relatorio Vidrarias Volumétricas e Determinação da Constante de Equilíbrio

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Universidade Federal de São João Del Rei
Campus Alto Paraopeba
Prática 1: Vidrarias Volumétricas e Não Volumétricas
Prática 2: Determinação da Constante de Equilíbrio
 
Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina de Química Analítica Experimental sob responsabilidade da Profa. Ana Maria de Oliveira.
 Daiana Rocha E. Santo
 Fernanda de Fátima Rezende
 Maria Carolina Castro Carvalho
Nathália Ricaldoni Reis
Ouro Branco – MG
Agosto de 2015
Resumo:
Na química analítica é importante a confiabilidade nos resultados obtidos nas análises laboratoriais e para isso o analista químico deve conhecer e saber utilizar todos os instrumentos volumétricos, balanças e equipamentos de análise afim de evitar erros de medidas. O objetivo das duas práticas realizadas foi proporcionar aos estudantes o conhecimento para identificação e utilização das vidrarias volumétricas e não volumétricas e despertar o pensamento crítico para identificar a melhor técnica de acordo com a exatidão esperada dos resultados. Em um laboratório de química analítica existem as vidrarias volumétricas e as não volumétricas. As vidrarias volumétricas são utilizadas quando há necessidade de medir com exatidão o volume de um líquido e são elas: as pipetas volumétricas, as pipetas graduadas, as buretas, as provetas e os balões volumétricos. Já os béqueres e erlenmeyers são considerados vidrarias não volumétricas e, portanto, não servem para medir volumes de líquidos com o rigor exigido em uma análise quantitativa. Conclui-se então que é possível mensurar de maneira confiável o volume medido com uma pipeta, uma bureta, e um balão volumétrico. Enquanto que as provetas são utilizadas apenas quando se necessita de medidas aproximadas de volume. As pipetas volumétricas e graduadas assim como as buretas são normalmente calibradas para dispensar volumes específicos e são marcadas pelo fabricante como TD (to deliver), enquanto os balões volumétricos são calibrados para conter um volume específico sendo marcados com o símbolo TC (to contain) sendo muito utilizados para diluição de soluções. Na prática de vidrarias volumétricas e não volumétricas foram executados procedimentos de medidas de líquido (água) em pipeta graduada, pipeta volumétrica, bureta, proveta, balão volumétrico, béquer e erlenmeyer. E através dos resultados obtidos foi possível comparar as vidrarias volumétricas quanto a exatidão e precisão nos volumes obtidos e também verificar que as vidrarias não volumétricas não devem ser usadas para medidas de líquidos limitantes para a análise quantitativa. A conversão de reagentes em produtos não é obtida de maneira integral em reações na química analítica. Estas caminham para um estado de equilíbrio químico, no qual a razão das concentrações de reagentes e produtos é constante. O equilíbrio da dissociação ácido-base permite calcular a intensidade da acidez de uma determinada substância, devido a sua dissociação em íons. Para isso, pode-se realizar uma medida quantitativa através de uma expressão da constante de equilíbrio químico. Esta expressão é dada por:
 Ka = [H+].[A-]/[HÁ]						 (Equação 1)
 Kb=[OH-].[B-]/[BOH] (Equação 2)
Onde HA é um ácido e BOH é uma base.
Discussão e Resultados:
1.1 Vidrarias Volumétricas e Não Volumétricas
Nesta primeira parte da prática foi medida a massa de um béquer de 100 mL, e depois transferido para este béquer 20 mL de água medidos em uma proveta de 50 mL com graduação de 1 em 1mL. O procedimento foi feito em triplicata e utilizou-se balança analítica. Na tabela 1 estão os resultados obtidos:
	Tabela 1: Medida da Massa de 20 mL de água aferidos em uma proveta
	
	Massa do Béquer Seco 
	Massa do Béquer mais água
	Massa de Água Obtida (g)
	Desvio em relação à média 
	Desvio ao Quadrado 
	
	
	
	
	
