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TP4 – DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINAGRE Princípio Le Chatelier i Resumo O trabalho pratico consiste em medir e quantificar a quantidade de ácido acético presente no vinagre, logo, seu teor de acidez, e em conjunto, comparando dois métodos instrumentais diferentes. O método via de medição via elétrodo apresentou um ponto de equivalência aparentemente mais preciso, levando a uma concentração de 5,55% de acidez, visto que o método colorimétrico apresentou uma concentração de 5,85%, a qual pode ter sua diferença relacionada a imprecisão na visualização da mudança de estado do indicador de pH. Por sua vez, as concentrações encontradas diferem levemente das concentrações indicadas pelo fabricante, que é 4% de acidez, o que pode ser relacionado ao facto do produtor ter sido manuseado anteriormente, estando aberto e em contacto com o ar, que pode ter ocasionado reações de evaporação, alterando a concentração do mesmo. ii Índice 1. Introdução ............................................................................................................................... 1 2. Descrição experimental ........................................................................................................... 3 2.1. Reagentes ......................................................................................................................... 3 2.2. Material ............................................................................................................................ 3 2.4. Segurança ......................................................................................................................... 3 2.5. Procedimento experimental .......................................................................................... 4 3. Tratamento de dados e resultados experimentais.................................................................... 5 4. Conclusão .............................................................................................................................. 12 5. Bibliografia ........................................................................................................................... 13 TP4 – Determinação da acidez do vinagre 1 1. Introdução 1.1 – Vinagre Os ácidos comuns são substâncias que quando dissolvidas em água se dissociam, originando um ou mais protões, H+ (aq), e um anião. O vinagre é um produto natural que contem pelo menos 5% do ácido acético (CH3COOH). Este ácido pode ser obtido por via sintética ou, no caso do vinagre, pela fermentação acética do etanol: CH3CH2OH (l) + O2 (ar) + enzima (álcool oxidase) → CH3COOH (l) + H2O (l) (1) O ácido acético pode ser doseado por titulação com uma solução padronizada de NaOH, com base na seguinte reação: CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa (aq) + H2O (l) (2) O valor do pH no ponto de equivalência está compreendido no intervalo 8-9 (titulação ácido fraco/base forte) e pode utilizar-se a fenolftaleína como indicador. A acidez do vinagre exprime-se em graus de acidez, em que 1 grau de acidez corresponde a 1 grama de ácido acético por 100 cm3 de vinagre. 1.2 – Metodologia O princípio geral desta determinação consiste na neutralização do ácido acético presente no vinagre por uma solução alcalina previamente padronizada. A detecção do ponto final pode ser observada por mudança de cor (método visual) ou pela variação brusca do pH (método potenciométrico). A localização do ponto de equivalência é feita no primeiro método, pela viragem de cor do indicador de fenolftaleína, e no segundo método pelo ponto de inflexão da curva de titulação traçada com os valores de pH lidos no potenciómetro. A titulação potenciométrica permite a construção da curva de titulação do vinagre com base no registo dos vários valores de volume de titulante adicionado