Analise Química Aplicada (Potenciometria)

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Fundamentos de Potenciometria 
 
 Profº Msc. Wesley de Paula 
Análise Química 
Aplicada 
Análise Química Aplicada 
Introdução 
 
“Técnica baseada na medida dos potenciais desenvolvidos em uma 
célula eletroquímica, na ausência de correntes elétricas 
apreciáveis.” 
Materiais necessários: 
 
– Eletrodo de Referência; 
– Eletrodo Indicador (ou de trabalho); 
– Dispositivo de medida do potencial. 
 
Princípios Gerais: 
 
 A Figura 1 exibe uma célula típica para análise potenciométrica. Essa 
célula pode ser representada por: 
 
 
 
 
Análise Química Aplicada 
 
 
 
 
Figura 1: Uma célula para determinações potenciométricas. 
Análise Química Aplicada 
Eletrodos de Referência 
 
 
 Eletrodo de Referência ideal 
 
 
 Quanto ao potencial: 
 
– Conhecido; 
– Constante; 
– Insensível à composição da solução em estudo. 
 
 
 Quanto às características operacionais: 
 
– Reversível e obedecer à Equação de Nernst; 
– Retornar ao seu potencial original após ser submetido a correntes 
pequenas; 
– Exibir baixa variações sob ciclos de temperatura. 
 
 
Análise Química Aplicada 
Eletrodos de Referência 
 
 Eletrodos de Calomelano Saturado – ECS 
– Formado por Hg; 
– Esta em contato com solução saturada de Hg
2
Cℓ
2
; 
– Representação esquemática: 
 
 
 
 
– X = concentração molar do KCℓ. 
 
Obs.: 
1° - Por convenção IUPAC, um eletrodo de referência é SEMPRE escrito como um ânodo; 
 
2° - O termo “saturado” no eletrodo de calomelano saturado refere-se à concentração de KCℓ e 
não à concentração do calomelano; 
 
3° - O eletrodo de calomelano saturado (ECS) é o mais amplamente utilizado porque pode ser 
facilmente preparado; 
 
4° - Sua principal desvantagem é que ele é mais dependente da temperatura que os eletrodos que 
empregam soluções 0,1 e 1,0 mol /L. 
 
 
Análise Química Aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2: A estrutura do cristal de calomelano, Hg2Cl2, que tem solubilidade limitada em água (Kps = 1,8∙10
-18 
25 °C). Observe a ligação Hg-Hg na estrutura. Existem consideráveis evidências de que um tipo de ligação 
similar ocorre em soluções aquosas e então o mercúrio(I) é representado como .. 
 Vantagens e Desvantagens do ECS 
 
 
Vantagens: 
 
– Fácil preparação; 
– Potencial constante; 
 
Desvantagens: 
 
– Em mudanças de temperatura, a 
estabilização do E é muito lenta; 
– Coeficiente de temperatura elevado; 
– Maior ΔT, maior ΔE. 
 
 
 
Análise Química Aplicada 
A reação do eletrodo na meia-célula de calomelano é: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Diagrama de um eletrodo de 
calomelano saturado comercial típico. 
Figura 4: Um eletrodo de calomelano saturado construído a 
partir de materiais prontamente disponíveis em qualquer 
laboratório. 
Análise Química Aplicada 
Eletrodos de Referência de Prata/Cloreto de Prata : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5: Diagrama de um eletrodo de 
prata/cloreto de prata mostrando as partes do 
eletrodo que produzem o potencial do eletrodo de 
referência Eref e o potencial de junção Ej. 
Obs.: Agar, disponível na forma de flocos 
translúcidos. As soluções de agar preparadas 
em água quente formam um gel quando são 
resfriadas. 
Análise Química Aplicada 
Potenciais de Junção Líquida 
 
 Um potencial de junção líquida se desenvolve através 
da interface entre duas soluções eletrolíticas que 
tenham composições diferentes. 
 
 
 Tanto os íons hidrogênio como os íons cloreto 
tendem a se difundir nessa interface a partir da solução mais 
concentrada para a solução mais diluída. 
 
 
 A força que direciona cada íon é proporcional 
às diferenças das atividades das duas soluções. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Representação esquemática de uma junção 
líquida mostrando a fonte do potencial de junção Ej. O 
comprimento das setas corresponde às mobilidades 
relativas dos íons. 
“A atividade de uma espécie aX está relacionada à 
concentração de X em mol/ L pela Equação: 
 
em que é o coeficiente de atividade de X, um 
parâmetro que varia com a força iônica da solução. “ 
Análise Química Aplicada 
Eletrodos Indicadores 
 
 São basicamente de dois tipos: 
 
– Eletrodos metálicos; 
– Eletrodos de membrana; 
 
 
 Eletrodo indicador ideal: 
 
– Resposta rápida e reprodutível; 
– Seletivo ao íon analisado; 
 
 
 É conveniente classificar os eletrodos indicadores metálicos como: 
 
– Eletrodos do primeiro tipo; 
– Eletrodos do segundo tipo; 
– Eletrodos redox inertes. 
 
