Experimento 5

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Experimento 5
Determinação do Teor de NaOH em Soda Cáustica Comercial
Introdução
O hidróxido de sódio (NaOH), também conhecido como soda cáustica, é, nas condições ambiente, um sólido branco bastante higroscópico, isto é, absorve a água presente no ar. Trata-se de uma base forte, podendo ser facilmente utilizada para neutralizar ácidos fortes ou tornar rapidamente alcalino um meio reacional, mesmo em poucas concentrações. 
Tal hidróxido cáustico é utilizado na indústria, principalmente como base química, na fabricação de papel, tecidos, detergentes, alimentos e biodiesel. Reage de forma exotérmica com a água e é produzido nas indústrias cloro-álcali por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura - NaCl), sendo produzido juntamente com o cloro. Por possuir uma alta reatividade o hidróxido de sódio é amplamente utilizado em diversas reações químicas.
A soda cáustica comercial tem como principal substância o NaOH, porém, devido à absorção de umidade e de CO2 do ar, pode reagir com o último resultando na formação de Na2CO3 como impureza, decorrente da seguinte reação: 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O. Daí a necessidade de determinar o teor de NaOH e de Na2CO3 na soda cáustica comercial.
Para análise de uma mistura de carbonato e hidróxido, o método mais empregado consiste na determinação do álcali total (carbonato + hidróxido) por uso da técnica de titulação acoplada, que utiliza dois indicadores, com ácido padrão.
Objetivo
	O objetivo desta prática foi determinar o teor do componente principal da soda cáustica comercial, o NaOH, e do íon carbonato (CO3-2) proveniente da absorção de CO2 como contaminante do ar.
Dados
•	Solução de HCl (PM = 36,46 e M = 0,1039 mol/L);
•	Soda cáustica de C = 10,0061g/L - PM(NaOH) = 40,00 e PM(Na2CO3) = 106,00;
•	Na2CO3: Ka1 = 4,30 * 10-7; Ka2 = 4,80 * 10-11;
•	Indicadores: fenolftaleína (8,00 – 10,0) e alaranjado de metila (3,10 – 4,40).
Cálculos
Volumes de HCl gastos com o NaOH e com o Na2CO3
A fim de determinar as concentrações de OH- e CO3-2 (consequentemente determinar as concentreções de hidróxido de sódio e de carbonato) presentes na soda cáustica, utilizaram-se dois indicadores, já que as hidroxilas liberadas pelo hidróxido de sódio são tituladas separadamente dos carbonatos liberados pelo carbonato de sódio, resultando em dois PE’s.
Transferiu-se uma alíquota de 5,00mL de solução aquosa de soda cáustica para um erlenmeyer com 50,00mL de água destilada e 1 gota do indicador fenolftaleína. Antes da adição do indicador, a solução era incolor, e após a adição tornou-se rosa, comprovando o caráter básico. Tal solução foi titulada duas vezes com uma solução de HCl até apresentar-se incolor, fornecendo os volumes:
Vf1 = 11,35mL, Vf2 = 11,35mL
Vf volume de HCl adicionado usando fenolftaleína.
A titulação também forneceu dois volumes de HCl para o segundo PE, que puderam ser obtidos adicionando uma gota do indicador alaranjado de metila (é importante ressaltar que a bureta não é zerada antes de achar o Val):
Val1 = 12,35mL, Val2 = 12,35mL
Val volume de HCl adicionado usando alaranjado de metila.
No Vf, ocorre a titulação de toda a parcela de OH- e metade da quantidade de CO3-2, pois:
	OH-
	+
	H+
	
	H2O
	
	
	
	
	
	CO3-2
	+
	H+
	
	HCO3-
Portanto,
Vf = VOH- + VCO3-2 
O segundo PE ocorre com o resto do carbonato.
	CO3-2
	+
	H+
	
