Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO DO SUL FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS, ALIMENTOS E NUTRIÇÃO QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA VOLUMETRIA DE OXI-REDUÇÃO: PERMANGANOMETRIA CAROLINE CARVALHO LIMA CAMPO GRANDE – MS 2018 1- INTRODUÇÃO A volumetria de oxirredução ou redox é um método analítico onde ocorrem reações que envolvem perda e ganho de elétrons e o analito a ser determinado possui propriedades oxidantes ou redutoras. Um agente oxidante é uma substância que é capaz de captar elétrons e um agente redutor é toda substância capaz de ceder elétrons. Dessa forma temos que uma partícula ou substância oxidante pode ser titulada por uma partícula redutora ou vice e versa. O ponto de equivalência da titulação é alcançado quando o oxidante e o redutor estiverem na mesma proporção estequiométrica. Diante disso, temos que as reações de oxidação-redução devem obedecer a alguns requisitos gerais para que se possa ser utilizada como um método titulométrico. Como muitas das reações de oxirredução se processam em várias etapas, então, a equação estequiométrica é a soma das reações parciais. Além disso, como essas reações são lentas é necessário aumentar a velocidade das reações utilizando-se do aumento de temperatura (titulação a quente) ou a presença de catalisadores, isso se faz necessário justamente para termos sucesso na titulação. A permanganometria é uma das mais importantes técnicas titulométricas de oxirredução empregando o íon permanganato como agente oxidante, onde este funciona como um auto indicador. As reações de oxirredução ocorrem em meio ácido, no qual MnO₄⁻ é reduzido a Mn⁺². As soluções de permanganato de potássio (KMnO₄) possuem coloração violeta intensa. O permanganato não é padrão primário e suas soluções têm estabilidade limitada uma vez que o íon MnO₄⁻ tende a oxidar a água, dessa forma o padrão primário utilizado para a sua padronização é o oxalato de sódio (Na₂C₂O₄) Este método da permanganometria é muito utilizado na indústria tecnológica para determinar o teor de peróxido de hidrogênio (H₂O₂) em água oxigenada comercial como objetivo de confirmar se a percentagem (m/V) de H₂O₂ e o número de volume de oxigênio indicado no rótulo corresponde ao valor real. O peróxido de hidrogênio é usualmente encontrado na forma de solução aquosa contendo cerca de 6%, 12% e 30% os quais são chamados comercialmente de, de 20 volumes, 40 volumes e 100 volumes, respectivamente. Essa terminologia é baseada no volume de oxigênio que é liberado quando a solução é decomposta por aquecimento. 2- OBJETIVO - Padronizar o permanganato de potássio utilizando o oxalato de sódio, este é um padrão primário; - Determinar a porcentagem (m/V) de peróxido de hidrogênio presente na água oxigenada. 3- PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1- Materiais e Reagentes: - Solução de permanganato de potássio 0,02M; - Solução de oxalato de sódio; - Ácido sulfúrico concentrado 1M; - Amostra de água oxigenada; - Ácido sulfúrico concentrado 0,5M; - Água destilada; - Erlenmeyers; - Bureta de 25mL; - Pipeta volumétrica de 25mL; - Pipeta volumétrica de 2mL; - Pipeta graduada de 5mL; - Béquer; - Pêra de borracha. 