relatório QUÍMICA ANALITICA

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Titulação potenciométrica de um ácido forte com uma base forte.
Alunos: Lucas Soares e Vinícius Nunes
Licenciatura em Química- 5º Período
Profª.: Clícia Azeredo Gomes
Cabo Frio/RJ 
Julho de 2018
Lucas Soares e Vinícius Nunes
Titulação potenciométrica de um ácido forte com uma base forte.
Quinto relatório de Química Analítica experimental, referente ao 5º período da Licenciatura em Química, sob orientação da professora Clícia Azeredo Gomes.
Cabo Frio/RJ 
Julho de 2018
Objetivos
Titular um ácido forte com uma base forte através do método potenciométrico;
Construção das curvas de primeira e segunda derivada a partir dos dados obtidos;
Interpretar uma curva de titulação a fim de descobrir-se o valor mais próximo de volume no ponto de equivalência;
Determinar o ponto final da titulação através da curva sigmoidal (somente para o ácido clorídrico), utilizando-se a técnica da primeira e segunda derivadas das curvas;
Introdução
	 Atualmente, o ser humano é dependente da eletricidade, bancos, escolas, empresas, casas, hospitais, necessitam da energia elétrica para funcionarem e desempenharem suas de vidas funções individuais e/ou públicas. Esta imprescindível entidade, a energia elétrica, é decorrente de modificações no estado eletrônico dos átomos e s orientação do fluxo de elétrons proveniente de reações químicas, mais uma vez percebe -se a relação entre matéria e energia. O ramo da Ciência que estuda a produção de energia elétrica a partir de reações químicas é a Eletroquímica – a parte da Química que se dedica ao estudo das reações químicas como produtora de energia elétrica ou dependentes desta energia para sua ocorrência. Em Eletroquímica as reações químicas estudadas são as reações de oxirredução, também em chamadas oxidação-redução, oxirredução ou ainda reação redox, neste relatório abordar-se -á o t ermo oxirredução. Uma reação de oxirredução é uma reação química em que ocorre transferência de elétrons, ou seja, ocorre variação no número de oxidação (Nox) das espécies reacionais, pois uma delas doará elétrons para outra. 
Reação 1: Ilustração de uma reação de oxirredução
Essa reação acontece porque o cobre, Cu, possui um maior Potencial de Redução Padrão, E°, quando comparado ao E° do níquel, Ni. Isso significa que o cobre apresenta uma maior capacidade de reduzir -se, ganhar elétrons, que o níquel, assim, como os reagentes eram níquel sólido, Ni(s) e cobre catiônico, Cu+2(aq), o cobre, por possuir a maior capacidade de se reduzir dentre os dois, recebeu dois elétrons do Ni para ficar no estado elementar de carga neutra Cu°(s). O cobre se reduziu, então ganhou elétrons, para isto ser possível o níquel doou elétrons, então diz-se que o níquel é o agente redutor – aquele que se oxida, causando a redução – e que o cobre é o agente oxidante – aquele que se reduz, causando oxidação 
Figura 1:Tabela de potenciais padrão de redução
	Percebido que há cargas em algumas espécies químicas, como, Cu+2, Cu+, Cl-, SO4-2, H+ etc. percebe-se que na matéria sólida, líquida e mesmo gasosa essas cargas podem gerar atração ou repulsão, ou seja, interação eletrostática. A existências espécies químicas carregadas, chamadas íons, que se subdividem em cátions – íons positivos – e ânions – íons negativos -, é decorrente de reações de oxirredução 
Muitos minerais, soluções líquidas (água, sangue, bebidas, soluções analíticas etc.) e gases são ricos em íons. Este é um dos motivos de certos materiais o u soluções serem bons ou maus condutores elétricos. A existência de íons, bem como, de demais substâncias, em diferentes soluções é um f ato que exige estudo e, muitas vezes, controle da quantidade dessas substâncias; por exemplo, a quantidade de cátions bivalentes de cálcio e magnésio , respectivamente, Ca+2 e Mg+2, é bastante analisada pelas Estações de Tratamento de Água (ETAs), pois uma quantidade elevada de Ca+2 e Mg+2 causa propriedades indesejáveis na água que há de chegar nas torneiras dos consumidores. 
Outro exemplo, é a concentração de íons H+ na água, bebidas, materiais de limpeza e higiene etc., pois quantidades elevadas de H+ implicam em um pH muito baixo, característica de substância ou solução ácida, o composto, baixíssima concentração de H+, implica em pH alto, característica de substância ou solução básica, os extremos são prejudiciais ao ser humano, animais e plantas, causando corrosão, risco de inflamação , alto nível de toxicidade. 