e do pH da solução nesses pontos. Esta variação de pH pode ser detectada por uma diferença de potencial (ddp) entre dois elétrodos mergulhados no titulado e acoplados a um potenciómetro. A ddp é proporcional ao pH da solução TP4 – Determinação da acidez do vinagre 2 e os valores ddp podem ser convertidos em valores pH de forma direta, através da calibração do potenciómetro. No presente trabalho é usado um elétrodo combinado de pH, constituído por um elétrodo indicador de membrana de vidro e um elétrodo de referência interna de prata/cloreto de prata. As variações de pH que ocorrem durante a titulação ácido-base permitem construir graficamente a curva de titulação, de pH em função do volume de titulante adicionado. A curva gerada por esta titulação potenciométrica pode ser usada para determinar o(s) ponto(s) de equivalência e também fornecer informações adicionais acerca do ácido. O ponto de equivalência da titulação corresponderá ao ponto de inflexão desta curva, ou seja, ao zero da segunda derivada e ao máximo da primeira derivada. No entanto quando é difícil determinar uma equação matemática simples para a curva de titulação ou a aplicação de derivadas exatas não é possível, recorre-se a métodos de cálculos numéricos (ou gráficos). No anexo deste protocolo descrevem- se alguns métodos de análise dos valores experimentais para determinar o ponto de equivalência em curvas de titulação: Método da Primeira Derivada e Método da Segunda Derivada que consistem respectivamente no traçado de curvas diferenciais do tipo ΔpH/ΔV e Δ2pH/ΔV2 em função de V (volume de titulante). TP4 – Determinação da acidez do vinagre 3 2. Descrição experimental 2.1. Reagentes • Vinagre comercial • Solução padrão de NaOH, ca. 0,1 M • Solução alcoólica de fenolftaleína (1%) 2.2. Material • 3 Erlenmeyers de 250 ml • Suporte e garra para buretas • Pipetas volumétricas de 2 ml • Funil para bureta • Bureta de 50 ml 2.3. Equipamento • Elétrodo combinado de pH e potenciómetro • Placa de agitação magnética 2.4. Segurança Ao manusear soluções voláteis, como ácidos e bases, deve sempre manter o cuidado, sempre utilizar equipamentos de proteção individual, como luvas e bata. Para reagentes que possam libertar vapores nocivos, como ácido sulfúrico, seu manuseio deve ser feito dentro de hotte, a fim que os gases não escapem para o ambiente. Também deve-se manter cuidado especial na pesagem de reagentes, sempre levando em conta possíveis correntes de ar e equipamentos que possam interferir no resultado final. Ao fim da pesagem deve-se limpar a balança para a melhor conservação do equipamento. Tabela 1 Reagente Indicações de risco Indicações de segurança Vinagre comercial Não é um potencial perigo. . NaOH (0,1 M) Pode provocar queimaduras graves. P281 Usar o equipamento de proteção individual exigido. Não inalar. Evitar contato com a pele TP4 – Determinação da acidez do vinagre 4 Solução alcoólica de fenolftaleína (1%) Inflamável. Pode causar cancro e defeitos genéticos. Utilizar o equipamento de proteção exigido. 2.5. Procedimento experimental Titulação potenciométrica (3.1.) 3.1.1 Foi calibrado o medidor de pH com umas soluções tampão de pH 7,02 e 4,00 respectivamente. 3.1.2. Foram pipetadas 2 frações de 2 mL cada de uma amostra de vinagre para 2 copos de 250 mL, sendo depois adicionados cerca de 100 mL de água destilada a cada um deles. 3.1.3 Homogeneizámos continuamente usando um agitador magnético. 3.1.4 Introduzimos os elétrodos do potenciómetro na mistura e tirámos a leitura do valor inicial de pH. 3.1.5 Adicionámos incrementos de 1,00 mL de hidróxido de sódio até se atingir o valor de pH=12, tendo o cuidado de agitar a solução após cada adição de titulante.3.1.6 Foi tomado máximo de precauções, para que o ensaio fosse tão rigoroso quanto possível. 3.1.7 Repetimos o ensaio anterior para o segundo copo, adicionando incrementos de NaOH de 0,50 mL, diminuindo para 0,20 mL próximo do ponto de equivalência. Titulação Colorimétrica (3.2.) 