	51,794
	72,0743
	20,2803
	0,1705
	0,0291
	51,7922
	71,9413
	20,1491
	0,0393
	0,0015
	51,7987
	71,6988
	19,9001
	-0,2097
	0,0440
Cálculo da Média Aritmética e Desvio Padrão das Amostras 
 (Considerando a média)
Assim considerando a média das medidas e o desvio padrão calculados acima, o resultado foi 20,1098 (± 0,1931) g de água.
As provetas são aparelhos volumétricos que devem ser utilizadas somente quando se deseja valores aproximados de volume de um líquido. No caso do procedimento descrito acima, se consideramos o valor médio da massa de água obtida através das triplicatas que foi igual à 20,1098 g e considerar que a densidade da água é de 1 g/cm³ e que 1 cm³ equivale a 1 mL chega-se à conclusão que ao pipetarmos 20 mL de água através da pipeta volumétrica, considerando a média dos volumes pipetados, pipetamos na realidade 20,1098 de água com desvio padrão de ± 0,1931. Como a proveta utilizada apresenta graduações de 1 em 1 mL é aceitável um erro de leitura de 0,1 mL nesta técnica e como pode ser verificado acima o erro absoluto considerando a média das volumes mensurados. Sendo assim, pode- se concluir que o procedimento apresentou uma exatidão e precisão nos resultados compatíveis com o resultado esperado na utilização provetas. 
Nesta segunda etapa da prática foi medida a massa de um béquer seco e transferido para este béquer de 20 mL de água medidos em um pipeta volumétrica de 20 mL. Os resultados obtidos estão dispostos na tabela 2:
	Tabela 2: Medida da massa de 20 mL de água aferidos em uma pipeta volumétrica
	
	Massa do Béquer Seco (g)
	Massa do Béquer mais água (g)
	Massa de Água Obtida (g)
	Desvio em Relação à média
	Desvio ao quadrado
	
	
	
	
	
	51,7923
	71,7035
	19,9112
	-0,0158
	0,00025
	51,7918
	71,7257
	19,9339
	0,0069
	0,00005
	51,7917
	71,7276
	19,9359
	0,0089
	0,00008
Cálculo da média aritmética e Desvio Padrão das Amostras:
Assim considerando a média das medidas e o desvio padrão calculados acima, o resultado foi 19,9270 (± 0,0002) g de água.
O volume de um líquido pode ser medido de maneira confiável com uma pipeta volumétrica. Entretanto, uma das formas de evitar erros em experimentos em pequena escala é determinar em uma balança analítica a massa do líquido e depois calcular o volume deste líquido através da densidade, exatamente o que foi feito nessa prática. As pipetas volumétricas também, são consideradas vidrarias volumétricas e são mais precisas que as pipetas graduadas, sendo que sempre que possível deve-se preferir usá-las ao invés das pipetas graduadas. Analisando a tabela 2 acima, verifica-se que este procedimento apresentou precisão maior que o procedimento anterior com uso da proveta e com um desvio padrão muito baixo (= ±0,0002) muito menor que o desvio padrão do procedimento anterior de 0,1931. Portanto, as medidas de massas encontradas em cada replicata apresentam resultados bem próximos um do outro e pouca variação em relação à média. O erro absoluto de 0,073 indica também que a técnica apresenta alta exatidão. Sendo assim, ao se comparar o procedimento executado com a pipeta graduada e a proveta e consequentemente os resultados obtidos nos dois procedimentos descritos acima comprava-se que o uso da pipeta volumétrica garante resultados mais precisos e exatos do que as provetas.
Nesta etapa da prática 50 ml de água foram medidos em um béquer e posteriormente transferidos para um erlenmeyer. Em seguida, foi transferido para uma proveta graduada.
Resultado obtido: Ao transferir 50 ml de água do béquer para o erlenmeyer foi possível observar que o menisco estava acima da marca de 50 ml. A causa disso é que volumes transferidos por vidrarias TC, como béquer e erlenmeyer, não conferem boa precisão, o que pode prejudicar uma experiência que seja necessária trabalhar com concentrações pequenas. Posteriormente, quandoa água foi transferida do erlenmeyer para a proveta graduada foi possível observar o menisco na marca de 49,8 ml. A proveta graduada é uma vidraria TD, que confere boa precisão e é a mais adequada para transferências.
Nesta etapa da prática foram medidos 50 mL de água em uma proveta graduada de 50 mL, em seguida transferido para um erlenmeyer de 50 mL, e posteriormente para um béquer de também 50 mL. 
 Resultado obtido: Ao ser transferidos os 50 mL por todos os recipientes, o volume da amostra foi conservado na mesma medida. Logo após, classificaram-se os três aparatos em ordem crescente de precisão. Sendo assim, a proveta é a vidraria mais indicada para avaliar precisão, seguida pelo béquer e por ultimo, o menos preciso o erlenmeyer. 
Nesta etapa da prática foi pipetado 10 mL de água com uma pipeta graduada, em seguida transferiu-se o líquido para uma proveta de 10 mL e por último o líquido foi pipetado com uma pipeta volumétrica de 10 mL. 
Resultado obtido: Ao transferir os 10 mL de água da pipeta graduada para a proveta o menisco na proveta ficou próximo à 9,8 mL sendo que o último algorismo é duvidoso devido a graduação da proveta utilizada ser de 0,1 à 0,1 mL. Quando tentou – se transferir o líquido da proveta para a pipeta volumétrica, o menisco ficou bem abaixo da marcação de 10 mL sendo que não foi possível transferir todo o líquido da proveta pipetando com a pipeta volumétrica restando algumas gotas na proveta. Porém como já mencionado anteriormente, a pipeta volumétrica apresenta maior exatidão em relação a pipeta graduada e a proveta só deve ser usada para medidas aproximadas de volume. 
Nesta penúltima etapa da prática encheu-se uma bureta de 25 mL com água
(acertando o menisco, verificando se não há ar, principalmente nas proximidades da torneira). Em seguida, o volume foi transferido para o erlenmeyer.
Resultado obtido: A passagem de 25,00 mL da bureta para o erlenmeyer resultou em uma diferença do menisco com relação à marca na vidraria por volta de 5 mL. Sendo assim, é possível concluir que o erlenmeyer não é o mais indicado para se fazer medições, pois ao partir de uma vidraria precisa, como a bureta, houve uma diferença considerável no volume depois da transferência. O erlenmeyer não é uma vidraria precisa e muito menos exata.
Nesta ultima etapa da prática foi medido um balão volumétrico de 50 mL de água e em seguida, transferiu-se o volume para uma proveta de 50 mL.
 Resultado obtido: Ao medir 50 mL de água no balão volumétrico, a quantidade foi de exatos 50 mL, mas quando transferiu-se para a proveta, o volume foi pouco abaixo do menisco, com 49,7 mL. Sendo assim, a comparação de precisão de escada de cada aparato constatou-se que a proveta tem maior abrangência de precisão do que o balão volumétrico.
Determinação da Constante de Equilíbrio
Neste experimento foram colocados em um béquer diferentes soluções, descritas abaixo, e em seguida mediu-se o pH da solução com o auxilio de uma fita indicadora de pH. Em seguida o pH destas soluções foram medidos novamente com o aparelho de pHmetro. Na tabela abaixo estão os resultados de pH obtidos com o aparelho pHmetro e também o valor das constantes de equilíbrio de cada solução. As constantes obtidas abaixo foram calculadas através das seguintes equações:
	Tabela 3: Medidas de pH de diferentes soluções
	
