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TITULOMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO: TIPO DE TITULOMETRIA BASEADA EM REAÇÕES ÁCIDO-BASE ENTRE O ANALITO E O TITULANTE. Titulado: Amostra c/ ANALITO (ÁCIDO OU BASE) + INDICADOR ÁCIDO/BASE Titulante: SOLUÇÃO PADRÃO DE ÁCIDO OU BASE CURVAS DE TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE GRÁFICO APRESENTANDO A VARIAÇÃO DO pH DO TITULADO EM FUNÇÃO DO VOLUME DE TITULANTE ADICIONADO MAIOR COMPREENSÃO DA TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE ! ESCOLHA DO INDICADOR ! TITULAÇÃO DE MISTURAS ! DETERMINAÇÃO DO PONTO FINAL DE TITULAÇÃO ! A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE TITULADO: SOLUÇÃO DE ÁCIDO FORTE TITULANTE: SOLUÇÃO PADRÃO DE BASE FORTE MB = concentração da base em mol/L VB = volume de base adicionado (mL) MA = concentração do ácido em mol/L VA = volume inicial de ácido (mL) 4.57 pHmetro Montagem experimental para obtenção de curvas de titulação ácido/base EXEMPLO: CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de ÁCIDO FORTE 0,01 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,02 mol/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 VB (mL) p H VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO REGIÃO DE EXCESSO DE BASE A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE CÁLCULO DO pH DO TITULADO EM FUNÇÃO DO VOLUME DE BASE ADICIONADO: PONTO INICIAL (VB = 0) SOLUÇÃO DE ÁCIDO FORTE [H +] = MA (considerando a total ionização do ácido !) LEMBRANDO QUE: pH = - log [H+] EXEMPLO: Para uma solução 0,01 mol/L de ácido forte temos que o pH do titulado antes da adição do titulante é : pH = - log [H+] = - log 0,01 = 2,0 A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO (0 < VB < VE) NESTA REGIÃO, PARTE DO ÁCIDO FOI CONSUMIDO PELA BASE ADICIONADA, E O pH SERÁ ESTABELECIDO PELO ÁCIDO RESTANTE: [H+] = No de moles de ácido não reagido Volume total [H+] = No de moles inicial de ácido - No de moles de base adicionados Volume total [H+] = MAVA - MBVB VA + VB = MBVE - MBVB VA + VB = MB (VE – VB) VA + VB LEMBRANDO QUE: pH = - log [H+] A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE PONTO DE EQUIVALÊNCIA (VB = VE) NO PONTO DE EQUIVALÊNCIA, TODO O ÁCIDO FOI CONSUMIDO PELA BASE ADICIONADA PRODUZINDO UM SAL. SAL DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE SOLUÇÃO NEUTRA pH = 7,0 ALÉM DISSO, LEMBRAR QUE: NA = NB MAVA = MBVE VE = MAVA/MB A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE REGIÃO DE EXCESSO BASE (VB > VE) NESTA REGIÃO, TODO O ÁCIDO JÁ FOI CONSUMIDO PELA BASE ADICIONADA, E O pH SERÁ ESTABELECIDO PELO EXCESSO DE BASE ADICIONADO: [OH-] = No de moles de base em excesso Volume total [OH-] = No de moles de base adicionados - No de moles inicial de ácido Volume total [OH-] = MBVB - MAVA VA + VB = MBVB - MBVE VA + VB = MB (VB – VE) VA + VB pOH = -log [OH-] pH = pKw – pOH = 14 - pOH A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE Considerando a titulação de 20 mL de uma solução 0,04 mol/L de ácido bromídrico com hidróxido de potássio 0,05 mol/L, calcule o pH do titulado quando: a) VB = 0 mL b) VB = 10 mL c) VB = 16 mL d) VB = 20 mL EXEMPLO: TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM UMA BASE FORTE B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE TITULADO: SOLUÇÃO DE BASE FORTE TITULANTE: SOLUÇÃO PADRÃO DE ÁCIDO FORTE MA = concentração do ácido em mol/L VA = volume de ácido adicionado (mL) MB = concentração da base em mol/L VB = volume inicial de base (mL) 