Relatório - Volumetria de complexação

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Itajubá 
Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Física e Química 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Volumetria de Complexação 
 
 
 
 
 
Gabriel da Silva Dias 24394 
Lucas Raposo Carvalho 23872 
 
 
 
 
ITAJUBÁ 
2013 
Universidade Federal de Itajubá 
Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Física e Química 
 
 
 
 
 
Gabriel da Silva Dias 24394 
Lucas Raposo Carvalho 23872 
 
 
Volumetria de Complexação 
 
Relatório submetido à Prof.ª Márcia, como 
requisito parcial para aprovação na disciplina 
de QUI027 - Química Analítica Experimental II - 
do curso de graduação em Química 
Bacharelado da Universidade Federal de 
Itajubá. 
 
 
 
ITAJUBÁ 
2013 
SUMÁRIO 
 
1. OBJETIVOS ................................................................................................ 4 
2. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 5 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 9 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 12 
5. CONCLUSÃO ............................................................................................ 15 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. OBJETIVOS 
 O objetivo desse experimento foi estudar a parte prática da formação de 
complexos e como esse fenômeno ajuda na titulação de substâncias. Além 
disso, esse experimento teve como objetivo observar como o EDTA se 
comporta para a formação destes complexos, já que esse composto foi 
amplamente abordado em aula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. INTRODUÇÃO 
 Tratando especificamente da volumetria de complexação, é necessário 
definir, mesmo que de forma superficial, o que é um complexo, ou também 
chamado de composto de coordenação. 
 Um complexo, ou composto de coordenação, nada mais é do que a 
união entre um íon receptor de densidade eletrônica (ou um Ácido de Lewis) [1], 
que é normalmente um íon metálico, rodeado por um ou mais elementos ou 
compostos chamados de ligantes [1], que tem uma densidade eletrônica 
disponível (ou Bases de Lewis). A reação de Lewis (ligação covalente formada 
entre o átomo central neutro e os ligantes, que doam um par de elétrons para o 
metal, que é compartilhado entre os dois [1]) que ocorre entre as duas 
substâncias é o que origina o complexo de coordenação. Como a água é 
considerada um Base de Lewis, é normal considerar que a maioria dos cátions 
metálicos em solução aquosa se encontram complexados com a água. [1] 
 Dentre os ligantes, que são bases de Lewis, podemos ter ligantes 
chamados de monodentados, que estabelecem apenas uma ligação com 
átomo doador, e os polidentados, que também são chamados de agente 
quelantes quando realizam ligações suficientes com o íon metálico de forma a 
formarem um heterociclo de cinco ou seis membros [1] [2], que estabelecem 
mais de uma ligação com o átomo central, que é o caso do EDTA [1]. A união 
dos ligantes com o átomo central, por fim, é chamada de esfera de 
coordenação [3]. 
 Sabendo basicamente o que é um complexo, é necessário saber um 
pouco mais sobre o ligante em questão, que é o EDTA. 
 O ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA) é um composto orgânico 
que, por formar seis ligações de coordenação (devido aos quatro grupos 
carboxílicos e as duas densidades eletrônicas disponíveis no nitrogênio [1]) com 
íons metálicos, é chamado de agente quelante, como previamente explicado. A 
ligação do EDTA com íons metálico forma compostos extremamente estáveis, 
vide a constante de formação do complexo de EDTA e o íons Magnésio (Kf = 
4,9.108)[1]. 
 A estrutura básica do EDTA envolve quatro grupos carboxila e dois 
grupos amino, todos sítios potenciais de coordenação, sendo um ligante 
hexadentado [1], como mostra a seguinte figura: 
 
(Figura 1: Estrutura molecular do EDTA – Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/EDTA) 
 A representação básica do EDTA é H4Y e a forma do EDTA que usamos 
para titulação envolvendo formação de complexos é a Y4-, que perde dois 
hidrogênios dos grupos carboxílicos e dois outros hidogênios das grupos 
aminos, se tornando um zwitterion duplo [1], como mostra a seguinte figura: 
 
