Experimento 9

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Experimento 9
Preparo e Padronização de Solução de EDTA e Determinação da Dureza da Água
Introdução
	A volumetria de complexação é mais uma das variedades de titulação, sendo uma técnica de análise volumétrica que tem como objetivo a formação de um complexo de coloração na reação entre o analito e o titulante. Para tal, utiliza-se um indicador metalocrômico, composto orgânico que reage com o metal em questão formando complexo e mudando a coloração da solução para visualização do ponto final da titulação. 
Titulações complexométricas são extrememente úteis para a determinação de diversos íons metálicos em solução. A complexometria compreende a titulação  de íons metálicos com agentes complexantes ou quelantes, sendo um agente quelante qualquer estrutura, da qual façam parte dois ou mais átomos que possuem pares de elétrons sobrando, disponíveis para serem doados e ligarem a íons metálicos formando um complexo. Dentre os complexantes, isto é, ligantes mais comuns pode-se citar a água, responsável pela cor azul das soluções de sais de cobre, a amônia e o EDTA (ácido etilenodiaminotetracético). O EDTA é um agente complexante de grande importância que forma complexos muito estáveis com vários íons metálicos.
Vale ressaltar que nestas titulações é muito importante o ajuste do pH do meio em análise, uma vez que em meio ácido, os íons H+ competirão com os íons metálicos na quelação e em meio alcalino os íons metálicos tendem à formação de hidróxidos alcalinos pouco solúveis gerando precipitado indesejado. Como a ação máxima complexante do EDTA é em meio fortemente alcalino, muitas vezes há necessidade de adição de um agente complexante auxiliar nas titulações.
No procedimento laboratorial desta aula propõe-se a determinação de íon cálcio por complexometria a partir de uma amostra aquosa (a água dura), relacionando-se a concentração deste íon em referência à potabilidade da água. Neste experimento será então determinada a concentração de um importante mineral presente na água potável, o íon cálcio, cujo limite brasileiro de potabilidade é de até 100 ppm, tanto para o íon Ca2+ como para o íon Mg2+. A equação de complexação envolvida é:
Ca2+  +  EDTANa2  →  [Ca-EDTA]  +  2Na+
Objetivo
	Padronizar a solução de EDTA com a solução padrão de CaCO3, determinar a dureza total da água, isto é, íons Ca+2 e Mg+2 e a sua dureza parcial tanto em termos de CaCO3 quanto de MgCO3.
Dados
Solução padrão primário de CaCO3 (C = 2,0111 g/L e PM = 100,00);
Solução de EDTA (PM = 372,24);
Solução de água dura (CCaCO3 = 0,6065 g/L e CMgCO3 = 0,0422 g/L);
Solução tampão NH4OH e NH4Cl (pH 10);
Solução de NaOH 15% (pH 12);
Indicador Negro de Ericromo T (NET);
Indicador murexida.
Cálculos
Massa de CaCO3 necessária para preparar 250mL de solução a 0,01M
MCaCO3 = m CaCO3 / (mol CaCO3 * VCaCO3)
m CaCO3 = 0,01 * 100,00 * 0,25
m CaCO3 = 0,2500g
Massa de EDTA necessária para preparar 500mL de solução a 0,01M
MEDTA = 0,01 * 372,24 * 0,50
mEDTA = 1,8612g
Molaridade exata da solução padrão de íons Ca+2 (CaCO3)
Sabendo que a concentração em gramas por litro da solução do padrão primário é igual a 2,0111, dividindo-a pela sua massa molar, encontramos a concentração molar:
[CaCO3] = C / MM
[CaCO3] = 2,0111 / 100,00
[CaCO3] = 0,020111 mol/L
Molaridade exata da solução de EDTA
Reação ocorrida:
Ca2+ + EDTA Ca-EDTA 
A partir de uma titulação inversa, encontrou-se a concentração molar do EDTA presente da bureta. Para tal padronização, foi necessária uma alíquota de 5,00mL do padrão primário preparado anteriormente, uma solução tampão com o pH 10 e o indicador NET. O ponto final desta titulação pôde ser observado pela variação da cor rosa para azul. Cada aluno titulou uma vez e a média de todos os volumes concordantes foi a média utilizada no cálculo. 
 [EDTA] * VmédioEDTA = [CaCO3] * ValíquotaCaCO3
[EDTA] = (0,020111 * 5,00) / 9,76
[EDTA] = 0,0103 mol/L
OBS: O volume obtido no meu experimento foi 9,80mL.
Dureza total da amostra em termos de CaCO3, em mg/L (ppm) (Ca2+ e Mg2+)
Reação ocorrida:
M2+ + EDTA M-EDTA 
M = Ca2+ e Mg2+
Gotejou-se a solução de EDTA (agora com a molaridade conhecida), que continua na bureta, no erlenmeyer contendo uma alíquota de 10,00mL da solução de água dura, tampão pH 10 e indicador NET. Novamente o ponto final da titulação ocorreu quando a cor da solução variou de rosa para azul. Para esta titulação, todos os alunos da turma realizaram uma vez o procedimento e a média desses volumes obtidos foi a utilizada no cálculo para determinar a dureza total.