4.57 pHmetro EXEMPLO: CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de BASE FORTE 0,01 mol/L c/ uma solução de ÁCIDO FORTE 0,02 mol/L VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 VA (mL) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 p H REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO REGIÃO DE EXCESSO DE BASE B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE CÁLCULO DO pH DO TITULADO EM FUNÇÃO DO VOLUME DE ÁCIDO ADICIONADO: PONTO INICIAL (VA = 0) SOLUÇÃO DE BASE FORTE [OH -] = MB (considerando a total dissociação da base !) EXEMPLO: Para uma solução 0,01 mol/L de base forte temos que o pH do titulado antes da adição do titulante é : pH = 14 - log [OH-] = 14 - log 0,01 = 12,0 pOH = -log [OH-] pH = pKw – pOH = 14 - pOH B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE REGIÃO DE EXCESSO DE BASE (0 < VA < VE) NESTA REGIÃO, PARTE DA BASE FOI CONSUMIDA PELO ÁCIDO ADICIONADO, E O pH SERÁ ESTABELECIDO PELA BASE RESTANTE: [OH-] = No de moles de base não reagida Volume total [OH-] = No de moles inicial de base - No de moles de ácido adicionado Volume total [OH-] = MBVB - MAVA VA + VB = MAVE - MAVA VA + VB = MA (VE – VA) VA + VB pOH = -log [OH-] pH = pKw – pOH = 14 - pOH B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE PONTO DE EQUIVALÊNCIA (VA = VE) NO PONTO DE EQUIVALÊNCIA, TODO A BASE FOI CONSUMIDA PELO ÁCIDO ADICIONADO PRODUZINDO UM SAL. SAL DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE SOLUÇÃO NEUTRA pH = 7,0 ALÉM DISSO, LEMBRAR QUE: NB = NA MBVB = MAVE VE = MBVB/MA B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE REGIÃO DE EXCESSO ÁCIDO (VA > VE) NESTA REGIÃO, TODA A BASE JÁ FOI CONSUMIDA PELO ÁCIDO ADICIONADO, E O pH SERÁ ESTABELECIDO PELO EXCESSO DE ÁCIDO ADICIONADO: [H+] = No de moles de ácido em excesso Volume total [H+] = No de moles de ácido adicionado - No de moles inicial de base Volume total [H+] = MAVA - MBVB VA + VB = MAVA - MAVE VA + VB = MA (VA – VE) VA + VB LEMBRANDO QUE: pH = - log [H+] B) TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE Considerando a titulação de 30 mL de uma solução 0,03 mol/L de hidróxido de sódio com ácido clorídrico 0,09 mol/L, calcule o pH do titulado quando: a) VA = 0 mL b) VA = 5 mL c) VA = 10 mL d) VA = 15 mL EXEMPLO: TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE TITULADO: SOLUÇÃO DE ÁCIDO FRACO TITULANTE: SOLUÇÃO PADRÃO DE BASE FORTE MB = concentração da base em mol/L VB = volume de base adicionado (mL) MA = concentração do ácido em mol/L VA = volume inicial de ácido (mL) 4.57 pHmetro Montagem experimental para obtenção de curvas de titulação ácido/base EXEMPLO: CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de ÁCIDO FRACO (pKa = 4,757) 0,01 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,02 mol/L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 VB (mL) pH VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE BASE pH = 8,89 VB = VE/2 pH = pKa C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE CÁLCULO DO pH DO TITULADO EM FUNÇÃO DO VOLUME DE BASE ADICIONADO: PONTO INICIAL (VB = 0) SOLUÇÃO DE ÁCIDO FRACO DE CONCENTRAÇÃO MA E CONSTANTE Ka. LEMBRANDO QUE: pH = - log [H+] 2 4 ][ 2 Aaaa MKKK H C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE REGIÃO DE TAMPÃO (0 < VB < VE) NESTA REGIÃO, TEMOS UMA SOLUÇÃO TAMPÃO FORMADA PELO ÁCIDO FRACO NÃO REAGIDO E SEU SAL FORMADO A PARTIR DA REAÇÃO COM A BASE pH PODE SER CALCULADO PELA EQUAÇÃO DE HENDERSON- HASSELBALCH ][ ][ log HA A pKpH a BE B a VV V pKpH