3.2- Metodologia: 3.2.1- A padronização do permanganato de potássio utilizando-se o oxalato de sódio como padrão primário foi realizado da seguinte maneira: a-) primeiramente tivemos que calcular a massa de oxalato que deveria ser pesada. Diante disso tivemos que como a amostra de oxalato de sódio apresentava-se na forma sólida, tínhamos que descobrir a quantidade de massa que tinha de ser pesada para que esta consumisse cerca de 15mL de permanganato de potássio e assim conseguíssemos padronizá-lo. Dessa forma tínhamos a informação que deveríamos preparar 100mL da solução de oxalato de sódio onde cada 25mL consumisse 15mL de permanganato de potássio. A equação da reação é a seguinte: 2 MnO₄⁻ + 5 C₂O₄⁻ + 16 H⁺ 2 Mn⁺² + 10 CO₂ + 8H₂O Diante disso conseguimos observar que a proporção do permanganato de potássio para o oxalato de sódio é de 2:5, ou seja, para cada 2 mols de permanganato de potássio precisa-se de 5mols de oxalato de sódio. Com isso podemos então calcular a quantidade de amostra a ser pesada da seguinte maneira: Molaridade do permanganato de potássio (M) = 0,02mol/L Precisa-se consumir 15mL do permanganato ∴ 0,02mol de permanganato -------- 1000mL xmol de permanganato --------- 15mL x = 0,0003mol de permanganato de potássio estão presentes em 15mL, dessa forma como a proporção da reação é de 2 mols de permanganato para 5mol de oxalato de sódio, temos que: 2mols de permanganato de potássio ------- 5mols de oxalato de sódio 0,0003mol de permanganato de potássio ------- xmol de oxalato de sódio x= 0,00075mol de oxalato de sódio. Se 1mol de oxalato de sódio é igual a 134g, então: 1mol de oxalato de sódio ------- 134g 0,00075mol de oxalato -------- x x = 0,1005g de oxalato de sódio para 25mL de solução, então para se preparar 100mL de solução: 0,1005g de oxalato de sódio ------- 25mL de solução Xg de oxalato de sódio ------- 100mL de solução x= 0,402g de oxalato de sódio foram pesados e dissolvidos em 100mL de água destilada. b-) depois que foi preparado a solução de 100mL de oxalato de sódio, transferimos 25mL da solução de oxalato para 3 erlenmeyers; c-) foi adicionado em cada erlenmeyer cerca de 3mL de ácido sulfúrico concentrado 1M, uma vez que a reação só ocorre em meio ácido; d-) adicionou-se em seguida cerca de 100mL de água destilada; e-) após a adição de todas essas soluções, esses erlenmeyers foram aquecidos, uma vez que essas reações de oxirredução são reações lentas e o aquecimento promove a aceleração da reação. Quando essas soluções começaram a atingir o ponto de ebulição, interrompemos o aquecimento; f-) depois de aquecida, começamos a titulação com a solução de permanganato de potássio 0,02M até que a solução obtivesse uma coloração rosa. Repetimos essa etapa por mais duas vezes; g-) por fim, calculamos a média dos volumes obtidos e efetuamos os cálculos para determinar a molaridade da solução de permanganato de potássio. 3.2.2- A determinação de peróxido de hidrogênio presente na água oxigenada foi realizada da seguinte maneira: a-) primeiramente precisava-se diluir a amostra contendo o peróxido de hidrogênio. Diante disso, como a amostra de água oxigenada estava na forma líquida, precisávamos calcular quantos deveríamos pipetar dessa amostra para que cada 25mL de solução da amostra contendo peróxido de hidrogênio consumisse cerca de 15mL de permanganato de potássio. Dessa forma tínhamos a informação de que deveríamos preparar 100mL da amostra diluída 30 volumes ou 9% e que a equação da reação é a seguinte: 2 MnO₄⁻ + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ 2 Mn⁺² + 5 O₂ + 8 H₂O Diante dessas informações conseguimos então calcular o volume de amostra que deve ser pipetado da seguinte forma: Como tínhamos a informação que deveríamos preparar uma solução 100mL da amostra diluída 30 volumes ou 9%, então precisávamos calcular a concentração molar inicial do peróxido de hidrogênio presente na amostra e a concentração molar final do mesmo. Diante disso, calculamos a concentração molar inicial da seguinte forma: 9g de H₂O₂ ------ 100mL de solução da amostra Xg de H₂O₂ ------- 1000mL de solução da amostra x= 90g de peróxido de hidrogênio Se 1mol de peróxido de hidrogênio é igual a 34g, então: 1mol de peróxido ------- 34g Xmol de peróxido ------- 90g x= 2,64mol de