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RELATÓRIO DE QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA EXPERIMENTAL VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO, PREPARO E PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH. DISCENTES Bianca Souza da Rocha Sara Felix Vieira PROFESSOR RESPONSÁVEL Prof.ª Dr.ª Marcela Zanetti Corazza 12 de março de 2019, Dourados – MS MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA Química Analítica Quantitativa Experimental 2 1. RESUMO O presente relatório, descreve o preparo e a padronização de uma solução de hidróxido de sódio que é utilizada na titulação de neutralização, como um padrão secundário, onde foi determinado a quantidade de ácido acético presente em uma amostra de vinagre. O experimento foi realizado em triplicada, após a amostra de vinagre ser diluída em 10x menos a concentração real. Através do rótulo da amostra identificou-se que haveria 4% de ácido acético, mas por meio da prática encontrou-se 3,21 g possuindo um desvio patrão de 0,21 e um erro relativo de 19,75%. Química Analítica Quantitativa Experimental 3 2. INTRODUÇÃO Para realizar uma titulação, precisamos padronizar a nossa solução titulante e, por sua vez, precisamos utilizar um padrão primário. Um padrão primário precisa ter alta pureza, ser de fácil obtenção e manipulação, estabilidade, não ser higroscópico, solúvel e com massa molar elevada. Na ausência de padrão primário, podemos utilizar o que chamamos de padrão secundário. Padrões secundários, na titulação, são substâncias que foram tituladas com uma quantidade conhecida de padrão primário. Esse processo é conhecido como padronização [1]. A volumetria é uma técnica analítica no qual o teor de uma substância é determinado comparando-se o volume de uma solução de concentração conhecida com o volume de uma concentração desconhecida, ou seja, as análises são baseadas em medidas de volumes [1]. A determinação da acidez de uma substância pode ser realizada atualmente por inúmeras técnicas avançadas instrumentais, as quais eram inacessíveis. No entanto, existem técnicas clássicas que ainda retém sua importância pois, essa em particular é muito útil para determinação de acidez de uma substância, permitindo uma caracterização próxima a dada teoricamente. Essa determinação se torna possível graças a volumetria de neutralização, um método de análise que se fundamenta na reação entre os íons H3O+ e H+. Essa volumetria envolve a titulação de espécies químicas ácidas com uma solução padrão alcalina ou a titulação de espécies químicas alcalinas com uma solução padrão ácida[2]. Os pilares desta técnica são os conceitos de ácido-base, o que merece destaque é a teoria protônica de Bronsted-Lowry proposta em 1923, segundo essa teoria ácido é toda substância capaz de doar prótons e base é toda substância capaz de receber prótons. No mesmo ano, Lewis propôs uma teoria eletrônica, segundo ela ácido é toda espécie química capaz de receber um par de elétrons, enquanto toda base é espécie química capaz de doar um par de elétrons [3]. A determinação do ponto final de uma titulação pode ser dada pela utilização de um indicador, quando ocorre a variação de cor, cuja coloração depende da concentração de H3O+, pois a maneira como o pH varia próximo ao ponto de equivalência é importante para a escolha certa do indicador, sabendo também que os olhos detectam geralmente faixas entre 1,0 e 10,0[4]. No caso das titulações ácido- Química Analítica Quantitativa Experimental 4 base, os indicadores são geralmente ácidos ou bases orgânicas fracas, selecionando sempre um indicador que cause o menor erro de titulação. Para predizer a concentração de determinado ácido ou base utiliza-se a Lei da diluição de Ostwald (Equação 1). Ele faz uma relação entre as concentrações e volumes iniciais e finais de uma solução. 