	Solução 
	pH medido com a fita indicadora
	pH medido com aparelho de pHmetro 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Solução de ácido acético 0,1 mol L-¹
	 3
	1,27
	 
	Solução de ácido acético 0,5 mol L-¹
	 2
	1,44
	 
	Solução de hidróxido de potássio 0,1 mol L-¹
	 14
	15,2
	 
	Solução de ácido clorídrico 0,1 mol L-¹
	 1
	-0,17
	 
	Solução de cloreto de potássio 0,1 mol L-¹
	 7
	7,92
	 
	Solução de acetato de sódio 0,1 mol L-¹
	 7
	 7,41
	 
	Solução de nitrato de amônio0,1 mol L-¹
	 7
	6,81
	 
	Solução de hidróxido de amônio 0,1 mol L-¹
	 11
	12,55
	 
Ka = [H+]x[A-]/[HA]						 	 (Equação 1)
Kb=[OH-]x[B-]/[BOH] (Equação 2)
pH + pOH = 14 (Equação 3)
Solução de ácido acético 0,1 mol L-1:
CH3COOH H+ +C3COO¯
Utilizando a fita indicadora de pH, encontrou-se o pH=3
pH=-log[H+] Ka=[H+][C3COO¯]/[CH3COOH]
[H+]=10-pH Ka=1,01x10-5
 [H+]=10-3 mol/L
[H+]=0,001 mol/L 
Utilizando o pHmetro, encontrou-se o pH=1,27
pH=-log[H+] Ka=[H+][C3COO¯]/[CH3COOH]
[H+]=10-pH Ka=6,22x10-2
[H+]=10-1,27 mol/L 
[H+]=5,37x 10-2 mol/L 
 