 
 
 
Análise Química Aplicada 
A EQUAÇÃO DE NERNST E A POTENCIOMETRIA 
 
 Determinação da concentração de uma espécie iônica através da medida 
do potencial: 
 
– O exemplo clássico é a montagem de uma pilha; 
 
 
 
 Obs.: 
 
 Para um bom contato elétrico, o fio de 
 prata e o de cobre têm que estar bem 
 polidos. 
 
 
 
– De acordo com as recomendações 
da IUPAC, deve-se descrever esquematicamente 
a pilha do seguinte modo: 
 
 
 
 
 
Análise Química Aplicada 
A EQUAÇÃO DE NERNST E A POTENCIOMETRIA 
 
 Calcular a concentração do cobre , utilizando a equação de Nernst: 
 
 
 
 
 
 Conceitos importantes para esse cálculo: 
 
– Eletrodo indicador em contato com a solução de concentração desconhecida; 
– Eletrodo referência em contato com a solução de concentração conhecida; 
 
 
 
 
Obs.: 
• Os potenciais padrão só são válidos em 25°C e 1 atm, o que nem sempre é o caso. 
• O fator de Nernst (59,15/n) é teórico, só vale também para 25°C, e não é seguido por todos os 
eletrodos. 
• Os eletrodos utilizados (metálicos) sofrem interferência do oxigênio dissolvido na água, pois ele 
é um bom agente oxidante. 
 
 
 
Análise Química Aplicada 
EXEMPLO 1: 
 
 
 
a) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. 
Eletrodo de referência: fio de platina imerso em uma mistura. Sabemos 
que o ∆Elido foi de -505 mV. 
 
 
 
 
 
 
Resolução: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A partir do ∆Elido determine a concentração do analito nos casos a seguir: 
Análise Química Aplicada 
EXEMPLO 1: 
 
 
 
 
b) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. Eletrodo de 
referência: fio de platina imerso em uma mistura Fe+2/Fe+3 (0,100 mol/L). ∆Elido = -126 mV. 
 
E° (Ag) = 799 mV 
E° (Fe) = 777 mV 
 
c) Eletrodo indicador: fio de prata polido e imerso na solução-problema. Eletrodo de 
referência: fio de platina imerso em uma mistura Pbo/Pb+2 (0,100 mol/L). ∆Elido = -180 mV. 
 
E° (Ag) = 799 mV 
E° (Pb) = 133 mV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A partir do ∆Elido determine a concentração do analito nos casos a seguir: 
Análise Química Aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL 
 
 
 A natureza da Química Ambiental 
 
 Produtos Químicos Tóxicos 
 
 Abordagens para Prevenção da Poluição 
 
 Potenciometria na Analise de Produtos Químicos 
 
 
Análise Química Aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO À QUÍMICA AMBIENTAL 
 
 
 
 
Como se deu o desenvolvimento da atmosfera terrestre? 
• Qual aidade do nosso planeta? 
 
• Será que a nossa atmosfera sempre teve a mesma composição em 
termos dos gases que a compõem? 
 
• Ao analisar a nossa atmosfera atual, seria possível afirmar que a 
mesma se encontra em equilíbrio? 
 
 
• Seria a atmosfera primitiva do nosso planeta mais oxidante ou mais 
redutora do que atual? 
 
 
• Como nos adaptamos a esta atmosfera tão impactante? 
ATMOSFERA TERRESTRE 
Terra 
Troposfera: 10 a 16 km 
Estratosfera: até 50 km 
Mesosfera: até 85 km 
Termosfera: até 500 km 
Energia da radiação 
COMPOSIÇÃO DO AR 
O QUE TEMOS NO AR? 
 
O AR É 
COMPOSTO, 
BASICAMENTE, DE 
NITROGÊNIO E 
OXIGÊNIO 
nitrogênio 
outros gases 
oxigênio 
Argônio 
dióxido de carbono 
PRINCIPAIS ESPÉCIES ENCONTRADAS 
Terra 
N2, O2, CO2, H2O 
O3 
[O] >> [O2] 
O2
+, O+, NO+ 
Energia da radiação 
O2
+, NO+ 
ESPECTRO SOLAR 
RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA 
 UVA: 400 - 320 nm 
 não é absorvido por nenhum dos constituintes 
atmosféricos 
 participa do processo de bronzeamento 
 
 
 UVB: 320 - 280 nm 
 fortemente absorvido pelo ozônio 
 maiores danos à pele: queimaduras, câncer 
 
 
 UVC: 280 - 100 nm 
 totalmente absorvido pelo ozônio 
CONSIDERAÇÕES 
 A radiação solar é benéfica e essencial para a 
vida na Terra; 
 
