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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA FRONTEIRA SUL APOSTILA DE EXPERIMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Disciplina: Química Analítica Curso: Graduação em Engenharia Ambiental Professor: Arlindo Cristiano Felippe Chapecó – SC 2 EXPERIMENTO 1 AFERIÇÃO DE MATERIAL VOLUMÉTRICO MATERIAIS Termômetro Erlenmeyer de 125 mL Béquer de 100 e 250 mL Balão volumétrico de 25 mL Pipetas volumétricas de 5 e 10 mL Bureta de 25 mL Suporte universal e garra para bureta Balança: semi-analítica (0,001 g) Os aparelhos volumétricos devem ser calibrados ou aferidos antes de serem utilizados, a fim de verificar se os volumes neles indicados correspondem aos volumes reais ou se necessitam de uma correção nessa graduação. A calibração ou aferição é realizada mediante a pesagem da quantidade de água nele contida e livrada, a uma dada temperatura. 1. 1. Aferição de balão volumétrico (25 mL) a) Pesar o balão volumétrico limpo e seco, sem tocá-lo diretamente com as mãos; b) Preencher com água destilada até a marca, observando o menisco, e proceder nova pesagem; c) Anotar a temperatura da água; d) Calcular a capacidade do balão volumétrico através da divisão da massa de água pela densidade absoluta da água tabelada correspondente à temperatura de trabalho; e) Repetir os procedimentos anteriores por mais duas vezes; f) Determinar o volume médio e o desvio padrão para expressar a capacidade do balão volumétrico e sua incerteza na medida do volume. g) Determinar o fator de correção (f) do balão volumétrico utilizando o volume médio e o volume lido no experimento. NOTA: Nunca se deve secar balão volumétrico, pipeta e bureta em estufa. A aferição destes materiais deve ser feita pelo menos duas vezes. Caso não haja concordância, repetir. Tabela 1: Calibração de balão volumétrico 1ª Medida 2ª Medida 3ª Medida mB (g) mB+H2O (g) mH2O (g) VC H2O (mL) ...................... (f) correção deFator ......................:sV V) / m (água de corrigido volumeV água)da ratura ....(tempe....................= T água demassa m água demassa balão domassa m vaziobalão domassa m _ H2OC H2O H2O H2OB B lido volumeV V V f L L _ 3 1.2. Aferição de pipetas (5 ou 10 mL) a) Pesar um recipiente coletor (béquer de 100 mL) numa balança (precisão mínima de 0,01 g); b) Encher a pipeta com água destilada e ajustar o nível do menisco com a marca do volume do vidro. A pipeta deve ser cheia por aspiração com uma pera de borracha ou pipetador até acima da marca de aferição. Limpar o excesso de líquido da parte externa da pipeta com papel absorvente. Tocar a ponta da pipeta na parede interna do béquer e escoar o líquido controlando a vazão. Acertar o menisco com cuidado; c) Transferir o volume de água para o béquer, mantendo a pipeta verticalmente com a ponta encostada na parede do mesmo. Após a drenagem manter a pipeta nesta posição por pelo menos 10 segundos antes de removê-la. A quantidade de líquido restante na ponta da pipeta não deve ser soprada para o interior do recipiente; d) Pesar o béquer com água e repetir o procedimento por mais duas vezes; e) Anotar a temperatura da água; f) Calcular a capacidade da pipeta; g) Determinar o volume médio e o desvio padrão para expressar a capacidade da pipeta e sua incerteza na medida do volume; h) Determinar o fator de correção (f) da pipeta utilizando o volume médio e o volume lido no experimento. NOTA: A boca jamais deve ser utilizada para a sucção por causa de ingestão acidental do líquido que está sendo pipetado. Tabela 2: Calibração das pipetas volumétricas Pipeta mR g mR, 1 g mR, 1, 2 g mR, 1, 2, 3 g m1 g m2 g m3 g 5 mL 10 mL recipiente domassa m água)da ratura ....(tempe....................= T R H2O Tabela 3: Resultados das calibrações das pipetas volumétricas Pipeta V1 mL V2 mL V3 mL Vmédio mL s mL Vmédio± s mL f 5 mL 10 mL 4 1.3. Aferição de bureta (25 mL) a) Pesar um erlenmeyer de 125 mL; b) Encher a bureta com água destilada até um pouco acima do zero da escala; c) Deixar a água escoar lentamente, abrindo a torneira até que a parte inferior do menisco coincida com o zero da escala. A ponta da bureta não deve conter bolhas de ar; d) Deixar escorrer 25 mL de água destilada para dentro do erlenmeyer, já pesado previamente. Através de uma subtração, determinar a massa de água correspondente ao volume adicionado; e) Calcular o volume correspondente utilizando a densidade da água na temperatura específica; f) Repetir o experimento por mais duas vezes. g) Determinar o volume médio e o desvio padrão para expressar a capacidade da bureta e sua incerteza na medida do volume; h) Determinar o fator de correção (f) da bureta utilizando o volume médio e o volume lido no experimento. NOTA: Utilize cartão de leitura para obter maior precisão na leitura da bureta. Tabela 4: Dados obtidos na calibração da bureta de 50 mL Bureta mR g mR+H2O 1 g mR+H2O 1, 2 g mR, H2O 1, 2, 3 g mH2O, 1 g mH2O, 2 g mH2O, 3 g 25 mL água)da dade....(densi....................= água)da ratura ....(tempe....................= T mL 25 dealíquora a terceira entecorrespondágua demassa m mL 25 dealíquora segunda a entecorrespondágua demassa m mL 25 dealíquota primeira a entecorrespondágua demassa m água de mL 75 demassa recipiente domassa m água de mL 50 demassa recipiente domassa m água de mL 25 demassa recipiente domassa m recipiente domassa m H2O H2O 3 H2O 2 H2O 1 H2O 3H2OR 2H2OR 1H2OR R Tabela 5: Resultados da calibração da bureta de 25 mL. Bureta VC H2O 1 mL VC H2O 2 mL VC H2O 3 mL Vmédio mL s mL Vmédio± s mL f 25 mL ...................... (f) correção deFator ......................:sV água dealíquota a da terceir corrigido volumeV água dealíquota segunda da corrigido volumeV água dealíquota primeira da corrigido volumeV _ 3 H2OC 2 H2OC 1 H2OC lido volumeV V V f L L _ 5 Tabela 6: Densidade da água em função da temperatura. T(oC) H2O (g mL1) T(oC) H2O (g mL1) 15 0,999099 26 0,996783 16 0,998943 27 0,996512 17 0,998774 28 0,996232 18 0,998595 29 0,995944 19 0,998405 30 0,995645 20 0,998203 31 0,995339 21 0,997992 32 0,995024 22 0,997770 33 0,994701 23 0,997538 34 0,994369 24 0,997296 35 0,994030 25 0,997044 Tabela 7: Tolerâncias Admitidas para Material Volumétrico Questionário: 1) Compare o desvio padrão obtido neste experimento para o balão volumétrico de 25 mL com os valores correspondestes de tolerância admitida da Tabela 7. 2) Compare o desvio padrão obtido neste experimento para as pipetas de 5 e 10 mL com os valores correspondestes de tolerância admitida da Tabela 7. 3) Compare o desvio padrão obtido neste experimento para a bureta de 25 mL com os valores correspondestes de tolerância admitida da Tabela 7. 6 EXPERIMENTO 2 PREPARAÇÃO E PADRONIZAÇÃO DE SOLUÇÕES ÁCIDAS E BÁSICAS MATERIAIS Buretavolumétrica de 25 mL Suporte universal e garra para bureta Béqueres de 50 e 100 mL Erlenmeyer de 125 mL Proveta de 50 mL Balão volumétrico de 100 e 250 mL Pipetas volumétricas de 10 e 20 mL Agitador e barra magnética Frasco lavador Balança semi-analítica 1. INTRODUÇÃO O preparo de soluções requer cuidados especiais desde a escolha da qualidade do produto químico, elaboração dos cálculos e manipulação adequada, tais como, transferência de material, medição de massa e de volume, dissolução e aferição do volume desejado. Em todas as etapas devemos sempre considerar a segurança do pessoal e as questões ambientais. Na dissolução de um reagente em água ou num outro solvente, devemos observar se o processo é exotérmico ou endotérmico. O preparo de soluções a partir de ácido forte é acompanhado de grande desprendimento de calor. Nestas circunstancias, é importante que a solução seja preparada em frascos que tenham abertura (boca) relativamente grande, tipo béquer, e que o procedimento seja iniciado com água destilada em quantidade próxima a 1/3 do volume final da solução. O ácido deve ser transferido suavemente junto às paredes internas do frasco, permitindo uma adequada dissipação de calor. Após resfriamento, que pode ser acelerado externamente com um banho de água, ás paredes externas deverão ser enxugadas e a solução transferida para o balão volumétrico. Devemos evitar