(Figura 2: Estrutura do H4Y e seus produtos de desprotonação). [1] 
 A forma do EDTA totalmente desprotonada (Y4-) representada acima 
reage com íons metálicos duplamente positivos, como o Zinco, Magnésio e 
Cálcio, da seguinte forma: 
 
)(
4
)()(
4
aq
n
aq
n
aq MYMY
 
[1] 
 Como se pode observar, o EDTA reage na proporção de 1:1 não importa 
a carga do cátion, e a representação desta reação é mostrada na figura a 
seguir: 
 
(Figura 3: Quelato de Metal-EDTA) [4] 
 A titulação envolvendo formação de complexos é muito util quando se 
quer saber a concentração de íons metálicos em alguma solução.[1] Sendo 
assim, ela é de extrema utilidade quando se quer determinar, por exemplo, a 
dureza da água. 
 O termo “dureza” da água significa a concentração de íons metálicos 
(como o íons Ca2+ (cálcio)) dissolvidos na água de algum ambiente. O fato da 
água ser dura (com níveis acima de 500mg de CaCO3 (carbonato de cálcio) por 
litro de água, no Brasil [5]) promove certos problemas quanto a limpeza, tendo 
em vista que as moléculas que formam o sabão, ao se misturarem com os 
cátions em excesso, não formam espuma alguma (eles formam, ao invés disso, 
um precipitado branco (soap scrum)) e, portanto, o sabão perde a sua 
capacidade emulsificadora e não limpa. [6] 
 A reação que mostra o que acontece quando as moléculas que 
compõem o sabão entram em contato com o excesso de íons metálicos é 
mostrada a seguir: 
)(23517)(
2
)(3517 )()(2 saqaq CaCOOHCCaCOOHC 

[6] 
 No caso, ocorre a formação do estearato de sódio, que é um precipitado 
branco que remove a função de limpar que o sabão possui. 
 Outro problema possível, e muito danoso, de ser causado pela água 
dura é a formação, e consequente deposição, de precipitados em tubulações 
(sólidos como o carbonato de cálcio (CaCO3) e hidróxido de magnésio 
(Mg(OH)2), entupindo-as.[6] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 3.1 Preparação da solução de EDTA 0,02 mol.L-1. 
 Pesou-se, em uma placa de Petri, uma massa aproximada de 1,8612 g 
do sal sódico de EDTA, cuja fórmula é Na2H2Y.2H2O, previamente seco em 
estufa a uma temperatura em torno de 70º C por 2 horas. Foi transferida 
quantitativamente a quantidade pesada para um balão volumétrico de 250 mL 
(usando um funil para transferir o sólido da placa de Petri usada), adicionando 
cerca de 100 mL, agitando e depois completando até o menisco, 
homogeneizando a solução após isso. 
 Após o preparo da solução, ela foi transferida para um frasco plástico 
limpo e seco. 
 3.2 Preparação da solução padrão de cálcio 0,02 mol.L-1. 
 Dissolveu-se 0,5 g de CaCO3 (Carbonato de cálcio), seco a 150º C, em 
20 mL de HCl (a uma concentração de 2 mol/L) em um balão volumétrico de 
250 mL. A mistura foi levada a ebulição para que o CO2 (gás carbônico) fosse 
eliminado. Deixou-se a solução resultante esfriar, diluindo-a com água e 
homogeneizando-a após o menisco ser completado. 
 3.3 Preparação da solução de tampão de pH 10. 
 Dissolveu-se 3,25 g de NH4Cl (Cloreto de Amônia)em água, 
adicionando posteriormente 28,5 mL de uma solução de NH3 (Amônia) 
concentrada e diluindo a solução resultante em 50 mL de água destilada. 
 3.4 Padronização do EDTA 
 Com uma pipeta volumétrica de 25 mL, transferiu-se 25 mL da solução 
preparada de CaCO3 (Carbonato de Cálcio) para um erlenmeyer de 250 mL. 
Adicionou-se 1 mL de solução tampão (pH = 10) para o erlenemyer e grãos do 
indicador utilizado (Negro de Eriocromo T). 
 O EDTA foi colocado em uma bureta de 50 mL e titulado com a solução 
de CaCO3 (Carbonato de Cálcio). A titulação deveria ser presseguida até que a 
solução passasse de uma coloração vermelha até levemente azul. O 
procedimento foi feito em triplicata. 
 3.5 Determinação da dureza de água mineral, água da torneira 
e água destilada. 
 Transferiu-se 25 mL da amostra (no caso, água mineral, depois água da 
torneira e depois água destilada) para um erlenemeyer de 250 mL. A solução 
foi adicionada 1 mL de solução tampão e grãos de Negro de Eriocromo T. O 
EDTA foi colocado na bureta de 50 mL e titulado com a solução presente no 
erlenmeyer. Todas as titulações foram feitas em triplicata. 
 Com os dados, foi calculada a concentração média de cálcio em cada 
amostra (mg de cálcio / L de amostra), sendo a massa molar do carbonato de 
cálcio igual a 100,09 g/mol e a do cálcio igual a 40,08 g/mol. 
 3.6 Tratamento estatístico dado aos dados obtidos. 
 Tendo em vista a necessidade dos experimentos serem realizados em 
triplicata, é necessário dar um tratamento estatístico às medidas obtidas que, 
no caso, envolvem o cálculo da média, do desvio padrão e dos erros absoluto, 
relativo e percentual das medidas obtidas em relação à medida esperada. 
 A média (
x
) de n medidas é calculada da seguinte forma: [7] 
n
x
x
n
i
n
 1 
 O desvio padrão (s) de n medidas é calculado da seguinte forma: [7] 
1
)( 2
1