	HCO3-
Como Val representa o volume total de HCl gasto, então:
Val = Vf + VCO3-2
Com essas duas equações relacionando os volumes de HCl é possível encontrar as titulações de hidroxila e de carbonato presentes na mistura alcalina titulada.
% p/p de Na2CO3 na amostra de soda cáustica
Para obter o volume de HCl utilizado para titular o CO3-2, utilizou-se as equações provadas anteriormente:
VCO3-2= Val - Vf
V CO3=1 = 1,00mL e V CO3=2 = 1,00mL
Vmédio = (V CO3-21 + V CO3-22) / 2 
Vmédio = 1,00mL
A relação entre o número de mols de carbonato e ácido clorídrico não é de 1 para 1 (como aconteceu entre o HCl e o NaOH) e sim de 1 para 2. Portanto, o número de mols de HCl é igual a 2 vezes o número de mols de Na2CO3 no segundo ponto de equivalência. Com isso, pode-se achar a concentração de Na2CO3 presente na mistura, sabendo que o volume da amostra é 5,00mL.
2 * nº mols Na2CO3 = nº mols HCl
2 * Vamostra * M Na2CO3 = V médio HCl (utilizado apenas na titulação do CO3-2) * MHCl
M Na2CO3 = (1,00 * 0,1039) / (2 * 5,00)
M Na2CO3 = 0,01039 mol/L
Como M = [(m)/(mol * V)] e C = m/V, logo: C = M * mol
Utilizando a fórmula acima, pode-se achar a concentração de Na2CO3 na soda cáustica:
CNa2CO3 = [Na2CO3] * 106,00
CNa2CO3 = 1,10134 g/L
Comparando a concentração calculada acima com a concetração fornecida pelo rótulo do produto, pode-se encontrar a porcentagem de Na2CO3 na soda cáustica a partir da seguinte relação:
10,0061g ----- 100%
1,10134 ----- x%
x = 11,01 %
% p/p de NaOH na amostra de soda cáustica
Para obter o volume de HCl utilizado para titular as hidroxilas do NaOH, utilizou-se as equações provadas acima:
VOH- = Val - 2VCO3-2
VOH-1 = 10,35mL e VOH-2 = 10,35mL
Vmédio = (VOH-1 + VOH-2) / 2 
Vmédio = 10,35mL
Tendo em vista que a estequiometria da reação entre HCl e NaOH é de 1 para 1, é possível confirmar que o número de mols de HCl é igual ao número de mols de NaOH no ponto de equivalência. Com isso, pode-se achar a concentração de NaOH presente na mistura, sabendo que o volume da amostra é 5,00mL.
nº mols NaOH = nº mols HCl
Vamostra * MNaOH = Vmédio HCl (utilizado apenas na titulação do OH-) * MHCl
MNaOH = (10,35 * 0,1039) / 5,00
MNaOH = 0,215073 mol/L
Como M = [(m)/(mol * V)] e C = m/V, logo: C = M * mol
Utilizando a fórmula acima, pode-se achar a concentração de NaOH na soda cáustica:
CNaOH = [NaOH] * 40,00
CNaOH = 8,60292 g/L
Comparando a concentração calculada acima com a concetração fornecida pelo rótulo do produto, pode-se encontrar a porcentagem de NaOH na soda cáustica a partir da seguinte relação:
10,0061g ----- 100%
8,60292g ----- x%
x = 85,98%
Curva de titulação Na2CO3 x HCl (utilizando 25,00mL de Na2CO3 e [HCl] = [Na2CO3] = 0,100M )
VHCl = 0,00mL
 CO3-2 + H2O HCO3- + OH-
 	0,100 - x x x
Kh1 = Kw / Ka2
Kh1 = [HCO3-] * [OH-] / [CO3=]
2,08 * 10-4 = x2 / (0,100 – x)
x = [OH-] = 4,56 * 10-3 M
pOH = 2,34
pH = 11,7
VHCl = 5,00mL (região tampão)
nºmmols CO3= iniciais = 25,00 * 0,100 = 2,50
nºmmols de H+ adicionados = nºmmols de HCO3- formado = 5,00 * 0,100 = 0,50
nºmmols de CO3= restantes = 2,50 - 0,50 = 2,00
Ka2 = ( [H+] * [CO3=] ) / [HCO3-]
[H+] = (Ka2 * nºmmols de HCO3- formado) / nºmmols de CO3= restantes
[H+] = 4,80 * 10-11 * 0,50 / 2,00 = 1,20 * 10-11 M
pH = 10,9
VHCl = 12,50mL (primeiro ponto de semi neutralização)
pH = p Ka2 
pH = 10,3
VHCl = 25,00mL (1º PE – solução de HCO3- - sal anfótero)
[H+] = (Ka1 * Ka2)1/2
[H+] = (4,30 * 10-7 * 4,80 * 10-11)1/2
[H+] = 4,54 * 10-9 M
pH = 8,34
VHCl = 30,00mL (5,00mL após o 1º PE)
nºmmols HCO3- iniciais = 25,00 * 0,100 = 2,50
nºmmols de H+ adicionados = nºmmols de H2CO3 formado = 5,00 * 0,100 = 0,50
nºmmols de HCO3- restantes = 2,50 - 0,50 = 2,00
Ka1 = ([H+] * [HCO3-] ) / [H2CO3]
[H+] = (Ka1 * nºmmoles de H2CO3 formado) / nºmmoles de HCO3- restantes
[H+] = 4,30 * 10-7 * 0,50 / 2,00 = 1,08 * 10-7 M
pH = 6,97
VHCl = 50,00mL (2º PE – solução de H2CO3 - sal anfótero)
 H2CO3 HCO3- + H+
[H2CO3] = 2,50 / 75,00 = 3,33 * 10-2 M
Ka1 = [H+] * [HCO3-] / [H2CO3]
4,30 * 10-7 = x2/ (3,33 * 10-2 – x)
x = [H+] = 1,20 * 10-4 M
pH = 3,92
Conclusão
Realizou-se a titulação da soda cáustica para determinar experimentalmente o valor da concentração de NaOH da amostra e o percentual de impureza de Na2CO3 formado a partir da absorção de CO2 do ar. 
Na titulação acoplada, há presença numa mesma alíquota de dois indicadores (fenolftaleína e alaranjado demetila), onde pode-se perceber a passagem dos dois pontos de equivalência. Primeiramente, a fenolftaleína foi adicionada, o que fez com que a solução contida no erlenmeyer ficasse rosa; e de acordo com a titulação chegou ao incolor que indicava o 1°PE; nesse momento a titulação foi interrompida e foi adicionado o alaranjado de metila, o qual deixou a solução amarela; retornou-se a titulação até atingir a coloração casca de cebola que indicava o 2°PE.
A partir das observações dos volumes de HCl e dos cálculos descritos acima encontraram-se os valores do teor de NaOH na solução que é de 85,98% e de Na2CO3 que é de 11,01%. Quanto menor for a concentração de carbonato de sódio na amostra, mais pura ela está, portanto é considerada de melhor qualidade. Analisando a amostra neste procedimento, verificou-se que o teor de Na2CO3 presente foi de 11,01%, caracterizando uma pureza não muito boa no produto, uma vez que esperava-se uma porcentagem menor que 10% e aproximadamente 90% de NaOH.
Bibliografia
Vogel, Arthur Israel. Química analítica qualitativa. São Paulo,1981.
Skoog, Douglas A.; West, Donald M.; Holler, F. James; Crouch, Stanley R. Fundamentos de química analítica. São Paulo, 2006.