3PO4 X VH3PO4 = MH3PO4 DIL X VH3PO4 DIL
14,35 X V = 0,05 X 0,250
VH3PO4 = 0,84 ml de ácido fosfórico em 250 ml de solução
3.2.3 – Procedimento Prático
1 - Com o auxilio de uma pipeta volumétrica pegar 10,00 ml da solução-padrão de ácido fosfórico diluído, colocar em um Erlenmeyer com 20 ml de água destilada e posteriormente acrescentar 1 gota de laranja de metileno etileno.
2 - Em uma bureta encher com solução de NaOH 0,1M e iniciar a titulação da solução de ácido fosfórico com a solução de NaOH até a viragem do indicador vermelho para laranja. Repetir a titulação até encontrar pelo menos, dois valores concordantes e em seguida calcular a massa (em %) do ácido fosfórico.
3 – Realizar novamente o item 1, trocando o indicador alaranjado de metila pelo timolftaleina para que seja encontrado o segundo hidrogênio ionizável do ácido. 
4 - Em uma bureta encher com solução de NaOH 0,1M e iniciar a titulação da solução de ácido fosfórico com a solução de NaOH até a viragem do indicador incolor para azul claro. Repetir a titulação até encontrar pelo menos, dois valores concordantes e em seguida calcular a massa (em %) do ácido fosfórico.
Cálculos e Resultados
	Volume médio de NaOH utilizado no primeiro hidrogênio ionizável
	5,9
	Volume médio de NaOH utilizado no segundo hidrogênio ionizável
	12,4
Na substituição do 1º H o H3PO4 foi titulado como ácido monoprótico, pois o indicador utilizado foi o alaranjado de metila, que tem sua viragem na liberação do primeiro H+, o pH no ponto de equivalência é definido pela hidrólise do sal formado e tem um valor próximo de 4,66. Mediante a seguinte reação:
H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O
 Já na substituição do 2º H, o H3PO4 foi tratado como ácido diprótico, e o indicador utilizado foi a fenolftaleína, Neste procedimento tem-se uma solução de Na2HPO4 cujo valor de pH é cerca de 9,75 devido a hidrólise do íon HPO42-. Conforme a seguinte reação:
H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O
Essa titulação gera uma curva próxima a descrina a imagem abaixo (figura 1). Onde o P.E do primeiro H+ é proximo ao pH de 4,0 e o P.E do segundo H+ é proximo ao pH 10,0.
– Cálculos
- Primeira titulação:
Cálculo da molaridade do ácido fosfórico diluído a partir da fórmula:
Onde C1 é a molaridade do NaOH (0,09271), V1 é a média dos volumes encontrado na bureta, V2 corresponde ao volume de solução de H3PO4 necessário para titulação e C2 é a molaridade da solução de ácido fosfórico.
					 C2 = 0,055991 mol/l 
Sabendo que 0,055991 mol/l é a molaridade da solução de ácido fosfórico, que foi diluída em 250 ml de água destilada se faz necessário calcular a concentração antes da diluição, utilizando a formula apresentada anteriormente só que agora C1 é a molaridade da solução de ácido fosfórico diluído e V1 é o volume de água destilada utilizada para preparar a solução. C2 é a molaridade do ácido fosfórico concentrado e V2 é o volume retirado para preparar a solução diluída.
					C2 = 13,998 mol/l
Pode-se então agora encontrar o teor de ácido fosfórico para o primeiro hidrogênio utilizando a fórmula descrita abaixo. 
A densidade do ácido fosfórico é igual a 1,71 em 1 ml, para calcular o teor realiza-se a regra de três:
			1,71____________ 100 %
			1,37____________ x %	x = 80,12%
Este então é o teor de ácido fosfórico correspondente ao laranja de metila, ou seja, ao primeiro hidrogênio encontrado na titulação, porém não é o equivalente ao cálculo do teor realizado para embalagem.
O objetivo é encontrar a porcentagem em massa de ácido fosfórico total e relacionar com a porcentagem da massa correspondente da embalagem. Para isso é necessário realizar a segunda titulação com o indicador de timolfitaleína e encontrar a molaridade do segundo hidrogênio.
- Segunda titulação:
Deve-se então calcular a molaridade do segundo H+ do ácido fosfórico diluído a partir da fórmula descrita abaixo.
					
Onde C1 é a molaridade do NaOH, V1 é a média dos volumes encontrado na bureta, V2 corresponde ao volume de solução de H3PO4 necessário para titulação e C2 é a molaridade da solução de ácido fosfórico.
 C2 = 0,0588 mol/l 
Logo, 0,0588 mol/l é a molaridade da solução de ácido fosfórico, que foi diluída em 250 ml de água destilada. Deve-se então calcular a molaridade do ácido fosfórico concentrado através da mesma fórmula já apresentada só que agora C1 é a molaridade da solução de ácido fosfórico diluído e V1 é o volume de água destilada utilizada para preparar a solução. C2 é a molaridade do ácido fosfórico concentrado e V2 é o volume retirado para preparar a solução diluída.
		 C2 = 14,7095 mol/l
Tendo em posse a concentração de ácido deve-se calcular o teor de ácido fosfórico utilizando a fórmula:
Sendo a densidade do ácido fosfórico é igual a 1,71 em 1 ml, para achar o teor do ácido é necessário a regra de 3: 
			1,71 _____________ 100%
			1,44 _____________ x % 		x = 84,21%
84,21% é o teor de ácido fosfórico correspondente ao segundo hidrogênio ionizável. Como o resultado da segunda titulação se aproxima mais com o teor da embalagem 85% utilizaremos esses resultados no tratamento estatístico.
