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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO INSTITUTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS, QUÍMICAS E FARMACÊUTICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA Análise de ácido fraco e Pontenciometria Gabriella Soares da Silva Renan Morassato Thainá Araujo Bispo Unidade Curricular: Química Analítica Geral 2 DIADEMA/SP 2017 1 Análise de ácido fraco 1.1 Padronização da solução de hidróxido de sódio (NaOH) O cálculo da concentração de NaOH foi realizado por meio da determinação de mols de biftalato de potássio consumido na titulação. 𝑛1 = 0,4083 𝑔 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 204,22 𝑔 𝑚𝑜𝑙⁄ 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 = 1,999. 10−3𝑚𝑜𝑙 𝑐1 = 1,999. 10−3𝑚𝑜𝑙 ∗ 1000 𝑚𝐿 21,2 𝑚𝐿 = 0,09429 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑛2 = 0,4085 𝑔 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 204,22 𝑔 𝑚𝑜𝑙⁄ 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 = 2. 10−3𝑚𝑜𝑙 𝑐2 = 2. 10−3𝑚𝑜𝑙 ∗ 1000 𝑚𝐿 21,2 𝑚𝐿 = 0,0942 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑛3 = 0,4085 𝑔 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 204,22 𝑔 𝑚𝑜𝑙⁄ 𝐾𝐻𝐶4𝐻4𝑂4 = 1,999. 10−3𝑚𝑜𝑙 𝑐3 = 1,999. 10−3𝑚𝑜𝑙 ∗ 1000 𝑚𝐿 21,2 𝑚𝐿 = 0,0943 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑐̅ = 0,09429 + 0,0942 + 0,0943 3 = 0,0943 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 = ±0,0006 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝑑𝑒𝑠𝑣𝑖𝑜 𝑝𝑎𝑑𝑟ã𝑜 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 = 0,0006 0,0943 ∗ 100 = 0,636% 1.2 Acidez total A acidez foi determinada por meio da relação C 1 V 1 =C 2 V 2 , pois a relação estequiométrica é 1:1 e por fim considerado o fator de diluição e da alíquota da solução ácida. V1 = V2 = 7,4 mL 𝑛1 = 0,00943 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 7,4 𝑚𝐿 1000 𝑚𝐿 = 6,978.10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿⁄ 100(𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖çã𝑜) ∗ 10(𝑎𝑙𝑖𝑞𝑢𝑜𝑡𝑎) = 0,6978 𝑚𝑜𝑙/𝐿 V3 = 7,5 mL 𝑛1 = 0,00943 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 7,5 𝑚𝐿 1000 𝑚𝐿 = 7,0725.10−4 𝑚𝑜𝑙 𝐿⁄ ∗ 100(𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖çã𝑜) ∗ 10(𝑎𝑙𝑖𝑞𝑢𝑜𝑡𝑎) = 0,70725 𝑚𝑜𝑙/𝐿 1.3 Acidez em m/v V1 = V2 = 7,4 mL 0,6978 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 60,05 𝑔 𝐻𝑎𝑐 𝑚𝑜𝑙 = 41,9029 𝑔/𝐿 V3 = 7,5 mL 0,700725 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 60,05 𝑔 𝐻𝑎𝑐 𝑚𝑜𝑙 = 42,47036 𝑔/𝐿 Concentração média = 0,70095 mol/L 0,70095 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 60,05 𝑔 𝐻𝑎𝑐 𝑚𝑜𝑙 = 42,09 𝑔/𝐿 1.4 Constante de dissociação Na titulação de um ácido monoprótico fraco com uma base forte, tem o