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 (Eq. 1) Química Analítica Quantitativa Experimental 5 3. OBJETIVO Determinar a quantidade de ácido acético presente em uma amostra de vinagre, através de uma reação de volumetria de neutralização utilizando uma solução de NaOH preparada e padronizada anteriormente. 4. METOLOGIA (MATERIAIS E MÉTODOS) Para realização da presente prática, primeiramente preparou-se uma amostra de hidróxido de sódio e realizou-se uma padronização, para utilizá-lo como padrão secundário na titulação de neutralização. Os materiais e reagentes utilizados na prática, estão contidos na Tabela 1. Tabela 1. Materiais e reagentes MATERIAIS REAGENTES/SOLUÇÕES Bureta de 25 mL Balão volumétrico de 50, 100 e 500 mL Erlenmeyer de 125 e 250 mL Proveta de 50 mL Pipeta volumétrica 1, 10, 20 e 25 mL Espátula metálica Balança semi-analítica Hidróxido de sódio (sólido e solução) Biftalato de potássio Fenolftaleína (0,10 % em etanol) Ácido clorídrico concentrado Amostra de vinagre 4.1. Preparo e padronização da solução de NaOH ≈ 0,100 mol. L-1 Calculou-se a massa necessária de NaOH para obter 0,1 mol do mesmo em 500 mL, pesou-se a massa obtida em um béquer, adicionou-se água destilada e com auxílio de um bastão de vidro dissolveu-se a amostra. Em seguida, transferiu quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 500 mL e completou com água destilada até o menisco. Calculou-se a massa necessária de biftalato de potássio para consumir aproximadamente 10 mL da solução de NaOH 0,100 mol L-1. Em seguida, com auxílio de uma espátula pesou-se o biftalato em um Erlenmeyer de 125 mL. Posteriormente, diluiu-se o mesmo com 50 mL de água destilada. Química Analítica Quantitativa Experimental 6 Transferiu-se 10 mL do biftalato de potássio para um Erlenmeyer de 125 mL e acrescentou-se duas gotas do indicador fenolftaleína, em seguida completou-se a bureta com hidróxido de sódio e realizou-se uma titulação até o aparecimento da coloração rósea persistente por mais de 30 segundos. Realizou-se a titulação em triplicada. 4.2. Análise da amostra de vinagre Primeiramente, transferiu-se 10 mL da amostra de vinagre, com um auxílio de uma pipeta volumétrica, para um balão de 100 mL e adicionou-se água destilada até o menisco e homogeneizou-a. Utilizando uma pipeta volumétrica, adicionou-se 10,0 mL da solução diluída de vinagre em um Erlenmeyer de 125 mL. Completou a bureta com a solução de hidróxido de sódio padronizado, anteriormente, e acrescentou-se ao Erlenmeyer 2 gotas de fenolftaleína. Titulou-se a mistura, agitando cuidadosamente o Erlenmeyer até o aparecimento de uma coloração rosada persistente por mais de 30 segundos. Química Analítica Quantitativa Experimental 7 5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 5.1. Preparo e padronização da solução de NaOH ≈ 0,100 mol. L-1 O hidróxido de sódio é um padrão secundário por ser higroscópio, portanto, afeta diretamente a precisão e exatidão na etapa de pesagem, devido a esse fato ele precisa ser padronizado por um padrão primário, o biftalato de potássio. Por meio de cálculos estequiométricos, obteve-se a quantidade de massanecessária para se obter 0,1 mol de NaOH em 500 mL de solução: 1 mol de NaOH 39,9982 g 0,1 mol de NaOH Xg de NaOH Xg de NaOH = 3,9998 g 3,9998 g de NaOH 1000 mL Xg de NaOH 500 mL Xg de NaOH = 2,00 g Após o preparado da solução de hidróxido de sódio, calculou-se a quantidade necessária de biftalato de potássio diluído em 50 mL de água destilada, por meio de cálculos estequiométricos. 