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PROFº: RICARDO HENRIQUE DE LIMA LEITE PROFª: KALYANNE KEYLY PEREIRA GOMES PROFº: MONICA RODRIGUES DE OLIVEIRA APOSTILA DE PRÁTICAS DE LABORATÓRIO DE QUÍMICA ANALÍTICA PROFº: RICARDO HENRIQUE DE LIMA LEITE PROFª: KALYANNE KEYLY PEREIRA GOMES PROFº: MONICA RODRIGUES DE OLIVEIRA – AULA PRÁTICA 01: SEGURANÇA NO LABORATÓRIO E PRINCIPAIS VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS USADOS EM ANÁLISES QUÍMICAS 1.1 – OBJETIVOS Nesta aula prática o aluno deverá conhecer as posturas a serem adotadas no laboratório de forma a garantir um aproveitamento maximizado e seguro da carga horária prática do curso de Química Analítica. Os pontos importantes que deverão ser assimilados pelo aluno são: - normas em relação às aulas práticas de Química Analítica; - regras de segurança no laboratório; - principais vidrarias e equipamentos usados no laboratório de Química Analítica. 1.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 1.2.1 – Normas gerais em relação às aulas práticas de Química Analítica Nós seres humanos vivemos em um mundo de normas. Porém, a maioria das pessoas acha que certas normas são cansativas, outras desnecessárias, algumas autoritárias, etc. A realidade é que as normas servem para facilitar o convívio social e para aperfeiçoar os diversos processos (sociais, culturais, acadêmicos, econômicos, etc.) nos quais tomamos parte. Obedecer a regras é uma questão de disciplina e é uma atitude que exige um posicionamento pessoal diante dos nossos desafios diários. Durante uma aula prática de Química Analítica nós (professores e alunos) fazemos parte de um processo que necessita de certo grau de disciplina para que seu objetivo (aprendizagem) seja atingido a contento e com segurança. Sendo assim, algumas normas de conduta se impõem e serão exigidas durante nossas aulas práticas, considerando que a disciplina faz parte da formação profissional de quem realiza análises químicas. Além disso, um laboratório de Química é um local insalubre e perigoso por natureza, exigindo uma atenção redobrada para que acidentes desagradáveis e de sérias consequências não ocorram. Vamos abordar, a seguir, algumas normas que deverão ser observadas e seguidas pelos alunos antes, durante e após as aulas práticas de Química Analítica: - O prazo de tolerância para o atraso nas aulas práticas é de 10 minutos, após esse prazo o aluno não poderá assistir à aula. No início de cada aula prática o professor fará uma explanação teórica do assunto e discutirá os pontos relevantes, inclusive em relação à segurança dos experimentos. Um aluno que não tenha assistido a uma parte dessa discussão irá atrasar seus colegas e até colocar em risco a sua segurança. - È proibido o uso de “short” e “mini-saias” durante as experimentações. Usar de preferência uma calça e calçado fechado. Essa é uma norma de segurança, uma vez que uma calça e sapatos fechados protegem a pele de eventuais contatos com reagentes danosos. - O uso de bata é obrigatório durante a aula prática. A bata é um equipamento de proteção individual indispensável ao experimentador. - Não serão toleradas brincadeiras durante as aulas práticas, o grupo deve se concentrar na realização das atividades propostas, pois o tempo é exíguo e a experimentação exige atenção. Aliás, vários acidentes em laboratórios de ensino advêm da falta de atenção do aluno experimentador. - O aluno deverá realizar antes da aula prática um pré-laboratório que deverá constar em seu caderno de laboratório. Caso o aluno não tenha feito o pré- laboratório esse fica impedido de assistir à aula prática. - O aluno deverá apresentar o pós-laboratório da aula prática anterior para efeito da pontuação referente às aulas práticas. - Caso o aluno falte a uma aula prática não haverá reposição da mesma. Isso acarretará a perda da pontuação referente a essa aula. - Em cada avaliação será atribuída uma pontuação de 4,0 (quatro pontos) referente à participação do aluno nas aulas práticas e elaboração do caderno de laboratório. O conteúdo das aulas práticas também será avaliado com uma prova teórica através de questões referentes às experimentações realizadas com pontuação de 6,0 (seis pontos). - As alunas que estiverem grávidas não participarão das experimentações. Serão propostas outras atividades didáticas, para efeito do cumprimento da carga horária prática da disciplina. 1.2.2 – Algumas regras de segurança no laboratório de química analítica Um laboratório de Química é um local onde são manipuladas substâncias tóxicas, inflamáveis, corrosivas, etc. A minimização dos riscos de acidentes no laboratório passa pela obediência a certas normas. A seguir encontram-se resumidas algumas dessas regras. - Sempre usar bata e outros equipamentos de proteção individual necessários (óculos de proteção, máscara, luvas, etc.), quando estiver realizando uma experiência. - Nunca realizar experiências que não estejam no roteiro, pois pode ocorrer a liberação de gases perigosos, explosões, ejeção violenta de líquidos, etc. - Quando da diluição de um ácido concentrado, adicionar sempre o ácido à água, lentamente, se possível com resfriamento do recipiente onde se realiza a diluição. Nunca adicionar água a um ácido concentrado! - Quando do aquecimento de uma substância em um tubo de ensaio, observar que a boca do tubo não esteja direcionada para alguém, pois pode ocorrer uma ejeção de líquido quente. - Os frascos contendo reagentes devem ser identificados sempre. Indicar o nome da substância, sua concentração, o nome do responsável e a data da fabricação. - Nunca aquecer uma substância inflamável em chama direta, usar sempre um aquecedor elétrico ou uma manta de aquecimento. - Não sentir o odor de uma substância colocando diretamente o nariz sobre o frasco que o contém. Deve-se, com a mão, fazer com que o odor seja deslocado até o olfato do experimentador. 1.2.3 – Equipamentos e vidrarias utilizados em laboratório de Química Analítica Vários equipamentos e vidrarias são utilizados em um laboratório de Química Analítica e o manuseio adequado destes é fundamental para o analista. Porém, o completo domínio de sua manipulação advém da experiência adquirida com sua utilização. O quadro abaixo relaciona alguns equipamentos de uso comum no laboratório e suas aplicações. VIDRARIA Figura Denominação Aplicações Almofariz com pistilo Também chamado de gral, pode ser de porcelana, vidro ou ágata. Usado para triturar e homogeneizar sólidos. Balão de fundo chato Usado para realizar reações químicas e aquecimento de líquidos. Pode ser aquecido usando-se tela de amianto e tripé. Balão de fundo redondo Usado no aquecimento de líquidos. Pode ser usado acoplado a sistema de refluxo. Usado em evaporadores rotativos. O aquecimento geralmente é realizado em banho-maria ou com mantas de aquecimento. Balão volumétrico Usado principalmente para preparar volumes determinados de uma solução. Possui volume fixo preciso. Não deve ser aquecido. Becker Possui várias utilidades. Usa-se para efetuar reações, aquecer líquidos, dissolver sólidos, etc. Pode ser aquecido sobre a tela de amianto. Não possui precisão volumétrica, logo não dever ser usado para medir volumes líquidos. Bureta Usada em titulometria, dispensa volumes de líquidos em incrementos. Sendo material para medidas volumétricas precisas, não deve ser aquecida. Cadinho Usado para aquecer materiais a altas temperaturas. Pode ser de porcelana ou de platina, suporta temperaturas elevadas e pode ser levado diretamente ao bico de Bunsen ou à mufla. Cápsula de porcelanaUsada na evaporação de líquidos. Condensador Usado para condensar vapores. Existem diferentes tipos (condensador de refluxo, em espiral, de bolas, etc.). Muito usado na destilação e nas reações sob refluxo. Dessecador Usado para manter substâncias sob atmosfera de baixa umidade. Usa-se uma substância que absorva umidade (sílica gel, cloreto de cálcio, etc.) para reduzir a umidade no interior do equipamento. Erlenmeyer Usado em titulações, aquecimento de líquidos e reações em solução. Funil de Buchner Utiliza-se em filtrações à vácuo como suporte para o papel de filtro, acoplado a um kitassato. Funil de separação Usado para separar líquidos imiscíveis. Funil cônico Pode ser de haste longa ou curta. Usado na filtração por gravidade como suporte do papel de filtro. Kitassato Usado nas filtrações à vácuo em conjunto com o funil de Buchner. Pipeta graduada Usada para medir volumes variáveis de líquidos. Não deve ser aquecida. Pipeta volumétrica Usada para medir volumes líquidos fixos, com grande precisão. Possui maior precisão que a pipeta graduada. Deve ser preferida quando o resultado da análise depender do volume medido. Não deve ser aquecida. Proveta Usada para medir volumes variados de líquidos. Possui menor precisão que a pipeta. Não deve ser aquecida. Tubo de ensaio Usado para realizar reações químicas em pequena escala. Pode ser aquecido. Vidro de relógio Usado para pesar substân-cias, evaporações e testes químicos. EQUIPAMENTOS Figura Denominação Aplicações Balança analítica Usada para pesar substân-cias com precisão. Possui uma precisão de no mínimo 0,2 mg. Deve ser utilizada com cuidado e limpa com ajuda de um pincel após o uso, pois é bastante frágil. Argola ou anel Utilizado como suporte para funis Bico de Bunsen Usado como fonte de calor para aquecimentos diversos. Estante para tubos de ensaio Serve de suporte para os tubos de ensaio. Garra para condensador Usada para fixar os condensadores em sistemas de destilação. Pinça de madeira Empregada como suporte de tubos de ensaio durante um aquecimento. Pinça metálica Utilizada para manusear objetos aquecidos. Pisseta Usada para lavagem de vidraria com água destilada ou outros solventes como o álcool. Suporte universal Usado como suporte para sistemas diversos. Tela de amianto Usada para distribuir o calor do bico de Bunsen de maneira uniforme, usado sobre o tripé, impede que a vidraria fique em contato direto com a chama. 