Nesta óptica, é fundamental conhecer a concentração de certas substâncias seja no setor industrial, alimentício, clínico, laboratorial, acadêmico etc. A Química analítica situa -se como a área científica que apresenta um grande respaldo e potentes métodos e equipamentos para medições precisas, incluindo de espécies químicas carregadas, íons. A Potenciometria é um ramo da Eletroanalítica, a qual é parte da Química Analítica e possui métodos precisos para quantificar concentrações de analitos com base nos potenciais observados a partir da interação do analito com os equipamentos específicos, como, eletrodos. Ao inserir uma lâmina ou fio de um metal (cobre, por exemplo) em uma solução que contenha íons do mesmo metal (sulfato de cobre, Cu+2 + SO4-2, por exemplo), estabelece-se um equilíbrio na interface metal | solução (extremidade do fio ou lâmina em contato com a solução). O equilíbrio implica no fato de o metal e a solução estarem eletricamente carregados, assim ocorrerá interação eletrostática na interface o que causa uma redistribuição nas partículas (átomos) do metal e, consequentemente, uma indução eletrostática das cargas da solução em função da interação com as cargas do da superfície do metal na interface, neste caso, o metal é o eletrodo
Titulação potenciométrica ou método potenciomético de análise química são maneiras de medidas analíticas que se baseiam no potencial elétrico, na ausência de corrente, referente aos íons dissolvidos na amostra de uma solução. Isto é, requer controle total controle das diferentes etapas, anotando os diferentes volumes de titulante e seu respectivo potencial. Para que as medidas potenciométricas podem ser aferidas usou-se um aparelho chamado eletrodo que por sua vez possui pequenos sensores que são seletivos aos íons de H+ (pH). Na potenciometria utiliza -se dois tipos de eletrodos: os Eletrodos Indicadores , aqueles que possuem uma afinidade bastante seletiva para interagir com determinada substância analisada, possuindo também um potencial que irá variar em função da concentração do analito e, os Eletrodos de Referência, aqueles que apresentam um potencial conhecido, um potencial padrão determinado, constante e que tenha pouca tendência a modificar seu potencial em função da temperatura 
 Figura 2: pHmetro ou eletrodo
	Os gráficos potenciométricas, em geral, possuem curvas muito parecidas com os gráficos de titulação de neutralização que se caracterizam por grande variação do pH a media em que se aproxima do ponto final. Existem diferentes formas para a analise de curvas potenciométricas nas quais ajudam a encontrar o ponto final da titulação e entre elas tão o método da bissetriz, o método da primeira derivada e a segunda derivada. 
O método das derivadas apresenta os seguintes gráficos:
Figura 3: Ilustrações de gráficos de titulações potenciométrica
O primeiro (a) mostra o pH ou f.e.m da célula pelo volume de titulante. O segundo gráfico (b) representa a variação do pH dividida pela variação do volume de titulante no eixo das coordenadas pelo volume de titulante no eixo das abscissas. Já o terceiro gráfico (c) demonstra a variação do pH dividido pela variação do volume, dividido novamente pela variação do volume no eixo das coordenadas e o volume de titulante no eixo das abscissas
Materiais e Reagentes
Materiais:
Agitador magnético
(1);
Becker de 100 mL (2);
Bureta (1);
Erlenmeyer de 250 mL (1);
Barra de agitação magnética (1);
pHmetro (1);
Pipeta descartável (2);
Pipeta de vidro de 25 mL (1) 
Reagentes:
Hidróxido de sódio;
Ácido clorídrico 0,1 mol/L;
Fenolftaleína 1% m/v (indicador);
Procedimento experimental
Inicialmente, realizou-se um processo de titulação de neutralização utilizando HCl e NaOH
Realizou-se uma titulação adicionando 25mL de ácido clorídrico 0,1 mol/L e 25mL de água deionizada em um Erlenmeyer e adicionou-se hidróxido de sódio na Bureta.
Após a calibração do pHmetro preencheu-se novamente a bureta com hidróxido de sódio e em seguida fez-se uma solução em um Becker de 100mL adicionando 25mL de ácido clorídrico 0,1 mol/L e 25mL de água destilada.
Mergulhou-se o eletrodo na solução sob agitação e começou-se a titulação acrescentando pequenas quantidades de hidróxido de sódio e esperando 15 segundos para que o pHmetro se estabilize e meça corretamente o pH. 
Resultados e Discussões 
Inicialmente tem-se a titulação de neutralização, realizada utilizando NaOH e HCl. A reação balanceada para a titulação acima está representada abaixo:
NaOH + HCl Na+ Cl- + H2O
As concentrações da solução analito (HCl) e titulante (NaOH) são: [HCl] = 0,0955 mol. L-1 e [NaOH] = 0,1 mol. L-1. A partir disso calculou-se o volume necessário para que se atingisse o chamado ponto de equivalência:
0,0955 mol. L-1. 25 ml = 0,089 mol. L-1 (V equivalência) 
V equivalência = 26, 8 ml
Então, ao se realizar a titulação potenciométrica, espera-se que seja necessária a adição de 26,8 ml de NaOH para que se atinja a proximidade da neutralidade da solução (Ph = 7)
Depois de calibrado e montado o sistema de eletrodo, fez-se a titulação potenciométrica, sendo os valores de pH, a cada adição, registrados na tabela abaixo a fim de se construir a curva de titulação. Observou-se e anotou-se estes valores na Tabela 1
	V (mL)
	pH
	ΔV
	ΔpH
	V(médio)
	ΔpH/ΔV
	Δ(ΔpH/ΔV)
	0,00
	1,19
	