3.2.1 Foram pipetadas 3 frações de 2 mL cada de uma amostra de vinagre para 3 copos de 250 mL, e depois adicionámos cerca de 100 mL de água destilada a cada um deles e 1 a 3 gotas de fenolftaleína. 3.2.2. Titulámos a solução de vinagre com a solução padronizada de NaOH até viragem do indicador. 3.2.3 Repetimos o procedimento pelo menos duas vezes de modo a que os resultados fossem concordantes. TP4 – Determinação da acidez do vinagre 5 3. Tratamento de dados e resultados experimentais Para os cálculos da curva de primeira derivada, foi aplicada a fórmula ΔpH/ΔV, sendo executada através de uma planilha Excel. Segue o resultado. Tabela 2 -- Titulação 1 V (mL) pH ΔV ΔpH V(médio) ΔpH/ΔV Δ(ΔpH/ΔV) 0 3,16 1 3,22 1 0,06 0,5 0,06 2 3,47 1 0,25 1,5 0,25 0,19 3 3,66 1 0,19 2,5 0,19 -0,06 4 3,81 1 0,15 3,5 0,15 -0,04 5 3,93 1 0,12 4,5 0,12 -0,03 6 4,06 1 0,13 5,5 0,13 0,01 7 4,17 1 0,11 6,5 0,11 -0,02 8 4,27 1 0,1 7,5 0,1 -0,01 9 4,36 1 0,09 8,5 0,09 -0,01 10 4,47 1 0,11 9,5 0,11 0,02 11 4,56 1 0,09 10,5 0,09 -0,02 12 4,65 1 0,09 11,5 0,09 8,88178E-16 13 4,77 1 0,12 12,5 0,12 0,03 14 4,89 1 0,12 13,5 0,12 8,88178E-16 15 5,03 1 0,14 14,5 0,14 0,02 16 5,19 1 0,16 15,5 0,16 0,02 17 5,43 1 0,24 16,5 0,24 0,08 18 5,82 1 0,39 17,5 0,39 0,15 19 8,91 1 3,09 18,5 3,09 2,7 20 10,88 1 1,97 19,5 1,97 -1,12 21 11,25 1 0,37 20,5 0,37 -1,6 22 11,44 1 0,19 21,5 0,19 -0,18 23 11,59 1 0,15 22,5 0,15 -0,04 24 11,69 1 0,1 23,5 0,1 -0,05 25 11,77 1 0,08 24,5 0,08 -0,02 Inicialmente pode-se observar a direta relação entre o volume de titulante e o pH obtido na amostra final, ontem observa-se um salto no pH os pontos 18 e 20, tendo como ponto médio o 19. Neste salto observa-se a variação de 5,82 a 10,88 pontos, mostrando que o ponto de equivalência da solução foi atingido e ultrapassado. Tais dados podem ser observados no gráfico a baixo. TP4 – Determinação da acidez do vinagre 6 Gráfico 1 Quando faz-se a analise destes dados utilizando a Primeira derivada, obtém-se o valor máximo de variação de pH em relação a quantidade de titulante utilizada, que pode ser observado no gráfico a seguir. Tal valor, mais próximo do ponto 18,5, mostra o ponto de viragem da solução, que nada mais é que o ponto onde o titulante deixa de ser consumido e passa a estar em excesso na amostra. Gráfico 2 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 p H Volume (mL) Volume x pH 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 0 5 10 15 20 25 30 VMédio X ΔpH/ΔV TP4 – Determinação da acidez do vinagre 7 Gráfico 3 Já na análise utilizando o método da segunda derivada, pode-se observar o ponto de flexão entre os pontos 18,5 e 19,5, e tendo como base a literatura, o ponto de equivalência encontrado na segunda derivada é exatamente quando, dentro do salto, a amostra passa pelo ponto zero de variação. Tabela 3 - Titulação 2 V (mL) pH 0 ΔpH V(m) ΔpH/ΔV (Vm)m Δ(ΔpH/ΔV) 0 2,84 #VALOR! 0 #VALOR! 0 #VALOR! 1 3,3 1 0,46 0,5 0,46 0,25 #VALOR! 2 3,52 1 0,22 1,5 0,22 1 -0,24 3 3,68 1 0,16 2,5 0,16 2 -0,06 4 3,86 1 0,18 3,5 0,18 3 0,02 5 3,99 1 0,13 4,5 0,13 4 -0,05 6 4,1 1 0,11 5,5 0,11 5 -0,02 7 4,2 1 0,1 6,5 0,1 6 -0,01 8 4,27 1 0,07 7,5 0,07 7 -0,03 9 4,4 1 0,13 8,5 0,13 8 0,06 10 4,5 1 0,1 9,5 0,1 9 -0,03 11 4,58 1 0,08 10,5 0,08 10 -0,02 12 4,69 1 0,11 11,5 0,11 11 0,03 13 4,81 1 0,12 12,5 0,12 12 0,01 13,5 4,88 0,5 0,07 13,25 0,14 12,875 0,02 14 4,95 0,5 0,07 13,75 0,14 13,5 0 14,5 5,01 0,5 0,06 14,25 0,12 14 -0,02 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 5 10 15 20 25 30 VMédio X Δ(ΔpH/ΔV) TP4 – Determinação da acidez do vinagre 8 15 5,09 0,5 0,08 14,75 0,16 14,5 0,04 15,5 5,21 0,5 0,12 15,25 0,24 15 0,08 16 5,29 0,5 0,08 15,75 0,16 15,5 -0,08 16,5 5,43 0,5 0,14 16,25 0,28 16 0,12 17 5,6 0,5 0,17 16,75 0,34 16,5 0,06 17,5 5,84 0,5 0,24 17,25 0,48 17 0,14 18 6,24 0,5 0,4 17,75 