Experimento 7

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Experimento 7
Preparo e Padronização de Solução de KMnO4 e Análise de Água Oxigenada Comercial
Introdução
As reações que envolvem a transferência de elétrons de uma espécie à outra são chamadas de reações de oxi-redução ou simplesmente redox. A perda ou o ganho de elétrons é formalmente indicada pela variação do número de oxidação das espécies envolvidas na reação redox.
As substâncias que retiram elétrons de outras espécies e, assim, ganham elétrons durante a reação redox são chamadas de agentes oxidantes. Seus números de oxidação diminuem durante a reação. Já as substâncias que perdem elétrons e os doam para a espécie oxidante são chamadas agentes redutores e seus números de oxidação aumentam durante a reação.
As reações redox podem ser utilizadas como método analítico titulométrico. Os métodos de volumetria de oxi-redução dependem dos potenciais de eletrodo envolvidos nas semi-reações, os reagentes devem ser estáveis no meio da titulação, e os estados de oxidação devem ser bem definidos e conhecidos antes da análise. Além disso, é necessário que seja possível padronizar a solução que será utilizada para a determinação da outra espécie, e que exista um meio apropriado para a detecção do ponto final da titulação.	
Permanganometria é uma das técnicas utilizadas como uma titulação de oxi-redução que envolve o uso de permanganatos como agente oxidante com o objetivo de estimar a quantidade de analito presente em uma amostra química desconhecida.
A permanganometria, que faz uso do permanganato de potássio como reagente volumétrico, é o mais importante dos métodos volumétricos de oxidação-redução, sendo o permanganato de potássio um poderoso agente oxidante. Tal método não necessita o uso de indicadores porque a coloração violeta intensa do íon permanganto indica o ponto final da titulação. Em geral, as titulações permanganométricas são realizadas em meio ácido, para facilitar a oxidação da substância em análise. A desvantagem da permanganometria seria o permanganato de potássio não possuir características de padrão primário, além de sofrer auto-decomposição quando exposto à luz.
	De maneira específica, o caráter oxidante do ânion permanganato pode ser explicado pela seguinte semi-reação de redução:
Objetivo
	Padronizar a solução de KMnO4 através de uma titulação inversa e determinar a concentração de uma solução de água oxigenada comercial (H2O2 10 volumes) através da volumetria de oxi-redução com a solução de permanganato de potássio devidamente padronizada.
Dados
Solução padrão primário de Na2C2O4 (C = 13,4078g/L e PM = 134,01);
Água oxigenada 10 volumes (3% p/v e PM = 34,02);
Solução de KMnO4 (PM = 158,00);
H2SO4 concentrado – 10% e 20%;
Na2CrO4
Cálculos
A molaridade dos compostos neste experimento é equivalente à normalidade dividida pelo número de elétrons envolvidos, pois os equivalentes gramas são iguais ao mol dividido pelo número de elétrons envolvidos na reação de oxirredução.
Massa de Na2C2O4 necessária para preparar 250mL de solução a 0,1N
2 CO2 + 2 Na+ + 2é = Na2C2O4
Nesta reação há 2 elétrons envolvidos, logo: M = N/2
MNa2C2O7 = mNa2C2O7 / (molNa2C2O7 * VNa2C2O7)
m Na2C2O7 = 0,05 * 134,01 * 0,25
m Na2C2O7 = 1,6751g
Massa de KMnO4 necessária para preparar 500mL de solução a 0,1N
MnO4- + 8 H+ + 5é = Mn2+ + 4 H2O
Nesta reação há cinco elétrons envolvidos, logo: M = N/5
m KMnO4 = 0,02 * 158,00 * 0,50
m KMnO4 = 1,5800g
Volume de H2O2 necessário para preparar 250mL de solução 0,05M
O2 + 2 H+ + 2é = H2O2
Nesta reação há novamente dois elétrons envolvidos, logo: M = N/2
De acordo com as Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) 1 mol de H2O2 está equiparado com 22,4L de O2, portanto temos:
H2O2 = 2 H+ + ½ O2
1mol 11,2L
 1mol/L 11,2 L O2 / L “volumes”
Essa relação entre litros de O2 e litros de solução é chamada de “volume”. Para calcular a concentração molar que corresponde aos 10 “volumes” rotulados na embalagem de água oxigenada utilizada, basta fazer uma simples regra de três, já que 1L da solução 10 “volumes” libera 10 volumes de oxigênio, e uma solução 1M de H2O2 libera 11,2 volumes:
1mol/L ----- 11,2 volumes
x ----- 10 volumes
x = 0,892857143 mol/L
Para preparar 250mL da solução de água oxigenada 0,05M, tem-se que:
Mi * Vi = Mf * Vf
0,892857143 * Vi = 0,05 * 250
Vi = 12,5 / 0,892857143
Vi = 14,00mL
Molaridade exata da solução de Na2C2O4 (padrão primário)
Sabendo que a concentração do padrão primário utilizado é de 13,4078g/L, para transformar em concentração molar basta dividi-la pelo mol do oxalato de sódio:
MNa2C2O4 = C / mol
MNa2C2O4 = 13,4078 / 134,01
MNa2C2O4 = 0,100050742 mol/L 
Molaridade exata da solução de KMnO4
Titulou-se gota a gota no erlenmeyer com uma mistura aquecida de oxalato de sódio (alíquota de 5,00mL) e ácido sulfúrico 10%, o permanganato de potássio, ocorrendo a seguinte reação:
5 C2O4= + 2 MnO4- + 16H+ 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
Assim, pode-se afirmar que a relação entre o número de moles envolvidos na reação é:
5 * nº mmols MnO4- = 2 * nº mmoles C2O4=
Portanto:
5 * [MnO4-] * VmédioKMnO4 = 2 * [C2O4=] * Valíquota Na2C2O4
[MnO4-] = (2 * 0,100050742 * 5,00) / (5 * 8,83)
[MnO4-] = 0,0227M
OBS: O volume médio de KMnO4 foi determinado pela média aritmética dos volumes obtidos por todos os alunos da turma.