1.3 – PROCEDIMENTO PRÁTICO a) Identifique cada um dos equipamentos e vidrarias numerados e dispostos no laboratório. b) Anote o nome, a utilização e os cuidados no manuseio. c) Esclareça eventuais dúvidas com o professor, monitor ou técnico de laboratório e anote em seu caderno todas as informações recolhidas. 1.4 – PÓS-LABORATÓRIO a) Pesquisa - Faça uma pesquisa sobre a utilização dos seguintes equipamentos: capela, espectrofotômetro, pHmetro, destilador kjeldahl (pronunciar kieldal) b) Na análise volumétrica, o volume de amostra empregado na titulação é de importância vital para o resultado da análise. Qual vidraria será mais conveniente para medir 20 mL de uma amostra líquida a ser titulada ? Explique. c) Um técnico de laboratório responsável pela limpeza do material, lavou toda a vidraria usada em uma titulação (bureta, becker, pipetas e erlenmeyer), em seguida enxaguou toda a vidraria com água destilada e colocou-a para secar em estufa a uma temperatura de 110 °C. O procedimento realizado pelo técnico está correto? Explique. 1.5 – BIBLIOGRAFIA SKOOG, D.H. et al. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson, 2006. 999 p. HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 862 p. – AULA PRÁTICA 02: PREPARANDO SOLUÇÕES 2.1– OBJETIVOS Nesta aula prática o aluno deverá integrar os diversos procedimentos laboratoriais envolvidos no preparo de soluções: - o cálculo prévio da quantidade de soluto a ser utilizada; - a utilização adequada da vidraria de laboratório; - técnicas de diluição e mistura de soluções. 2.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 2.2.1 – Definição de solução As soluções são misturas homogêneas, monofásicas, constituídas de dois ou mais componentes. 2.2.2 – Importância das soluções O emprego de soluções é uma constante na Química Analítica e, geralmente, qualquer análise química inicia-se com uma etapa de preparação das soluções a serem empregadas. Fora do campo da Química, as soluções encontram emprego no cotidiano de diversos profissionais. Seja na preparação de formulações medicamentosas para animais, na utilização de praguicidas nas lavouras, no manuseio de complementos vitamínicos para animais, na adubação através da irrigação, etc, a verdade é que os agrônomos, engenheiros agrícolas e ambientais, zootecnistas, engenheiros de pesca, etc. irão se deparar cedo ou tarde com o problema de preparar uma solução. No laboratório ou no campo os princípios de preparo de soluções são os mesmos e devem ser assimilados pelos futuros profissionais dessas áreas. 2.2.3 – Concentração Toda solução é constituída de um solvente (constituinte geralmente em maior proporção) e de um ou mais solutos (constituintes em menores proporções). Podemos dizer que uma das características mais importantes de uma solução é sua concentração. Basicamente, a concentração de uma solução pode ser definida de duas formas: soluçãodequantidade solutodequantidadeãoConcentraç = ou solventedequantidade solutodequantidadeãoConcentraç = As quantidades de soluto, solvente ou solução, e, por conseguinte, a concentração podem ser expressas em diferentes unidades. As unidades empregadas para medir as quantidades de soluto e solvente podem tanto ser físicas (grama, litro, etc.) quanto químicas (mol, fórmula-grama, equivalente-grama, etc). Algumas das unidades de concentração derivadas são apresentadas segundo sua natureza (física ou química) no quadro abaixo: Unidades físicas de concentração Unidades químicas de concentração - massa/massa - massa/volume - volume/volume - densidade - título - partes por milhão (ppm) - partes por bilhão (ppb) - partes por trilhão (ppt) - Concentração em quantidade de matéria (molaridade) - Normalidade - Molalidade - Formalidade Convém relembrar que a molaridade (M), hoje chamada de concentração em quantidade de matéria segundo recomendação da IUPAC1, é definida como sendo 1 1IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry (organismo internacional que regulamenta as convenções em química) a razão entre o número de mols de soluto (n) e o volume de solução (V) em litros. Assim, podemos equacionar a definição de molaridade como sendo: V nM = Porém, lembrando que o número de mols de um soluto é igual a razão entre sua massa (m) e sua massa molar (MM = massa molecular tomada em gramas), teremos: MM mn = e VMM mM × = A normalidade (N) é ainda bastante empregada como unidade de concentração, apesar de seu uso não ser recomendado pela IUPAC. Definimos a normalidade como sendo a razão entre o número de equivalentes-grama de soluto (nE) e o volume da solução em litros (V): V nN E= Considerando que o número de equivalentes-grama de soluto é igual à razão entre a massa de soluto (m) empregada e o seu equivalente-grama (E), temos: VE mN × = O equivalente-grama de uma substância é a razão entre sua massa molar (MM) e sua “valência” (x): x MME = Onde, x = número de hidrogênios ionizáveis no caso de ácidos; x = número de hidroxilas(OH) nos hidróxidos; x = carga total em módulo dos cátions ou dos ânions em um sal; x = número de elétrons trocados no caso de oxidantes e redutores. A molalidade é definida como sendo a razão entre o número de mols do soluto e a massa de solvente em kilogramas. A formalidade (F) apresenta uma importância conceitual. Quando dissolvemos uma substância iônica em água, o cloreto de sódio – NaCl, por exemplo, esta se dissocia em íons e não teremos em solução a substância original. Assim, numa solução aquosa de NaCl temos íons Na+ e Cl-. Não podemos conceitualmente falar de molaridade de NaCl pois este não existe em solução. O mais correto é falar de formalidade, pois estamos considerando apenas a fórmula do NaCl sem levar em consideração seu real estado em solução. A formalidade é definida, então, como sendo a razão entre o número de fórmulas-gramas do soluto por volume da solução em litros. 2.2.4 – Calculando a massa de soluto necessária para preparar uma solução de concentração desejada. Com base na definição da concentração em quantidade de matéria, podemos calcular qual é a massa em gramas de um determinado soluto, que devemos pesar, para preparar um dado volume de solução com uma concentração previamente especificada. EXEMPLO: Calcule a massa de hidróxido de sódio em gramas que deve ser pesada para preparar 500 mL de uma solução 0,2 mol/L. (massas atômicas: Na = 23 u.m.a., O = 16 u.m.a e H = 1 u.m.a.) Solução: A massa molar do hidróxido de sódio (NaOH) será: MMNaOH = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol Sendo M = 0,2 mol/L; V = 500 mL = 0,5 L podemos calcular a massa de soluto diretamente da definição de molaridade: Lmolg gmLmol 5,0/40 )(/2,0 × = ggm 4)( = No caso de substâncias impuras devemos levar em consideração o título (% massa/massa) no cálculo da massa de substância a ser pesada. Quando trabalhamos com substâncias líquidas é conveniente calcular o volume de substância correspondente à massa da substância necessária para preparar a solução desejada, uma vez que nesse caso fica mais fácil medir um volume que uma massa. Informações, tais como densidade e título de um reagente, podem ser obtidas nos rótulos dos mesmos. O exemplo a seguir ilustra esses casos. EXEMPLO: Deseja-se preparar 250 mL de uma solução 0,5 mol/L de HCl. Dispõe-se no laboratório de HCl PA (reagente para análise) contendo 37 % em peso de HCl e densidade igual a 1,19 g/mL. Calcule o volume de HCl que deve ser empregado para preparar a solução desejada. (dados: massa molar do HCl = 36,5 g/mol) SOLUÇÃO: Inicialmente devemos calcular a massa de HCl que utilizaríamos caso o reagente estivesse puro, isso é realizado exatamente como no exemplo anterior. Dados: MMHCl = 36,5 g/mol; M = 0,5 mol/L e V = 250 mL = 0,25 L Lmolg gmLmol 25,0/5,36 )(/5,0 × = ggm 5625,4)( = de HCl puro!, Porém, nosso reagente apresenta apenas 37 % em peso de HCl (o resto é água !). Podemos calcular quanto devemos pesar de nosso reagente para obtermos uma massa de HCl igual a 4,5625 g através de uma regra de três simples. Massa de reagente % de HCl 4,5625 g - 100 % x - 37 % Devemos notar que a pureza do reagente e a massa que deve ser pesada são grandezas inversamente proporcionais. Quanto menor o % de HCl maior será a massa de reagente que deverá ser pesada. Resolvendo a regra de três temos: %100 %375625,4 = x g gx 33,12= de HCl a 37 % devem ser pesadas! Neste ponto, lembramos que o nosso reagente é um líquido. Não é conveniente pesarmos um líquido, ainda mais sendo ele corrosivo como o HCl. Devemos então calcular o volume de HCl 37 % correspondente a uma massa de 12,33 g. Para tanto utilizaremos a densidade da solução. V m d = Dados: d = 1,19 g/mL; m = 12,33 g V gmLg 33,12/19,1 = mLV 36,10= de HCl 37% devem ser medidos para prepararmos nossa solução. 