log QUANDO VB = VE/2 pH = pKa C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE PONTO DE EQUIVALÊNCIA (VB = VE) NO PONTO DE EQUIVALÊNCIA, TODO O ÁCIDO FOI CONSUMIDO PELA BASE ADICIONADA PRODUZINDO UM SAL.SAL DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE SOLUÇÃO ALCALINA pH > 7,0 CONCENTRAÇÃO EM mol/L DA SOLUÇÃO SALINA = MS = MAVA/(VA+VE) 2 4 ][ 2 Sbbb MKKK OH LEMBRANDO QUE: Kb = Kw/Ka ; pOH = - log [OH -] e pH = 14 - pOH C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE REGIÃO DE EXCESSO BASE (VB > VE) NESTA REGIÃO PODEMOS CALCULAR O pH DE FORMA ANÁLOGA À UTILIZADA PARA A TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FORTE COM BASE FORTE [OH-] = No de moles de base em excesso Volume total [OH-] = No de moles de base adicionados - No de moles inicial de ácido Volume total [OH-] = MBVB - MAVA VA + VB = MBVB - MBVE VA + VB = MB (VB – VE) VA + VB pOH = -log [OH-] pH = pKw – pOH = 14 - pOH C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE Considerando a titulação de 20 mL de uma solução 0,04 mol/L de ácido acético (pKa = 4,757) com hidróxido de sódio 0,05 mol/L, calcule o pH do titulado quando: a) VB = 0 mL b) VB = 5 mL c) VB = 8 mL d) VB = 16 mL e) VB = 20 mL EXEMPLO: TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FORTE 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 VB (mL) p H Amarelo de alizarina (10,1 – 12,0) Fenolftaleína (8,0 – 9,6) Azul de bromotimol (6,0 – 7,6) Vermelho de metila (4,8 – 6,0) Alaranjado de metila (3,1 – 4,4) Ácido forte pKa = 10,0 pKa = 2,0 pKa = 4,0 pKa = 6,0 pKa = 8,0 INFLUÊNCIA DA FORÇA DO ÁCIDO CURVAS DE TITULAÇÃO de 20 mL de uma solução de ÁCIDO 0,1 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,1 mol/L INFLUÊNCIA DA DILUIÇÃO DO ÁCIDO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 VB (mL) p H 20 mM HA 200 mM HA 2 mM HA 0,2 mM HA 0,02 mM HA 0,002 mM HA EXEMPLO: CURVAS DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de ÁCIDO FRACO (pKa = 4,0) c/ uma solução de BASE FORTE de concentração igual a cinco vezes a do ácido. D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE TITULADO: SOLUÇÃO DE BASE FRACA TITULANTE: SOLUÇÃO PADRÃO DE ÁCIDO FORTE MA = concentração do ácido em mol/L VA = volume de ácido adicionado (mL) MB = concentração da base em mol/L VB = volume inicial de base (mL) 4.57 pHmetro Montagem experimental para obtenção de curvas de titulação ácido/base EXEMPLO: CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de BASE FRACA (pKb = 4,757) 0,01 mol/L c/ uma solução de ÁCIDO FORTE 0,02 mol/L D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO pH = 5,71 VB = VE/2 pH = pKa = 14 – pKb = 9,24 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 VA (mL) pH CÁLCULO DO pH DO TITULADO EM FUNÇÃO DO VOLUME DE ÁCIDO ADICIONADO: PONTO INICIAL (VA = 0) SOLUÇÃO DE BASE FRACA DE CONCENTRAÇÃO MB E CONSTANTE Kb. LEMBRANDO QUE: pOH = -log [OH-] pH = pKw – pOH = 14 - pOH D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE 2 4 ][ 2 Bbbb MKKK OH REGIÃO DE TAMPÃO (0 < VA < VE) NESTA REGIÃO, TEMOS UMA SOLUÇÃO TAMPÃO FORMADA PELA BASE FRACA NÃO REAGIDA E SEU SAL FORMADO A PARTIR DA REAÇÃO COM O ÁCIDO pH PODE SER CALCULADO PELA EQUAÇÃO DE HENDERSON- HASSELBALCH QUANDO VA = VE/2 pH = pKa D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE A AE b A AE a V VV pK V VV pKpH log14log PONTO DE EQUIVALÊNCIA (VA = VE) NO PONTO DE EQUIVALÊNCIA, TODA A BASE FOI CONSUMIDA PELO ÁCIDO ADICIONADO, PRODUZINDO UM SAL. SAL DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE SOLUÇÃO ÁCIDA pH < 7,0 CONCENTRAÇÃO EM mol/L DA SOLUÇÃO SALINA = MS = MBVB/(VB+VE) LEMBRANDO QUE: Ka = Kw/Kb ; pH = - log [H +] D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE 2 4 ][ 2 Saaa MKKK H REGIÃO DE EXCESSO ÁCIDO (VA > VE) NESTA REGIÃO PODEMOS CALCULAR O pH DE FORMA ANÁLOGA À UTILIZADA PARA A TITULAÇÃO DE UMA BASE FORTE COM UM ÁCIDO FORTE [H+] = No de moles de ácido em excesso Volume total [H+] = No de moles de ácido adicionado - No de moles inicial de base Volume total [H+] = MAVA - MBVB VB + VA = MAVA - MAVE VB + VA = MA (VA – VE) VB + VA LEMBRANDO QUE: pH = - log [H+] D) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE Considerando a titulação de 40 mL de uma solução 0,2 mol/L de amônia (pKb = 4,756) com ácido clorídrico 0,8 mol/L, calcule o pH do titulado quando: a) VA = 0 mL b) VA = 8 mL c) VA = 5 mL d) VA = 10 mL e) VA = 12 mL EXEMPLO: TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 VB (mL) p H EXEMPLO: CURVA DE TITULAÇÃO de 100 mL de uma solução de ÁCIDO FRACO (pKa = 4,757) 0,05 mol/L c/ uma solução de BASE FRACA (pKb = 4,757) 0,1 mol/L VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE pH = 7,1 E) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FRACA E) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO COM UMA BASE FRACA A curva de titulação de um ácido fraco com uma base fraca (ou vice- versa) apresenta uma variação gradual do pH nas proximidades do ponto de equivalência. CARACTERÍSTICAS DA CURVA DE TITULAÇÃO: Vtitulante = 0 Solução de ácido ou base fraca 0 < Vtitulante < VE semelhante a curva com ácido ou base forte PONTO DE EQUIVALÊNCIA pH = ½ pKw + ½ pKa - ½ pKb Vtitulante > VE solução de sal + titulante Neste tipo de titulação, freqüentemente, não se consegue um ponto final nítido com indicadores simples. O ideal é ter um indicador com uma faixa de viragem estreita. III - TITULAÇÃO DE UMA MISTURA DE ÁCIDO FORTE E ÁCIDO FRACO A composição de uma mistura de um ácido forte com um ácido fraco pode ser determinada por titulação usando-se indicadores adequados, desde que o pKa do ácido fraco esteja situado entre 4 e 8 e que as concentrações de ambos os ácidos sejam da mesma ordem de magnitude. Titulações de 25 mL de uma mistura de ácido forte 0,1200 mol/L e de ácido fraco 0,0800 mol/L com NaOH 0,1000 mol/L III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS ÁCIDO POLIFUNCIONAL: Um ácido polifuncional é um ácido que contém mais que um hidrogênio ionizável, estes são também chamados de ácidos polipróticos. Exemplos: H2SO4 (ác. sulfúrico), H2C2O4 (ác. oxálico), H3PO4 (ác. fosfórico). BASE POLIFUNCIONAL: Uma base polifuncional ou polibase é uma espécie que pode aceitar mais que um hidrogênio. Exemplos: CO3 2- (íon carbonato), PO4 3- (íon fosfato), -OOC-CH=CH-COO- (íon maleato). III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS Em um ácido poliprótico cada ionização é um equilíbrio a parte. Portanto, teremos uma constante, Kai, para cada ionização. Tomemos como exemplo um ácido triprótico do tipo H3A. IONIZAÇÕES DE UM ÁCIDO TRIPRÓTICO: 1a Ionização: H3A H + + H2A - 2a Ionização: H2A - H+ + HA2- 3a Ionização: HA2- H+ + A3- 1 3 2 1 ][ ]][[ K AH AHH Ka 2 2 2 2 ][ ]][[ K AH HAH Ka 32 3 3 ][ ]][[ K HA AH Ka Sempre: Ka1 > Ka2 > Ka3 ; na maioria das vezes a diferença entre os valores de Kai são da ordem de 104 a 105. III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS De forma análoga aos ácidos, as bases polifuncionais possuem diversas etapas de protonação e um valor de Kbi para cada uma delas. Tomemos o exemplo de uma tribase A3- : PROTONAÇÕES DE UMA TRIBASE: 1a protonação: A3- + H2O OH - + HA2- 2aprotonação: HA2- + H2O OH - + H2A - 3a protonação: H2A - + H2O OH - + H3A A titulação de um ácido ou uma base polifuncional pode ser realizada para cada etapa de ionização ou protonação desde que cada constante de equilíbrio difira da subseqüente de um valor da ordem de 103. 