peróxido. Dessa forma, obtivemos então que a concentração molar inicial do peróxido de hidrogênio é 2,64mol/L. Depois tivemos que calcular a concentração molar final e para isso sabíamos que a molaridade do permanganato que iria ser usado para a titulação com a amostra contendo peróxido, tinha a molaridade de 0,02M. Além disso, sabíamos que a proporção era de 2:5, ou seja, 2mols de permanganato de potássio para 5mols de peróxido de hidrogênio. Dessa forma: Molaridade do permanganato de potássio (M) = 0,02mol/L Precisa-se consumir15mL do permanganato ∴ 0,02mol de permanganato -------- 1000mL xmol de permanganato --------- 15mL x = 0,0003mol de permanganato de potássio estão presentes em 15mL, dessa forma como a proporção da reação é de 2 mols de permanganato para 5mol de peróxido de hidrogênio, temos que: 2mols de permanganato de potássio ------- 5mols H₂O₂ 0,0003mol de permanganato de potássio ------- xmol de H₂O₂ x= 0,00075mol de H₂O₂, presentes em 25mL de solução, então para encontrarmos a molaridade, devemos achar o número de mols presente em 1000mL de solução: 0,00075mol de H₂O₂ ------- 25mL de solução Xg de H₂O₂ ------- 1000mL de solução x= 0,03mol/L de peróxido de hidrogênio. Então a concentração molar final do peróxido de hidrogênio é 0,03mol/L. Sabemos que o volume final que gostaríamos de preparar era de 100mL, diante disso conseguimos finalmente calcular o volume que deve ser preparado da amostra para se preparar 100mL de uma amostra diluída 30 volumes ou 9%: C1.V1 = C2.V2 , onde : C1.V1 = C2.V2 C1= 2,64M 2,64. V1 = 0,03. 100 C2= 0,03M V1 = 1.13mL de amostra deveria ser pipetado. V1= ? V2= 100mL Dessa forma, tivemos que pipetar cerca de 1,1mL de água oxigenada e diluir em 100mL de água destilada. b-) depois que foi preparado a solução de 100mL de peróxido de hidrogênio diluído, transferimos 25mL da solução para 3 erlenmeyers; c-) foi adicionado em cada erlenmeyer cerca de 2mL de ácido sulfúrico concentrado 0,5M, uma vez que a reação só ocorre em meio ácido; d-) adicionou-se em seguida cerca de 50mL de água destilada; e-) após a adição de todas essas soluções, esses erlenmeyers foram aquecidos, uma vez que essas reações de oxirredução são reações lentas e o aquecimento promove a aceleração da reação. Quando essas soluções começaram a atingir o ponto de ebulição, interrompemos o aquecimento; f-) depois de aquecida, começamos a titulação com a solução de permanganato de potássio 0,02M até que a solução obtivesse uma coloração rosa. Repetimos essa etapa por mais duas vezes; g-) por fim, calculamos a média dos volumes obtidos e efetuamos os cálculos para determinar a porcentagem de peróxido de hidrogênio na amostra e o volume de gás oxigênio liberado durante a reação. 4- RESULTADOS 4.1- Resultados referentes a padronização do permanganato de potássio através do oxalato de sódio (padrão primário): ● Os volumes obtidos durante a titulação da amostra contendo oxalato de sódio com o permanganato de potássio: Erlenmeyer 1 2 3 Volume da amostra 25mL 25mL 25mL Volume de permanganato consumido 15,1mL 15mL 14,7mL ● Diante dos valores obtidos da titulação conseguimos calcular o volume médio de permanganato de potássio consumido durante a padronização: 15,1mL de permanganato + 15mL de permanganato + 14,7mL de permanganato / 3 = 14,9mL de permanganato ou 0,0149L. ● Como já sabemos, foi pesado 0,402g de oxalato de sódio e este foi diluído em 100mL de água destilada. Dessa forma, para conseguirmos calcular a molaridade do permanganato de potássio, partimos do seguinte pressuposto: Como 0,402g está presente em 100mL de solução, precisamos primeiro calcular a massa de oxalato presente em 25mL de solução e que foi titulada com 14,9mL de permanganato. Com isso temos: 0,402g de oxalato ------- 100mL de solução Xg de oxalato ------- 25mL de solução x= 0,1005g de oxalato presente em 25mL de solução. Como sabemos que a massa molar do oxalato é igual a 134g, temos então: 134g de oxalato de sódio ------- 1mol 0,1005g de oxalato de sódio ------- xmol x= 0,00075mol de oxalato de sódio. A partir disso conseguimos calcular o número de mols de permanganato que foi consumido. Como a proporção da reação é de 2:5, ou seja, 2mols de permanganato de potássio para 5mols de oxalato de sódio, obtivemos então: 2mols de permanganato de potássio ------- 5mols de oxalato de sódio Xmols de permanganato ------- 0,00075mols de oxalato de sódio x= 0,003mol de permanganato de potássio foram consumidos durante a titulação. Agora por fim, conseguimos calcular a molaridade do permanganato de potássio da seguinte maneira: M = Molaridade do permanganato M= n/V n= número de mols de permanganato M= 0,003/ 0,0149 V(l) = volume permanganato consumido M= 0,02mol/L Dessa forma, a molaridade do permanganato de potássio, padronizado, é de 0,02M. 4.2- Resultados referentes à determinação do cloro-ativo presente na amostra: ● Os volumes obtidos durante a titulação da amostra contendo peróxido de hidrogênio com o permanganato de potássio: Erlenmeyer 1 2 3 Volume da amostra 25mL 25mL 25mL Volume de permanganato consumido 9,3mL 9,2mL 9,4mL ● Diante dos valores obtidos da titulação conseguimos calcular o volume médio de permanganato de potássio consumido durante a padronização: 9,1mL de permanganato + 9,2mL de permanganato + 9,4mL de permanganato / 3 = 9,3mL de permanganato ou 0,0093L. ● Como conhecíamos a molaridade do permanganato de potássio e o volume consumido, conseguimos então calcular o número de mols de permanganato que foi consumido durante a titulação: M= molaridade do permanganato M= n/V n= número de mols do permanganato 0,02= n/ 0,0093 V(l)= volume permanganato consumido n= 0,000186mol KMnO⁻₄. ● Como sabíamos que a proporção da reação era de 2:5, ou seja, 2mols de permanganato para 5mols de peróxido de hidrogênio, conseguimos então calcular o número de mols de H₂O₂ que foi consumido durante a titulação: 2mols de permanganato ------- 5mols de peróxido de hidrogênio 0,000186mol de KMnO⁻₄ -------- xmol de H₂O₂ x= 0,000465mol de H₂O₂. ● Diante disso, conseguimos então calcular a porcentagem de peróxido de hidrogênio presente na amostra de água oxigenada da seguinte maneira: Como sabemos, 1mol de peróxido de hidrogênio é igual a 34g, diante disso temos que: 1mol de H₂O₂ ------- 34g 0,000465mol de H₂O₂ -------- Xg x= 0,01581g de H₂O₂, presentes em 25mL de solução. Como queríamos calcular a percentagem (m/V) de peróxido de hidrogênio que presente na amostra como um todo, ou seja, presente em 1mL de água oxigenada que foi pipetada, tivemos que calcular a massa de peróxido de hidrogênio presente em 100mL de solução. Dessa forma: 0,01581g de H₂O₂ -------- 25mL de solução Xg de H₂O₂ -------- 100mL de solução x= 0,06324g de H₂O₂, presentes em 100mL de solução. Essa massa, veio de 1mL de água oxigenada contendo peróxido de hidrogênio, para calcular o percentual basta calcular a massa de peróxido presente em 100mL de água oxigenada: 0,06324g de H₂O₂ ------- 1mL de água oxigenada Xg de H₂O₂ ------- 100mL de água oxigenada x= 6,32% de H₂O₂ presente na água oxigenada. ● Depois, por fim, calculamos o volume de oxigênio liberado durante a seguinte reação: H₂O₂(l) ½ O₂(g) + H₂O(l) 1V ------- 30V Como o oxigênio liberado é um gás, para calcularmos o seu volume tivemos que usar a fórmula da lei dos gases perfeitos: P.V= n.R.T, onde: P= pressão atmosférica 1atm V= volume do gás em litros (L) é o que queremos descobrir (?) n= número de mols do gás temos que calcular R= constante geral dos gases 0,082 T= temperatura