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Titulação ácido-base Procedimento analítico, no qual a quantidade desconhecida de um composto é determinada através da reação deste com um reagente padrão ou padronizado. ▪ Titulante: reagente ou solução, com concentração conhecida. ▪ Titulado ou analíto: solução, cuja concentração é desconhecida. Em uma titulação, pequenos volumes da solução do titulante são adicionados lentamente à solução do analito (titulado) até que se atinja o ponto de final da titulação, que é sinalizado pela mudança de coloração de um indicador ácido-base ou a formação de um precipitado. O ponto de equivalência de uma titulação: é o ponto calculado com base na estequiometria da reação envolvida na titulação. Não pode ser determinado experimentalmente. O ponto final de uma titulação é aquele determinado experimentalmente (visível). Se os volumes da titulação e a razão molar em que os solutos reagem forem conhecidos, então é possível calcular a concentração da segunda solução. As titulações devem atender a seguintes exigências: 1. Devemos conhecer a equação da reação de modo a determinar a proporção estequiométrica dos reagentes que usaremos em nossos cálculos. 2. A reação deve ser rápida e completa. 3. Quando os reagentes se combinam completamente, deverá haver uma mudança bem visı́vel 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. Titulação ácido-base ▪ Indicadores Visuais Causam mudança de cor próximo ao ponto de equivalência. O erlenmeyer (esquerda) contém um ácido de concentraçaõ conhecida. Adiciona-se uma base, contida na bureta e com concentração conhecida, até neutralizar o ácido. A cor do indicador muda de incolor para rosa, indicando que o ponto final foi alcançado. Respondem a certas propriedades da solução que muda de características durante a titulação. Ex: Medida de pH, condutividade, potencial, corrente, temperatura, etc. Titulação ácido-base ▪ Métodos Instrumentais Titulador automático para alcalinidade em agua Titulação Potenciométrica Na titulação potenciométrica, a medida do sinal de um eletrodo indicador é usada para acompanhar a variação da concentração de uma espécie iônica envolvida na reação e, assim, detectar o ponto de equivalência Titulação potenciométrica Eletrodo de referencia Eletrodo indicador Potenciômetro Vantagens da titulação potenciométrica A Grande sensibilidade da técnica ⇒ soluções diluídas, A técnica potenciométrica é aplicável a titulações em meio não aquosos, As titulações potenciométricas de soluções coradas ou turvas não apresentam dificuldades, A técnica potenciométrica pode ser usada onde a técnica convencional (visual) é impraticável ⇒ falta de indicadores. Classificação das reações empregadas em titulação Neutralização: H3O + + OH- → 2H2O Formação de complexos: Y4- + Ca2+ → CaY2- (EDTA) Precipitação: Ag+ + Cl- → AgCl(s) Oxidação-redução: Fe2+ + Ce4+ → Fe3+ + Ce3+ SOLUÇÃO PADRÃO É uma solução de concentração exatamente conhecida, que é indispensável para realizar análises volumétricas. É a solução que será usada para comparação das concentrações. Padrão primário Padrão secundário Composto com alto grau de pureza que serve como referência na titulação Composto cuja pureza pode ser estabelecida por análise química e que serve como referência na titulação Requisitos de um padrão primário Requisitos de um padrão primário, alta pureza, estabilidade ao ar, ausência de água de hidratação, composição não deve variar com umidade, disponível, custo acessível, solubilidade no meio de titulação, alta massa molar: erro relativo associado a pesagens é minimizado. PADRÃO SECUNDÁRIO ▪ São substâncias que tem sua concentração determinada por análise química e também são utilizadas como referência em análises volumétricas. Quando não há disponível um padrão primário. Usa-se uma solução de um reagente (padrão secundário) com concentração aproximada da desejada para titular uma massa conhecida de um padrão primário. ▪ PADRONIZAÇÃO é a titulação realizada para determinar a concentração do titulante que será utilizado para uma análise. Após a padronização a solução preparada com o padrão secundário é denominada SOLUÇÂO PADRÃO. Solução padrão A solução cuja a concentração é conhecida com exatidão. Ideal: •Deve ser suficientemente estável de modo a ser necessário apenas determinar sua concentração uma única vez. •Reage rapidamente com o analito de modo a minimizar o tempo requerido entre as adições de reagente. •Reage completamente com o analito de modo a ter um ponto final satisfatório. PADRÃO SECUNDÁRIO Tipos de Titulação Volumetria de neutralização Geralmente o titulante é uma base