erros por perdas do material medido, lavando-se os materiais utilizados e recolhendo-se a água de lavagem para o balão volumétrico. A aferição do volume final pode ser realizada com o auxílio de uma pipeta na qualidade de um conta-gotas. Em seguida a solução deverá ser homogeneizada sob agitação e estocada em frascos cujo material seja inerte em relação à solução a ser estocada. Os frascos deverão estar limpos e devidamente rotulados. Em análise volumétrica, a quantidade de um analito de interesse, em solução, é determinada através da reação com outra substância de concentração conhecida, denominada solução padrão. Conhecendo-se a quantidade de padrão que reage com a amostra e a respectiva reação química, têm- se condições de calcular a concentração da solução do analito. Em meio aquoso, as titulações de neutralização são basicamente expressas através da reação: (l)2 (aq) (aq)3 O H2 OH OH Utilizando eletrólito forte como titulante, este procedimento é aplicado para determinação quantitativa de ácidos e bases fortes ou fracos, considerando os limites de reatividade (força) e diluição. O hidróxido de sódio é a base mais utilizada nas determinações de analitos ácidos. Embora não seja um padrão primário, por possuir massa molar relativamente baixa, ser higroscópico e possuir impurezas, tais como, bicarbonato e carbonato de sódio, provenientes da reação com gás carbônico do ar, suas soluções podem ser padronizadas com soluções ácidas de padrão primário. O hidrogenoftalato de potássio (KHC8H4O4; 204,22 g mol 1), também denominado de biftalato de potássio, abreviado para (KHP) é um sal ácido monoprótico fraco, padrão primário REAGENTES HCl, solução concentrada NaOH sólido Na2CO3 sólido KHC8H4O4 (ftalato ácido de potássio), sólido Fenolftaleína (0,1 % em ETOH) 7 normalmente empregado na padronização de soluções alcalinas. Comercialmente, é encontrado com grau de pureza próximo a 99,95 %, é estável, pouco higroscópico e possui massa molar relativamente elevada. A fenolftaleína é um indicador adequado para estas titulações. O ácido clorídrico é utilizado na determinação de analitos com características alcalinas. Embora não seja um padrão primário, após padronização, é utilizado na qualidade de padrão secundário. A solução de HCl desejada é preparada por diluição de sua solução concentrada (cerca de 37,5 % em massa e densidade igual a 1,19 g mL1). O carbonato de sódio (Na2CO3, 105,99 g mol 1), com elevado grau de pureza (99,95 %), após secagem em torno de 270 oC, durante 1 a 2 horas e resfriado em dessecador, é o padrão primário mais empregado na padronização de soluções ácidas. O indicador fenolftaleína é utilizado na determinação da primeira neutralização (CO3 2/HCO3), sendo o vermelho de metila, o indicador mais apropriado e utilizado na segunda neutralização (HCO3/CO2). A formação deste tampão, logo após a primeira neutralização, provoca erros devido à mudança gradual na coloração (viragem) do indicador vermelho de metila. Para minimizar este erro, a solução deve ser aquecida até próximo à ebulição, para remover o dióxido de carbono, antes de completar a titulação. (g)2(aq)2 (aq)2(aq)2 (aq)3 (aq)3 COCO COO2H O HHCO Uma alternativa é utilizar solução padrão secundária de hidróxido de sódio para padronizar solução de ácido clorídrico, obtendo-se desta forma um padrão terciário. 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2.1. Preparação da Solução de NaOH (40,00 g mol1), c ≈ 0,100 mol L1 De acordo com o volume do balão volumétrico a ser utilizado, calcular e pesar em um béquer a quantidade de hidróxido de sódio. Dissolver o conteúdo com quantidade de água que não ultrapasse a 1/3 da capacidade do balão. Após resfriamento, transferir cuidadosamente a solução para o balão volumétrico, aproveitando a água de lavagem da vidraria já utilizada. Completar o volume com água destilada e homogeneizar o sistema. 2.2. Padronização da Solução de NaOH com KHC8H4O4 (204,22 g mol1) Calcular e pesar quantidade de hidrogenoftalato de potássio previamente seco em erlenmeyer (ou, medir volume de solução padrão previamente preparada), que consuma volume de solução de NaOH, de aproximadamente 3/5 da capacidade da bureta. Dissolver a amostra sólida com cerca de 20 a 30 mL de água destilada, adicionar 3 gotas de fenolftaleína e titular até o aparecimento da coloração rosa. Anotar o volume gasto de titulante e calcular a concentração molar real da solução de NaOH. Preencher a Tabela 1 com os dados obtidos por todas as equipes. Calcular a concentração molar média e a estimativa do desvio padrão para expressar a sua incerteza. Conhecendo-se estes resultados, a solução de hidróxido de sódio, passa a ser um padrão secundário. 2.3. Preparação da Solução de HCl (36,46 g mol1), c ≈ 0,100 mol L1 Calcular a quantidade de ácido clorídrico necessário para preparar volume de solução correspondente ao do balão volumétrico. Em se tratando de ácido forte concentrado, cuidados especiais deverão ser tomados (consulte o professor). 2.4. Padronização da Solução de HCl com Na2CO3 (105,99 g mol1). Calcular e pesar em um erlenmeyer uma quantidade de Na2CO3 previamente seco que consuma um volume de HCl de aproximadamente 3/5 da capacidade da bureta. Dissolver a amostra com cerca de 20 a 30 mL de água destilada, adicionar 3 gotas de fenolftaleína e titular até o descoloração da solução. 8 Em seguida, adicionar seis gotas de vermelho de metila e continuar a titulação até a primeira mudança de coloração. Interromper temporariamente a titulação, aquecer a solução até próximo da fervura para remover o gás carbônico e então, continuar a titulação (solução ainda quente) até coloração avermelha. Anotar o volume total gasto e calcular a concentração molar da solução de ácido clorídrico. Repetir o procedimento por mais duas vezes. Determinar a concentração média e a estimativa do desvio padrão para expressar a sua incerteza. Procedimento alternativo: utilizar uma solução padrão secundário de hidróxido de sódio, para padronizar a solução de ácido clorídrico, que passa a ser um padrão terciário. Realizar o experimento em triplicata. Neste experimento, pode-setitular 20 mL da solução de HCl preparada. 3. RESULTADOS 3.1. Preparação da Solução de NaOH Volume (mL) da solução de NaOH preparada =............................. Massa (g) de NaOH calculada =......................... Massa (g) de NaOH pesada =......................... Concentração molar teórica da solução de NaOH preparada=........................ Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... 3.2. Padronização da Solução de NaOH Massa (g) de KHC8H4O4 utilizada na titulação = ..................... Número de mols de KHC8H4O4 correspondente a massa utilizada na titulação = ..................... Volume de solução de NaOH (mL) gasto na titulação = .............................. Concentração molar real da solução de NaOH preparada = ..................... Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... Tabela 1. Resultados da padronização da solução de NaOH Equipe KHC8H4O4 NaOH m (g) n (mol) V (mL) c (mol L1) 1- 2- 3- 4- 5- 6- 7- 8- 9- 10- 11- 12- Concentração molar média das soluções de NaOH ± s =..................... Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... 9 3.3. Preparação da Solução de HCl Volume (mL) da solução diluída de HCl a ser preparada =......................... Volume (mL) calculado da solução concentrada de HCl = ................. Volume (mL) pipetado da solução concentrada de HCl =.................... Concentração molar teórica da solução diluída de HCl preparada=....................... Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... 3.4. Padronização da Solução de HCl Volume da solução de HCl utilizado nas titulações = ..................... Concentração molar da solução de NaOH (padrão secundário) = ..................... (valor obtido anteriormente) Volume médio da solução de NaOH (mL) gasto na titulação = .............................. Concentração molar real da solução de HCl preparada = ..................... Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... Tabela 2. Resultados da padronização da solução de HCl Equipe NaOH (padrão secundário) HCl c (mol L1) V (mL) V (mL) c (mol L1) 1- 2- 3- 4- 5- 6- 7- 8- 9- 10- 11- 12- Concentração molar média da solução de HCl (mol L1) ± s =...................... Expresse o resultado acima em termos de normalidade = ..................... 10 Fórmulas: )( Densidade )(ar Massa Mol )( Soluto do Massa )( Soluçãoda Volume )( mols de número )(molar ãoconcentraç )( simples ãoconcentraç 1 1 1 1 g mL g molM gm LV moln mol Lc g LC Equivalente Grama (Eq): x M Eq )OH ou (H ionizáveis íons de número x Número de Equivalente Grama (nEq): q E E m n q Concentração Normal ou Normalidade (N): V n N qE Assim temos: VE m N q V x M m N 1 x c N xcN Material por equipe 1 Bureta volumétrica de 25 mL 1 Suporte universal e 1 garra para bureta 1 Béquer de 100 mL 1 Béquer de 50 mL 3 Erlenmeyers de 125 mL 1 Proveta de 50 mL 1 Balão volumétrico de 100 mL 1 Balão volumétrico de 250 mL 1 Pipeta volumétricas de 20 mL 1 Pipetador ou pera 1 Frasco lavador 1 bastão de vidro V m C V n c M m n VM m c . V m 1000ρ . T . C M C c f f i i . Vc V.c f f . Vc V.c V.c V.c ... 332211 Reagentes e Materiais Comuns a todas as equipes HCl concentrado (1 pipeta de 1 mL e 1 pera) NaOH sólido (1 espátula) KHC8H4O4 (biftalato de potássio) sólido, seco (1 espátula) 3 frascos pequenos contendo Fenolftaleína (0,1 % em ETOH) 2 Balança semi-analítica 11 EXPERIMENTO 3 DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DE VINAGRE E VINHO Metodologia de análise: volumetria de neutralização MATERIAIS Bureta de 25 mL Erlenmeyer de 125 mL Proveta de 50 mL Pipetas volumétricas de 1, 2, 5, 10, 20 e 25 mL 1. INTRODUÇÃO O ácido acético, CH3COOH, (M = 60,06 g mol 1) é um ácido fraco tendo um Ka = 1,75 x 10 5. Sua fórmula estrutural é apresentada na Figura 1. Ele é amplamente usado em química industrial na forma de ácido acético industrial ( = 1,053 g mL1 e 99,85 % m/m). Na indústria alimentícia é usado sob a forma de vinagre. Segundo a Organização Mundial da Saúde, o vinagre deve conter 3,5 - 8,0 % (m/v) de ácido acético. A acidez total do vinagre é determinada mediante titulação com uma solução padrão alcalina na presença de fenolftaleína como indicador, segundo a reação: CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) O ácido tartárico, C2H4O2(COOH)2 (M =150,09 g mol 1) é um ácido fraco diprótico, K a1 = 9,2 x 10 4 e K a2 = 4,3 x 105. Sua fórmula estrutural é apresentada na Figura 1. O conteúdo de ácido no vinho é expresso como porcentagem de ácido tartárico, mesmo que existam outros ácidos na amostra. Os vinhos comuns contêm normalmente abaixo de 1 % (m/v) de ácido. A acidez total é determinada nos vinhos através da titulação segundo a reação: HOOC(CHOH)2COOH(aq) + 2 NaOH(aq) → NaOOC(CHOH) 2COONa(aq) + 2 H2O(l) Figura 1: Fórmula estrutural do ácido acético e do ácido tartárico. Ácido tartárico Ácido acético REAGENTES Amostras de vinagre e vinho Solução padrão de NaOH Fenolftaleína (0,1% em etanol) 12 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2.1. DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINAGRE 2.1.1. Pré-Titulação da Amostra. Pipetar 1,0 mL da amostra, transferir para um erlenmeyer de 125 mL, acrescentar 50 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titular com solução padrão de NaOH até a coloração rósea permanente. Calcular o volume de alíquota de vinagre que deve ser pipetada para consumir um volume de aproximadamente 15 mL de solução padrão de NaOH. 2.1.2. Titulação da Amostra. Pipetar o volume da alíquota calculada no item anterior (2.1.1), transferir para um erlenmeyer de 125 mL, adicionar 50 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titular com solução padrão de NaOH até a coloração rósea permanente. Anotar o volume gasto do titulante. Calcular a porcentagem (%, m/v) de ácido acético (M = 60,06 g mol1) na amostra analisada. Fazer o experimento em triplicata. 2.2. DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINHO 2.2.1. Pré-Titulação da Amostra. Pipetar 1,0 mL da amostra, transferir para um erlenmeyer de 125 mL, acrescentar 50 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titular com solução padrão de NaOH até a coloração rósea permanente. Calcular o volume de alíquota de vinho que deve ser pipetada para consumir um volume de aproximadamente 15mL de solução padrão de NaOH. 2.2.2. Titulação da Amostra. Pipetar o volume da alíquota calculada no item anterior (2.2.1), transferir para um erlenmeyer de 125 mL, adicionar 50 mL de água destilada e 2 gotas de fenolftaleína. Titular com solução padrão de NaOH até a coloração rósea permanente. Anotar o volume gasto do titulante. Calcular a porcentagem (%, m/v) de ácido tartárico (M = 150,09 g mol1) na amostra analisada. Fazer o experimento em triplicata. 3. RESULTADOS 3.1. DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINAGRE 3.1.1. Marca do vinagre analisado:............................ 3.1.2. Pré-titulação da amostra de vinagre. Conclusões:.................. Tabela 1. Resultados da análise de vinagre. Solução padrão de NaOH, Vinagre analisado / Ácido acético Normalidade, (N) Volume gasto na titulação, (mL) Volume titulado, (mL) Normalidade, (N) Concentração molar (mol L1) Porcentagem, (% m/v) 1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação 3.1.3. Porcentagem média (m/V) do CH3COOH no vinagre ± s:.......................................................... 13 3.2. DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINHO 3.1.1. Marca do vinho analisado:............................ 3.2.2. Pré-titulação da amostra de vinho. Conclusões:.................. Tabela 2. Resultados da análise de vinho. Solução padrão de NaOH, Vinho analisado / Ácido tartárico Normalidade, (N) Volume gasto na titulação, (mL) Volume titulado, (mL) Normalidade, (N) Concentração molar (mol L1) Porcentagem, (% m/v) 1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação 3.2.3. Porcentagem média (m/V) do C2H4O2(COOH)2 no vinho ± ...................................................... QUESTIONÁRIO 1) Compare os resultados encontrados nas análises com os valores fornecidos no rótulo de cada produto. 2) Por que a normalidade do ácido tartárico é igual ao dobro de sua concentração molar? 14 EXPERIMENTO 4 DETERMINAÇÃO DA BASICIDADE DO LEITE DE MAGNÉSIA Metodologia de análise: volumetria de neutralização MATERIAIS Bureta de 25 mL Erlenmeyer de 125 mL Proveta de 50 mL Pipetas volumétricas de 1, 2, 5, 10, 20 e 25 mL 1. INTRODUÇÃO O hidróxido de magnésio, sob a forma de leite de magnésio reage com quase todos os ácidos tão rapidamente como o NaOH. Sua baixa solubilidade prolonga seu efeito neutralizante e o Mg(OH)2 que não reage, permanece no estômago, para a reação com o ácido subseqüentemente secretado. A especificação média para o leite de magnésia estabelece um mínimo de 8 % em massa de Mg(OH)2. Para uma análise precisa deve-se medir tanto o magnésio em suspensão quanto o magnésio dissolvido. A titulação direta de uma alíquota da amostra é um tanto difícil, pois se trata de uma suspensão branca opaca em que as partículas de Mg(OH)2 em suspensão podem causar erros ao aderirem às paredes do erlenmeyer, ficando fora do contato com o titulante ácido. Outra dificuldade que pode surgir em consequência da amostra ser opaca é não permitir nítida percepção da mudança de coloração do indicador no ponto final. Um procedimento alternativo é a titulação de retorno. Para sua determinação usa-se o seguinte princípio: Mg(OH)2 (s) + 2 H3O + (aq) (adicionado) → Mg 2+ (aq) + 4 H2O(l) + H3O + (aq) (excesso) H3O + (aq) (excesso) + OH(aq) → 2 H2O(l) 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2.1. Análise do Leite de Magnésia. Pesar uma amostra contendo cerca de 0,500 g de leite de magnésia em um erlenmeyer. Calcular o volume aproximado da solução de HCl padrão necessário para neutralizar completamente o Mg(OH)2 (amostra contém cerca de 8 % Mg(OH)2) e adicionar um excesso de 15,00 mL de HCl. Acrescentar 3 gotas de indicador vermelho de metila ou de fenolftaleína e titular com solução padrão de NaOH. Calcular a porcentagem (%, m/m) de Mg(OH) 2 (M = 58,32 g mol1) na amostra analisada. REAGENTES Amostras de Leite de Magnésia Solução padrão de HCl ≈ 0,100 mol L1 Solução padrão de NaOH ≈ 0,100 mol L1 Fenolftaleína (0,1% em etanol) 15 3. RESULTADOS 3.1. ANÁLISE DO LEITE DE MAGNÉSIA 3.1.1. Marca do leite de magnésia usado:............................ Tabela 1. Resultados da análise do leite de magnésia Solução padrão de HCl Solução padrão de NaOH Mg(OH)2 c, (mol L1) Vadicionado, (mL) c, (mol L1) Vtitulação, (mL) m amostra , (g) n, (mol) m, (g) % (% m/m) 1ª Titulação 2ª Titulação 3ª Titulação 3.1.3. Porcentagem média (% m/m) do Mg(OH)2 no leite de magnésia ± s:.................................. QUESTIONÁRIO 1) Compare o resultado encontrado na análise com o valor fornecido no rótulo do produto. 2) Qual a diferença entre uma titulação direta e uma titulação de retorno ou retrotitulação? 16 EXPERIMENTO 5 EQUILÍBRIO ENVOLVENDO ÁCIDOS E BASES FRACAS, SOLUÇÃO TAMPÃO E HIDRÓLISE DE SAIS ASSUNTOS ENVOLVIDOS - Equilíbrio de dissolução de ácidos e bases fracas. - Efeito do íon comum de ácidos e bases fracas. - Solução tampão - Hidrólise de Sais - Ácidos e bases conjugadas OBJETIVO GERAL Mediante utilização de indicador de pH, estudar a utilização de eletrólitos fracos em água, assim como o deslocamento do equilíbrio diante da adição de íon comum, ácido forte e base forte. Interpretar os equilíbrios envolvidos nas reações das soluções tampão e hidrólise de sais. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Conhecer as cores de indicadores em meio ácido e básico. Utilizar indicador ácido-base para determinação de pH. Expressar a dissociação de eletrólitos fracos na forma de constante de equilíbrio. Analisar e interpretar o efeito do íon comum em um equilíbrio e relacionar com o princípio de Le Châtelier. Analisar o comportamento de soluções tampões. Explicar as hidrólises dos sais com base nos valores de pH das soluções. Equacionar as reações de hidrólise. Expressar a hidrólise de sais através da constante de hidrólise. Relacionar as constantes: Kw, Ka, Kb e Kh REAGENTES E MATERIAIS Tabela 1 - Lista de reagentes e materiais usados no experimento NOME CONCENTRAÇÃO FÓRMULA Ácido acético glacial (conc.) Amônia 15 mol L1 (conc.) Ácido clorídrico 0,1 mol L1 Hidróxido de sódio 0,1 mol L1 Acetato de sódio Saturada Acetato de amônio Saturada Cloreto de amônio Saturada Dihidrogenofosfato de sódio Saturada Monohidrogenofosfato de sódio Saturada Hidrogenocarbonato de sódio Saturada Carbonato de sódio Saturada Soluções tampão pH 3 – 11 Indicador universal e pHmetro Fita para medir pH 17 PROCEDIMENTO E RESULTADOS 1 - EFEITO DO ÍON COMUM 1.1 - Efeito do íon acetato na dissociação do ácido acético Em um tubo de ensaio colocar 4 mL de água destilada. Verifica o pH utilizando fita para medir pH. Anotar o valor aproximadodo pH na Tabela 2. Acrescentar 2 gotas de ácido acético glacial, homogeneizar e registrar novamente o pH do sistema (Tabela 2). Em seguida, acrescentar 4 gotas de solução saturada de acetato de sódio, homogeneizar, verificar o pH, e preencher a Tabela 2. Tabela 2 – Valores aproximados de pH SOLUÇÃO pH REAÇÕES DE DISSOCIAÇÃO ENVOLVIDAS 1.1. H2O 1.2. CH3COOH 1.2. CH3COOH + CH3COONa Questionamentos: 1.a. Apresente a equação de dissociação da água segundo Bronsted-Lowry, a expressão do produto iônico da água (Kw) e o seu respectivo valor a 25 oC. 1.b. Equacione a dissociação do ácido acético em meio aquoso, apresente a expressão da constante de dissociação com a respectiva unidade e justifique a variação do pH quando acetato de sódio é adicionado ao sistema. 2 - EFEITO TAMPÃO 2.1 - Adição de ácido e base forte à água Colocar em dois (2) tubos de ensaio 4 mL de água destilada. Verificar e anotar o pH utilizando fita para medir pH. 18 Em um dos tubos adicionar, sob agitação, gota a gota de solução 0,1 mol L1 de ácido clorídrico. Verificar o pH da solução após cada adição e preencher a respectiva coluna da Tabela 3. No outro tubo adicionar, sob agitação, gota a gota, solução de hidróxido de sódio 0,1 mol L1 e preencher a respectiva coluna da Tabela 3. Tabela 3 - Valores de pH após adição de ácido e de base forte à água Água: pH = Gotas (I) Adição de HCl 0,1 mol L1 (II) Adição de NaOH 0,1 mol L1 0 +1 +3 +7 +10 +15 +30 2.2 - Adição de ácido e de base forte ao tampão ácido acético/acetato de sódio Colocar em dois (2) tubos de ensaio (I e II) 4 mL de água destilada. Verificar e anotar o pH utilizando fita para medir pH. Acrescentar 2 gotas de ácido acético glacial, homogeneizar e registrar novamente o pH do sistema. Em seguida, acrescentar 4 gotas de solução saturada de acetato de sódio, homogeneizar, verificar o pH, e preencher a Tabela 4. No tubo de ensaio (I), verificar o efeito da adição de ácido clorídrico 0,1 mol L1 sobre o pH da solução e anotar na Tabela 4. No tubo de ensaio (II), verificar o efeito da adição de hidróxido de sódio 0,1 mol L1 e anotar o valor de pH. Tabela 4 - Efeito do pH após adição de ácido e base forte ao tampão CH3COOH/CH3COO Água: pH = Solução de ácido acético: pH = Solução tampão ácido acético/acetato: pH = Gotas (I) Adição de HCl 0,1 mol L1 (II) Adição de NaOH 0,1 mol L1 0 +1 +3 +7 +10 +15 +30 19 Questionamentos: 2.a. O que acontece com o pH e com o equilíbrio químico quando adicionamos um ácido forte à água cujo pH inicial é 7? E quando se adiciona uma base forte? 2.b. O que acontece com o pH e com o equilíbrio químico quando adicionamos um ácido forte ou uma base forte ao tampão ácido acético/acetato de sódio? 3 - HIDRÓLISE DE SAIS 3.1 - Escalas para avaliação de pH Numerar oito (08) tubos de ensaio com números que identifiquem o sistema da Tabela 6, em cada tudo acrescentar 4 mL de água destilada. Aos tubos numerados de 2 a 8 acrescentar 4 gotas de solução saturada dos sais conforme indicado na Tabela 6. Anotar os valores aproximados de pH de cada tubo. Preencher a última coluna desta Tabela com as equações de dissociação da água, dos sais e as respectivas equações de hidrólise e explicar os valores de pH encontrados. Tabela 6 - pH aproximado, equações de dissociação e hidrólise. Sistema pH aproximado Equações de dissociação e hidrólise 1. H2O 2. NaCl 3. NH4Cl 4. CH3COONa 5. CH3COONH4 6. Na2HPO4 7. NaHCO3 8. Na2CO3 20 EXPERIMENTO 6 EQUILÍBRIOS DE PRECIPITAÇÃO E DISSOLUÇÃO DE COMPOSTOS POUCO SOLÚVEIS ASSUNTOS ENVOLVIDOS - Compostos pouco solúveis: produto de solubilidade OBJETIVO GERAL - Reconhecer a formação de um precipitado. - Estabelecer a relação entre produto de solubilidade e a constante de dissociação da espécie formada. REAGENTES E MATERIAIS Tabela 1. Reagentes utilizados no experimento. Nome Concentração Fórmula Ácido clorídrico 3,0 mol L−1 Carbonato de sódio 0,10 mol L−1 Cloreto de bário 0,10 mol L−1 Cloreto de cálcio 0,10 mol L−1 Cloreto de sódio 0,10 mol L−1 Cromato de potássio 0,10 mol L−1 Hidróxido de sódio 0,10 mol L−1 Iodeto de potássio 0,10 mol L−1 Nitrato de bário 0,10 mol L−1 Nitrato de chumbo 0,10 mol L−1 Nitrato de prata 0,10 mol L−1 Sulfato de alumínio 0,10 mol L−1 Sulfato de cobre 0,10 mol L−1 Sulfato de sódio 0,10 mol L−1 Sulfato férrico 0,10 mol L−1 21 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Reação de Ag+ com Cl− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de prata 0,10 mol L−1 e 4 gotas de solução de cloreto de sódio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 2. Reação de Ag+ com CrO42− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de prata 0,10 mol L−1 e 4 gotas de solução de cromato de potássio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 3. Reação de Pb2+ com CrO42− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de chumbo 0,1 mol L−1 e 4 gotas de solução de cromato de potássio 0,1 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 22 4. Reação de Pb2+ com I− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de chumbo 0,1 mol L−1 e 4 gotas de solução de iodeto de potássio 0,1 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 5. Reação de Pb2+ com SO42− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de chumbo 0,1 mol L−1 e 4 gotas de solução de sulfato de sódio 0,1 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 6. Reações de Cu2+ com OH− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de sulfato de cobre 0,10 mol