Concentração da amostra original de água oxigenada em molaridade, %p/v e “volumes”
Titulou-se gota a gota no erlenmeyer que continha a amostra de água oxigenada (alíquota de 10,00mL) e ácido sulfúrico 20%, o permanganato de potássio que foi padronizado anteriormente, ocorrendo a seguinte reação:
5 H2O2 + 2 MnO4- + 6 H+ 5 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
Assim, pode-se afirmar que a relação entre o número de moles envolvidos na reação é:
5 * nº mmols MnO4- = 2 * nº mmols H2O2
Portanto:
5 * [MnO4-] * VmédioKMnO4 = 2 * [H2O2]dil. * ValíquotaH2O2
[H2O2]dil. = (5 * 0,0227 * 10,00) / (2 * 10,00)
[H2O2]dil. = 0,05675M
OBS: O volume médio de KMnO4 foi determinado pela média aritmética dos volumes obtidos através de duas titulações consecutivas: V1 = 10,00mL e V2 = 10,00mL.
Tal molaridade encontrada é a concentração molar da solução diluída, porém deseja-se encontrar a concentração molar, %p/v e em “volumes” da água oxigenada comercial (concentrada), logo, é necessário usar o fator de diluição:
fd = (volume do balão) / (volume da amostra)
Como, para a análise, utilizou-se um balão de 250mL e uma alíquota de 7,00mL de água oxigenada concentrada, tem-se que:
fd = 250 / 14 
Para encontrar a concentração de H2O2 concentrada, basta multiplicar o fator de diluição calculado acima pela concentração da solução diluída:
[H2O2]conc. = [H2O2]dil. * fd
[H2O2]conc. = 0,05675 * (250/14)
[H2O2]conc. = 1,01339286 mol/L = 1,013 mol/L
Descoberta a molaridade, sabe-se a concentração em g/L, já que M = [(m)/(mol * V)] e C = m/V. Então M e C se relacionam da seguinte maneira:
C = [H2O2]conc. * mol
Portanto,
C = 1,01339286 * 34,02
C = 34,4756250 g/L
Encontrada a quantidade de massa de H2O2 em 1000mL (1L) de solução, para calcular a %p/v é preciso resolver a seguinte regra de três:
C (g/L) ----- 1000mL
x g ----- 100mL
x = 3,44756250 g/100mL = 3,45 %p/v
	Com a molaridade da solução concentrada também pode-se encontrar a concentração em “volumes” desta água oxigenada:
1mol/L ----- 11,2 “volumes”
[H2O2]conc. = 1,01339286 ----- x “volumes”
x = 11,35 “volumes”
Conclusão
Conclue-se que a concentração da solução de água oxigenada utilizada foi de 1,013 mol/L, 11,35 volumes e 3,45 g/L. Tal conflito entre os valores encontrados com o fornecido no rótulo pode ser explicado por eventuais erros durante o experimento e pela perda natural da água oxigenada devido a sua decomposição em oxigênio com o tempo.
Como tal decomposição ocorre tão facilmente, é de se esperar que a concentração inicial de água oxigenada presenteno frasco seja maior do que os 10 volumes, uma vez que o reagente possui data de validade definida e o fabricante deve garantir que até o prazo de validade, a concentração seja aquela indicada no rótulo.
Por fim, quanto ao tipo de titulação utilizada, verificou-se que tem uma vantagem muito evidente, já que o indicador da padronização é o próprio permanganato, visto que o seu excesso em uma solução incolor provoca a coloração dessa solução.
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.