	
	
	
	
	1,00
	1,2
	1,00
	0,01
	0,50
	0,01
	
	2,00
	1,21
	1,00
	0,01
	1,50
	0,01
	0
	3,00
	1,21
	1,00
	0
	2,50
	0
	-0,01
	4,00
	1,23
	1,00
	0,02
	3,50
	0,02
	0,02
	5,00
	1,25
	1,00
	0,02
	4,50
	0,02
	0
	6,00
	1,28
	1,00
	0,03
	5,50
	0,03
	0,01
	7,00
	1,3
	1,00
	0,02
	6,50
	0,02
	-0,01
	8,00
	1,33
	1,00
	0,03
	7,50
	0,03
	0,01
	9,00
	1,36
	1,00
	0,03
	8,50
	0,03
	0
	10,00
	1,39
	1,00
	0,03
	9,50
	0,03
	-2,2E-16
	11,00
	1,42
	1,00
	0,03
	10,50
	0,03
	2,22E-16
	12,00
	1,46
	1,00
	0,04
	11,50
	0,04
	0,01
	13,00
	1,5
	1,00
	0,04
	12,50
	0,04
	0
	14,00
	1,53
	1,00
	0,03
	13,50
	0,03
	-0,01
	15,00
	1,59
	1,00
	0,06
	14,50
	0,06
	0,03
	16,00
	1,62
	1,00
	0,03
	15,50
	0,03
	-0,03
	17,00
	1,67
	1,00
	0,05
	16,50
	0,05
	0,02
	18,00
	1,73
	1,00
	0,06
	17,50
	0,06
	0,01
	19,00
	1,8
	1,00
	0,07
	18,50
	0,07
	0,01
	20,00
	1,87
	1,00
	0,07
	19,50
	0,07
	0
	21,00
	1,95
	1,00
	0,08
	20,50
	0,08
	0,01
	22,00
	2,04
	1,00
	0,09
	21,50
	0,09
	0,01
	23,00
	2,16
	1,00
	0,12
	22,50
	0,12
	0,03
	24,00
	2,34
	1,00
	0,18
	23,50
	0,18
	0,06
	24,20
	2,38
	0,20
	0,04
	24,10
	0,2
	0,02
	24,40
	2,4
	0,20
	0,02
	24,30
	0,1
	-0,1
	24,60
	2,45
	0,20
	0,05
	24,50
	0,25
	0,15
	24,80
	2,48
	0,20
	0,03
	24,70
	0,15
	-0,1
	25,00
	2,53
	0,20
	0,05
	24,90
	0,25
	0,1
	25,20
	2,54
	0,20
	0,01
	25,10
	0,05
	-0,2
	25,40
	2,62
	0,20
	0,08
	25,30
	0,4
	0,35
	25,60
	2,72
	0,20
	0,1
	25,50
	0,5
	0,1
	25,80
	2,89
	0,20
	0,17
	25,70
	0,85
	0,35
	26,00
	3,03
	0,20
	0,14
	25,90
	0,7
	-0,15
	26,20
	3,26
	0,20
	0,23
	26,10
	1,15
	0,45
	26,40
	3,71
	0,20
	0,45
	26,30
	2,25
	1,1
	26,60
	5,51
	0,20
	1,8
	26,50
	9
	6,75
	26,80
	6,37
	0,20
	0,86
	26,70
	4,3
	-4,7
	27,00
	7,35
	0,20
	0,98
	26,90
	4,9
	0,6
	27,20
	9,3
	0,20
	1,95
	27,10
	9,75
	4,85
	27,40
	9,79
	0,20
	0,49
	27,30
	2,45
	-7,3
	27,60
	10,14
	0,20
	0,35
	27,50
	1,75
	-0,7
	27,80
	10,34
	0,20
	0,2
	27,70
	1
	-0,75
	28,00
	10,61
	0,20
	0,27
	27,90
	1,35
	0,35
	28,20
	10,73
	0,20
	0,12
	28,10
	0,6
	-0,75
	28,40
	10,84
	0,20
	0,11
	28,30
	0,55
	-0,05
	28,60
	10,9
	0,20
	0,06
	28,50
	0,3
	-0,25
	28,80
	10,99
	0,20
	0,09
	28,70
	0,45
	0,15
	29,00
	11,04
	0,20
	0,05
	28,90
	0,25
	-0,2
	30,00
	11,28
	1,00
	0,24
	29,50
	0,24
	-0,01
	31,00
	11,43
	1,00
	0,15
	30,50
	0,15
	-0,09
	32,00
	11,55
	1,00
	0,12
	31,50
	0,12
	-0,03
	35,00
	11,76
	3,00
	0,21
	33,50
	0,07
	-0,05
	40,00
	11,95
	5,00
	0,19
	37,50
	0,038
	-0,032
	