L−1 e 4 gotas de solução de hidróxido de sódio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 23 7. Reações de Fe3+ com OH− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 20 gotas de solução de sulfato férrico 0,10 mol L−1 e 20 gotas de solução de hidróxido de sódio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s):8. Reações de Al3+ com OH− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 10 gotas de solução de sulfato de alumínio 0,10 mol L−1 e 10 gotas de solução de hidróxido de sódio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 9. Reações de Ba2+ com CrO42− Num tubo de ensaio contendo 0,5 mL de água, acrescentar 4 gotas de solução de nitrato de bário 0,10 mol L−1 e 4 gotas de solução de cromato de potássio 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 24 10. Reações de Ca2+ com CO32− Num tubo de ensaio, acrescentar 25 gotas (1,0 mL) de solução de cloreto de cálcio 0,10 mol L−1 e 25 gotas (1,0 mL) de solução de carbonato de sódio 0,10 mol L−1. Em seguida, adicionar ácido clorídrico 3,0 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 11. Reações de Ba2+ com CO32− Num tubo de ensaio, acrescentar 25 gotas (1,0 mL) de solução de cloreto de bário 0,10 mol L−1 e 25 gotas (1,0 mL) de solução de carbonato de sódio 0,10 mol L−1. Em seguida, adicionar ácido clorídrico 3,0 mol L−1. Agitar e observar. Reação: Equação de equilíbrio: Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps): Solubilidade molar (s): 25 12. Reação de Ag+ com uma mistura contendo Cl− e CrO42− Num erlenmeyer, acrescentar 10 mL de água, 10 mL de solução de cloreto de sódio (soro fisiológico) e 10 gotas de solução de cromato de potássio 0,10 mol L−1. Em seguida, adicionar lentamente, através de uma bureta, gotas de uma solução de nitrato de prata 0,10 mol L−1. Agitar e observar. Reação: 1) 2) Equação de equilíbrio:1) 2) Expressão da constante do produto de solubilidade (Kps):1) 2) Solubilidade molar (s):1) 2) Com relação a esta última etapa do experimento, responda: 1) Quem precipita primeiro? Explique. 2) Qual a concentração de prata necessária para iniciar a precipitação do cloreto de prata? 3) Qual a concentração de prata necessária para iniciar a precipitação do cromato de prata? 4) Qual a concentração do cloreto quando o cromato de prata inicia a precipitação? Tabela 2. Constantes do produto de solubilidade (Kps). AgCl 1,8 x 10−10 Ag2CrO4 1,1 x 10 −12 BaCrO4 1,2 x 10 −10 PbCrO4 1,8 x 10 −14 PbI2 8,5 x 10 −9 PbSO4 1,8 x 10 −8 BaCO3 2,6 x 10 −9 CaCO3 5,0 x 10 −9 Cu (OH)2 1,6 x 10 −19 Fe(OH)3 2,6 x 10 −39 Al(OH)3 1,0 x 10 −33 AgCl 1,8 x 10−10 26 EXPERIMENTO 7 DETERMINAÇÃO DE CLORETO DE SÓDIO EM SORO FISIOLÓGICO Metodologia de análise: volumetria de precipitação (Método de Mohr) INTRODUÇÃO Entre os métodos volumétricos de precipitação, os mais importantes são os que empregam solução padrão de nitrato de prata. São chamados de métodos argentimétricos e são amplamente utilizados na determinação de haletos (cloreto, brometo e iodeto), tiocianato (SCN) e cianeto (CN), com a formação de sais de prata pouco solúveis. Baseado nos diferentes tipos de indicadores disponíveis, existem três métodos distintos para determinação volumétrica com íons prata: Método de Mohr: formação de um precipitado colorido. Método de Volhard: formação de um complexo solúvel vermelho. Método de Fajans: mudança de cor associada à adsorção ou dessorção de um indicador sobre a superfície do precipitado. Método de Mohr: neste método, o haleto é titulado com uma solução padrão de nitrato de prata usando-se cromato de potássio como indicador. O ponto final da titulação é alcançado com o primeiro excesso de íons prata que reage com o indicador precipitando cromato de prata que possui coloração vermelha, segundo a reação: Ag+(aq) + X(aq) AgX (s) 2Ag+(aq) + CrO4 2 (aq) Ag2CrO4 (s) Como esta titulação se baseia nas diferenças de solubilidade do AgX e Ag2CrO4 é muito importante a concentração adequada do indicador. Na prática, o ponto final ocorre um pouco além do ponto de equivalência, devido à necessidade de se adicionar excesso de Ag+ para precipitar Ag2CrO4 em quantidade suficiente para ser notado visualmente. Este método requer que uma titulação em branco seja feita, para que o erro cometido na detecção do ponto final possa ser corrigido. O volume gasto na prova do branco deve ser subtraído do volume gasto na titulação. A solução a ser titulada deve apresentar um pH entre 6 e 8, pois o íon cromato reage com os íons hidrogênio em soluções ácidas, conforme a reação: 2CrO4 2 (aq) + 2H + (aq) 2HCrO4(aq) Cr2O72 (aq) + H2O (l) Por outro lado, em pH 10,5 a alta concentração de íons OH ocasiona a formação de hidróxido de prata, que se oxida a óxido de prata. 2Ag+(aq) + 2OH(aq) 2AgOH (s) Ag2O (s) + H2O (l) O cloreto de sódio encontrado no soro fisiológico, utilizado em processos de hidratação ou como veículo medicamentoso, na sua forma isotônica (mesma força iônica do soro sanguíneo) encontra-se na concentração de 0,90 % (m/v). Neste experimento, a determinação analítica do cloreto de sódio será realizada segundo o método de Mohr. 27 MATERIAIS Bureta de 25 mL Béquer 100 e 250 mL Proveta de 50 mL Balão volumétrico de 50 mL Erlenmeyer de 125 mL Pipetas volumétricas de 1 e 25 mL Agitador e barra magnética Bastão de vidro REAGENTES Solução padrão de AgNO3 Soro fisiológico K2CrO4 (5% m/v) NaCl sólido PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Preparação da Solução de AgNO3 (M = 169,87 g mol1) 0,100 mol L1. Calcular a quantidade de nitrato de prata necessário para preparar 50 mL de solução. 2. Padronização da Solução de AgNO3 0,100 mol L 1 com NaCl (M = 58,44 g mol1) padrão. Pesar em um erlenmeyer de 125 mL, quantidade de NaCl p.a. previamente seco que consuma um volume aproximado de 15 mL de AgNO3. Dissolver a amostra com cerca de 50 mL de água destilada, adicionar 1,0 mL de solução de K2CrO4 5% (m/v) e titular até o aparecimento do precipitado avermelhado. Anotar o volume gasto de titulante, e imediatamente efetuar a prova do branco. 3. Prova do Branco. Em um erlenmeyer limpo, adicionar cerca de 50 mL de água destilada, 1,0 mL de cromato de potássio e aproximadamente 0,5 g de CaCO3. Titular até o aparecimento de coloração semelhante à da titulação anterior (comparar as cores). Anotar o volume de titulante e subtrair daquele gasto na titulação do cloreto de sódio. Utilizar o volume corrigido para calcular a concentração molar da solução de nitrato de prata. 4. Pré-titulação da Amostra. Pipetar 1,0 mL da amostra, acrescentar aproximadamente 50 mL de água destilada e 1 mL de K2CrO4. Fazer uma titulação prévia para determinar aproximadamente o volume da alíquota de soro fisiológico que deve ser titulado para consumir em torno de 3/5 do volume de uma bureta de 25 mL da solução padrão de AgNO3. 5. Análise da Amostra. Pipetar o volume calculado no item 4, transferir para um erlenmeyer de 125 mL, adicionar 25 mL de água destilada e 1 mL de K2CrO4,. Titular com solução padrão de AgNO3 até a precipitação do cromato de prata quepossui coloração vermelha. Fazer a prova do branco conforme item 3 e calcular o volume corrigido. Calcular a % (m/v) de cloreto de sódio na amostra. 28 RESULTADOS 1. Preparação da Solução de AgNO3 0,100 mol L1. 1.1. Massa (g) de AgNO3 utilizada:....................... 1.2. Volume (mL) da solução preparada:...................... 2. Padronização da Solução de AgNO3 0,100 mol L 1 2.1. Massa (g) de NaCl utilizada:....................... 2.2. Número de mols de NaCl correspondente a massa utilizada:....................... 2.3. Volume corrigido (mL) gasto de solução de AgNO3:.............................. 2.4. Concentração molar da solução padrão de AgNO3:.............................. Tabela 1. Resultados da padronização da solução de nitrato de prata com cloreto de sódio. Equipes Massa de NaCl (g) Volume de AgNO3 (mL) c AgNO3 (mol L1) Titulação Prova do Branco Corrigido cmédia = ............................. mol L1. 