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Química inorgânica TITULAÇÕES DE ÁCIDO - BASE 1 Sumário Introdução .................................................................................................................................... 2 1. Titulação de ácido-base ................................................................................................... 2 1.1. Análise volumétrica ...................................................................................................... 2 Exercícios ...................................................................................................................................... 5 Gabarito ........................................................................................................................................ 6 Resumo ......................................................................................................................................... 9 2 Introdução Na apostila Ácidos e bases de Lewis anterior conceituamos ácidos e bases de acordo com a teoria de Lewis. Agora, veremos uma explicação sobre o funcionamento das titulações ácido- base. Inicialmente será feita uma conceituação da metodologia envolvida, em que se discorrerá sobre as condições para sua realização e listagem do material necessário Através de uma exemplificação, será feita a descrição do procedimento de titulação. Fiquem atentos às considerações sobre os reagentes, em especial os indicadores. Objetivos • Conhecer os princípios de funcionamento de uma titulação. • Aplicar metodologia de titulação através de exemplos práticos. 1. Titulação de ácido-base 1.1. Análise volumétrica Laboratórios clínicos, acadêmicos ou industriais precisam determinar a concentração exata de certa substância em solução, como a concentração de ácido acético em uma dada amostra de vinagre, ou as concentrações de ferro, cálcio e magnésio em uma amostra de água “dura”. Determinações de concentrações de solução podem ser feitas com o uso de uma técnica analítica chamada titulação. Procedimento analítico em que reagimos um volume conhecido de uma solução de concentração conhecida com um volume conhecido de uma solução de concentração desconhecida. Em uma titulação, reagimos um volume conhecido de certa solução de concentração conhecida com um volume conhecido de uma solução de concentração desconhecida. Esta pode conter um ácido, uma base, um íon ou qualquer outra substância cuja concentração devemos determinar. Se conhecemos os volumes da titulação e a razão molar em que os solutos reagem, podemos então calcular a concentração da segunda solução. As titulações devem atender a várias exigências: 1) Devemos conhecer a equação da reação de modo a determinar a proporção estequiométrica dos reagentes que usaremos em nossos cálculos. 3 2) A reação deve ser rápida e completa. 3) Quando os reagentes se combinam completamente, deverá haver uma mudança bem visível em alguma propriedade mensurável da mistura em reação. Chamamos o ponto em que os reagentes se combinam completamente de ponto de equivalência da titulação. 4) Devemos ter medidas acuradas da quantidade de cada reagente. Para atender à terceira exigência, devemos poder observar uma nítida mudança em alguma propriedade mensurável da mistura em reação no ponto de equivalência. Para titulações ácido-base, usamos a mudança repentina de pH que ocorre nesse ponto. Podemos observar essa súbita mudança de pH em um metro. Outra maneira de observar a mudança de pH no ponto de equivalência é usar um indicador ácido- base. Esse tipo de indicador muda de cor quando a solução muda de pH. A fenolftaleína, por exemplo, é incolor em solução ácida e rosa em solução básica. Se esse indicador é adicionado à solução original de ácido sulfúrico, a solução permanece incolor enquanto houver excesso de íons hidrônio. Depois que uma quantidade suficiente de hidróxido de sódio é adicionada para reagir com todos os íons hidrônio, com a próxima gota de base vai haver excesso de íons hidróxido, e a solução torna-se rosa. Assim, temos uma clara indicação do ponto de equivalência. O ponto em que um indicador muda de cor é chamado ponto final (ou ponto de viragem) da titulação. É mais conveniente que o ponto final e o ponto de equivalência sejam os mesmos, mas há muitos indicadores de pH cujos pontos finais não estão em pH 7. Para atender à quarta exigência (o volume de cada solução usada deve ser conhecido), usamos vidraria volumétrica, como balões volumétricos, buretas e pipetas. EXEMPLO Inicialmente separa-se todo material necessário, tais como as vidrarias e reagentes. Para a realização dessa técnica, de modo simples, seguem os seguintes passos principais: 4 O titulado é medido com ajuda de uma pipeta volumétrica, e, depois de anotado o volume, este é transferido para um erlenmeyer. O indicador escolhido pode ser a fenolftaleína, violeta de metila, azul-de- bromofenol, alaranjado de metila, azul-de-bromotimol, vermelho-de-fenol, vermelho-de-metila, etc. Este tem um papel importante pois é quem vai indicar visualmente o ponto de viragem do pH da solução. Neste momento se utiliza a bureta, que é um aparelho de vidro graduado e que permite o controle da quantidade de líquido liberado. Na bureta é colocado o titulante, cuja concentração é conhecida. A próxima etapa é gotejar a solução titulante sobre a solução a ser titulada. É importante que a solução dentro do erlenmeyer seja agitada constantemente. Deve- se ter bastante atenção, pois o gotejamento deve parar exatamente no momento em que a quantidade de íons da solução titulante ficar igual aos da solução titulada. Mas como sabemos isso? O chamado de ponto de viragem ou ponto de equivalência é verificado