pH igual ao pKa na metade do volume do ponto estequiométrico. Ou seja, pelo gráfico 1, usando o volume do ponto estequiométrico igual a 7 mL e consultado o valor de pH na tabela 1, teremos como pH: 𝑃𝐸 = 7 𝑚𝐿 → 𝑃𝐸 2 = 7 2 → 𝑃𝐸 2 = 3,5 𝑚𝐿 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 → 𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎 → 𝐾𝑎 = 10−𝑝𝐻 → 𝐾𝑎 = 10−4,55 = 2,82.10−5 O Ka encontrado tem a mesma ordem de grandeza do Ka encontrado na literatura, 10 -5 , porém o valor da base apresenta uma unidade a mais. Essa diferença pode ter como justificativa o fato do pH ser medido de forma indireta pelo potenciômetro, sendo necessário que o equipamento seja calibrado e erro na leitura da bureta. 1.5 Cálculo do pH no ponto estequiométrico [𝑂𝐻−] = √𝑘𝑏 ∗ [𝐴𝐶−] [𝐴𝐶−] = 𝑛𝑁𝑎𝑂𝐻 − 𝑛𝐻𝑎𝑐 = 0,0943 − 0,070095 = 0,0242 𝑚𝑜𝑙 𝐿⁄ 𝑘𝑏 = 𝑘𝑤 𝑘𝑎 = 10−14 2.82−5 = 3,57.10−10 [𝑂𝐻−] = √(3,57.10−10) ∗ (0,0242) = 2,94.10−6 𝑝𝑂𝐻 = − log(2,94.10−6) = 5,53 → 𝑝𝐻 = 14 − 5.53 = 8.46 2 Potenciômetro Tabela 1: Valor de pH em função da adição de titulante (hidróxido de sódio). Volume (mL) pH pH pH Média do pH Desvio Padrão Desvio Padrão Relativo 0 3,32 3,35 3,34 3,34 0,0153 0,4580 0,5 3,64 3,60 3,63 3,62 0,0208 0,5745 1 3,77 3,80 3,79 3,79 0,0153 0,4036 1,5 4,02 4,06 4,0 4,03 0,0305 0,7568 2 4,16 4,21 4,17 4,18 0,0264 0,6315 2,5 4,30 4,29 4,27 4,29 0,0153 0,3566 3 4,43 4,45 4,40 4,43 0,0251 0,5666 3,5 4,53 4,57 4,54 4,55 0,0208 0,4571 4 4,60 4,69 4,66 4,65 0,0458 0,9849 4,5 4,85 4,80 4,79 4,81 0,0321 0,6673 5 4,99 5,04 5,03 5,02 0,0264 0,5259 5,5 5,10 5,18 5,19 5,16 0,0493 0,9554 6 5,30 5,33 5,28 5,30 0,0251 0,4736 6,5 5,69 5,60 5,66 5,65 0,0458 0,8106 7 6,18 6,15 6,20 6,18 0,0251 0,4061 7,5 9,96 9,86 9,89 9,90 0,0513 0,5181 8 10,90 11,06 10,93 10,96 0,0850 0,7755 8,5 11,17 11,19 11,25 11,17 0,0416 0,3724 9 11,47 11,45 11,48 11,47 0,0153 0,1334 9,5 11,68 11,60 11,60 11,63 0,0462 0,3972 10 11,76 11,75 11,72 11,74 0,0208 0,1771 Gráfico 1: pH em função do volume de NaOH adicionado. 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 p H Volume de titulante (mL) pH x Volume de NaOH pH Tabela 2: Primeira derivada e segunda derivada da curva de titulação. Gráfico 2: Segunda derivada da curva de titulação. -2 0 2 4 6 8 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 (d p H /d v) Vm - Volume de titulante (mL) 1ª derivada x volume de NaOH 1ª derivada Volume (mL) Média do pH ΔV ΔpH Vm ΔpH/ΔV (Vm)m Δ (ΔpH/ΔV) 0 3,34 0,5 3,62 0,5 0,28 0,25 0,56 1 3,79 0,5 0,17 0,75 0,34 0,5 -0,22 1,5 4,03 0,5 0,24 1,25 0,48 1,0 0,14 2 4,18 0,5 0,15 1,75 0,30 1,5 -0,18 2,5 4,29 0,5 0,11 2,25 0,22 2,0 -0,08 3 4,43 0,5 0,14 2,75 0,28 2,5 0,06 3,5 4,55 0,5 0,12 3,25 0,24 3,0 -0,04 4 4,65 0,5 0,10 3,75 0,20 3,5 -0,04 4,5 