13 2 3 1 ][ ]][[ K A OHHA K K K a w b 22 2 2 2 ][ ]][[ K HA OHAH K K K a w b 3 2 3 1 3 ][ ]][[ K AH OHAH K K K a w b III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS IONIZAÇÕES DE UM ÁCIDO DIPRÓTICO: 1a Ionização: H2A H + + HA- 2a Ionização: HA- H+ + A2- A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE 1 2 1 ][ ]][[ K AH HAH Ka 2 2 2 ][ ]][[ K HA AH Ka C C HH COO-HOOC OOC C C HH COO-- H + + pKa2 = 6,332 C C HH COOHHOOC C C HH COOHOOC - H ++ pKa1 = 1,910 EXEMPLO: ÁCIDO MALÉICO III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO (pKa1 = 3,0; pKa2 = 8,0) 0,02 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,1 mol/L A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 VB (mL) pH VE PE1 pKa1 ½VE 3/2VE 2VE pKa2 1a REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE BASE 2a REGIÃO DE TAMPÃO PE2 pH = ½ (pKa1 + pKa2) A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE Excesso de base forte Solução de A2- (base fraca) Solução tampão (A2-/HA-) Solução de HA- (espécie anfiprótica) Solução tampão (HA-/H2A) Solução de ácido fraco H2A VB > 2VE VB = 2VE VE < VB < 2VE VB = VE 0 < VB < VE VB = 0 2 4 ][ 1 2 11 aaaa MKKK H ][ ][ log 2 1 AH HA pKpH a ][][ ][ ][ 1 121 HAKHA KKHAKK H a waaa Aa MKH 1][ BE B a VV V pKpH log1 BE EB a VV VV pKpH 2 log2 21 2 1 aa pKpKpH ][ ][ log 2 2 HA A pKpH a 2 4 ][ 1 2 11 Sbbb MKKK OH Sb MKOH 1][ BA AABB VV VMVM OH 2 ][ BA EBB VV VVM OH 2 ][ Valor de VB Tipo de solução Cálculo do pH aproximação 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 VB (mL) H2A HA- A2- III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS A) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE DISTRIBUIÇÃO DAS ESPÉCIES para titulação de 50 mL de uma solução de ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO (pKa1 = 3,0; pKa2 = 8,0) 0,02 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,1 mol/L VE½VE 3/2VE 2VE EXEMPLOS DE TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE (MA= 0,02 mol/L; VA = 50 mL e MB = 0,1 mol/L) ÁCIDO MALÉICO (pKa1 = 1,910 e pKa2 = 6,332) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 VB (mL) pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 VB (mL) pH ÁCIDO FTÁLICO (pKa1 = 2,950 e pKa2 = 5,408) C C HH COOHHOOC COOH COOH EXEMPLOS DE TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO DIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE (MA= 0,02 mol/L; VA = 50 mL e MB = 0,1 mol/L) ALANINA (pKa1 = 2,348 pKa2 = 9,867) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 VB (mL) pH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 VB (mL) H2A HA- A2- CHCH 3 NH 3 + COOH CHCH 3 NH 3 + COO- CHCH 3 NH 3 COO- PE1 = PI = Ponto isoelétrico +1 0 -1 Forma zwitteriônica Carga 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 VA (mL) pH III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de uma solução de DIBASE FRACA (pKb1 = 3,0; pKb2 = 8,0) 0,02 mol/L c/ uma solução de ÁCIDO FORTE 0,1 mol/L B) TITULAÇÃO DE UMA DIBASE FRACA COM UM ÁCIDO FORTE VE PE1 pH = 14 - pKb1 ½VE 3/2VE 2VE pH = 14 - pKb2 1a REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO 2a REGIÃO