2.2.5 – Padrões primários e secundários Quando preparamos uma solução devemos levar em conta se o soluto é um padrão primário ou secundário. Os reagentes padrão-primário são substâncias estáveis, não higroscópicas, não eflorescentes, de fácil purificação e alto peso molecular, que servem para o preparo direto de soluções de concentração definida. As soluções de reagentes padrão-primário podem ser usadas para determinar a concentração exata de soluções de reagentes padrão-secundário. Exemplos de reagentes padrão-primário são: cloreto de sódio, nitrato de prata, dicromato de potássio, biftalato de potássio, trióxido de arsênio, ácido oxálico, carbonato de sódio, etc. Os reagentes padrão-secundário são substâncias higroscópicas, voláteis, eflorescentes e alteráveis, cujas soluções devem ter sua concentração exata definida através de um procedimento de padronização. Exemplos de reagentes padrão-secundário são: ácido clorídrico, hidróxido de sódio, ácido sulfúrico, permanganato de potássio, cloreto de cálcio, etc. 2.2.6 – Diluição de soluções Quando uma solução é diluída, seu volume é aumentado devido à adição de solvente, sua concentração diminui, porém a quantidade de soluto permanece invariável. Podemos escrever que: Quantidade de soluto antes da diluição = quantidade de soluto após a diluição Considerando que: Quantidade de soluto = concentração da solução x volume de solução Obtemos a seguinte expressão: ffii CVCV ×=× Onde: Vi = volume da solução antes da diluição; Ci = concentração da solução antes da diluição; Vf = volume da solução após a diluição; Cf = concentração da solução após a diluição. EXEMPLO: Qual é o volume de uma solução de hidróxido de sódio 0,4 mol/L que devemos utilizar para preparar 50 mL de uma solução 0,08 mol/L por diluição? SOLUÇÃO: Dados: Ci = 0,4 mol/L; Cf = 0,08 mol/L e Vf = 50 mL. LmolmLLmolVi /08,050/4,0 ×=× mLVi 10= 2.2.7 – Mistura de soluções de mesmo soluto Quando misturamos soluções de concentrações diferentes do mesmo soluto, o número de moles do soluto contido na solução resultante será igual à soma do número de moles das soluções originais. Dessa forma, ao misturarmos um volume V1 de uma solução de concentração C1, com um volume V2 de uma solução de concentração C2, obteremos uma solução de concentração C3 dada pela seguinte expressão: 21 2211 3 VV VCVCC + ×+× = EXEMPLO: Calcule a concentração de uma solução de NaOH resultante da mistura de 200 mL de uma solução de NaOH 8,0 g/L e 800 mL de uma solução de NaOH 5,0 g/L. SOLUÇÃO: Dados: C1 = 8,0 g/L; V1 = 200 mL; C2 = 5,0 g/L e V2 = 800 mL. )/(6,5 1000 5600 1000 40001600 )(800)(200 )(800)/(0,5)(200)/(0,8 3 LgmLmL mLLgmLLgC ==+= + ×+× = 2.2.8 – Sistemática para o preparo de soluções O preparo de uma solução envolve a dissolução do soluto no solvente. De acordo com o tipo do soluto podemos encontrar dois tipos de procedimentos: preparo de soluções padrão primário e preparo de soluções padrão secundário. a) Preparo de uma solução padrão primário: - Calcular a quantidade de soluto a ser usada no preparo da solução desejada; - pesar em vidro de relógio ou pesa-filtro, a massa calculada do soluto (o mais exatamente possível); - dissolver o soluto no solvente, cuidadosamente, evitando qualquer tipo de perda; (utilizar becker e bastão de vidro para este fim); - transferir o soluto, já dissolvido, do becker para um balão volumétrico de volume desejado, usando um funil e evitando perdas (lavar bem o material recolhendo as águas de lavagem no balão!); - completar o volume do balão com o solvente desejado (geralmente água destilada) até o menisco; - homogeneizar a solução por inversão. (Observação: Neste procedimento podemos usar a massa do soluto para calcular a real concentração da solução!) b) Preparo de uma solução padrão secundário: - Calcular a quantidade de soluto necessária para o preparo dasolução desejada; - pesar a massa ou medir o volume, de forma aproximada, do soluto; - dissolver o soluto em um pouco do solvente usando um becker e um bastão de vidro; - transferir o conteúdo do becker para um balão volumétrico com o auxílio de um funil; - completar o volume do balão até o menisco; - homogeneizar por inversão; - determinar a real concentração da solução por padronização. (Observação: neste procedimento a quantidade de soluto empregada não pode ser usada para calcular a concentração da solução!) 2.2.9 – Algumas observações quanto à medida de volumes Chamamos de menisco à interface existente entre um líquido e o ar (ou outro gás) em um tubo. O menisco pode ter a forma côncava (ex: água) ou convexa (ex: mercúrio), dependendo da tensão superficial do líquido. Quando preenchemos uma vidraria volumétrica devemos observar que o menisco tangencie a marca indicativa do volume desejado, porém, dependendo da cor da solução dois casos podem se apresentar. No caso de soluções incolores a marca da vidraria deve tangenciar a base do menisco, enquanto que no caso de soluções coloridas devemos fazer coincidir o topo do menisco com a marca da vidraria. A figura abaixo ilustra esse procedimento. (a) Posição correta do menisco para o caso de soluções incolores; (b) Posição correta do menisco para o caso de soluções coloridas. Outro fato importante que devemos levar em consideração quando do preenchimento de uma vidraria volumétrica é que devemos manter a marca do volume na altura dos olhos, durante o preenchimento, para evitar os erros de paralaxe (deslocamento aparente de um objeto quando se muda a posição de observação do mesmo). 2.3 – PROCEDIMENTOS PRÁTICOS 2.3.1 - Preparo de uma solução de NaOH 0,5 mol/L a) Calcule a massa de hidróxido de sódio necessária para preparar 50 mL de uma solução 0,5 mol/L de NaOH. b) Pese a massa de NaOH calculada em um becker limpo e seco. c) Dissolva o NaOH pesado, no próprio becker, com água destilada. Use um bastão de vidro. d) Transferir a solução para um balão volumétrico de 50 mL, com a ajuda do bastão de vidro e de um funil de vidro. Espere o balão esfriar até a temperatura ambiente e então complete o volume até a marca indicativa de volume. e) Homogeneizar por inversão. f) Transferir a solução preparada para um frasco de plástico e rotular (anotar o nome da substância, fórmula, concentração, data de preparação e responsável). Modelo: 2.3.2 – Preparo da solução de HCl 0,5 mol/L a) Calcular o volume de HCl concentrado que deve ser utilizado para preparar 100 mL de uma solução 0,5 mol/L. (obter os dados de pureza do HCl concentrado e sua densidade no rótulo do frasco do reagente!) b) Medir com uma pipeta graduada e com auxílio de uma pêra (pipetador), em uma capela, o volume de HCl concentrado calculado. c) Transferir o volume de HCl concentrado medido para um balão volumétrico de 50 mL contendo cerca de 25 mL de água destilada. Hidróxido de Sódio – NaOH 0,5 mol/L 07/04/2014 Grupo 1 – Carlos d) Esperar o balão esfriar até a temperatura ambiente e completar com água destilada até o menisco. e) Homogeneizar por inversão. f) Transferir a solução preparada para um frasco de vidro e rotular. Modelo: 2.3.3 – Preparo da solução de HCl 0,05 mol/L partindo da solução de HCl 0,5 mol/L a) Calcular o volume de solução de HCl 0,5 mol/L que deve ser medido para prepararmos 50 mL de uma solução de HCl 0,05 mol/L. b) Medir com o auxílio de uma pipeta o volume calculado da solução de HCl 0,5 mol/L e transferir para um balão volumétrico de 50 mL. c) Completar o volume do balão com água destilada. d) Homogeneizar por inversão. e) Transferir a solução preparada para um frasco de vidro e rotular. Modelo: 2.4 – PÓS-LABORATÓRIO a) Faça uma pesquisa sobre situações em que é necessária a preparação de uma solução em sua área de atuação. b) Por que se utiliza um frasco de vidro para o armazenamento da solução de HCl e um frasco de plástico para armazenar uma solução de NaOH? c) Podemos confiar na concentração das soluções preparadas nesta aula prática? Explique d) Explique a diferença que existe entre molalidade e molaridade. Em quais situações é mais interessante utilizar a molalidade como unidade de concentração? 