1 mol de biftalato de potássio 204,22 g 0,1 mol de biftalato de potássio Xg de biftalato de potássio Xg de biftalato de potássio = 20,422 g 20,422 g de biftalato de potássio 1000 mL Xg de biftalato de potássio 50 mL Xg de biftalato de potássio = 1,021 g Após o preparo de ambas soluções, realizou-se a titulação, utilizando a fenolftaleína para indicar o ponto final da titulação, após a coloração passar de incolor para rosada. A titulação foi realizada em triplicata e seus respectivos volumes foram: 12,2; 13,1 e 12,8 mL. Química Analítica Quantitativa Experimental 8 Calculou-se a concentração de cada titulação, utilizando Lei da diluição de Ostwald (Equação 1), e obteve-se a média (Equação 2), resultando na concentração real da solução de NaOH preparada. 1° Volume gasto – 12,2 mL (0,0122 L) de NaOH 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 (Eq. 1) 0,1 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 0,01 𝐿 = 𝐶2 . 0,0122 𝐿 𝐶2 = 1𝑥10−3 0,0122 𝐶2 = 0,082 𝑚𝑜𝑙 𝐿 2° Volume gasto – 13,1 mL (0,0131 L) de NaOH 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 0,1 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 0,01 𝐿 = 𝐶2 . 0,0131 𝐿 𝐶2 = 1𝑥10−3 0,0131 𝐶2 = 0,076 𝑚𝑜𝑙 𝐿 3° Volume gasto – 12,8 mL (0,0128 L) de NaOH 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 0,1 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 0,01 𝐿 = 𝐶2 . 0,0128 𝐿 𝐶2 = 1𝑥10−3 0,0128 𝐶2 = 0,078 𝑚𝑜𝑙 𝐿 Média da concentração da solução de NaOH: 𝑀[ ] = ∑ 𝑋 𝑁 (Eq. 2) Μ[ ] = (0,082 + 0,076 + 0,078)𝑚𝑜𝑙/𝐿 3 𝚳[ ] = 𝟎, 𝟎𝟕𝟖𝟕 𝒎𝒐𝒍/𝑳 Química Analítica Quantitativa Experimental 9 Portanto, a solução preparada de hidróxido de sódio possuía uma concentração real de 0,0787 mol/L-1. Tal solução foi utilizada como a solução padrão para realização da titulação de neutralização que determinará a quantidade de ácido acético presente em uma amostra de vinagre. Após a diluição da amostra de vinagre a concentração real ficou 10x menor. Sabe-se que a acidez contida no rótulo é de 4%, ou seja, a amostra possui teoricamente 4 g de ácido acético em 100 mL de vinagre. Ao misturar o ácido acético com hidróxido de sódio, obtemos o acetato de sódio, conforme mostrado na Reação 1. CH3COOH + OH- ↔ CH3COO- + H2O (Reação 1) O acetato de sódio é um sal que em diferentes concentrações, possui o pH acima de 8. Por este motivo, ao realizar uma titulação que forma o respectivo sal usa- se a fenoltaleína como indicador, pois a mesma possui um intervalo de viragem com pH entre 8 e 10. Realizou-se um cálculo (Equação 3), para saber a concentração teórica de ácido acético na amostra de vinagre, conforme a porcentagem identificada no rótulo. 𝐶𝑣𝑖𝑛𝑎𝑔𝑟𝑒 = 𝑚 𝑀𝑀.𝑉 (Eq. 3) 𝐶𝑣𝑖𝑛𝑎𝑔𝑟𝑒 = 4 𝑔 60 𝑔 𝑚𝑜𝑙 . 0,1 𝐿 𝐶𝑣𝑖𝑛𝑎𝑔𝑟𝑒 = 0,666 𝑚𝑜𝑙 𝐿 Se a amostra possui uma concentração teórica de 0,666 mol em um 1 L de solução, via de regra ela possuirá 0,0666 mol em 100 mL. Portanto, utilizando a concentração do hidróxido de sódio, padronizada anteriormente, e a concentração teórica da amostra foi possível encontrar o volume teórico gasto ao titular 10 Ml da solução de vinagre diluída, utilizando a Equação 1. 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 0,0666 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 10 𝑚𝐿 = 0,0787 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 𝑉𝑔 𝑉𝑔 = 0,666 0,0787 𝑉𝑔 = 8,4 𝑚𝐿 Química Analítica Quantitativa Experimental 10 Realizou-se a titulação de neutralização da solução de vinagre em triplicata e os volumes gastos foram de 6,3; 7,1 e 7,1 mL. Utilizando a concentração do titulante (NaOH), o volume do titulado e o volume gasto foi possível encontrar a concentração de em 10 mL da solução de ácido acético para os respectivos volumes, utilizando-se na Equação 1. 