0,8 17,5 0,32 18,2 6,6 0,2 0,36 18,1 1,8 17,925 1 18,4 7,29 0,2 0,69 18,3 3,45 18,2 1,65 18,60 9,26 0,20 1,97 18,5 9,85 18,4 6,4 18,80 9,96 0,20 0,7 18,7 3,5 18,6 -6,35 19,00 10,26 0,20 0,3 18,9 1,5 18,8 -2 19,20 10,48 0,20 0,22 19,1 1,1 19 -0,4 19,40 10,76 0,20 0,28 19,3 1,4 19,2 0,3 19,60 10,82 0,20 0,06 19,5 0,3 19,4 -1,1 19,80 10,91 0,20 0,09 19,7 0,45 19,6 0,15 20,00 11 0,20 0,09 19,9 0,45 19,8 0 20,50 11,17 0,50 0,17 20,25 0,34 20,075 -0,11 21,00 11,3 0,50 0,13 20,75 0,26 20,5 -0,08 21,50 11,41 0,50 0,11 21,25 0,22 21 -0,04 22,00 11,46 0,50 0,05 21,75 0,1 21,5 -0,12 23,00 11,59 1,00 0,13 22,5 0,13 22,125 0,03 24,00 11,68 1,00 0,09 23,5 0,09 23 -0,04 25,00 11,77 1,00 0,09 24,5 0,09 24 0 Confirmando os resultados da Titulação 1, pode-se observar que, na Titulação 2 obteve-se o salto de pH entre os pontos 18,4 e 18,8, sendo o mesmo de +2,66. A comparação entre Volume da Titulação e o pH relativo pode ser observado no gráfico a seguir. TP4 – Determinação da acidez do vinagre 9 Gráfico 4 Também pode-se observar que os gráficos de Primeira e Segunda derivada apresentaram o Máximo e Zero entre os pontos 18,4 e 18,6, sendo assim, no ponto 18,5. Gráfico 5 0 2 4 6 8 10 12 14 0 5 10 15 20 25 30 p H V (mL) Volule X pH 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 30 p H Vm (mL) Derivada Primeira TP4 – Determinação da acidez do vinagre 10 Tabela 4 Titulação colorimétrica Titulação 1 Titulação 2 Titulação 3 Media Final V inicial (mL) 0 0 0 0 V final (mL) 19,6 19,45 19,45 19,5 O ponto médio de equivalência para a titulação via elétrodos é de 18,5, como foi observado nos gráficos anteriores. ~ Também se pode observar o ponto médio da titulação colorimétrica, que foi de 19,5. Quantidade de mols presente na solução: Massa Molar NaOH = 39,997 g/mol 18,5 mL /0,1M = 0,0740g NaOH 19,5 mL/0,1M = 0,0780g NaOH T1= 0,00185 m NaOH T2= 0,00195 m NaOH 1 CH3COOH (aq) + 1 NaOH (aq) → 1 CH3COONa (aq) + 1 H2O (l) mol NaOHt1 = mol CH3COOHt1 = T1 0,00185 mol mol NaOHt1 = mol CH3COOHt1 = T2 0,00195 mol Massa Molar CH3COOH = 60,04g/mol -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 0 5 10 15 20 25 30 d (d p H /d V m ) (Vm)m (mL) Derivada segunda TP4 – Determinação da acidez do vinagre 11 T1 0,00185 mol = 0,111g CH3COOH T2 0,00195 mol = 0,117g CH3COOH Percentual de CH3COOH no vinagre: 2 mL de Vinagre ---------- 0,111g de CH3COOH 100 mL --------------------- X X= 5,55% na titulação 1 (Elétrodos) 2 mL de Vinagre ---------- 0,117g de CH3COOH 100 mL --------------------- X X= 5,85% na titulação 2 (Colorimétrica) TP4 – Determinação da acidez do vinagre 12 4. Conclusão Com base nos resultados obtidos, pode-se observar que os valores encontrados são próximos tanto na titulação via elétrodos, quando na titulação colorimétrica. Pode também observar que, a titulação colorimétrica apresentou uma percentagem levemente maior que a via elétrodo, o que pode ser devido a imprecisão ao visualizar a mudança de cores e ao ponto de mudança do indicador de pH, visto que na titulação auxiliada pelo medidor de pH, o acompanhamento da variação torna-se mais preciso. Quando comparado a informação da marca e os regulamentos encontrados no rotulo do produto, nota-se que nível de acidez de 5,55%/5,85% é mais alto que o nível indicado, 4%, isso pode ser devido a influencia da temperatura e também o produto estar aberto durante algum tempo, o que pode ter causado a liberação de vapores e a modificação das concentraçõesinicias. TP4 – Determinação da acidez do vinagre 13 5. Bibliografia • Fundamentos de Química Analítica, D.A. Skoog, D.M. West, F. James Holler e Stanley R. Crouch, Ed. Thomson, 2006 • Caderno de protocolos Laboratórios II, Licenciatura em Biotecnologia. Antunes R., 2017/2018 • Kotz, John C., and M. Paul Jr. Química geral e reações químicas. Cengage Learning Edições Ltda., 2010. • Brady, James E., and Gerard E. Humiston. "Química geral." (1999).