2.5 – EXERCÍCIOS 1) Calcule a concentração em quantidade de matéria de uma solução de Na2SO4 obtida pela dissolução de 56,8 g deste sal em 500 mL de solução. (R: 0,8 mol/L) Ácido Clorídrico – HCl 0,5 mol/L 07/04/2014 Grupo 1 – Carlos Ácido Clorídrico – HCl 0,05 mol/L 07/04/2014 Grupo 1 – Carlos 2) Quantos gramas de NaOH são necessários para preparar 2 L de uma solução 0,02 mol/L desta base ? (R: 1,6 g) 3) Calcule quantos mililitros de H2SO4 (ácido sulfúrico) concentrado (densidade = 1,98 g/mL e pureza = 98 %) são necessários para preparar 1 L de solução 0,02 mol/L deste ácido. (R: 1,01 mL) 4) O ácido cítrico é um triácido de massa molar igual a 192 g/mol. Calcule quantos gramas de ácido cítrico devem ser pesados para preparar 500 mL de uma solução 0,1 N deste ácido. (R: m = 3,2 g) 5) Qual é a concentração em quantidade de matéria de uma solução a 4,8 g/L de dicromato de potássio em água (K2Cr2O7) ? (R: 0,016 mol/L) 6) Quantos gramas de hidróxido de potássio existem em 100 mL de uma solução 0,2 mol/L desta substância ? (R: 1,122 g) 7) Calcule o volume de uma solução de hidróxido de sódio 0,8 mol/L que deve ser utilizado para preparar por diluição 1 L de solução 0,04 mol/L desta base. (R: 50 mL) 8) Calcule a concentração de uma solução obtida pela diluição de 400 mL de solução 0,5 mol/L de HCl até um volume de 2 L. (R: 0,1 mol/L) 9) Qual é a concentração de uma solução de cloreto de sódio obtida pela mistura de 200 mL de uma solução 0,4 mol/L e de 800 mL de uma solução 0,6 mol/L deste sal. (R: 0,56 mol/L) 10) Calcule o volume V1 de uma solução de HNO3 0,8 mol/L que deve ser misturado com um volume V2 de uma segunda solução de HNO3 0,2 mol/L de forma a obter 1 L de solução de HNO3 0,5 mol/L. (R: V1 = V2 = 500 mL) 2.6 – MATERIAIS E REAGENTES MATERIAIS REAGENTES Balança analítica Ácido clorídrico concentrado Balão volumétrico – 100 mL (01) Hidróxido de sódio PA Balão volumétrico – 50 mL (02) Água destilada Bastão de vidro Capela Espátula Etiquetas Frasco de plástico para reagente (01) Frasco de vidro para reagente (02) Funil Pêra Pisseta Pipeta graduada de 5 mL 2.7 – BIBLIOGRAFIA MENDHAM, J. et al. Análise química quantitativa (Vogel). 6. Ed. Ver. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 462 p. HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 862 p. SKOOG, D.H. et al. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson, 2006. 999 p. BACCAN, Nivaldo et al. Química analítica quantitativa e elementar. 2. ed. rev. ampl. São Paulo: Edgard Blücher; Campinas MOREAU, C.; PAYEN, J-.P. Solutions aqueuses: rappels de cours; exercices et problèmes corrigés. Paris: BERLIN, 1992. 351 p. HARVEY, David. Modern analytical chemistry. 1. ed. New York: McGraw-Hill, 2000. 816 p. – AULA PRÁTICA 03: PADRONIZANDO SOLUÇÕES 3.1 – OBJETIVOS Esta aula prática tem como objetivo desenvolver, no aluno, competências e habilidades relacionadas à técnica de padronização de soluções. Ao final desta aula, deseja-se que o aluno tenha desenvolvido as seguintes aptidões: - reconhecer as bases da análise volumétrica; - realizar a padronização de uma solução por titulometria; - efetuar os cálculos da concentração real de uma solução e de seu fator de correção com base nos dados obtidos durante a padronização. 3.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 3.2.1 – A padronização de soluções Em química o termo padronização refere-se à determinação exata da concentração de um reagente em solução.A padronização é necessária quando preparamos soluções de reagentes padrão-secundário. Geralmente, utiliza-se na padronização uma técnica de análise química que permita determinar a concentração da solução em estudo. A técnica analítica mais utilizada na padronização de soluções é a análise volumétrica (ou titulometria). 3.2.2 – A análise volumétrica Na análise volumétrica mede-se certo volume da solução de concentração desconhecida e adiciona-se a essa solução, por incrementos de volume (gota a gota), com o auxílio de uma bureta, uma solução de concentração conhecida de um reagente que reaja com a substância que se deseja analisar. A solução de concentração desconhecida recebe o nome de titulado e a solução padrão (solução de concentração conhecida) é chamada de titulante. Quando a quantidade de reagente presente no titulante adicionado for estequiometricamente equivalente à quantidade de substância analisada presente no titulado, atingiu-se o chamado ponto de equivalência da titulação (P.E.). Idealmente, deve-se parar a adição de titulante, fechando a torneira da bureta, quando o P.E. é atingido. Como o P.E. é de difícil percepção, frequentemente, adiciona-se uma substância que mude de coloração quando da proximidade do P.E., essa substância é chamada de indicador. O ponto da titulação no qual paramos de adicionar o titulante devido à mudança de coloração do indicador é chamado de ponto final de titulação. A diferença entre o ponto final de titulação e o ponto de equivalência é chamada de erro de titulação. 3.2.3 – Reações químicas e titulometria Para que uma análise titulométrica seja possível é necessário que exista uma reação química entre o analito e o reagente cuja solução será usada como titulante. Porém, para que uma reação seja usada em titulometria, ela deve obedecer a certos critérios: - A reação dever ser rápida (praticamente instantânea), ou caso contrário que possa ser acelerada pela ação de um catalisador ou por aquecimento; - Os reagentes (titulado e titulante) devem reagir estequiometricamente entre si; - Não estar sujeita à ocorrência de reações paralelas; - O ponto final deve ser facilmente perceptível através de uma mudança nas propriedades físico-químicas da solução ou da mudança de coloração de um indicador nas proximidades do ponto de equivalência. Dependendo do tipo de reação empregada na titulometria, nós podemos classificá-la em quatro tipos: a) Titulometria de neutralização: neste tipo de titulometria utiliza-se uma reação entre um ácido e uma base, ou seja, uma reação de neutralização. b) Titulometria de precipitação: titulometria que envolve reações de formação de compostos pouco solúveis. c) Titulometria de complexação: envolve reações de formação de complexos entre o titulante e o titulado. d) Titulometria de oxi-redução: utiliza reações de oxidação e redução entre o titulante e o titulado. 3.2.4 – Montagem experimental para uma análise titulométrica A figura ao lado mostra uma montagem típica usada em titulometria. Inicialmente, preenche-se uma bureta com a solução o titulante até a marca do zero. A solução do titulado é colocada em um erlenmeyer ao qual é adicionado o titulante, gota a gota, com o auxílio de uma bureta. A agitação da solução titulada pode ser feita manualmente, ou com auxílio de um agitador magnético. Usa-se um suporte universal e garras castelloy para a fixação da bureta. 3.2.5 – Cálculo da concentração do titulado Durante uma titulação ocorre uma reação de estequiometria conhecida entre o titulante e o titulado. Consideremos uma reação química genérica entre uma espécie A (titulado) e uma espécie B (titulante): x A + y B produtos Através da estequiometria da reação podemos escrever que: y x nA = x x nB onde : nA = número de moles da espécie A (titulado); nB = número de moles da espécie B (titulante); x e y = coeficientes estequiométricos para a reação entre A e B. Lembrando que : n = M x V(L) Temos: y x MA x VA = x x MB x VB Barra de agitação magnética Erlenmeyer Bureta Agitador magnético Solução do titulado titulante Suporte universal Onde : MA = molaridade da solução do titulado; MB = molaridade da solução titulante; VA = volume da solução de titulado usada na titulação; VB = volume da solução de titulante gasto na titulação; Exemplo: Calcule a molaridade de uma solução de ácido clorídrico, sabendo que 20 mL desta solução ácida necessitaram de 10,5 mL de uma solução padrão de carbonato de sódio 0,1 mol/L para sua completa neutralização. Reação: 2 HCl + Na2CO3 2 NaCl + CO2 + H2O Dados: A = HCl B = Na2CO3 x = 2 y = 1 MA = ? MB = 0,1 mol/L VA = 20 mL VB = 10,5 mL Calculo da concentração do titulado : 1 . MA . 20 (mL) = 2 . 0,1 (mol/L) . 10,5 (mL) MA = 0,105 mol/L (concentração da solução de HCl titulada !) 3.2.6 – Cálculo do fator de correção para uma solução padrão Quando preparamos uma solução padrão secundário, o valor verdadeiro da concentração desta solução é obtido por padronização. Para relacionarmos o valor da concentração que inicialmente tínhamos desejado preparar (concentração desejada ou nominal) com o valor da concentração que realmente obtivemos para nossa solução (concentração real), podemos estabelecer um fator de correção f: f = concentração real/concentração desejada Quando queremos encontrar o valor da concentração verdadeira de uma solução padronizada, basta multiplicarmos o valor do fator de correção pela concentração nominal da solução. Exemplo: Se uma solução de HCl 0,5 mol/L possui um fator de correção, f = 0,988, sua molaridade real será: Mreal = Mnominal . f = 0,5 (mol/L) x 0,988 = 0,494 mol/L 3.3 – PROCEDIMENTOS PRÁTICOS 3.3.1 – Padronização da solução de HCl 0,5 mol/L a) Preparar uma solução padrão de carbonato de sódio 0,25 mol/L. Coloque cerca de 30 g de carbonato de sódio PA para secar na estufa a 110 °C até obter massa constante. Guarde em dessecador até atingir a temperatura ambiente. Pese, em um becker, exatamente, 26,5 g (verifique o cálculo!) do carbonato de sódio seco e dissolva em água destilada, transfira para um balão volumétrico de 1,0 L e complete o volume até a marca. b) Preencha a bureta com a solução padrão de carbonato de sódio, elimine eventuais bolhas de ar e zere a bureta. c) Usando uma pipeta volumétrica transfira 20 mL da solução de HCl a ser titulada para um erlenmeyer. Adicione cerca de 50 mL de água destilada ao erlenmeyer, usando uma proveta. c) Adicione 3 (três) gotas de indicador misto (vermelho de metila + verde de bromocresol) ao conteúdo do erlenmeyer e agite com movimentos circulares. d) Adicione a solução do titulante (carbonato de sódio), gota a gota, à solução do titulado, agitando continuamente o erlenmeyer. Pare de adicionar o titulante imediatamente, ao observar que a solução do titulado adquiriu uma coloração esverdeada. Anote o volume de titulante gasto na titulação. e) Calcule a molaridade real e o fator de correção para a solução de HCl titulada. 