em Kelvin (K) 273º + 25º= 298K Diante disso, antes de encontrarmos o volume do gás oxigênio liberado durante a reação, tivemos que calcular o número de mol de gás oxigênio que foi liberado, para isso sabemos que a proporção da reação é de 1:½, ou seja, 1mol de peróxido de hidrogênio para ½mol de gás oxigênio liberado. Então como já encontramos a massa de peróxido de hidrogênio presente em 100mL de água oxigenada, conseguimos calcular quantos mols de peróxido de hidrogênio está presente nessa amostra: 1mol de peróxido de hidrogênio ------- 34g xmol de peróxido de hidrogênio ------- 6,32g x= 0,186mol de peróxido de hidrogênio presente em 100mL de água oxigenada. Como tínhamos que descobrir o volume de gás oxigênio em litros, tivemos que realizar o seguinte cálculo: 0,186mol de peróxido de hidrogênio ------- 100mL xmol de peróxido de hidrogênio------- 1000mL x= 1,86mol de peróxido de hidrogênio. Como a proporção da reação é de 1:½, temos então: 1,86mol/ 2 = 0,93mol de gás oxigênio. Agora sim, conseguimos então calcular o volume de gás oxigênio liberado: P.V= n.R.T 1.V= 0,93.0,082.298 V= 22,72L de gás oxigênio foram liberados durante a reação. 5- CONCLUSÃO Diante dessa prática conseguimos concluir que a permanganometria é muito técnica analítica muito importante para a determinação de peróxido de hidrogênio presente em amostra de água oxigenada através da titulação com o permanganato de potássio padronizado e que a indústria utiliza-se muito dessa técnica para avaliar se a percentagem (m/V) de H₂O₂ e o número de volume de oxigênio indicado no rótulo corresponde ao valor real. Na determinação de peróxido de hidrogênio, realizado no laboratório, obtivemos o valor de aproximadamente 6% (m/v) do peróxido de hidrogênio e o valor de 22,72L de oxigênio liberado durante a reação. De acordo com a literatura e os rótulos de embalagens, o peróxido de hidrogênio é usualmente encontrado na forma de solução aquosa contendo cerca de 6%, 12% e 30% os quais são chamados comercialmente de, de 20 volumes, 40 volumes e 100 volumes, respectivamente, então comparando os valores obtidos durante o experimento e os da literatura e embalagem, o produto não está de acordo com o estabelecido na embalagem. Como a amostra utilizada para a realização do experimento não têm uma rastreabilidade conhecida, ou seja, não se sabe o tempo que essa amostra estava armazenada, podemos associar essa diferença de valores referente a porcentagem de peróxido de hidrogênio com uma possível deterioração do produto devido a validade vencida ou talvez o valores obtidos seja em decorrência de alguns problemas durante o aquecimento da solução, uma vez que a chapa não estava esquentando de forma adequada. Diante disso, conseguimos verificar que o método permanganometria pode ser utilizado no controle de qualidade de água sanitárias como os analisados nesse experimento. 6- REFERÊNCIAS BACCAN,N. et al. Química analítica quantitativa elementar. 3. Ed. São Paulo: Edgard Blucher ,2004; VOGEL, et al. Análise química quantitativa. 6. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008; SKOOG, D.A. et al. Fundamentos de química analítica. 8. ed. São Paulo: Pioneira Thompson Learning, 2007; Disponível em: <https://quimicauepg.files.wordpress.com/2014/06/determinac3a7c3a3o-perc3b 3xido.pdf > Disponível em: < http://www.abq.org.br/cbq/2016/trabalhos/4/9064-16382.html > Disponível em: < http://www.ufjf.br/nupis/files/2014/03/aula-7-Redox.pdf > https://quimicauepg.files.wordpress.com/2014/06/determinac3a7c3a3o-perc3b3xido.pdf https://quimicauepg.files.wordpress.com/2014/06/determinac3a7c3a3o-perc3b3xido.pdf http://www.abq.org.br/cbq/2016/trabalhos/4/9064-16382.html http://www.ufjf.br/nupis/files/2014/03/aula-7-Redox.pdf
Compartilhar