n
xx
s
n
i
i
 
 
 
 Os erros absoluto (e), relativo (e.r.) e percentual (e.p.) de uma medida 
são calculados da seguinte maneira: [7] 
100.)..(..
..
||
repe
x
e
re
xxe
real
realobtido



 
 Mesmo sendo calculado o erro relativo (e.r.), preferiu-se usar o erro 
percentual para expressar os erros das medidas obtidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 4.1 Preparo da solução de EDTA 0,02 mol/L. 
 Massa de EDTA pesada: 1,8611 g 
 Cálculo da concentração da solução obtida: 
LmolC
moln
EDTA
EDTA
/02,0
250
1000.10.00,5
10.00,5
2,372
8611,1
3
3




 
 4.2 Preparo da solução padrão de cálcio 0,02 mol/L 
 Massa de CaCO3: 0,5057g 
 Cálculo da concentração real da solução preparada de cálcio: 
LmolC
moln
CaCO
CaCO
/02,0
)250(
)1000).(10.05,5(
10.05,5
)09,100(
)1).(5057,0(
3
3
3
3




 
 4.3 Preparo da solução tampão de pH 10 
 A solução já se encontrava previamente preparada para que os 
experimentos fossem realizados. 
 4.4 Padronização do EDTA 
 Os volumes utilizados de EDTA, assim como o seu tratamento 
estatístico, estão expostos na tabela abaixo: 
Tabela 1: Volumes utilizados de EDTA e tratamento estatístico. 
Titulação Volume (mL) Média (mL) Desvio Padrão Erro Absoluto Erro Percentual 
1 25,2 
25,23 0,058 0,23 0,90% 2 25,2 
3 25,3 
 
 Como se pode ver, o erro relativo foi calculado com base no volume de 
equivalência (Veq) esperado, o qual era de 25 mL, já que se usou 25 mL de 
uma solução a uma concentração de 0,02 mol/L para titular outra solução de 
mesma concentração. Logo, o volume de equivalência seria o mesmo utilizado. 
 4.5 Determinação da dureza de água mineral, água da torneira 
e água destilada. 
 Os volumes utilizados de EDTA, assim como seu tratamento estatístico, 
estão expostos na tabela abaixo. Vale ressaltar que a água destilada se tornou 
azul a partir do momento que à ela foi adicionada a solução tampão de pH 10 e 
o indicador Negro de Eriocromo T, logo, considerou-se que foi gasto 0 mL de 
EDTA em cada titulação. 
Tabela 2: Volumes utilizados de EDTA e seu tratamento 
estatístico (dureza da água) 
Medição Volume (mL) Média (mL) Desvio Padrão 
1 0,5 
0,47 0,058 2 0,4 
3 0,5 
4 0,3 
0,3 0 5 0,3 
6 0,3 
 