3. Pré-titulação da Amostra Conclusões: 29 4. Análise da Amostra Tabela 2. Resultados da determinação do teor de NaCl na amostra de soro fisiológico. Solução padrão de AgNO3 Soro Fisiológico/NaCl Concentração molar, (mol L−1) Volume gasto na titulação, (mL) Volume gasto na prova do branco, (mL) Volume corrigido, (mL) Volume titulado, (mL) Concentração molar (mol L−1) Porcentagem, (% m/v) 30 EXPERIMENTO 8 DETERMINAÇÃO DO TEOR DE CÁLCIO EM LEITE DETERMINAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE MAGNÉSIO EM LEITE DE MAGNÉSIA DETERMINAÇÃO DA DUREZA DA ÁGUA Metodologia de análise: volumetria de complexação MATERIAIS REAGENTES Bureta de 25 mL EDTA 0,0200 mol/L Béquer 100 e 250 mL Amostras: leite, leite de magnésia, água Proveta de 50 mL Tampão de amônio (pH=10) Erlenmeyer de 250 mL Indicador ErioT (0,5 g em 100 mL etanol) Pipetas volumétricas de 10, 15 e 20 mL CaCO3 p.a. Balão volumétrico 100 mL NaOH 1mol/L Agitador e barra magnética KCN sólido HCl 6 mol/L e 0,1 mol/L MgCl2.6H2O INTRODUÇÃO A complexometria é um método analítico volumétrico que compreende a titulação de íons metálicos com agentes complexantes ou quelantes. O agente complexante mais utilizado é o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA). O EDTA forma complexos estáveis de estequiometria 1:1 com um grande número de íons metálicos em solução aquosa. O EDTA pode ser obtido com alta pureza, na forma do ácido propriamente dito ou na forma do sal dissódico diidratado. As duas formas possuem alto massa molecular, mas o sal dissódico tem a vantagem de ser mais solúvel em água. Um composto orgânico que tenha dois ou mais grupos capazes de complexar (formar ligantes) com um íon metálico é chamado de agente quelante e o complexo formado é chamado de quelato. A titulação com um agente quelante é chamada de titulação complexométrica. A estrutura química do EDTA é apresentada na Figura 1. Figura 1. Estrutura química do EDTA. Um par de elétrons disponível capaz de complexar com o íon metálico está presente em cada um dos dois nitrogênios e em cada um dos quatro grupos carboxílicos (é um ácido tetraprótico). Assim, existem seis grupos complexantes no EDTA. Este agente complexante pode ser representado pelo símbolo H4Y. O ligante não protonado Y 4 é o que forma complexos com os íons metálicos. A Figura 2 ilustra a estrutura do complexo de cálcio–EDTA. O ponto de viragem das titulações complexométricas é determinado com indicadores metalocrômicos. Os indicadores mais comumente usados são: preto de eriocromo T, alaranjado de xilenol, calcon, calmagita, murexida, violeta de pirocatecol e outros. Os indicadores metalocrômicos são corantes orgânicos coloridos que formam quelatos com os íons metálicos. O quelato tem uma cor diferente daquela do indicador livre. Para que este processo ocorra na prática, é necessário que a estabilidade do complexo metalindicador seja menor que a do complexo metalEDTA. Se isto não acontecer, o EDTA não conseguirá deslocar o metal do complexo com o indicador. N CH2 CH2 N CH2 CH2 COOH COOHH2C H2C HOOC HOOC 31 MInd + EDTA MEDTA + Ind (cor A) (cor B) O indicador preto de eriocromo T não pode ser empregado na titulação direta do cálcio com EDTA porque a formação do complexo cálcioindicador provoca uma mudança de cor pouco definida no ponto final da titulação. Para evitar este problema, costuma-se adicionar uma pequena quantidade de Mg2+ à solução contendo Ca2+. O complexo CaEDTA é mais estável do que o complexo MgEDTA e, portanto, é titulado primeiro. Neste caso, deve-se fazer uma correção para compensar a quantidade de EDTA usada para a complexação do Mg2+ adicionado. Uma técnica melhor consiste em adicionar o Mg2+ à solução de EDTA e não à solução de cálcio como descrito anteriormente. Estes íons Mg2+ reagem rapidamente com o EDTA formando o complexo MgEDTA, causando uma redução na concentração molar do EDTA, de tal modo que esta solução deve ser padronizada após a adição do Mg2+. Esta padronização pode ser feita por meio de uma titulação com CaCO3 dissolvido em ácido clorídrico, ajustando-se o pH, adicionando o indicador a solução e titulando com EDTA. Nesta segunda alternativa não há necessidade de se efetuar nenhuma correção para a quantidade de Mg2+ adicionado, pois este já é considerado na padronização do EDTA. Figura 2. Estrutura do complexo cálcioEDTA. O índice da dureza da água é um dado muito importante usado para avaliar a sua qualidade. Denomina-se dureza total a soma das durezas individuais atribuídas à presença de íons cálcio e magnésio. Outros cátions que se encontram associados a eles, por exemplo: ferro, cobre zinco e alumínio geralmente são mascarados ou precipitados antes da determinação. A composição química da água e, portanto a dureza, depende em grande parte do solo do qual procede. Águas brandas são encontradas em solos basálticos, areníferos, enquanto águas de solos calcários apresentam frequentemente durezas elevadas. Em numerosos processos industriais, como fábricas de cervejas, conservas, papel e celulose requerem águas brandas. Devido aos motivos citados é necessário um controle prévio da dureza da água, a fim de adotar as medidas de correções necessárias. De acordo com os teores de sais de cálcio e magnésio na água de abastecimento público (expressos em mg L1 de CaCO3 ), pode ser classificada em água: mole, até 50 mg L 1; moderadamente dura, de 50 a 150 mg L1; dura, de 150 a 300 mg L1; muito dura, acima de 300 mg L1. Ca O O N N O C CH2 C CH2 CH2 CH2 C CH2 C CH2 O O O O O 32 PREPARO DAS SOLUÇÕES UTILIZADAS NOS EXPERIMENTOS 1. Tampão de amônio pH = 10. Calcular e pesar a massa de NH4Cl (M = 53,49 g mol1) e o volume de NH3 concentrado necessário para preparar 100 mL de uma soluçãotampão NH3/NH4 + pH = 10 na concentração 0,1 mol L1. Este tampão é melhor armazenar em frasco de polietileno para evitar a passagem de íons metálicos do vidro para a solução. 2. Solução de Ério T. 0,5 % (m /v) de preto de eriocromo T em etanol. A solução de indicador deve ser preparada recentemente, pois é instável. 3. Solução de EDTA ≈ 0,0200 mol L1. Calcular e pesar uma massa do sal Na2H2Y.2H2O (M = 372,24 g mol1) necessária para preparar 100 mL de uma solução 0,0200 mol L1. Dissolver com água destilada contendo 0,005 g de MgCl2.6H2O, agitar até a dissolução total do sal e completar o volume num balão volumétrico de 100 mL. Esta solução deve ser armazenada em frasco de polietileno. 4. Padronização da solução de EDTA ≈ 0,0200 mol L1. Pesar 180 mg de CaCO3 p.a. previamente dessecado e dissolver num béquer utilizando a mínima quantidade de solução de HCl 1:1. Evaporar até quase a secura, redissolver em água destilada e transferir para um balão volumétrico de 100 mL. Pipetar uma alíquota de 20 mL desta solução, acrescentar 10 mL de tampão de amônio, 4 a 6 gotas de preto de eriocromo T e titular com a solução de EDTA . PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. DETERMINAÇÃO DO TEOR DE CÁLCIO EM LEITE. a) Pré-titulação da amostra. Pipetar 1,0 mL da amostra, acrescentar 25 mL de água destilada, 2 mL de tampão amônio, 3 a 4 gotas do indicador preto de eriocromo T e titular com a solução de EDTA padrão. Determinar a concentração aproximada de cálcio no leite. Calcular o volume de amostra que deve ser pipetada para consumir cerca de 15 mL de solução de EDTA padrão. b) Análise da amostra. Pipetar o volume da amostra calculado a partir do item anterior e titular conforme o procedimento do item 4. 2. DETERMINAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE MAGNÉSIO EM LEITE DE MAGNÉSIA. Pesar uma amostra contendo cerca de 0,2 – 0,3 g (precisão de 0,1 mg) em um erlenmeyer. Adicionar 10 mL de HCl 0,1 mol L1 para dissolver a amostra (suspensão). Acrescentar 10 mL de tampão NH3/NH4 +. Aquecer a solução a cerca de 60 °C. Adicionar 6 a 8 gotas de indicador preto de eriocromo T e titular ainda quente com solução padrão EDTA até a mudança de coloração da solução. Determinar a concentração de Mg(OH)2 na amostra. 