DE TAMPÃO PE2 pH = ½ (pKa1 + pKa2) III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de ÁCIDO FRACO TRIPRÓTICO (pKa1 = 2,0; pKa2 = 6,0; pKa3 = 9,0 ) 0,02 mol/L c/ uma solução de BASE FORTE 0,1 mol/L C) TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO TRIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 VB (mL) pH VE PE1pKa1 ½VE 3/2VE 2VE pKa2 1a REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE BASE 2a REGIÃO DE TAMPÃO PE2 3a REGIÃO DE TAMPÃO PE3pKa3 3VE 5/2VE EXEMPLO DE TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO TRIPRÓTICO COM UMA BASE FORTE (MA= 0,02 mol/L; VA = 50 mL e MB = 0,1 mol/L) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 VB (mL) pH 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 VB (mL) a (H3A) a (H2A-) a (HA2-) a (A3-) PE2 = PI (Ponto isoelétrico) HISTIDINA (pKa1 = 1,7; pKa2 = 6,02; pKa3 = 9,08 ) N NH CH NH 2 CH 2 COO- N NH CH NH 3 CH 2 HCOO- + + N NH CH NH 3 CH 2 HCOOH + + N NH CH NH 3 CH 2 COO- + +2 +1 0 -1 III - TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES POLIFUNCIONAIS CURVA DE TITULAÇÃO de 50 mL de TRIBASE FRACA (pKa1 = 2,5; pKa2 = 6,0; pKa3 = 9,08 ) 0,02 mol/L c/ uma solução de ÁCIDO FORTE 0,1 mol/L C) TITULAÇÃO DE UMA BASE FRACA TRIPRÓTICA COM UM ÁCIDO FORTE VE½VE 3/2VE 2VE 1a REGIÃO DE TAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO DE ÁCIDO 2a REGIÃO DE TAMPÃO 3a REGIÃO DE TAMPÃO 3VE 5/2VE 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 VA (mL) pH PE1 14 - pKb1 14 - pKb2 PE2 PE3 14 - pKb3 IV - TITULAÇÃO EM SOLVENTES NÃO-AQUOSOS A titulação de ácidos ou bases muito fracos em solução aquosa não apresenta uma inflexão acentuada no ponto de equivalência quando o pKa ou o pKb da espécie titulada é maior que 8 . Por outro lado a titulação de algumas espécies ácidas ou básicas em solução aquosa esbarra na baixa solubilidade desta em água. Pode ocorrer ainda, em certos casos, uma reação entre o analito e a água. NOS TRÊS CASOS CITADOS ACIMA PODE SER CONVENIENTE A REALIZAÇÃO DE UMA TITULAÇÃO UTILIZANDO UM SOLVENTE NÃO-AQUOSO IV - TITULAÇÃO EM SOLVENTES NÃO-AQUOSOS EFEITO NIVELADOR DO SOLVENTE: Em solução aquosa, o ácido mais forte que pode existir é o H3O + enquanto que a base mais forte é o íon OH-. Qualquer ácido mais forte que o H3O + protonará a água e formará H3O + , qualquer base mais forte que o OH- retira um próton da água e forma OH-. Assim, ácidos fortes como o HClO4 e o HCl em solução aquosa são nivelados a mesma força; ambos são nivelados a H3O + : HClO4 + H2O H3O + + ClO4 - HCl + H2O H3O + + Cl- Utilizando o ácido acético como solvente (base mais fraca que a água) podemos diferenciar a força ácida do HCl e do HClO4 : HClO4 + CH3COOH CH3COOH2 + + ClO4 - K = 1,3 x 10-5 HCl + CH3COOH CH3COOH2 + + Cl- K = 2,8 x 10-9 O HClO4 é um ácido mais forte que o HCl no solvente CH3COOH . IV - TITULAÇÃO EM SOLVENTES NÃO-AQUOSOS Titulação de umamistura de ácidos com hidróxido de tetrabutilamônio em metil- isobutil-cetona como sol- vente. As medidas foram feitas usando um eletrodo de vidro e um eletrodo de platina como referência. O potencial é proporcional ao pH. (D. B. Bruss and G. E. A. Wyld, Anal. Chem. 1957, 29, 232) FORÇA ÁCIDA: ÁC. PERCLÓRICO > ÁC. CLORÍDRICO > ÁC. 2-HIDRÓXIBENZÓICO > ÁC. ACÉTICO > HIDROXIBENZENO IV - TITULAÇÃO EM SOLVENTES NÃO-AQUOSOS Após o que foi exposto até aqui, concluímos que a capacidade das substâncias atuarem como ácidos ou bases de Brønsted-Lowry é altamente influenciada pelo tipo de solvente empregado. Podemos distinguir 