 Nesta tabela adotou-se as medições 1 até a 3 como sendo da água de 
torneira e as medições 4 até a 6 pertencem à água mineral. 
 Percebeu-se que nessa titulação foi necessário um cuidado extremo 
para se observar o ponto de viragem da titulação, tendo em vista que apenas 
algumas gotas de EDTA deixavam a coloração da solução azul, como pode ser 
visto nos volumes obtidos, que representam apenas algumas gotas. 
 A reação do EDTA com o íon Ca2+ (Cálcio) é de 1 para 1, como diz a 
equação abaixo: 
)(
2
)(
4
)(
2 ][ aqaqaq CaYYCa
 
 
 Logo, pode-se concluir que a quantidade de mols da solução de EDTA 
utilizados será o mesmo de íons Ca2+ (Cálcio). 
 Portanto, para a cada titulação feita, calculou-se a quantidade de mols 
de EDTA (e, logo, de Ca2+) da seguinte forma: 
)000.1(
)02,0.(Y
nEDTA 
 
 Sendo que Y é o volume gasto de EDTA na titulação. Pôde-se confirmar, 
portanto, que o número médio gasto de mols na titulação da água de torneira 
foi de 9,4.10-6 mols, da água mineral foi de 6,0.10-6 mols e da água destilada foi 
de 0 mols. 
 Sabendo que a massa molar do cálcio é de 40,08 g/mol e que a dureza 
da água é medida com relação a presença de vários íons na água, inclusive os 
íons cálcio, calcularam-se as concentrações (em mg/L de cálcio) em cada 
alíquota usada da seguinte forma: 
)25(
)1000.(10.
)1(
)08,40.(
3
2
2





S
C
S
Z
m
Ca
Ca
 
 Fazendo o cálculo acima para cada alíquota usada, chegou-se à 
conclusão de que, na água de torneira, a concentração de íons cálcio é de 
1,51.10-5 mg/L de água, na água destilada não traços evidentes de íons cálcio, 
e na água mineral a concentração de íons cálcio é de 9,62.10-6 mg/L de água. 
 Esses níveis de dureza se encontram aceitáveis (1,51 e 9,62 ppm de 
dureza, o que está em um nível aceitável, que vai até 50 ppm). 
 OBS.: Quando usadas, as pipetas de 10 mL e de 25 mL têm um volume 
de, respectivamente, 9,97 mL e de 24,98 mL. 
 
 
 
 
 
5. CONCLUSÃO 
 A concentração de íons Ca2+ (cálcio) obtidas para cada amostra de água 
utilizada nos permite concluir que nenhuma delas foi considerada dura e é, 
portanto, adequada aos padrões brasileiros de água branda. 
 Também se pôde concluir que o método de titulação por formação de 
complexos é extremamente eficiente quando se quer determinar a 
concentração de certo íons em uma solução, tendo em vista que os erros 
obtidos no experimento foram extremamente baixos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 [1] SKOOG, WEST, DOUGLAS, CROUCH. Fundamentos de 
Química Analítica. Tradução da 8ª edição norte-americana. São Paulo: Editora 
Thomson. 2006. 
 [2] Coordination Complex. Disponível em: 
<http://en.wikipedia.org/wiki/Coordination_complex#cite_note-4>. Acesso em: 
01 de junho de 2013. 
 [3] Definition of coordiantion sphere. Disponível em: 
<http://www.chemistry-dictionary.com/definition/coordination+sphere.php>. 
Acesso em: 01 de junho de 2013. 
 [4] EDTA. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDTA>. Acesso 
em: 01 de junho de 2013. 
 [5] Dureza da água. Disponível em: 
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Dureza_da_%C3%A1gua>. Acesso em: 02 de 
junho de 2013. 
 [6] Hardness of Water. Disponívelem: 
<http://en.wikipedia.org/wiki/Hardness_of_water>. Acesso em: 02 de junho de 
2013. 
 [7] VUOLO, J.H. Fundamentos da Teoria de Erros. 2ª Ed., São Paulo: 
Edgard Blücher. 1995.