3.3.2 – Padronização da solução de HCl 0,05 mol/L Repita os itens de b a e usados na titulação da solução de HCl 0,5 mol/L. 3.4 – PÓS-LABORATÓRIO a) Faça uma pesquisa sobre os diversos tipos de buretas existentes no comércio. b) Por que quando fizemos a transferência da amostra de solução de HCl a ser titulada utilizamos a pipeta volumétrica e quando adicionamos água destilada ao erlenmeyer utilizamos uma proveta ? c) Qual seria o volume de solução de carbonato de sódio que gastaríamos em nossa titulação da solução de HCl 0,5 mol/L caso adicionássemos 100 mL de água destilada ao invés de 50 mL ? d) Com baseno assunto desenvolvido nas aulas teóricas sobre sensibilidade, calcule a sensibilidade deste método de padronização por titulação. 3.5 – EXERCÍCIOS 1) 20 mL de uma solução de hidróxido de sódio foram neutralizados completamente por 10 mL de uma solução 0,5 mol/L de HCl, calcule a concentração da solução de NaOH. (R: 0,25 mol/L) 2) Sabendo que 10 mL de uma solução de ácido sulfúrico de concentração desconhecida necessitou de 25 mL de uma solução padrão de NaOH 0,25 mol/L (f = 0,980), calcule a concentração da solução de ácido sulfúrico. (R: 0,306 mol/L) 3) Uma solução de HCl foi titulada por uma solução 0,5 M de NaOH, gastando-se 18,5 mL desta solução para 20 mL do ácido. Quantos mL da solução ácida precisam ser utilizados para preparar um litro de solução 0,1 M ? (R: 216,2 mL) 4) 10 mL de H2SO4 concentrado foram diluídos a 500 mL com água destilada, 50 mL desta solução necessitou de 48 mL de solução 1 M de NaOH, f = 0,750 para completa neutralização do H2SO4. Calcular a concentração do ácido em g/L na solução concentrada. (R: 1764 g/L) 5) 15 mL de uma solução de carbonato de sódio 0,25 mol/L foram gastos para titular 25 mL de uma solução de ácido sulfúrico que se desejava padronizar. Calcule a concentração da solução de ácido sulfúrico. (R: 0,15 mol/L) 3.6 – MATERIAIS E REAGENTES MATERIAIS REAGENTES Balança analítica Água destilada Balão volumétrico – 1 L Solução alcoólica de fenolftaleína 1% Bastão de vidro Ácido clorídrico 0,5 mol/L Bureta Ácido clorídrico 0,05 mol/L Erlenmeyer (02) Carbonato de sódio 0,25 mol/L Espátula Funil Pêra Pipeta volumétrica 20 mL (02) Pisseta Proveta – 50 mL 3.7 – BIBLIOGRAFIA HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 862 p. SKOOG, D.H. et al. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson, 2006. 999 p. BACCAN, Nivaldo et al. Química analítica quantitativa e elementar. 2. ed. rev. ampl. São Paulo: Edgard Blücher; Campinas – AULA PRÁTICA 04: EQUILÍBRIOS QUÍMICOS 4.1 – OBJETIVOS O objetivo global dessa aula prática é a melhor compreensão dos sistemas em equilíbrio químico por parte dos alunos. Dentre os objetivos específicos que deverão ser alcançados pelos alunos, podemos citar: - reconhecer as características de um sistema em equilíbrio químico; - compreender o conceito de constante de equilíbrio; - aplicar o princípio de Le Chatelier na previsão do comportamento de um equilíbrio químico, quando este está sujeito a uma perturbação externa; - entender como fatores, tais como, concentração, temperatura e pressão afetam os equilíbrios químicos; - identificar alguns tipos de equilíbrio químico importantes em química analítica. 4.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 4.2.1 – O estado de equilíbrio Quando um sistema reacional fechado atinge um estado de invariabilidade na sua composição em função do tempo, dizemos que o sistema atingiu um estado de equilíbrio químico. Os equilíbrios químicos são encontrados em diversas situações de interesse no campo das análises químicas, análises clínicas, bioquímica, farmacologia, meio ambiente, sistemas aquáticos, solos, etc. Assim, nessas áreas, a compreensão de como um sistema em equilíbrio químico se comporta é fundamental. Um estado de equilíbrio tende a ocorrer sempre que dois processos antagônicos ocorrem simultaneamente e na mesma velocidade. Por exemplo, um equilíbrio físico pode ser alcançado quando um líquido como a água se evapora dentro de um recipiente fechado, conforme mostrado na figura 1. O processo contrário à evaporação, a condensação do líquido, ocorre simultaneamente a partir do momento que existam moléculas da substância na fase vapor. A velocidade com que as moléculas presentes na fase vapor passam para a fase líquida depende da concentração e, por conseguinte, da pressão de vapor sobre o líquido. Quando a pressão do vapor da substância atinge um determinado valor a quantidade de líquido que evapora torna-se igual a quantidade de líquido que condensa. O sistema atinge um estado de equilíbrio físico, pois não existe reação química, apenas mudança de estado físico. Figura 01 – Equilíbrio de vaporização da água: H2O(l) H2O(g) No equilíbrio químico os processos antagonistas são reações químicas e seu comportamento é análogo ao do equilíbrio físico, sendo uma conseqüência direta da reversibilidade das reações químicas. Quando o estado de equilíbrio químico é atingido cada substância é consumida por uma reação na mesma velocidade em que é produzida por uma reação oposta, como conseqüência, a concentração de cada substância permanece constante no sistema. Tomemos como exemplo a reação simples de síntese do ácido iodídrico a partir do iodo e do hidrogênio: H2 (g) + I2(g) 2HI(g) Vamos supor que 0,8 mol de iodo (I2) e 1,0 mol de hidrogênio (H2) sejam colocados para reagir a 427 °C (700 K) dentro de um reator de volume igual a 1,0 L. Inicialmente a única reação possível é a reação de formação do ácido iodídrico ,ou seja, a reação direta pois não existem moléculas de ácido iodídrico. Podemos dizer que a velocidade da reação inversa (decomposição do HI) é igual a zero. A velocidade de uma reação química sendo uma função da concentração dos reagentes, pois quanto maior for o número de moléculas de reagentes por unidade de volume, maior será a probabilidade destas moléculas se encontrarem para reagir (figura 2). Figura 2 – Choque entre uma molécula de H2 e uma molécula de I2 formando duas molécula de HI (reação direta). A partir do instante em que moléculas de HI são formadas existe uma probabilidade não nula que estas moléculas venham a reagir e se decompor formando novamente moléculas de iodo e de hidrogênio conforme mostra a figura 3. Figura 3 – Choque entre duas moléculas de HI formando uma molécula de I2 e uma molécula de H2 (reação inversa). Porém, antes que o equilíbrio seja atingido, existe uma maior probabilidade que as moléculas de I2 e H2 reajam para formar HI, que as moléculas de HI se decomponham para formar I2 e H2. Ou seja, a velocidade da reação direta é maior que a velocidade da reação inversa. Quando o sistema atinge o equilíbrio a velocidade da reação direta (v1) se iguala à velocidade da reação inversa (v2), a partir deste instante, as concentrações das espécies não variarão mais, a menos que alguma perturbação externa seja exercida sobre o sistema. A figura 4 ilustra a evolução do sistema reacional para a formação do ácido iodídrico a partir do iodo e do hidrogênio. Figura 4 – (I) Estado inicial (antes de qualquer reação); (II) Instante qualquer após início da reação e antes do equilíbrio; (III) Sistema em equilíbrio. Quando um sistema reacional atinge o equilíbrio químico é importante notar que as reações não param, ao contrário estas continuam a ocorrer [ ] m ol /L Tempo [I2] [H2] [HI] I II III simultaneamente, porém, na mesma velocidade, dizemos que o equilíbrio químico é um equilíbrio dinâmico. 4.2.2 – A constante de equilíbrio Quando trabalhamos com um sistema reacional podemos definir a qualquer instante um quociente de reação, Q, que indica o quanto a reação caminhou até aquele instante em direção à formação dos produtos de reação. Consideremos uma reação reversível genérica do tipo: aA + bB cC + dD O quociente de reação é calculado para cada instante, t, em função das concentrações de todas as espécies que participam da reação e que estão presentes no sistema reacional naquele instante: ba dc BA DCQ ][][ ][][ = Quando o sistema reacional atinge o equilíbrio as concentrações das espécies tornam-se constantes e, por conseguinte, o valor de Q tambémse torna constante, recebendo o nome de constante de equilíbrio (Keq) . Assim, no equilíbrio temos: b eq a eq d eq c eq eq BA DC K ][][ ][][ = O valor da constante de equilíbrio é característico para cada reação considerada, sendo função apenas da temperatura. Comparando o valor de Q, calculado para um dado instante, com o valor de Keq , podemos determinar em que ponto o sistema reacional se encontra em relação à posição de equilíbrio e em qual sentido este deverá evoluir. Teremos, então, três possibilidades: Q < Keq sistema com excesso de reagentes em relação ao estado de equilíbrio, o sistema evoluirá no sentido do aumento da concentração dos produtos (reação direta); Q = Keq sistema em equilíbrio, as concentrações das espécies que participam da reação permanecerão constantes, a menos que uma perturbação seja exercida sobre o sistema. Q > Keq sistema com excesso de produtos em relação à posição de equilíbrio, o sistema evoluirá no sentido do aumento da concentração dos reagentes (reação inversa) 4.2.3 – O princípio de Le Chatelier Quando um sistema reacional atinge o equilíbrio, a concentração das espécies tende a permanecer constante indefinidamente, a menos que o sistema sofra uma perturbação externa (adição ou remoção de um constituinte, variações de temperatura ou pressão). A forma como os sistemas em equilíbrios se comportam frente a uma perturbação externa foi elucidada pelo químico francês Henri Le Chatelier (1850 – 1936), no chamado princípio de Le Chatelier. A proposição do princípio de Le Chatelier é bastante simples: “Quando uma perturbação externa é exercida sobre um sistema em equilíbrio químico, o equilíbrio tende a se ajustar de forma a se contrapor à esta perturbação”. O princípio de Le Chatelier é uma regra que permite prever, qualitativamente, o comportamento de um sistema em equilíbrio quando este sofre alguma perturbação. 