– Análise Estatística
Se faz necessário o comparativo do resultado obtido pelo meu grupo com o resultado obtido por mais 3 grupos, podendo então dizer que a análise foi feita em quadriplicata. As concentrações obtidas por todos os grupos se encontram na tabela abaixo:
	Aluno
	Teor de H3PO4 (%)
	1
	80,01
	2
	84,22
	3
	83,10
	4
	85,83
	5
	85,29
	6
	80,11
	7
	85,26
	8
	80,64
	9
	85,38
	10
	84,21
	11
	84,21
	12
	77,88
	Dados Estatísticos
	Média
	83,01Desvio Padrão
	2,65
	n
	12
	G tabelado
	2,412
	t tabelado
	2,20
Estes dados são necessários para calcular o percentual de significância e a presença de valores extremos em observações amostrais. Valores extremos podem ser considerados como manifestações da variabilidade aleatória inerente aos dados. Para isto se faz necessário então o calculo dos valores extremos como descrito abaixo:
G = Maior concentração encontrada – média das concentrações
desvio padrão
G = 85,83 - 83,01 = 1,06
 2,65
Gmaior < Gtabelado Dado permanece
G = Menor concentração encontrada – média das concentrações
desvio padrão
G = 77,88 – 83,01 = /1,93/
 2,65
Gmenor < Gtabelado Dado permanece
Com os valores confiáveis já estipulados foi então calculado o intervalo de confiança descrito na tabela abaixo.
	Dados Estatísticos
	Intervalo de Confiança
	81,33 - 84,69
Com a análise estatística pode-se observar então que somente 4 valores de teor estão aceitos pelo intervalo de confiança, isso se deve por valores altamente discrepantes que permaneceram no calculo e não foram excluídos como outlier’s após o teste de Grubbs, isso gerou então um intervalo de confiança. 
	Aluno
	Teor de H3PO4 (%)
	2
	84,22
	3
	83,10
	10
	84,21
	11
	84,21
5 – Discursão 
A constante de acidez do primeiro hidrogênio ionizável é de 7,5 x 10 -3 enquanto que a constante para o segundo hidrogênio é de 6,2 x 10- 8 já para o terceiro hidrogênio ionizável a constante é 4,7 x 10-13. Esses dados são importantes para a consideração de um hidrogênio como titulável.
Seu respectivo Ka deve ser maior ou igual a 10-11 pois do contrário a inflexão na curva de titulação coincidirá com a constante d e hidrólise d a água (Kw = 10 -14), portanto, o ácido fosfórico possui 2 hidrogênios tituláveis. No que diz respeito à regra de titulação independente, deve-se considerar que dois hidrogênios serão titulados independentemente quando a relação entre suas constantes for superior a 10 4, tal fato é visto na razão Ka1/Ka2 e Ka2/Ka3, já para o 3° hidrogênio ionizável, a razão Ka3/Kw é inferior a 104. 
Os valores de 14,7095 mol L -1 e 84,21% p/p de H3PO4 foram encontrados na titulação utilizando o indicador timolftaleína enquanto que os valores de 13,998 mol L-1 e 80,12 % (p/p) para a titulação na presença do indicador alaranjado de metila. 
O 1º PE ocorre em pH = 4,7, o qual encontra-se um pouco após a faixa de viragem do alaranjado de metila (3,1 – 4,4) porém dentro do erro estimado, porem obteve- se um valor abaixo do indicado no rótulo do frasco de ácido fosfórico comercial que é igual a 85% m/m de H3PO4, tal fato pode ser explicado visto a alta concentração do indicador utilizado, podendo ter causado uma errônea interpretação do ponto de equivalência. 
Porem o teor ideal de ácido fosfórico na amostra é obtido na titulação do 2° hidrogênio ionizável. Para a titulação dos dois primeiros hidrogênios, o PE fica na faixa de pH = 9,8, cujo valor está dentro da faixa de viragem do indicador timolftaleína (9,3 – 10 ,5), o ponto final é indicado pelo aparecimento de uma coloração azul bem clara.
Neste caso o teor calculado foi bem próximo ao descrito na rotulagem, podendo então nos dizer que a titulação do segundo hidrogênio ionizável nos da um resultado mais preciso do que a titulação do primeiro hidrogênio. 
6 – Conclusão
A técnica de volumetria de neutralização foi eficaz para dosagem do teor em ácido fosfórico comercial. Porém a titulação do segundo hidrogênio ionizável demonstrou resultados mais próximos aos reais. Isto ocorreu devido ao indicador utilizado. Pois para observar a mudança de coloração na titulação do primeiro hidrogênio ionizável foi mais difícil devido ao pH da sua zona de viragem estar um pouco fora do pH em que o primeiro hidrogênio ionizável se encontra. Isto fez com que o volume gasto na titulação não fosse exatamente o velume real gasto para a neutralização.
7 – Bibliografia
VOGEL, A. I. (1981) Química analítica qualitativa. 6. ed. São P aulo: Mestre Jou.
HARRIS, D. C. (2001) Análi se química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC
Skoog, West , Holler, & Crouch. Fundamentos de Química Analítica . 8ª edição, Thomson. 2006.