qag2_complexometria_GRT.pdf

Prévia do material em texto

VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO 
 
 
 
 
 
 Equipe: 
Gabriella Soares da Silva 
Renan Morassato 
Thainá Araujo Bispo 
 
 
 
 
 Unidade Curricular: Química Analítica Geral II 
 
 
 
 
 
 
DIADEMA/SP 
2017 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO 
INSTITUTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS, QUÍMICAS E 
FARMACÊUTICAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
1. Escreva todas as reações envolvidas no procedimento para a determinação de cálcio na 
casca do ovo por complexometria. Apresente os cálculos realizados para a quantificação 
percentual de massa de cálcio na casca do ovo. 
1.1 REAÇÕES ENVOLVIDAS 
A casca de um típico ovo comum apresenta uma massa de aproximadamente 5g, 40% da qual 
corresponde ao 𝐶𝑎2+. Este é fixado na forma de 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (calcita), um sólido cristalino 
responsável por conferir resistência às cascas. 
A quantificação da massa de cálcio presente nas amostras de casca de ovo foi obtida por 
intermédio da volumetria de complexação. Para tanto, cerca de 0,02g de casca previamente 
moída foi pesada em uma balança analítica e posteriormente transferida para um erlenmeyer. 
Adicionou-se, então, 5mL de água destilada: 
𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑(𝒔) 𝑪𝒂(𝒂𝒒)
𝟐+ + 𝑪𝑶𝟑(𝒂𝒒)
𝟐− (1) Kps = 4,5.10−9 
Assim como evidenciado pela constante de solubilidade do 𝐶𝑎𝐶𝑂3, os carbonatos são 
praticamente insolúveis em água. Logo, foi preciso realizar a abertura da amostra ao se 
adicionar 2mL de HCl para provocar a dissolução da amostra. 
𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑(𝒔) + 𝟐𝑯𝑪𝒍(𝒄) → 𝑪𝑶𝟐(𝒈) + 𝑪𝒂𝑪𝒍𝟐(𝒂𝒒) + 𝑯𝟐𝑶(𝒍) (2) 
Adicionou-se 5mL de água e para auxiliar na dissolução da amostra, os erlenmeyers foram 
aquecidos brandamente numa chapa. Dentre os produtos formados, destaca-se o 𝐶𝑎𝐶𝑙2 que é 
extensamente solúvel em água e permanece em solução na forma de seus íons solvatados: 
𝐂𝐚𝐂𝐥𝟐(𝐚𝐪) 𝐂𝐚(𝐚𝐪)
𝟐+ + 𝟐𝐂𝐥(𝐚𝐪)
− (3) Kps = 1,21.103 
A amostra teve seu pH neutralizado com NaOH 1M. Tendo agora a espécie 𝐶𝑎2+em solução, 
adicionou-se apenas 5mL da solução tampão 𝑁𝐻3/𝑁𝐻4
+ de pH 10 e o indicador sólido preto de 
eriocromo T. O grupo ácido sulfônico desse indicador cede seu próton muito antes da faixa de 
pH 7-12, a qual é a faixa de interesse. Logo, como somente a dissociação de dois átomos de 
hidrogênio precisa ser considerada, a equação geral pode ser representada por: 
Mecanismo geral: 𝑀2+ + 𝐻𝐷2−(𝐴𝑍𝑈𝐿) ⇌ 𝑀𝐷(𝑉𝐸𝑅𝑀) + 𝐻
+ 
𝑪𝒂𝟐+ + 𝑯𝑫𝟐−(𝑨𝒁𝑼𝑳) ⇌ 𝑪𝒂𝑫(𝑽𝑬𝑹𝑴) + 𝑯
+ (4) 
Já o EDTA (ácido etilenodiamino tetra-acético) atua como um agente complexante 
hexadentado, visto que ele pode complexar o íon metálico através de seis pontos de 
coordenação. O EDTA, devido sua natureza ácida e sua capacidade de formar complexos 
solúveis, forma complexos estáveis em solução aquosa na proporção 1:1. 
Mecanismo geral de reação com cátions metálicos: 
Mn+H2Y
2− → MY(n−4)+ + 2H+ 
Ao se iniciar a titulação, o EDTA reage com os íons 𝐶𝑎2+ livres em excesso na solução, 
formando o complexo [𝐶𝑎 − 𝐸𝐷𝑇𝐴]2+. Ao longo da titulação e com o término de íons cálcio 
livres uma gota a mais de EDTA deixará o indicador na forma livre 𝐻𝐷2−, de cor azul, que 
indica o término da titulação: 
[𝑪𝒂 − 𝑬𝒓𝒊𝒐 𝑻]𝟐+ + 𝑬𝑫𝑻𝑨 → [𝑪𝒂 − 𝑬𝑫𝑻𝑨]𝟐+ + 𝑬𝒓𝒊𝒐 𝑻𝒍𝒊𝒗𝒓𝒆 (𝒂𝒛𝒖𝒍) (5) 
 