4.2.3.1 – Efeito da adição ou remoção de um constituinte Quando adicionamos um constituinte ao sistema reacional em equilíbrio, o equilíbrio se deslocará no sentido de consumir parte do constituinte adicionado. Por outro lado, quando um constituinte é removido do sistema reacional em equilíbrio, este se deslocará no sentido de repor parte do constituinte retirado. 4.2.3.2 – Efeito das variações de temperatura Em uma reação química reversível, caso a reação direta seja exotérmica, a reação inversa será endotérmica, de acordo com a lei de Hess. Quando um sistema reacional em equilíbrio é aquecido, este se deslocará no sentido de absorver o calor que está sendo fornecido ao sistema, favorecendo a reação endotérmica. Ao contrário, quando um sistema em equilíbrio é resfriado se favorece a reação exotérmica, pois o sistema se desloca no intuito de gerar o calor que está sendo perdido. A temperatura é o único parâmetro operacional que altera diretamente o valor da constante de equilíbrio. A figura 05 mostra nos três casos possíveis, a variação da constante de equilíbrio com a temperatura: Figura 05 – Variação da constante de equilíbrio em função da temperatura para reações (diretas): I – endotérmicas (∆H > 0), II – atérmicas (∆H = 0) e III – exotérmicas (∆H < 0). 4.2.3.3 – Efeito das variações de pressão A variação da pressão só afetará equilíbrios onde exista uma variação na quantidade total matéria gasosa entre reagentes e produtos. Sistemas reacionais que não envolvem constituintes gasosos, não serão afetados pela pressão. Também, só ocorrerá efeito da variação da pressão sobre o equilíbrio, caso esta seja acompanhada de variações de volume. Quando aumentamos a pressão deslocamos o equilíbrio no sentido da formação de um menor número de moles gasosos. Uma diminuição da pressão deslocará o equilíbrio no sentido da formação de um maior número de moles gasosos. Temperatura Keq I II III Consideremos por exemplo a seguinte reação em equilíbrio químico: 2 NO2 (g) N2O4 , Um aumento da pressão deslocará o equilíbrio no sentido da formação do produto (menor número de moles gasosos), uma diminuição da pressão deslocará o equilíbrio no sentido da formação do reagente (maior número de moles gasosos). 4.2.4 – Alguns equilíbrios químicos importantes em Química Analítica Alguns equilíbrios químicos são de grande importância em Química Analítica e suas constantes de equilíbrio recebem nomes especiais. A tabela 01 mostra alguns equilíbrios importantes em química analítica. Tabela 01 – Alguns equilíbrios químicos importantes em Química Analítica Tipo de equilíbrio Reação Constante de equilíbrio Nome da constante Auto-ionização da água 2 H2O H3O+ + OH- ]][[ 3 −+= OHOHK w Produto iônico da água Ionização de um ácido HF + H2O H3O+ + F- ][ ]][[ 3 HF FOH Ka −+ = Constante de ionização do ácido Ionização de uma base NH3 + H2O NH4+ + OH- ][ ]][[ 3 4 NH OHNHKb −+ = Constante de ionização da base Solubilização de um composto pouco solúvel PbS(s) Pb2+(aq) + S2-(aq) ]][[ 22 −+= SPbK ps Produto de solubilidade Formação de íons complexos Ni2+ + 4 CN- [Ni(CN)4]2- 42 2 4 ]][[ ]])([[ −+ − = CNNi CNNi nβ Constante global de formação de complexos Reação de oxidação/redução Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq) ][ ][ 3 2 + + = Fe FeKredox Constante de oxidação-redução 4.2.5 – Equilíbrios químicos abordados nesta aula prática a) Conversão de íons cromato em íons dicromato Os íons cromato, CrO42-, de coloração amarelo claro, são convertidos em íons dicromato, Cr2O72-, de coloração alaranjada, segundo a reação: +− + HCrO 22 24 OHOCr 2272 +− A adição de ácido a uma solução contendo íons cromato (amarelo) deslocará o equilíbrio no sentido de consumir o excesso de íons H+, nesse processo os íons cromato são igualmente consumidos e os íons dicromato (alaranjado) são formados. Quando adicionamos uma base a uma solução contendo íons dicromato, os íons H+ são consumidos devido à reação de auto-ionização da água (H+ + OH- H2O ), o equilíbrio se desloca no sentido de repor os íons H+, nesse processo os íons dicromato (alaranjado) são consumidos e os íons cromato (amarelo) são produzidos. b) Reação do íon Al3+ (íon alumínio) com íons hidróxido Os íons alumínio reagem com os íons hidróxido, OH-, formando inicialmente um precipitado branco de hidróxido de alumínio, Al(OH)3 . A adição de um excesso de íons hidróxido provocará, no entanto, a dissolução do precipitado de hidróxido de alumínio, devido à formação de íons complexos tetrahidroxialuminato (solução incolor). As reações envolvidas são: I) −+ + OHAl 33 ↓3)(OHAl (precipitação do hidróxido de alumínio) II) −+↓ OHOHAl 3)( −])([ 4OHAl (formação do complexo tetrahidroxialuminato) Podemos prever que a adição de uma base deslocará os equilíbrios acima no sentido das reações diretas. Por outro lado, a adição de um ácido ao sistema consumirá os íons OH- , e deslocará os equilíbrios no sentido das reações inversas. As concentrações das espécies no sistema reacional dependerá da concentração de íons OH- e por conseguinte do pH do sistema. c) Ionização da fenolftaleína A fenolftaleína é um indicador ácido-base e como tal muda de coloração de acordo com o pH do meio onde se encontra. Todo indicador ácido base é um ácido fraco ou uma base fraca cuja coloração da forma ionizada é diferente da coloração da forma não ionizada: HIn H+ + In- (forma não ionizada) (forma ionizada) (cor 1) (cor 2) No caso da fenolftaleína temos o seguinte equilíbrio entre as formas ionizadas e não ionizadas do indicador: Fenolftaleína incolor Fenolftaleína rosa (pH < 8,0) (pH > 9,6) A adição de umabase em um meio contendo fenolftaleína deslocará o equilíbrio de ionização do indicador no sentido de formação da espécie ionizada (coloração rosa) a adição de um ácido deslocará o equilíbrio de ionização do indicador no sentido de formação da espécie não ionizada (incolor). d) Intercambio de ligantes em complexos de cobalto (II) Os íons complexos são espécies químicas formadas por um átomo metálico central, receptor de pares eletrônicos (ácido de Lewis) e por ligantes doadores de pares eletrônicos. As reações de formação de íons complexos são chamadas de reações de complexação e são empregadas em Química Analítica, principalmente na análise de metais. Íons complexos podem ser obtidos por reações de intercambio de ligantes, nas quais um ligante é substituído por outro. Muitas reações de intercambio de ligantes ocorrem com absorção ou desprendimento de energia. Um bom exemplo de reação de intercâmbio de ligantes é o caso do cloreto de hexaaquacobalto(II), hexaédrico, de cor rosa que por aquecimento é convertido em um complexo tetraédrico, trocando os ligantes aquo por ligantes cloro, 2 H+ 2 OH- C O-OOC -O C O O OH OH adquirindo assim cor azul. As reações envolvidas no processo são mostradas a seguir: [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6 H2O ∆H = +54 kJ/mol (solução rosa) (solução azul) Sendo a reação direta endotérmica, um aquecimento do sistema reacional deslocará o equilíbrio no sentido da produção do complexo tetraclorocobaltato(II) de coloração azul (reação direta), enquanto que o resfriamento do sistema favorece a formação do complexo hexaaquacobalto(II) de cor rosa. e) Reação ácido-base no Sonrisal O Sonrisal, um anti-ácido muito usado, emprega o bicarbonato de sódio como princípio ativo. Ao colocarmos um comprimido de Sonrisal na água ele se dissolve devido a reação dos íons bicarbonato em meio ácido, liberando CO2. A reação pode ser controlada se usarmos um meio alcóolico (álcool a 95 %) no lugar de água pura. Reação: HCO3- + H2O H2CO3 + OH- H2CO3 H2O + CO2 ↑ Em um sistema fechado, o CO2 será produzido até que o equilíbrio seja estabelecido, porém caso seja feito um vácuo (diminuição da pressão) de forma a retirar constantemente o CO2, a reação prosseguirá produzindo CO2 . O desprendimento de CO2 pode ser observado pela liberação de bolhas de gás pelo comprimido de Sonrisal. 