Solução de ácido acético 0,5 mol L-1
 Utilizando a fita indicadora de pH, encontrou-se o pH=2 
pH=-log[H+] Ka=[H+][C3COO¯]/[CH3COOH]
[H+]=10-pH Ka=2,04x10-4
 [H+]=10-2 mol/L 
[H+]=0,01 mol/L
Utilizando o pHmetro, encontrou-se o pH=1,44
pH=-log[H+] Ka=[H+][C3COO¯]/[CH3COOH]
[H+]=10-pH Ka=2,825x10-3 
[H+]=3,63x10-2
 
Solução de hidróxido de potássio 0,1 mol L-1
KOHK+ +OH¯
Utilizando a fita indicadora de pH, encontrou-se o pH=7
pOH= -log [OH¯] Kb=[HO¯][ K+]/[KOH]
[OH¯]=10-pOH Kb=1,00x10-13 
[OH¯]=0,0000001 mol/L 
 
Utilizando o pHmetro, encontrou-se o pH=7,92
pOH= -log [OH¯] Kb=[HO¯][ K+]/[KOH]
[OH¯]=10-pOH Kb=6,905x10-11 
[OH¯]=8,31x10 -7 
Solução de ácido clorídrico 0,1 mol L-1
HCl H+ + Cl-
Utilizando a fita indicadora de pH, encontrou-se o pH=1
pH= -log [H+] Ka=[H+][Cl¯]/[HCl]
[H+]=10-pH 
[H+]=0,1 mol/L
 Nesse caso, não foi possível determinar o valor de Ka, pois com o pH=1,0 conclui-se que para esse caso a reação foi totalmente favorecida no sentido direto. 
Utilizando o pHmetro, encontrou-se o pH=-0,17 
 pH= -log [H+] Ka=[H+][Cl¯]/[HCl]
[H+]=10-pH Ka= -1,585
[H+]=1,479 mol/L 
 
 Solução de cloreto depotássio 0,1 mol L-1
KClK+ +Cl-
. O cloreto de potássio utilizado no experimento é um sal neutro, pois foi formado de um ácido e base fortes. Assim, a dissociação do KCl em água leva a formação dos íons K+ e Cl -, entretanto não ocorre alteração no pH pois esses íons sofrem hidrólise, levando a formação dos mesmos íons e água. O resultado obtido, pH=7,92, para esse sal estava dentro do esperado.
 Solução de acetato de sódio 0,1 mol L-1
CH3CONaCH3CO- +Na+
O acetato de sódio dissociado em água leva a formação dos íons CH3CO- e Na+. A hidrólise desses íons forma o ácido fraco CH3COH, que não se dissocia. O Na+ irá reagir com a água, se transformando em NaOH e H+ . Entretanto, como NaOH é uma base forte ela irá se dissociar em Na+ e OH- .
 Solução de nitrato de amônio 0,1 mol L-1
NH4NO3 + H2O NH40H+HNO3 
A hidrólise do sal (NH4NO3) dá origem a uma solução ácida, devido a presença do ácido nítrico (HNO3). Portanto, era esperado um pH<7. O pH encontrado no experiment foi de 12,55, dessa forma, não estando dentro do valor esperado,
 
 
Conclusões:
 Ao se realizar um experimento, torna-se necessaário tomar conhecimento dos tipos vidrarias que serão úteis no processo, pois com a execução das experiências tais instrumentos podem ser relevantes na obtenção dos resultados. Por exemplo, se for utilizado uma vidraria TC para a medição de um volume, haverá um erro considerável que pode se propagar ao longo do experimento e impedir o rendimento esperado. Portanto, deve-se ter atenção com as vidrarias que serão utilizadas a fim de não comprometer o experimento.
Para cada instrumento de medição do pH, observa-se uma alteração significativa no valor calculado de cada constante de equilíbrio. Com o pHmetro, foi possível obter com maior precisão o valor do pH, concluindo que sua utilização para experimentos envolvendo menores concentrações é mais indicado, pois irá reduzir possíveis erros durante o experimento. A fita, por sua vez, é um indicador que confere menor precisão ao processo, sendo mais indicada para uma análise predominantemente qualitativa.
3. Referências Bibliográficas
1. VOGEL, A.I. Análise Química Qualitativa, 3ª Edição, São Paulo: Mestre Jou, 1992. 655p. 
2. SKOOG, D.A; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH. S.R. Fundamentos de Química Analítica. 8ª Edição, São Paulo: Thomson, 2007. 1124p.
3. BACCAN, N.; ANDRADE, J.C. Química Analítica Elementar. 3ª Edição, São Paulo: Edgard Blucher, 2001. 308 p.