visualmente pela mudança de cor da solução. Microscopicamente, significa que a quantidade, em mol, da solução que foi adicionada, se igualou ao que é determinado estequiometricamente para reagir com o titulado, em uma reação de neutralização. Se, por exemplo, for usado o indicador fenolftaleína, o ponto de viragem será observado quando a solução mudar de incolor para cor de rosa, ou vice-versa. Deve-se ter cuidado na escolha do indicador, já que cada um tem um ponto de viragem diferente, e que nem sempre corresponde ao pH 7,0 ou neutro. Por exemplo, a fenolftaleína tem ponto de equivalência entre 8,3 a 10,0, ou seja, em meio básico. Assim, ela não pode ser usada para titulações em que o ponto de viragem aconteça na faixa de pH ácido. Lemos na bureta o volume de titulante gasto e realizamos um cálculo para descobrir a concentração desconhecida, conforme é mostrado no exemplo a seguir na figura: 5 01 Titulação ácido-base Exercícios 1) (Autor, 2019) Digamos que a solução a ser titulada, com concentração desconhecida, seja o ácido clorídrico (HCl), e o titulante usado seja o hidróxido de sódio (NaOH) a 0,1 mol. L-1. Uma alíquota (amostra) de 25 ml de HCl é neutralizada totalmente quando titulada com 10 ml do hidróxido. Qual é a concentração inicial da solução de HCl? 2) (FUVEST, 1995) O rótulo de um produto de limpeza diz que a concentração de amônia (NH3) é de 9,5 g/L. Com o intuito de verificar se a concentração de amônia corresponde à indicada no rótulo, 5,0 ml desse produto foram 6 titulados com ácido clorídrico de concentração 0,100 mol/L. Para consumir toda aamônia dessa amostra foram gastos 25,0 ml do ácido. Com base nas informações fornecidas: I. Qual a concentração da solução, calculada com os dados da titulação? II. A concentração indicada no rótulo é correta? a) 0,12 mol/L / sim b) 0,25 mol/L / não c) 0,25 mol/L / sim d) 0,50 mol/L / não e) 0,50 mol/L / sim 3) (BETTELHEIM, 2016) A seguir, apresentamos dados para a titulação de H2SO4 0,108 M com uma solução de NaOH de concentração desconhecida. Qual é a concentração da solução de NaOH Gabarito 1) Resolução: Sabemos quanto do titulante (NaOH) foi necessário para neutralizar o titulado. Porém, precisamos saber esse dado em quantidade de matéria (mol). Lembre-se que o volume deve ser dado em L, por isso, se foram gastos 10 ml, então é o mesmo que 10-2 L ou 10: 1000. nNaOH = M . V nNaOH = 0,1 mol. L-1. 10-2L nNaOH = 10-3 mol Agora precisamos representar a equação química da reação de neutralização que ocorreu, para vermos a proporção estequiométrica: NaOH + HCl → NaCl + H2O Proporção: 1mol 1 mol 1 mol 10-3mol 10-3mol 10-3mol 7 A proporção mostra que, para neutralizar 10-3 mol de NaOH, é preciso ter 10- 3mol de HCl, pois a proporção é de 1:1. Assim, temos todos os dados para jogar na fórmula da concentração molar e encontrar a concentração de HCl: MHCl = _n_ V MHCl = __10-3mol_ 25 . 10-3 L MHCl = 0,04 mol/L 2) A resposta correta é a letra D. Dados: CNH3 = 9,5 g/L; VNH3 = 5,0 mL; MHCl =0,100 mol/L; VHCl = 25 mL; MNH3 = ? mol/L Olhando os dados da tabela, calculamos que a massa molar (MM) da amônia é igual a 17 g/mol. Assim, segundo os dados do rótulo, a concentração da amônia seria: MNH3 = CNH3 MMNH3 MNH3 = 9,5 g/L 17 g/mol MNH3 = 0,56 mol/L Agora vamos determinar a concentração da solução de acordo com os dados obtidos na titulação: MNH3 . VNH3 = MHCl .VHCl MNH3 = MHCl .VHCl VNH3 MNH3 = 0,1mol/L25mL 5,0 ml MNH3 = 0,50 mol/L (o valor está diferente do indicado pelo rótulo). 8 3) Use o volume do ácido e sua concentração para calcular quantos mols de íons hidrogênio estão disponíveis para serem titulados. No ponto de equivalência, os mols de base utilizados serão iguais aos mols de H+ disponíveis. Divida os mols de H+ pelo volume de base usado em litros para calcular a concentração da base. Solução Conhecemos a estequiometria da equação balanceada dessa reação ácido- base: dois mols de NaOH reagem com um mol de H2SO4. A partir das três titulações, calculamos que o volume médio de NaOH necessário para a reação completa é 33,48 ml. Como as unidades da molaridade são mols/litro, devemos converter os volumes dos reagentes de mililitros em litros. Podemos então usar o método rótulo fator para calcular a molaridade da solução de NaOH. O que queremos calcular é o número de mols de NaOH por litro de NaOH Resumo Titulação é um método de análise quantitativa que determina a concentração de uma solução. Dosar uma solução é determinar a sua quantidade por intermédio de outra solução de concentração conhecida. A titulação é uma operação feita em laboratório e pode ser realizada de várias maneiras. A titulação ácido-base é importante para análises de determinação da concentração de um ácido e bases. Indicadores ácido-base são substâncias que mudam de cor na presença de ácidos ou de bases. Ao abrir a torneira da bureta, começará a reação entre o ácido e a base. A titulação termina quando é evidenciada a mudança de cor da solução do erlenmeyer. Microscopicamente, uma reação de titulação significa que a quantidade, em mol, da solução que foi adicionada, se igualou ao que é determinado estequiometricamente para reagir com o titulado, em uma reação de neutralização. 9 Referências bibliográficas Bettelheim, Frederick A. et al. Introdução à química geral, orgânica e bioquímica /; tradução Mauro de Campos Silva, Gianluca Camillo Azzellini; revisão técnica Gianluca Camillo Azzellini. – São Paulo, SP :Cengage, 2016. WELLER, Mark – Química orgânica. 6. ed. – Porto Alegre: Bookman, 2017. Referências imagéticas FIGURA 1. Adaptado de Alunos online. Disponível em: < https://alunosonline.uol.com.br/quimica/titulacao.html>. Acesso em: 20 jul. 2019.
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