4.3 – PROCEDIMENTOS PRÁTICOS 4.3.1 - Conversão dos íons cromato em íons dicromato: a) Em um tubo de ensaio adicione 0,5 mL (~ 10 gotas) de cromato de potássio 0,2 mol/L (solução amarela) e 0,5 mL de ácido clorídrico 1,0 mol/L. Observe o ocorrido, e anote em seguida. b) No mesmo tubo de ensaio adicione 0,5 mL (~ 10 gotas) de hidróxido de sódio 1,0 mol/L. 4.3.2 - Reação do íon alumínio (Al3+) com íons hidróxido: a) Adicione cerca de 0,5 mL (~ 10 gotas) de solução de sulfato de alumínio 0,2 mol/L em um tubo de ensaio, em seguida adicione hidróxido de sódio 1,0 mol/L gota a gota, agitando sempre o tubo (observe a formação do precipitado). Continue adicionando hidróxido de sódio até a completa dissolução do precipitado. b) No mesmo tubo de ensaio adicione ácido clorídrico 1,0 mol/L, para obter novamente o precipitado branco, continue adicionando ácido clorídrico até observar o desaparecimento do precipitado. 4.3.3 - Reação de neutralização na presença de indicador a) Em um tubo de ensaio adicione 1 mL de água destilada e 3 gotas de água sanitária. Agite. b) No mesmo tubo de ensaio adicione 1 gota de fenolftaleína. Observe o ocorrido. c) Sempre no mesmo tubo de ensaio adicione, gota-a-gota, 0,5 mL de ácido clorídrico 1,0 M. Observe o que ocorre. 4.3.4 – Reação de intercâmbio de ligantes em complexos de cobalto a) Em um tubo de ensaio, adicionar cerca de 1 mL de solução 0,2 mol/L de cloreto de cobalto II. b) Adicionar NaCl sólido em excesso. Anotar o que ocorre. c) Aquecer o tubo de ensaio em banho-maria até ebulição. Observar as modificações que ocorrem na solução contida no tubo de ensaio. d) Resfriar o tubo de ensaio em banho de gelo, observar eventuais modificações nas características da solução. 4.3.5 – Reação ácido-base no Sonrisal a) Coloque cerca de 100 mL de álcool a 95 % em um kitassato, adicione um comprimido de Sonrisal, tampe o kitassato com uma rolha e conecte ao sistema de vácuo. Observe o desprendimento de bolhas de gás em torno do comprimido. b) Ligue o sistema de vácuo e observe a quantidade de bolhas desprendidas pela reação. Observação: Não esquecer de anotar, no caderno de laboratório, todas as observações da aula prática. 4.4 – PÓS-LABORATÓRIO a) Faça uma pesquisa e cite 03 exemplos de equilíbrios químicos de interesse em sua área de atuação. b) Explique os fatos ocorridos em todas as reações estudadas nesta aula prática, com base no princípio de Le Chatelier. c) Podemos afirmar que a fenolftaleína é um ácido fraco. Explique. d) O que aconteceria caso adicionássemos ácido clorídrico a uma solução de cloreto de cobalto II ?. Explique. e) Qual é o princípio ativo da água sanitária? Esta espécie pode ser considerada uma base ou um ácido? Explique. f) Escreva as expressões para as constantes de equilíbrio das reações estudadas. 4.5 – MATERIAIS E REAGENTES MATERIAIS REAGENTES Banho de gelo Água sanitária Banho-maria Solução alcoólica de fenolftaleína a 1% Bomba a vácuo Cloreto de cobalto(II) Kitassato Álcool a 95 % Pinça de madeira Sonrisal Pipetas de Pasteur Cromato de potássio 0,2 mol/L Tubos de ensaio – 04 Dicromato de potássio 0,2 mol/L Sulfato de alumínio 0,2 mol/L Ácido clorídrico 1,0 mol/L Hidróxido de sódio 1,0 mol/L Cloreto de sódio (NaCl) sólido 4.6 – BIBLIOGRAFIA HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 862 p. SKOOG, D.H. et al. Fundamentos de Química Analítica. 8. ed. São Paulo: Thomson, 2006. 999 p. VOGEL, Arthur Israel. Química analítica qualitativa. 5. ed. rev. São Paulo: Mestre Jou, 1981. 668 p. BARLET, Roger et al. Comprendre e approfondir la chimie: les équilibres chimiques. Paris: DUNOD, 1997. 186 p. GUERNET, Michel; GUERNET, Elisabeth; HENRENKNECHT-TROTTMANN, Christine. Chimie analytique: équilibres en solution. Paris: DUNOD, 2002. 211 p. – AULA PRÁTICA 05: INDICADORES ÁCIDO-BASE NATURAIS 5.1 – OBJETIVOS Esta aula prática tem por objetivo geral desenvolver o conceito de equilíbrio ácido-base, explicitando suas aplicações na Química Analítica e no cotidiano do aluno, utilizando os pigmentos naturais e suas propriedades como exemplo. Como objetivos específicos dessa aula prática, destacamos os seguintes pontos: - reconhecer um equilíbrio ácido-base; - aplicar o conceito de equilíbrio ácido-base na compreensão e resolução de problemas; - entender e utilizar o conceito de pH; - Compreender o funcionamento de um indicador ácido-base; - utilizar materiais disponíveis na região semi-árida como indicadores ácido-base. 5.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 5.2.1 – Equilíbrios ácido-base Segundo o conceito de Brönsted-Lowry, um ácido é uma espécie química que doa prótons (íons H+) durante uma reação química, enquanto que uma base é uma espécie química que recebe prótons durante uma reação química. Exemplo: reação ácido-base genérica Ácidos e bases são extremamente importantes em química, pois muitas reações químicas de interesse envolvem essas substâncias. Quando um ácido doa um próton a uma base forma-se um novo ácido e uma nova base que podem também reagir entre si, o resultado é uma reação reversível que tenderá a um estado de equilíbrio. Quando um ácido perde um próton dá origem a uma base conjugada e quando uma base recebe um próton produz um ácido conjugado.Desse modo, em uma reação ácido-base podemos estabelecer pares conjugados ácido-base. 5.2.2 – Auto-ionização da água Um dos equilíbrios ácido-base mais importantes é a reação de auto- ionização da água: HA + :B- HB + :A- Transferência de H+ Transferência de H+ Ácido 1 Base 1 Ácido 2 Base 2 Pares conjugados ácido-base HA + :B- HB + :A-HA + :B- HB + :A- Transferência de H+ Transferência de H+ Ácido 1 Base 1 Ácido 2 Base 2 Pares conjugados ácido-base H2O + H2O: H3O+ + :OH- Transferência de H+ Transferência de H+ Ácido 1 Base 1 Ácido 2 Base 2 Pares conjugados ácido-base H2O + H2O: H3O+ + :OH- Transferência de H+ Transferência de H+ Ácido 1 Base 1 Ácido 2 Base 2 Pares conjugados ácido-base Na reação de auto-ionização da água, uma molécula de água doa um próton para uma outra molécula de água formando íons hidroxônio (H3O+) e íons hidroxila (OH-). A água doa prótons e recebe prótons nessa reação, agindo como ácido e como base simultaneamente, diz-se então que ela é uma espécie anfótera. A constante de equilíbrio para a reação de auto-ionização da água é chamada de produto iônico da água e designada por Kw, sendo que: ]][[ 3 −+= OHOHK w Determinou-se, experimentalmente, que as concentrações de íons H3O+ e OH-, em água pura a 25 °C são ambas iguais a 10-7 mol.L-1. Dessa forma o valor de Kw a uma temperatura de 25 °C é igual a 10-14. 5.2.3 – A escala de pH A concentração de íons H3O+ (ou H+ de forma simplificada) é de fundamental importância em muitas reações químicas e bioquímicas que ocorrem em meio aquoso. Em 1909, Sören P. T. Sörensen (1868-1939), bioquímico dinamarquês, estabeleceu uma maneira conveniente de expressar a acidez utilizando o logaritmo negativo da concentração do íon hidrogênio: pH = - log [H+] Sörensen chamou o novo conceito de expoente do íon hidrogênio representado pelo símbolo pH “pondus hidrogenn - potencial de hidrogênio”. Devido ao uso do artifício matemático “– log [H+]” os valores dessa escala são positivos na faixa de concentração abaixo de 1 mol/L. A rigor, o pH é mais bem definido como sendo pH = -log ah, onde ah é a atividade do íon hidrogênio. Em soluções contendo mais de um íon a atividade e a concentração são diferentes, porque a atividade é a concentração real de um eletrólito em solução. Ela é função de todos os componentes iônicos em solução (força iônica). O conceito de pH pode ser estendido a outras grandezas e podemos definir uma função “p” de tal forma que: pX = - log X Assim, teremos: pOH = - log [OH-] pKw = - log Kw = - log 10-14 = 14 pNO3- = - log [NO3-] Em solução aquosa as concentrações dos íons OH- e H+ estão relacionadas e por conseguinte os valores de pH e pOH, de forma que temos: pH + pOH = pKw = 14 Quando as concentrações dos íons H+ e OH- são iguais em uma solução aquosa, teremos o pH igual a 7,0 e o meio é considerado neutro. Quando a concentração de íons H+ é superior à concentração de íons OH- a solução aquosa é considerada ácida, e quando ocorre o inverso é chamada de básica ou alcalina ([OH-] > [H+]). As relações existentes entre o pH, o pOH e as concentrações de íons H+ e OH- são exemplificadas no quadro 01: Quadro 01 – Relações entre pH, pOH e as concentrações de H+ e OH- em solução aquosa. [H+] 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 [OH-] 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 pH 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 pOH 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 CARÁTER DA SOLUÇÃO SOLUÇÃO ÁCIDA SOLUÇÃO NEUTRA SOLUÇÃO ALCALINA 5.2.3 – Indicadores ácido-base Os indicadores ácido-base são uma substâncias que mudam de coloração segundo o pH do meio onde se encontram. 