1.2 QUANTIFICAÇÃO DO PERCENTUAL DE MASSA DE CÁLCIO NA CASCA DO OVO 
1.2.1 PADRONIZAÇÃO DO EDTA 
 A massa de EDTA pesada experimentalmente foi de 1,9973g 
 Molaridade teórica: 0,01367 mol/L 
 
 A massa de CaCO3 pesada experimentalmente foi de 0,1202g 
 Molaridade teórica: 0,00601 mol/L 
 
Os volumes obtidos experimentalmente foram de: 
 
V1= 25,3 ml 
V2= 24,2 ml 
V3= 24 ,4 ml 
 
DADOS ESTATÍSTICOS: 
Desvio padrão relativo =2,28% 
Média de Volume = 24,6 ml 
Volume Teórico = 22 ml 
 
Analisando os dados experimentais, observa-se que houve uma porcentagem de erro 
relativamente alta, isso se deve principalmente ao excesso de indicador utilizado que 
dificultou a observação do ponto de viragem, ocasionando assim erros nas medidas. 
Utilizando a fórmula: 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐶𝑎2+)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐶𝑎2+) = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐸𝐷𝑇𝐴)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐸𝐷𝑇𝐴) 
Determinou-se a molaridade experimental de acordo com cada volume. 
Tabela – Molaridade do EDTA 
Volume (ml) Molaridade (mol/L) 
25,3 ml 0,01187 mol/L 
24,2 ml 0,01241 mol/L 
24,4 ml 0,01232 mol/L 
Média = 24,6 ml Média = 0,0122 mol/L 
1.2.2 DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE Ca2+ NA CASCA DE OVO 
 Peso (g) Volume para azul (ml) % de Ca²⁺ 
 0,02019g 18,2 ml 44% 
 0,02019g 18,6 ml 45% 
 0,02030g 18,5 ml 44,5% 
Média 0,02022g 18,4 ml 44,5% 
 
Para o cálculo da % de Ca²⁺ seguiu-se os seguintes passos: 
Como o EDTA é 1:1 com o Ca²⁺, e sabe-se a molaridade do EDTA e o volume gasto para titulação, 
então: 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐶𝑎2+)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐶𝑎2+) = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐸𝐷𝑇𝐴)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐸𝐷𝑇𝐴) 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐶𝑎2+)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐶𝑎2+) = 0,0122𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑥 
18,2 𝑚𝑙
1000𝑚𝑙
 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐶𝑎2+)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐶𝑎2+) = 2,2204𝑥10ˉ4 
Para determinar a quantidade de Ca²⁺ em gramas presentes, multiplicou-se o N° de mols de Ca²⁺ pela 
massa molar (que no caso é 40g/mol). 
2,2204𝑥10ˉ4 𝑥 40𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 0,0088816 𝑔/𝐿 
Para determinar a porcentagem na massa pesada, efetua-se uma regra de três. 
%𝑥 = 
0,0088816𝑔
0,02019𝑔
∗ 100 = 44% 
E assim foi feito para todos os outros dois volumes e a média de volumes da titulação. 
 
2. Calcule o valor de p𝐶𝑎2+no ponto de equivalência para o experimento de padronização do 
EDTA. Lembrem-se: a solução tampão 𝑁𝐻3/𝑁𝐻4
+ apresentava pH=10. 
 
2.1 DADOS E RESULTADOS DA TITULAÇÃO COM EDTA 
 Sabendo que: 
𝑁°𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶𝑎2+ = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎2+𝑥 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎2+ 
𝑁°𝑚𝑜𝑙𝑠 𝐸𝐷𝑇𝐴 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 𝑥 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 
𝑉𝑇 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝐷𝑇𝐴 + 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎2+ 
 
 Volume necessário para o Ponto estequiométrico: 
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐶𝑎2+)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐶𝑎2+) = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜(𝐸𝐷𝑇𝐴)𝑥𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐸𝐷𝑇𝐴) 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒(𝐸𝐷𝑇𝐴) = 24,6 𝑚𝑙 
 
2.2. ESSE PONTO ILUSTRA O CÁLCULO EFETUADO NO PONTO ESTEQUIOMÉTRICO 
Volume de EDTA = 24,6 ml. 
Como o sistema foi tamponado com uma solução de pH =10, deve-se levar em conta que o pH 
irá afetar o K’f. 
 