3. DETERMINAÇÃO DA DUREZA DA ÁGUA MINERAL E ÁGUA DA TORNEIRA Medir uma alíquota de 100,0 mL de água e transferir para um erlenmeyer. Adicionar 10,0 mL de tampão NH3/NH4 + (pH = 10). (Obs. : O tampão deve se adicionado antes do indicador preto de eriocromo T, para que a pequena quantidade de ferro presente na amostra precipite na forma de hidróxido de ferro, impedindo sua reação com o indicador. Se este procedimento não for adotado o indicador será bloqueado, já que o ferro forma um complexo muito estável com o indicador). Acrescentar 8 gotas do indicador preto de eriocromo T e homogeneizar sob agitação. Titular com 33 solução padrão de EDTA ≈ 0,0200 mol L1 padronizada anteriormente até coloração azul (violeta azul). Anote o volume gasto do titulante EDTA. Repetir o procedimento para outras amostras de água. Calcular a dureza da água e expressar o resultado na forma de mg L1 de CaCO3. (M CaCO3 = 100,09 g mol1). RESULTADOS 1. Padronização da solução de EDTA 1.a Cálculo da massa de Na2H2Y.2H2O (M = 372,24 g mol 1) necessária para preparar 100 mL de uma solução 0,0200 mol L1. 1.b. Massa (mg) de CaCO3 utilizada, volume da solução padrão preparada e concentração da solução padrão. 1.c. Volumes gastos (mL) de solução de EDTA. 1.d. Cálculo da concentração da solução de EDTA com dados da equipe. 1.e. Concentração molar média da solução de EDTA s. Tabela 1. Resultados da padronização da solução de EDTA Titulação VEDTA mL c EDTA mol L1 1ª 2ª 3ª 2. Análise de cálcio em leite 2.1 Pré-titulação 2.1.a. Cálculo da concentração aproximada de cálcio no leite. 2.1.b. Cálculo do volume de amostra que deve ser pipetada para consumir 15 mL de solução de EDTA padrão. 2.2. Análise da amostra de leite 2.2.a. Volume (mL) de amostra analisada. 2.2.b. Volume (mL) gasto de solução de EDTA. 2.1.c. Cálculo da concentração de cálcio no leite (mg cálcio / 200 mL leite) com dados da equipe. 2.2.d. Cálculo da concentração média de cálcio no leite (mg cálcio / 200 mL leite). Tabela 2. Resultados da determinação do teor de cálcio em amostra de leite. Titulação VEDTA mL mg cálcio /200 mL leite 1ª 2ª 3ª 3. Análise de Leite de Magnésia 3.1. Massa (g) de amostra analisada. 34 3.2. Volume (mL) gasto de EDTA. 3.3. Cálculo da % de Mg(OH)2 na amostra com dados da equipe. 3.4. Cálculo da porcentagem média de Mg(OH)2 ± s Tabela 3. Resultados da determinação do teor de hidróxido magnésio em amostra de leite de magnésia. Titulação Massa de Amostra analisada (g) VEDTA (mL) Massa de Mg(OH)2 obtida na amostra (g) Porcentagem de Mg(OH)2 na amostra (% m/m) 1ª 2ª 3ª 4. Análise da dureza da água 4.1. Volume (mL) de amostra analisada. 4.2. Volume (mL) gasto de EDTA. 4.3. Cálculo da dureza da água em mg L1 de CaCO3. Tabela 4. Resultados da determinação da dureza da água. Titulação Vamostra (mL) VEDTA (mL) mg L1 de CaCO3 1ª 2ª 3ª 35 EXPERIMENTO 9 DETERMINAÇÃO DE PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO EM ÁGUA OXIGENADA COMERCIAL Metodologia de análise: volumetria de óxido-redução MATERIAIS REAGENTES Bureta 25 mL KMnO4 0,0200 mol L 1 Béquer 100 e 250 mL H2SO4 1 mol L 1 Proveta de 50 mL Na2C2O4 0,0500 mol L 1 (Sol. Padrão) Erlenmeyer 125 mL Água oxigenada 10 volumes Pipeta volumétrica 5 e 20 mL Vidro relógio Balão volumétrico 1000 mL INTRODUÇÃO O permanganato de potássio é um agente oxidante forte, sendo sua solução largamente empregada em volumetria de óxido-redução. Ele mesmo atua como indicador para a detecção do ponto final da titulação. MnO4 (aq) + 8 H + (aq) + 5 e Mn2+(aq) + 4 H2O (l) (E = 1,51 V). A solução é estável, quando precauções forem tomadas durante a sua preparação. Solução recentemente preparada pode apresentar impurezas que reduzem uma quantidade de MnO4 para MnO2 sólido. A solução pode ser estabilizada quando submetida à fervura para acelerar a oxidação das impurezas redutoras e, após repouso por uma noite o MnO2 produzido é removido em cadinho filtrante, enquanto a solução de KMnO4 é recolhida e armazenada em frasco escuro. Em meio ácido, a solução de permanganato pode ser padronizada com uma solução padrão de oxalato de sódio. 2 CO2(g) + 2 H + (aq) + 2 e H2C2O4(aq) (E = 0,49 V) A resolução do sistema envolvendo as semi-reações origina a reação global devidamente balanceada, que serve como base para os cálculos: 5 H2C2O4 (aq) + 2 MnO4(aq) + 6 H + (aq) 10 CO2 (g) + 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l) No início da titulação, a reação é lenta mesmo quando a solução é aquecida. Com o aumento da concentração do catalisador Mn2+ a reação é acelerada. O peróxido de hidrogênio é um agente oxidante que tem efeito bactericida proveniente da liberação de oxigênio nascente. Na concentração de 3 % a solução é usada como anti-séptica que se apresenta incolor, podendo apresentar odor que lembra o de ozônio. Decompõe-se rapidamente em contato com substâncias oxidantes ou redutoras e por efeito de luz e calor.As soluções de peróxido de hidrogênio não são estáveis, razão pela qual os produtos comerciais costumam conter certas substâncias orgânicas, por exemplo, acetanilida, uréia e ácido úrico adicionados para torná-las mais estáveis. Das referidas substâncias, somente a uréia não consome permanganato. As concentrações das soluções comerciais de peróxido de hidrogênio são expressas em volumes (10, 20, 30, 40 e 100 36 volumes) de oxigênio gasoso nas CNTP, produzidos por decomposição, a partir de 1 (um) volume de solução de origem. 2 H2O2 (l) 2 H2O (l) + O2 (g) Assim, um volume (1 L) de solução de peróxido de hidrogênio 10 volumes, aproximadamente 3 % em H2O2, é capaz de fornecer volume 10 vezes maior (10 L) em gás oxigênio medido a 0 oC e 760 torr (mmHg). A semi-reação de redução para o peróxido de hidrogênio em meio ácido, O2 (g) + 2 H + (aq) + 2 e H2O2(aq) (E = 0,682 V) , combinada com a semi-reação de redução do permanganato em meio ácido, MnO4 (aq) + 8 H + (aq) + 5 e Mn2+(aq) + 4 H2O (l) (E = 1,51 V) resulta na reação estequiométrica: 2 MnO4 (aq) + 5 H2O2 (aq) + 6 H + (aq) 2 Mn2+(aq) + 5 O2 (g) + 8 H2O (l) As primeiras gotas da solução descoram lentamente, mas depois de iniciada a titulação a reação é rápida até o ponto final. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Preparação da Solução de KMnO4 ≈ 0,0200 mol L1 (M = 158,04 g mol1). Calcular e pesar uma massa para preparar 2,0 L de solução, transferir para um béquer de 2,5 L, adicionar 2,0 L de água, cobrir com um vidro relógio e aquecer a solução, mantendo-a em ebulição moderada de 30 a 60 minutos. Deixar em repouso durante uma noite e filtrar através de um cadinho filtrante. Recolher o filtrado num frasco, previamente limpo com solução sulfocrômica e água destilada. Transferir a solução de permanganato para um frasco escuro bem vedado. 2. Preparação da Solução Padrão de Na2C2O4 0,0500 mol L1 (M = 134,0 g mol1). Calcular e pesar uma massa para preparar 100 mL na concentração 0,0500 mol L1 do padrão primário Na2C2O4 previamente seco a 110 C por uma hora. Dissolver em água destilada, transferir para um balão volumétrico e completar o volume. 3. Preparação de Solução de H2SO4 1 mol L1 (M = 98,08 g mol; 95-98%; =1,84 g mL1). Calcular e pipetar o volume para preparar 100 mL desse ácido. 4. Padronização da Solução de KMnO4. Calcular volume de solução padrão de oxalato de sódio 0,0500 mol L1 que consuma aproximadamente 15 mL de solução titulante de KMnO4. Utilizando pipeta volumétrica adequada, transferir a solução padrão de oxalato de sódio para um erlenmeyer de 125 mL, adicionar aproximadamente 30 mL de água destilada, 20 mL de ácido sulfúrico 1 mol L1. Aquecer a solução próximo a 80 C, tomando o cuidado de não ultrapassar esta temperatura, evitando assim, a decomposição de reagentes. Titular imediatamente com solução de permanganato de potássio. Inicialmente a reação é lenta, aumentando sua velocidade com o acréscimo da quantidade de Mn2+ catalisador formado em solução. O ponto final da titulação é alcançado com pequeno excesso 37 de solução titulante, visualizado pelo aparecimento permanente de uma coloração violeta clara (rósea). 5. Pré-titulação. Pipetar 1,0 mL de amostra, transferir para um erlenmeyer de 250 mL, adicionar aproximadamente 30 mL de água destilada e 20,0 mL de ácido sulfúrico 1 mol L1. Iniciar a titulação com a solução padrão de permanganato, até o aparecimento de uma coloração violeta clara (a reação é lenta no início da titulação). 