4,81 0,5 0,16 4,25 0,32 4,0 0,12 5 5,02 0,5 0,21 4,75 0,42 4,5 0,10 5,5 5,16 0,5 0,14 5,25 0,28 5,0 -0,14 6 5,30 0,5 0,14 5,75 0,28 5,5 0 6,5 5,65 0,5 0,35 6,25 0,70 6,0 0,42 7 6,18 0,5 0,53 6,75 1,06 6,5 0,36 7,5 9,90 0,5 3,72 7,25 7,44 7,0 6,38 8 10,96 0,5 1,06 7,75 2,12 7,5 -5,32 8,5 11,17 0,5 0,21 8,25 0,42 8,0 -1,7 9 11,47 0,5 0,3 8,75 0,6 8,5 0,18 9,5 11,63 0,5 0,16 9,25 0,32 9,0 -0,28 10 11,74 0,5 0,11 9,75 0,22 9,5 -0,1 Gráfico 3: Segunda derivada da curva de titulação. 2.1 Ponto final da titulação O melhor gráfico é o 2 referente à primeira derivada versus volume de NaOH, pois sendo o ponto final da titulação o ponto estequiométrico, que no gráfico é apresentado como ponto de inflexão na qual a derivada é zero. De acordo com o gráfico o volume que apresenta o ponto de inflexão é 7,5 mL que apresenta uma média de pH igual 9,90 de acordo com a tabela 1. 2.2 Cálculo de concentração Usando o volume referente ao gráfico 2 que tem como volume o ponto estequiométrico 7,5 mL apresentado pH 9,90. O cálculo da concentração foi realizado determinado a diferença entre a quantidade mols de OH - que reagiu durante a titulação com a inicia (concentração da solução padronizada), sendo esse valor igual ao de H + ionizado pelo ácido acético no equilíbrio da solução, por fim, foi considerado o fator de diluição e da alíquota da solução ácida. 𝑝𝐻 = 9.90 → 𝑝𝑂𝐻 = 14 − 9.90 = 4.1 𝑝𝑂𝐻 = − log[𝑂𝐻−] → [𝑂𝐻−] = 10−𝑝𝑂𝐻 → [𝑂𝐻−] = 10−4,1 = 0,000079 𝑚𝑜𝑙/𝐿 0,000079 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 100(𝑑𝑖𝑙𝑢𝑖çã𝑜) = 0,0079 𝑚𝑜𝑙/𝐿 [𝐻+] = [𝑂𝐻−]𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − [𝑂𝐻−]𝑖𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 → 0,0079 − 0,0943 = 0,0861 𝑚𝑜𝑙/𝐿 0,086 𝑚𝑜𝑙 𝐿 ∗ 10(𝑎𝑙𝑖𝑞𝑢𝑜𝑡𝑎) = 0,861 𝑚𝑜𝑙/𝐿 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 10d (d p H /d V ) (Vm)m- Volume de titulante (mL) 2ª derivada x Volume de NaOH 2ª derivada 2.3 Comparação No ponto final da titulação pelo método visual o pH apresentou um valor de 8,46 e pelo método potenciométrico o valor da média do pH é 9,90. O valor maior pelo método potenciométrico pode ser justiçado pelo fato o pHmetro medir o pH de forma indireta, sendo necessário sua calibração que foi realizada somente pela faixa de pH 4.1 até 7,0. Com isso valores acima de 7,0 não serão identificados de forma precisa pelo aparelho, justificandoa diferença do resultado pelos métodos. Além de o método visual conter erros de leitura do volume na bureta e o fato do indicador de fenolftaleína ter seu ponto de viragem entre o pH 8,2 e 10,0, o que pode causar uma leve diferença no ponto final da titulação, já que esse ponto é notado pela diferença de cor.
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