𝐾’𝑓 = 𝑎𝑌4ˉ𝐾𝑓 = (0,30)(1,8𝑥1010) = 5,4𝑥109𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
[𝐶𝑎2+] =
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶𝑎2+𝑥 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎2+
𝑉𝑇
 
 
[𝐶𝑎2+] =
0,00601 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑥 50𝑚𝑙 
74,6𝑚𝑙
= 0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 
Tabela de Equilíbrio 
𝐶𝑎2+ + 𝐸𝐷𝑇𝐴 → 𝐶𝑎𝑌2ˉ 
0 0 0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿 
 𝑋 𝑋 0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿 − 𝑋 
 
𝐾′𝑓 = 
[𝐶𝑎𝑌2ˉ]
[𝐸𝐷𝑇𝐴][𝐶𝑎2+]
 = 
0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿−[𝑋]
[𝑋][𝑋]
 = 
0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿−[𝑥]
𝑋2
 
5,4 𝑥 109𝑚𝑜𝑙/𝐿 = 
0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿
𝑋2
 → [x] = √
0,00402 𝑚𝑜𝑙/𝐿
5,4𝑥109𝑚𝑜𝑙/𝐿
 
[x] = 8,63 x 10ˉ⁷ mol/L 
 
𝑝𝐶𝑎2+ = − 𝑙𝑜𝑔[𝐶𝑎2+] 
𝑝𝐶𝑎2+ = − 𝑙𝑜𝑔[8,63 x 10ˉ⁷mol/L] 
𝑝𝐶𝑎2+ = 6,06 
 
 
3. Por que as titulações complexométricas com EDTA devem ser realizadas em meio de tampão 
básico? Justifique. 
O complexo de EDTA com cálcio é considero um complexo fraco, portanto sua dissociação 
deve ser controladopelo pH da solução. Sendo usada solução tampão de NH3/NH4
+, essa 
solução tampão é usada para metais que formam complexos com a amônia. Enquanto que 
complexos mais estáveis pode ser realizado a titulação de íon metálico com valores menores 
de pH. 
 
4. Que tipo de indicador se usou na titulação do cálcio com o EDTA? Como este indicador 
funciona? 
Para a realização da titulação, fez-se o uso do 1-(1-hidroxi-2-naftilazo)-6-nitro-2-naftol-4-
sulfonato de sódio (Preto de Eriocromo T) como indicador. Este faz parte da classe de 
indicadores conhecidos como metalcrômicos, sendo estes corantes capazes de reagir com um 
cátion metálico e formando, assim, um complexo cuja cor é diferente daquela apresentada 
pelo indicador na forma não complexada. 
O Erio T é um dos mais antigos e mais usados indicadores de complexação, sendo usado 
exclusivamente na faixa de pH entre 7 e 11 onde a forma azul do indicador predomina na 
ausência de íons metálicos. Apesar do Erio T formar complexos vermelhos com vário metais 
somente alguns desses complexos tem uma estabilidade necessária para permitir uma 
mudança de cor apropriada no ponto final de uma titulação direta com o EDTA. Esse indicador 
é usado mais frequentemente na titulação direta de 𝑀𝑔2+, 𝐶𝑎2+, 𝐶𝑑2+, 𝑍𝑛2+ e 𝑃𝑏2+. 
O grupo ácido sulfônico do indicador cede seu próton muito antes da faixa de pH 7-12, que é a 
faixa de interesse no uso do Erio T como indicador de metal. Os complexos metálicos do Erio T 
são geralmente vermelhos. Logo, para se observar a mudança de cor com esse indicador o pH 
da solução deve estar entre 7 e 11 de modo que a cor azul do indicador domine quando o 
titulante “quebrar” o complexo vermelho metal-Erio T no ponto final. 
𝑀𝐼𝑛− + 𝐸𝐷𝑇𝐴 → 𝑀𝑌 2− + 𝐻𝐼𝑛2− 
As propriedades ácido-base do indicador podem ser resumidas pelas seguintes reações de 
ionização: 
 
5.1 Curiosidade – possível erro com relação ao uso do Preto de Eriocromo T como indicador: 
Se a quantidade de indicador adicionada for excessiva, existe um risco de ocorrer um erro no 
final da titulação. Isto porque, o Eriocromo T, sendo um ácido, pode reagir tanto com o 
analito quanto com o titulante.