6. Análise da Amostra. Calcular o volume de água oxigenada necessário para preparar 100 mL de solução diluída, que viabilize a titulação de uma alíquota de 20 mL. Transferir 20,0 mL da solução diluída de água oxigenada a um erlenmeyer de 250 mL, adicionar aproximadamente 30 mL de água destilada, 20 mL de ácido sulfúrico 1 mol L1 e iniciar a titulação com a solução padrão de permanganato de potássio, lentamente, até o aparecimento de uma coloração violeta clara. Anotar o volume gasto do titulante e calcular a porcentagem (m/V) de H2O2 na amostra analisada e também o número de volumes de O2 produzidos por volume de água oxigenada. Tabela 1. Resultados da padronização da solução de KMnO4. Equipes KMnO4 V mL c mol L1 Tabela 2. Resultados da análise de H2O2 na amostra de água oxigenada. Titulação Volume de KMnO4 mL % (m/V) H2O2 Volume de O2 L 1ª 2ª 3ª 38 EXPERIMENTO 10 ANÁLISE DO TEOR DE ÁCIDO FOSFÓRICO EM REFRIGERANTE SABOR COLA Metodologia de análise: potenciometria MATERIAIS Béqueres de 250 mL Agitador magnético (sem aquecimento) Barra magnética Suporte universal Garra para tubo de ensaio Potenciômetro (pHmetro) Proveta de 100 mL Vidro de relógio Bureta de 25 mL Pipeta de 50 mL INTRODUÇÃO Os métodos potenciométricos de análises baseiam-se na medida da diferença de potencial entre dois eletrodos imerso em solução, sem consumo apreciável de corrente. Eletrodos e solução constituem a célula eletroquímica. O equipamento simples e de baixo custo inclui um eletrodo de referência (Eref), que possui um potencial conhecido, que permanece constante sob temperatura controlada, independente da composição da solução do analito e um eletrodo indicador (Eind) que desenvolve um potencial que depende da atividade (concentração) do analito. Os eletrodos de referência comumente usados são o de prata-cloreto de prata (Ag/AgCl; Eº = + 0,199 V; 25 °C) e de calomelano saturado (ECS; Eº = + 0,244 V; 25 °C). Os tipos de eletrodos indicadores podem ser: metálicos (desenvolvem um potencial elétrico em resposta a uma reação redox na superfície do metal) ou de membranas (a migração seletiva de um tipo de íon através da membrana do eletrodo gera um potencial elétrico). Eind; deve responder idealmente de forma rápida e reprodutível a variação na concentração de um analito. Uma variedade de eletrodos de membrana pode ser adquirida comercialmente para determinação seletiva de vários cátions e ânions. O potencial da célula é representado: Ecel = Eind – Eref + Ejl. O potencial de junção líquida (Ejl) se desenvolve a partir da interface entre duas soluções eletrolíticas que possuem composições diferentes. A determinação de íons ou moléculas pode ser feita por medida potenciométrica direta; quando o potencial desenvolvido pelo eletrodo indicador na solução-teste e na solução-padrão é comparado, ou titulações potenciométricas, que empregam medidas do potencial de um eletrodo indicador em função do volume do titulante. As titulações são úteis quando empregam soluções coloridas ou turvas podendo gerar erros em volumetrias que empregam indicador químico. Ácido fosfórico de grau alimentício é empregado como flavorizante e acidulante em diversos alimentos e bebidas, mas não sem controvérsias acerca dos seus possíveis malefícios à saúde. Há estudos indicando correlação entre o consumo de refrigerantes de cola e a baixa densidade óssea (osteoporose) e danos severos à dentição. Embora se tenha provado que a história de que um dente imerso em Coca-Cola por uma noite pode ser completamente dissolvido é falsa, um estudo de 2006 mostrou que bebidas de cola destroem 10 vezes mais material dentário que suco de frutas cítricas nos três primeiros minutos de ingestão. Tais danos são atribuídos aos elevados teores de H3PO4 e ácido REAGENTES Amostra de refrigerantesabor cola Solução padronizada de NaOH 0,100 mol L1 Padrões de pH 4,0; 7,0 e 9,0 39 cítrico presentes nestes refrigerantes. O objetivo da análise seguinte é determinar o teor de ácido fosfórico em uma amostra de refrigerante de cola através de titulação potenciométrica. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Preparo e padronização das soluções 1.1. Solução 0,100 mol L1 de hidróxido de sódio. Preparar 100 mL de solução de NaOH (M = 40,0 g mol1) em água destilada. 1.2. Padronização da solução de NaOH com 0,100 mol L1 de hidrogenoftalato de potássio (M = 204,22 g mol1). Transferir 15 mL da solução de hidrogenoftalato de potássio para um erlenmeyer, adicionar 2 gotas de fenolftaleína e titular até o aparecimento da coloração rósea. Anotar o volume gasto de titulante e calcular a concentração em mol L1 da solução de NaOH. 2. Determinação do teor de ácido fosfórico em refrigerante 2.1. Preparo da amostra de refrigerante. Aquecer cerca de 100 mL do refrigerante em um béquer coberto por um vidro de relógio até a ebulição. Manter o aquecimento por cerca de 20 minutos para remover completamente o gás carbônico e, na sequência, deixar esfriar. 2.2. Calibração do pHmetro. Calibre o pHmetro com as soluções tampão pH 4,0 e 7,0. Confira se a leitura é coerente em uma solução tampão pH 9,0. 2.3. Titulação potenciométrica da amostra de refrigerante com NaOH. Transferir 100 mL do refrigerante descarbonatado para um béquer de 250 mL e avolumar com água destilada, conforme for necessário. Faça a montagem do sistema conforme a Figura 1. Coloque o béquer sobre o agitador e insira a barra magnética (“peixinho”). Posicione o sistema sob uma bureta contendo a solução padrão de NaOH. Fixe uma garra no suporte universal para prender o eletrodo do pHmetro, tomando cuidado para que o mesmo não seja atingido pela barra magnética. Figura 1. Esquematização do sistema utilizado na titulação potenciométrica. Titular a amostra de refrigerante com a solução padrão de NaOH usando alíquotas sucessivas de 0,5 mL até aproximadamente pH 10,5. Caso o volume adicionado seja ligeiramente diferente de 0,5 mL, anote-o precisamente. Medir e anotar o valor de pH da solução antes de iniciar a titulação e após cada adição de titulante com o auxílio de um potenciômetro e um eletrodo de vidro combinado. 40 Com os dados obtidos, faça o gráfico da curva de titulação (pH versus Vtitulante), o gráfico da primeira e dá segunda derivada. Calcule a concentração de ácido fosfórico no refrigerante e apresente o erro relativo tomando como referência valores encontrado na literatura. Tabela1. Resultados da análise potenciométrica do teor de H3PO4 em amostra de refrigerante. Volume NaOH mL pH Volume NaOH mL pH Volume NaOH mL pH Volume NaOH mL pH 0,0 9,0 18,0 27,0 0,5 9,5 18,5 27,5 1,0 10,0 19,0 28,0 1,5 10,5 19,5 28,5 2,0 11,0 20,0 29,0 2,5 11,5 20,5 29,5 3,0 12,0 21,0 30,0 3,5 12,5 21,5 31,0 4,0 13,0 22,0 32,0 4,5 13,5 22,5 33,0 5,0 14,0 23,0 34,0 5,5 14,5 23,5 35,0 6,0 15,0 24,0 36,0 6,5 15,5 24,5 37,0 7,0 16,0 25,0 38,0 7,5 16,5 25,5 39,0 8,0 17,0 26,0 40,0 8,5 17,5 26,5 Questionamentos: 1) Construir o gráfico de pH vs. volume do titulante adicionado para a titulação realizada. 2) Na titulação do H3PO4 com NaOH, são observados apenas o primeiro e o segundo ponto de equivalência. Por quê? 3) Através do gráfico construído, calcular o teor de ácido fosfórico em mol L1 e g L1 na amostra de refrigerante utilizando o volume de titulante obtido no primeiro ponto de equivalência. Realizar novamente o cálculo utilizando o volume de titulante obtido no segundo ponto de equivalência. Comparar e comentar os resultados. 4) Estimar os valores de pKa1 e pKa2 com base na curva de titulação. Comparar os valores obtidos experimentalmente com os da literatura. 5) Quais as vantagens em realizar a determinação de H3PO4 por titulação potenciométrica em relação à volumetria de neutralização utilizando indicadores? 41 Exemplo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2 4 6 8 10 12 pH Volume de NaOH, mL 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2 4 6 8 10 12 20,5 mL8,8 mL pH Volume de NaOH, mL 8,8 mL 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0.0 0.6 1.2 d( pH ) / d (V ) Volume de NaOH, mL 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 -0.7 0.0 0.7 20,5 mL * d 2 (p H ) / d 2 (V ) Volume de NaOH, mL * 8,8 mL 42 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 2 4 6 8 10 12 pH Volume de NaOH, mL 43 Dados do Maicon
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