1° Volume gasto – 6,3 mL (0,0063 L) de NaOH 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 (Eq. 1) 0,0787 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 0,0063 𝐿 = 𝐶2 . 0,010 𝐿 𝐶2 = 4,95𝑥10−4 0,01 𝐶2 = 0,0495 𝑚𝑜𝑙 𝐿 2° e 3° Volumes gastos – 7,1 mL (0,0071 L) de NaOH 𝐶1 . 𝑉1 = 𝐶2. 𝑉2 (Eq. 1) 0,0787 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 0,0071 𝐿 = 𝐶2 . 0,010 𝐿 𝐶2 = 5,58𝑥10−4 0,01 𝐶2 = 0,0558 𝑚𝑜𝑙 𝐿 Rearranjando a equação 3, transformaremos as respectivas concentrações em massa, para então calcular a média e obter a massa real de ácido acético na amostra de vinagre, pois o mesmo possui em seu rótulo a quantidade em porcentagem, ou seja, m/v. 1° Concentração – 0,0495 mol/L 𝑚 = 𝐶. 𝑀𝑀. 𝑉 (Eq. 3) 𝑚 = 0,0495 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 60 𝑔 𝑚𝑜𝑙 . 0,1 𝐿 𝑚 = 0,297 𝑔 𝑥 10 𝑚 = 2,97 𝑔 Química Analítica Quantitativa Experimental 11 2° e 3° Concentração – 0,0558 mol/L 𝑚 = 𝐶. 𝑀𝑀. 𝑉 (Eq. 3) 𝑚 = 0,0558 𝑚𝑜𝑙 𝐿 . 60 𝑔 𝑚𝑜𝑙 . 0,1 𝐿 𝑚 = 0,334 𝑔 𝑥 10 𝑚 = 3,34 𝑔 Obs: Considerando que a solução estava 10x diluída, foi necessário aumentar a massa 10x mais, para obter a massa correta. Ao obter os valores das respectivas massas, calculou-se a média e encontrou- se a quantidade de ácido acético presente na amostra de vinagre. Média da massa de ácido acético presente na solução de vinagre: 𝑀𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = ∑ 𝑋 𝑁 (Eq. 2) 𝑀𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 = (2,97 + 3,34 + 3,34) 𝑔 3 𝑴𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 = 𝟑, 𝟐𝟏 𝒈 Posteriormente, calculou-se o desvio padrão da amostra (Equação 4), afim de identificar a medida de dispersão dos dados em torno da média. 𝜎 = √ ∑ (𝑋𝑖−𝑋) 2𝑛 𝑖=1 𝑛 (Eq. 4) 𝜎 = √ (2,97 − 3,21)2 + (3,34 − 3,21)2 + (3,34 − 3,21)2 2 𝝈 = 𝟎, 𝟐𝟏𝟑𝟕 Finalizando o experimento, calculou-se o erro relativo da amostra, conforme a Equação 5. 𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜 % = |( 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙−𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 )| × 100 (Eq. 5) 𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑐𝑜 % = |( 3,21 − 4 4 )| × 100 𝑬𝒓𝒓𝒐 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒄𝒐 % = 𝟏𝟗, 𝟕𝟓 Química Analítica Quantitativa Experimental 12 6. CONCLUSÃO Concluiu-se que concentração encontrada na amostra equivale a 3,21 % de ácido acético presente na amostra de vinagre. A representação dos resultados mostra que os mesmos se aproximam do esperado, embora o rotulo do vinagre ao qual foi retirada a amostra, apresenta um grau de acidez que corresponde a 4%, alguns fatores como erros de analise ou pelo fato dos produtos utilizados não serem novos podem responder a essa diferença de quase 0,78 % do valor encontrado. Mas ainda que seja um valor inferior, podemos observar que se encontra dentro dos padrões impostos pela legislação vigente. Ao finalizar o procedimento experimental junto com o levantamento bibliográfico acerca do tema é possível afirmar que um baixo desvio padrão indica que os pontos dos dados tendem a estar próximos da média ou do valor esperado. Constatou-se também que o volume gasto experimentalmente destoou-se do valor calculado teoricamente. Química Analítica Quantitativa Experimental 13 7. REFERÊNCIAS 1. BARBOSA, G. P. Química Analítica Quantitativa, titulometria e volumetria. In:. Química Analítica uma abordagem qualitativa e quantitativa. São Paulo: Érica, 2014. p. 106 – 135. 2. BACCAN,N. et an. Química Analítica Quantitativa Elementar. São Paulo: Edgard Blucher, 1979. p. 41 3. CHAGAS, A. O ensino de aspectos históricos e filosóficos da química e as teorias ácido-base do século XX. Química Nova, Campinas, 5 abr. 1999. 4. MAHAN, B. M.; MYERS, R. J. Química um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher, 1995. p. 121