forte ou um ácido forte. Base Forte: NaOH ou KOH Ácido Forte: HCl, H2SO4, HClO4 HNO3 é raramente utilizado devido ao seu elevado poder oxidante Indicadores ácido-base A forma quı́mica (estrutura molecular) dos indicado- res é que determina sua cor. A cor observada em pH mais baixo deve-se à forma ácida do indicador, enquanto a cor obtida em pH mais alto está associada à sua base conjugada. Indicadores ácido-base FENOLFTALEÍNA (faixa de viragem: 8,3-10,0 ) Indicadores ácido-base ALARANJADO DE METILA (faixa de viragem: 2,9-4,6) Ácido forte neutralizado por base forte Existem 3 regiões na curva de titulação. Cálculo divide-se em 4 etapas: 1)- antes do início da titulação: a solução contém apenas ácido forte e água, sendo o pH determinado pela dissociação do ácido forte. 2)- antes de atingir o P.E.: nesta região haverá uma mistura de ácido forte que ainda não reagiu com a base adicionada mais o sal neutro formado pela reação. O pH é determinado pelo ácido forte que permanece na solução. 3)- No P.E.: nesta região a quantidade de base adicionada é suficiente para reagir com todo o ácido presente na solução produzindo água. O pH é determinado pela dissociação da água. 4)– Após o P.E.: nesta região haverá adição de excesso de base a solução inicial de ácido. O pH é determinado pelo excesso de OH- proveniente da base forte. Exemplo Titulação de 100,0 mL de HCl 0,100 mol L-1 com uma solução padrão de NaOH 0,100 mol L-1. 1. Qual a reação envolvida? HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ NaCl(aq) + H2O(l) 2. Qual o volume de NaOH necessário para atingir o P.E.? nomol de HCl = nomol de NaOH 0,100 x VNaOH = 0,100 x 100 VNaOH = 100 mL 1a etapa: antes do início da titulação Nesta região o pH é dado pela concentração de ácido clorídrico inicial. HCl(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) pH= -log[H3O+] = 1,00 2a etapa: antes de atingir o P.E. Nesta região o pH é dado pela concentração de ácido clorídrico que não reagiu com o NaOH. VNaOH = 1,00 mL no mol NaOH = 0,100 x 0,00100 = 0,000100 mol HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ NaCl(aq) + H2O(l) Início 0,0100 --- --- --- Adicionado --- 0,000100 --- --- Final 0,0099 0,000100 0,000100 0,000100 Volume final = VHCl + VNaOH = 100,0 + 1,00 = 101,0 mL [H3O +] = 0,0099 / 0,1010 = 0,098 mol L-1 pH = 1,01 3a etapa: no P.E. Nesta região o pH é dado pela dissociação da H2O. VNaOH = 100,00 mL ⇒ n o mol NaOH = 0,100 x 0,100 = 0,0100 mol HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ NaCl(aq) + H2O(l) Início 0,0100 --- --- --- Adicionado --- 0,0100 --- --- Final --- --- 0,0100 0,0100 volume final =200,0 mL pH= -log[H3O +]= 7,00 4a etapa: após o P.E. Nesta região o pH é dado pelo excesso de OH- proveniente do NaOH. VNaOH = 102,00 mL ⇒ n o molNaOH = 0,100 x 0,120 = 0,01020 mol HCl(aq) + NaOH(aq) ⇄ NaCl(aq) + H2O(l) Início 0,0100 --- --- --- Adicionado --- 0,01020 --- --- Final --- 0,0002 0,0100 0,0100 Volume final = 202,0 mL [OH-]= 0,0002/0,2020 = 9,90.10-4 mol/L pOH = 3 pH =11 Curva de titulação Ponto de equivalência Ácido fraco neutralizado por base forte Titularam-se 20,00 mL de uma solução de ácido acético 0,1000 M com NaOH 5,000 * 10-2 M. Calcule: a) o volume equivalente de NaOH No ponto de equivalência, n0mol HO- adicionado = n0mol CH3COOH presente inicialmente [HO-] VHO- = [CH3COOH] VCH3COOH 0,05000 M VHO- = 0,1000 M * 20,00 mL VHO- = 40,00 mL o pH no início da titulação, no ponto de equivalência, 1% antes e 1% depois do ponto de equivalência e após a adição de 50,00 mL de NaOH. No início da titulação, temos uma solução de ácido fraco pH = 1/2 pKa -1/2 log [CH3COOH] pH = 1/2 *4,76 -1/2 (-1) pH =2,88 No ponto de equivalência, temos uma solução de base fraca: pH = 7,00 +1/2 pKa +1/2 log [CH3COO -] pH = 7,00 + 2,38 +1/2 log (0,0333) pH = 8,64 1% antes ponto de equivalência: pH = pKa + log ([CH3COO -]/[CH3COOH] pH= 4,76 + log 99 pH = 6,76 1% depois do ponto de equivalência, o excesso de NaHO equivale a 0,02 mmol, num volume de 60,40 mL, [HO-]= 0,02 mmol/60,40 mL = 3,31 * 10-4 M pH = 14 - pOH =10,52 Após grande excesso (50,00 mL) de titulante, o excesso de NaOH é: (50,00-40,00) *5,000* 10-2 M = 5,000 * 10-4 mol, num volume de 50,00+20,00 = 70,00 mL, [HO-]= 0,5000 mmol / 70,00 mL = 7,14 * 10-3 M pH = 14 - pOH =11,85 Bibliografia 1)http://homepage.ufp.pt/pedros/qaII/res.htm#ab 2)http://www.ufjf.br/nupis/files/2016/08/aula-3-titula%C3%A7%C3%A3o-%C3%A1cido-base11. pdf 3) Frederick A. Bettelheim; William H. Brown; Mary K. Campbell; Shawn O. Farrell, Introdução à química geral: Tradução da 9ª edição, Cengage Learning Brasil,
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