 A exposição excessiva ao UV pode, 
entretanto, trazer graves malefícios 
(queimaduras, câncer, foto-envelhecimento); 
QUALIDADE DO AR 
• Inventário das fontes de poluição 
• Condições climáticas e geomorfológicas 
• Monitoração da qualidade do ar 
• Padrões de qualidade do ar 
• Métodos de amostragem e analíticos 
• Fontes móveis de emissão 
• Fontes fixas de emissão 
 
INVENTÁRIO DAS FONTES DE POLUIÇÃO 
• O inventário procura identificar as principais fontes de 
poluição, fixas (chaminés) e móveis (frota automotiva), 
além de computar os tipos e quantidades de poluentes 
emitidos pelas mesmas. 
 
 
• Exemplo: Frota automotiva 
• Frota atual no Brasil: 23 milhões (1 veículo/8 hab) 
• Idade média da frota: 8 anos 
• A RMSP concentra 35 % da frota (1 veículo/2,2 hab) 
 
PRINCIPAIS CLASSES DE POLUENTES 
Compostos de enxofre: 
SO2, SO3, H2S 
Compostos de nitrogênio: 
NO, NO2, HNO3, NH3 
Compostos orgânicos: 
HC, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos 
CO e CO2 
Halogenados: 
HCl e HF 
Material particulado 
(sólido ou líquido) 
Ozônio e outros oxidantes 
fotoquímicos (PAN e aldeídos) 
como poluentes secundários 
Fontes Poluentes 
Variáveis do ar 
Condicionado 
Temperatura 
Umidade 
Ruído 
Taxa de Renovação 
Velocidade do Ar 
Fonte: Revista da Brasindoor No 9 
Fontes Poluentes 
Variáveis do ar 
Condicionado 
Temperatura 
Umidade 
Ruído 
Taxa de Renovação 
Velocidade do Ar 
Contaminantes 
Químicos 
Monóxido de Carbono 
Dióxido de carbono 
Dióxido de Nitrogênio 
Formaldeído 
Ozônio 
Compostos Orgânicos 
Produtos de limpeza 
Inseticidas 
Chumbo 
Fonte: Revista da Brasindoor No 9 
Fontes Poluentes 
Variáveis do ar 
Condicionado 
Temperatura 
Umidade 
Ruído 
Taxa de Renovação 
Velocidade do Ar 
Contaminantes 
Químicos 
Monóxido de Carbono 
Dióxido de carbono 
Dióxido de Nitrogênio 
Formaldeído 
Ozônio 
Compostos Orgânicos 
Produtos de limpeza 
Inseticidas 
Chumbo 
Contaminantes 
Físicos 
Fibras Minerais 
Poeira de Sílica 
Poeiras Genéricas 
Fonte: Revista da Brasindoor No 9 
Fontes Poluentes 
Variáveis do ar 
Condicionado 
Temperatura 
Umidade 
Ruído 
Taxa de Renovação 
Velocidade do Ar 
Contaminantes 
Químicos 
Monóxido de Carbono 
Dióxido de carbono 
Dióxido de Nitrogênio 
Formaldeído 
Ozônio 
Compostos Orgânicos 
Produtos de limpeza 
Inseticidas 
Chumbo 
Contaminantes 
Físicos 
Fibras Minerais 
Poeira de Sílica 
Poeiras Genéricas 
Contaminantes 
Biológicos 
Vírus 
Fungos 
Bactérias 
Protozoários 
Artrópodes 
Algas 
Fonte: Revista da Brasindoor No 9 
Potenciometria na Analise de Produtos Químicos 
Numa titulação potenciométrica , a medida do potencial de um eletrodo 
indicador é usada para acompanhar a variação da concentração da espécie 
iônica envolvida na reação para detectar o ponto de equivalência . 
Titulação Potenciométrica 
Esquema típico para titulação potenciométrica 
Aplicações da Titulação Potenciométrica 
Reações de neutralização : 
Titulação Potenciométrica : de um Ácido Fraco com uma Base Forte: 
 
Exemplo1: Calcular o pH inicial na titulação de 50,00 mL de ácido acético 0,100 
mols/L com NaOH 0,100 mols/L? Dados: Ka = 1,8 ∙ 10 -5 
Resposta: pH = 2,87 
 
Exemplo2: Qual é o pH quando 30,00 mL de NaOH 0,100 mols/L é adicionado a 
50,00 mL de ácido acético 0,100 mols/L? Dados: Ka = 1,8 ∙ 10 -5 . 
Resposta: pH = 4,92 
 
Exemplo 3: Qual é o pH no ponto de equivalência quando 50,00 mL de ácido 
acético 0,100 mols/L são titulados com NaOH 0,100 mols/L? Ka = 1,8 ∙ 10 -5 ; Kw 
= 1 ∙ 10 -14 
Resposta: pH = 8,72