04 (quatro) tipos de solventes: apróticos, protogênicos, protofílicos e anfipróticos. TIPO DE SOLVENTE CARACTERÍSTICAS EXEMPLOS USOS EM TITULAÇÃO APRÓTICOS Quimicamente neutros e não reativos sob as condições empregadas Tetracloreto de carbono, tolueno, clorofórmio, etc. Diluição de misturas de reação PROTOFÍLICOS Possuem elevada afinidade por prótons Amônia líquida, aminas, cetonas, etc. Aumenta a força de ácidos fracos PROTOGÊNICOS São ácidos e doam prótons com facilidade Ácido fluorídrico, ácido sulfúrico, etc. Aumenta a força de bases fracas ANFIPRÓTICOS Possuem características protofílicas e protogênicas Água, álcoois e ácidos fracos orgânicos. Titulação de ácidos e bases diversos. PRINCIPAIS SOLVENTES USADOS: ÁCIDO ACÉTICO GLACIAL, ACETONITRILA, DIOXANO, DIMETILFORMAMIDA E ÁLCOOIS. DETERMINAÇÃO DO PONTO FINAL: POTENCIOMETRIA OU INDICADORES VISUAIS. EXEMPLO DE INDICADORES: CRISTAL VIOLETA, AZUL DE TIMOL, VERMELHO DE METILA, 1-NAFTOLBENZEÍNA E VERMELHO DE QUINALDINA. APLICAÇÕES MAIS COMUNS: DETERMINAÇÕES DE AMINAS, SULFONAMIDAS, PURINAS E OUTROS COMPOSTOS ORGÂNICOS CONTENDO O GRUPO AMINO, ALÉM DE SAIS DE ÁCIDOS ORGÂNICOS. IV - TITULAÇÃO EM SOLVENTES NÃO-AQUOSOS V – INDICADORES ÁCIDO-BASE OS INDICADORES ÁCIDO-BASE SÃO SUBSTÂNCIAS QUE MUDAM DE COR EM FUNÇÃO DO pH DO MEIO ONDE SE ENCONTRAM. FAIXA DE VIRAGEM: intervalo de pH (geralmente duas unidades de pH) onde ocorre a mudança gradual da cor do indicador. ESCOLHA DO INDICADOR: Deve ser feita de forma que a faixa de viragem se situe o mais próximo possível do pH do ponto de equivalência de uma dada titulação. amarelo de alizarina timolftaleína fenolftaleína o-cresolfenolftaleína m-nitrofenol vermelho de fenol azul de bromotimol alizarina púrpura de bromocresol negro de eriocromo vermelho de metila verde de bromocresol alaranjado de metila azul de bromofenol 2,4-dinitrofenol eritrosina b azul de timol vermelho de cresol cristal violeta V – INDICADORES ÁCIDO-BASE INDICADORES E EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE : um indicador ácido-base é um ácido ou uma base fraca cuja forma ácida apresenta uma cor diferente da forma básica. Quando em solução o indicador apresenta um equilíbrio do tipo: InA InB + H + Cor 1 : Forma ácida Cor 2 : Forma básica A constante de equilíbrio é: A B In HIn In a aa K ou A B In In A HB In In aIn K ][ ][ Onde: e são os coeficientes de atividade BIn AIn Rearranjando temos: A B In In InA B H KIn In a ][ ][1 Aplicando o logaritmo a equação: A B In In A B InH In In Ka log ][ ][ log 1 log 1 log A B In In A B In In In pKpH log ][ ][ log A equação mostra que a força iônica influencia a mudança de coloração do indicador e deve ser levada em conta no seu emprego. Considerando uma dada força iônica podemos usar uma constante aparente do indicador: A B In In InIn pKpK log* Kin * constante aparente do indicador Neste caso temos que: ][ ][ log* A B In In In pKpH A experiência mostra que uma mudança de coloração perceptível ocorre, freqüentemente quando: 10 ][ ][ 1,0 A B In In Daí: 1* InpKpH Ou seja, a faixa de viragem do indicador, freqüentemente, ocorre entre duas unidades de pH. VI – DETERMINAÇÃO DO PONTO FINAL ATRAVÉS DA CURVA DE TITULAÇÃO O ponto final de titulação é considerado como sendo o ponto da curva de titulação de máxima inclinação. O cálculo da derivada primeira, dpH/dV, da curva de titulação fornece um máximo no ponto final e a derivada segunda, d2pH/dV2 é igual a zero no ponto final. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 VB (mL) pH