	
	
	
	
	
	
Tabela 1: Dados auferidos durante a pratica 
A partir desses valores obtidos, e utilizando uma ferramenta gráfica (Excel), construiu-se então a curva de titulação entre o ácido clorídrico e hidróxido de sódio, representada pela Figura 1:
Figura 4: curva de titulação de ácido clorídrico x hidróxido de sódio 
Analisando graficamente, sob a ótica do método da bissetriz, tem-se que o volume no ponto de inflexão, percebe-se que o volume de NaOH, para que se atinja o valor de PH igual a 7 fica entre 20 e 30 ml 
O ponto de titulação deve coincidir com o ponto de inflexão da sigmoide. Esta determinação foi verificada por três métodos e um deles está expresso no gráfico (Fig.1). Este método baseia-se em traçar duas retas tangentes ao gráfico antes e depois do ponto de equivalência que estará localizado na metade da distância que separa as duas retas. O volume encontrado por esse método foi de 24,7 ml.
O segundo método de localização do ponto final é baseado na derivada primeira (pH’) da curva de titulação obtida (Fig. 1). O ponto de equivalência será determinado pelo pico do gráfico obtido, onde a derivada primeira que estava crescente passa a decrescer. Obteve-se, então, o gráfico ao lado (Fig. 2) e o volume de equivalência obtido por esse método também foi de 24,7 mL.
Figura 5: Gráfico da primeira derivada (Ph’)
O terceiro método de localização do ponto final é baseado na derivada segunda (pH’’) da curva de titulação obtida (Fig. 4) ou pela derivada primeira do gráfico acima (Fig. 5). O ponto de equivalência será determinado pelo ponto onde o gráfico passa da região positiva para a região negativa, ou simplesmente o ponto em que a segunda derivada zera e a primeira derivada é diferente de zero. Obteve-se então o gráfico ao lado (Fig. 6) e o ponto de equivalência obtido também foi de 24,7 mL
Figura 3: Gráfico da segunda derivada (Ph’’)
Os três métodos de localização do ponto final da titulação obtiveram o mesmo valor. Isto indica que a precisão dos três métodos foi devido à obtenção de uma boa curva de titulação.
Apesar do mesmo valor (24,7 ml) ter sido obtido pelos três métodos distintos, este não coincide com o valor esperado (24,2 ml) que seria 2% abaixo. Isso pode ser devido a erros no preparo das soluções que, consequentemente, acarretou erros nas suas concentrações.
Essa diferença entre a sigmoide e os outros dois métodos ocorre devido aos cálculos não serem baseados na melhor curva de titulação já que a inflexão só coincide com o ponto de equivalência se a curva for simétrica, o que faz com que haja bastantes imprecisões nos cálculos.
Conclusão
A potenciometria é uma aplicação analítica direta da equação de Nernst, medindo-se os potenciais de eletrodos não polarizados em condições nulas de corrente elétrica. Essa equação fornece uma reação simples entre o potencial relativo de um eletrodo e a concentração das espécies iônicas correspondentes em solução. Os métodos empregados na análise potenciométrica baseiam-se na medida da força eletromotriz de uma pilha ou célula galvânica constituída pela associação de dois eletrodos: um de referência e outro de trabalho ou indicador.
Através deste método analítico é possível encontrar o volume de equivalência entre duas soluções analisando-se os gráficos das curvas de titulação, o de primeira e de segunda derivada
Bibliografia
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Mendham, J. et al. VOGEL, Análise Química Quantitativa. 6º ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
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