[EDTA] * VmédioEDTA = [ÁGUA DURA] * ValíquotaÁguaDura
[ÁGUA DURA] = (0,0103 * 6,24) / 10,00
[ÁGUA DURA] = 0,00642892623 mol/L = 0,00643 M
Dada a relação entre concentração em gramas por litro e concentração molar C = M * mol, tem-se que:
C = [ÁGUA DURA] * mol (CaCO3)
C = 0,0064289 * 100,00
C = 0,64289 g/L = 642,89 mg/L (ppm)
Dureza parcial da amostra em termos de CaCO3 , em mg/L (ppm)
Reação ocorrida:
Ca2+ + EDTA Ca-EDTA 
A fim de determinar a concentração apenas de carbonato de cálcio na amostra de água dura, fez-se uma titulação, com o EDTA ainda na bureta, com a solução de água dura, indicador murexida e solução de NaOH 15%, proporcionando um pH 12 no meio reacional. Dessa forma a quantidade de hidroxila no meio aumentou (quando comparada com a titulação anterior), formando, assim, Mg(OH)2. Portanto, o volume de EDTA gasto nesta titulação é para a formação do complexo com o íon de cálcio (Ca2+).
Sabendo que a alíquota da amostra de água dura utilizada foi igual a 10,00mL, tem-se:
[EDTA] * VmédioEDTA = [CaCO3] * ValíquotaCaCO3
[CaCO3] = (0,0103 * 5,38) / 10,00
[CaCO3] = 0,0055414 mol/L
C = [CaCO3] * mol
C = 0,0055414 * 100,00
C = 0,55414 g/L = 554,1 mg/L (ppm)
Dureza parcial da amostra em termos de MgCO3 , em mg/L (ppm)
Com a diferença entre os volumes de EDTA obtidos nas titulações para se descobrir a dureza total e a dureza parcial em termos de CaCO3, é possível encontrar a concentração de carbonato de magnésio na amostra de água dura. Assim, sabendo que a alíquota de água dura utilizada foi igual a 10,00mL:
[EDTA] * (VÁguaDura – VCaCO3) = [MgCO3] * Valíquota
[MgCO3] = ([EDTA] * (6,24 – 5,38)) / 10,00
[MgCO3] = 0,0008858 mol/L
C = [MgCO3] * mol
C = 0,0008858 * 84,30
C = 0,07467294 g/L = 74,67 mg/L (ppm)
Conclusão
	A dureza da água é um parâmetro para determinar a qualidade da água para uso industrial e doméstico, quanto mais dura, mais improvável de poder potabilizá-la. Geralmente a dureza da água é proveniente de sais de cálcio e magnésio, podendo-se dizer que os principais íons causadores da dureza são o Ca2+ e o Mg2+. Se a concentração desses íons em solução (e também outros íons tais como o estrôncio, zinco, alumínio ou ferro férrico) for muito elevada, o consumo da água torna-se inviável. Essa água é produzida naturalmente quando a água entra em contato com materiais de depósitos subterrâneos, tais como o calcário (CaCO3) ou a dolomita (CaCO3, MgCO3).
	A água é considerada mole se possui de 0 a 60 mg de CaCO3 por litro de solução, moderadamente dura se a faixa for entre 60 a 120, dura se estiver entre os valores de 120 a 180 e muito dura se a concentração for maior do que 180 mg. Uma característica interessante da água dura é que esta não produz espuma em contato com o sabão (como se é esperado), devido a uma interação dos íons presentes em solução com o sabão, formando um precipitado.
	No Brasil, a concentração máxima permitida para que a água seja considerada potável é de 500 mg CaCO3/L, padrão estabelecido pela portaria N.º 1469, de 29 de dezembro de 2000. Esse valor já é considerado água dura, mas essas altas concentrações não trazem problemas fisiológicos, apenas um sabor não tão agradável.
	Na análise realizada no laboratório, foram determinadas as concentrações dos íons Ca2+ e Mg2+ presentes em uma amostra de água dura. Para que tal análise fosse feita, foi padronizada uma solução de EDTA, um composto que forma um complexo com os íons metálicosanalisados.
	O valor encontrado para a dureza parcial de CaCO3 (0,5541 g/L) se mostrou próximo ao esperado (0,6065 g/L), entretanto, o valor encontrado para a dureza parcial de MgCO3 (0,07467 g/L) se mostrou longe do esperado (0,0422 g/L). Tal fato pode ter ocorrido devido a algum erro no procedimento ou algum erro no valor teórico da água dura e novas análises devem ser feitas para se descobrir a verdadeira fonte de erro.
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.
http://www.smas-sintra.pt/index.php?option=com_content&task=view&id=32&Itemid=62
http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Agua05.html