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: Um aumento do pH do meio favorece a formação da forma básica do indicador e uma diminuição do pH favorece a formação da forma ácida do indicador. Como critério visual, a mudança da cor da forma ácida para a básica (e vice-versa) ocorre quando a razão entre as concentrações da forma ácida (alcalina) e da alcalina (ácida) for maior que aproximadamente 10. Essa razão pode ser melhor determinada utilizando-se um método espectrofotométrico. O equilíbrio da mudança de cor (em uma dada força iônica) pode ser dado pela Equação: pH = pKin + log [In-]/[HIn] onde pKin é a chamada constante aparente do indicador. Com base na mudança de cor em função das concentrações das espécies ácida e básica (10/1 ou 1/10), a faixa de viragem da cor do indicador pode ser expressa segundo a Equação: pH = pKin ± 1 ou seja, a faixa de viragem do indicador corresponde a cerca de duas unidades de pH. O primeiro indicador de pH comercialmente vendido foi o tornassol (litmato de cálcio). Atualmente existem inúmeras substâncias usadas como indicadores ácido-base, com faixas de viragem variadas como mostrado no quadro 02. Quadro 02 – Faixa de viragem de alguns indicadores ácido-base HIn + H2O: H3O+ + :In- Forma ácida (cor 1) Forma básica (cor 2) 5.2.4 – Pigmentos naturais usados como indicadores ácido-base As antocianinas são pigmentos da classe dos flavonóides responsáveis, em diversos casos, pela coloração vermelha, azul ou violeta de diversos vegetais. Quando as antocianinas são extraídas do vegetal, apresentam-se sob a forma de sais de flavílio, normalmente glicosiladas, ou seja, ligadas a moléculas de açúcares tais como a β-D-glicose, β-D-galactose e a α-D-rammose. Quando livres dos açúcares esses pigmentos recebem o nome de antocianidinas. As antocianinas possuem a propriedade de mudar de coloração em função do pH do meio onde se encontram, assim, podem ser utilizadas como indicadores ácido-base naturais. Íon flavílio Obs: Cianidina (R1 = OH e R2 = H); Peonidina (R1 = OCH3 e R2 = H); Delfinidina (R1 = OH e R2 = OH); Petunidina (R1 = OCH3 e R2 = OH); Malvidina (R1 = OCH3 e R2 = OCH3); Pelargonidina (R1 = H e R2 = H); 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 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 O OH OH OH R2 OH R1 + Quando se aumenta o pH de uma solução ácida contendo uma antocianidina, ocorrem os seguintes equilíbrios químicos envolvendo o íon flavílio: Estes equilíbrios estão na base das mudanças de coloração que ocorrem quando se varia o pH do meio onde se encontram extratos vegetais contendo antocianidinas. 5.3 – PROCEDIMENTO PRÁTICO a) Separar aproximadamente 10 g (20 mL opcionalmente) da matéria vegetal que será utilizada na obtenção do extrato vegetal (beterraba, casca de uva roxa, repolho roxo, feijão preto, hibisco, etc.) b) Triturar a matéria vegetal (quando possível) ou, opcionalmente, transformá-la em raspas. c) Extrair os corantes vegetais em um béquer, utilizando 10 mL de álcool etílico comercial ou água, agite com um bastão de vidro e deixe macerar durante 10 minutos. d) Filtrar o extrato, usando funil e papel de filtro, recolhendo o filtrado em um béquer.e) Tomar 03 tubos de ensaio e adicionar 3,0 mL de HCl 0,1 mol.L-1 ao primeiro tubo (meio ácido), 3,0 mL de água destilada ao segundo tubo (meio aproximadamente neutro) e 3,0 mL de NaOH 0,1 mol.L-1 ao terceiro tubo (meio básico). Identifique cada tubo usando um pincel marcador para vidro. f) Adicionar 10 gotas do extrato vegetal filtrado (indicador natural) em cada tubo de ensaio. g) Observe as mudanças ocorridas nos tubos com a adição do indicador. Anote os resultados. Confira com os outros grupos os resultados obtidos com os outros vegetais, anote. 5.4 - PÓS-LABORATÓRIO a) Explique como funciona um indicador ácido-base. b) Você conhece outros vegetais que poderiam apresentar concentrações elevadas de antocianinas? Pesquise. c) Faça uma tabela contendo o tipo de extrato vegetal utilizado (por todos os grupos!) e as colorações do extrato em meio ácido, próximo do neutro e básico ? d) Faça uma pesquisa (01 folha) sobre a utilização de corantes vegetais como indicadores de pH (não esqueça de indicar a fonte consultada). 5.5 – MATERIAIS E REAGENTES MATERIAIS REAGENTES Béqueres - 02 Ácido clorídrico 0,1 mol/ L Bastão de vidro Hidróxido de sódio 0,1 mol/L Pipetas graduadas de 5 mL - 03 Álcool comercial (etanol) Funil Água destilada Papel de filtro Matéria vegetal Suporte para funil Tubos de ensaio - 03 Pipetas de pasteur Ralador 5.6 – BIBLIOGRAFIA RAMOS, Luiz Antônio; LUPETTI, Karina Omuro; CAVALHEIRO, Éder T. Gomes; FATIBELLO-FILHO, Orlando. Utilização do Extrato Bruto de Frutos de Solanum nigrum L No Ensino de Química. Eclética Química. Vol. 25. 2000. GAMA, Michelle da Silva e AFONSO, Júlio Carlos. De Svante Arrhenius ao Peagâmetro Digital: 100 anos de Medida de Acidez. Química Nova. Vol. 30, N° 1. 2007. – AULA PRÁTICA 06: DETERMINAÇÃO DA ÁCIDEZ DE UM VINAGRE 6.1 – OBJETIVOS Essa aula prática tem como objetivo habilitar o aluno ao emprego da titulometria de neutralização enquanto técnica de análise. Os seguintes pontos podem ser citados como objetivos específicos: - Reconhecer as situações onde a volumetria de neutralização pode ser utilizada enquanto técnica analítica. - Relacionar a teoria da titulometria de neutralização com as observações experimentais realizadas durante a determinação da acidez de um ácido fraco. - Efetuar os cálculos necessários para a determinação da concentração do analito, usando a técnica de titulação direta. 6.2 – ABORDAGEM TEÓRICA 6.2.1 – Titulometria de neutralização Como já foi abordado na aula prática 03, podemos classificar as técnicas de análise titulométrica em quatro tipos: titulometria de neutralização, titulometria de precipitação, titulometria de complexação e titulometria de oxi-redução. A titulometria de neutralização (ou titulometria ácido-base) é o tipo de titulometria baseado em reações de neutralização que ocorrem entre um ácido e uma base. Essa técnica é então usada na análise quantitativa de analitos que se comportem como ácidos ou bases. A reação iônica que realmente tem lugar em solução aquosa, quando da realização de uma titulometria de neutralização é a reação entre os íons H+ (H3O+) e os íons OH-: OH-(aq) + H+(aq) H2O Essa reação é limitada pelo equilíbrio de auto-ionização da água, de forma que : Kw = [H+][OH-] Assim, ao longo de uma titulação de neutralização o parâmetro que sofre variação durante a adição do titulante é a concentração de íons H+ (e igualmente a de OH-) na solução do titulado. 6.2.2 – Curvas de titulação ácido-base Uma curva de titulação ácido-base é um gráfico onde se registra no eixo das abscissas o volume de titulante (ácido ou base) adicionado à solução do titulado, e no eixo das ordenadas o pH do titulado. O formato da curva de titulação dependerá do tipo de titulação realizado. O quadro a seguir resume os principais tipos de curvas de titulação encontradas para sistemas monopróticos: Quadro 01 – Curvas de titulação ácido-base TIPO DE TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE CURVA DE TITULAÇÃO Titulação de ácido forte com 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 45 50 VB (mL) pH VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE BASE 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 EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE 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. Titulação de base forte com ácido forte 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 TIPO DE TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE CURVA DE TITULAÇÃO Titulação de ácido fraco com base forte 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. Titulação de base fraca com ácido forte 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 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 pH REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE BASE VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 VA (mL) 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 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE BASE 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 REGIÃO DE TAMPÃOTAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE BASE pH = 8,89 VB = VE/2 pH = pKa 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 REGIÃO DE TAMPÃOTAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE BASEDE BASE pH = 8,89 VB = VE/2 pH = pKa VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE REGIÃO DE TAMPÃOTAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO 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 VOLUME DE EQUIVALÊNCIA = VE PE REGIÃO DE REGIÃO DE TAMPÃOTAMPÃO REGIÃO DE EXCESSO REGIÃO DE EXCESSO DE DE ÁÁCIDOCIDO 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 A construção de curvas de titulação permite uma maior compreensão dos fenômenos que ocorrem durante uma titulação. Além disso, a escolha de um indicador ácido-base adequado para uma dada titulação deve ser feita observando- se as características da curva de titulação em questão. 6.2.3 – Escolha de um indicador ácido-base para a titulação Quando da escolha de um indicador ácido-base para uma titulação de neutralização, devemos lembrar (conforme aula prática 05) que a faixa de viragem (mudança de coloração) do mesmo ocorre entre duas unidades de pH aproximadamente. Portanto, devemos escolher um indicador com faixa de viragem que corresponda à região da curva de titulação na qual ocorre uma brusca variação do pH do titulado nas proximidades do ponto de equivalência. A escolha de um indicador inadequado levará a um maior erro de titulação. A figura 01 apresenta várias curvas de titulação de ácidos fracos com bases fortes e as faixas de viragem de alguns indicadores. Figura 01 - CURVAS DE TITULAÇÃO de 20 mL de uma solução de ÁCIDO 0,1 mol/L (diferentes valores de pKa – força ácida) c/ uma solução
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