DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DE INDICADORES POR ESPECTROFOTOMETRIA

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Universidade Federal de Santa Catarina Florianópolis/2021
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DE
INDICADORES POR ESPECTROFOTOMETRIA
Objetivo: Determinar, empregando a espectrofotometria, a constante de dissociação do indicador
vermelho de metila. Examinar, por meio de observação visual, o efeito do pH na mudança de coloração
de diferentes indicadores.
Introdução
Utilizados fortemente nas áreas da Química, os indicadores são em geral ácidos e bases orgânicas
fracas, que se dissociam em meio aquoso alterando sua cor conforme o pH.
Se o indicador se encontra em soluções com pH abaixo do pKIn, sua cor será aquela da forma não
ionizada, ou protonada (Cor X). Em pHs acima de pKIn, a cor será a da forma ionizada ou desprotonada
(Cor Y). Se prepararmos soluções de um determinado indicador em um gradiente de pHs, teremos uma
escala de cores desde Cor X até Cor Y. Cada indicador tem suas cores características e seu pH ideal de
mudança. A visualização das cores em soluções é possível devido à absorção de radiação luminosa, que
ocorre em determinados comprimentos de onda, por um ou mais de seus componentes. É através de um
aparelho de espectrofotômetro de absorção ultravioleta e visível (UVVis) que ocorre a quantificação
deste efeito, medindo-se a intensidade de luz absorvida em função do comprimento de onda de radiação.
Dessa forma, a intensidade de um feixe de luz inicial (l0) ao atravessar uma solução líquida pode ser
absorvida parcialmente, de forma que sua intensidade final será outra (l). Assim, através desse aparelho
é possível obter a constante de dissociação de indicadores.
Parte Experimental
1. Materiais e reagentes
- 2 buretas de 10 mL;
- pipetas volumétricas de 2 e de 3 mL;
- 1 béquer de 250 mL e 2 de 50 mL;
- 13 tubos de ensaio médios;
- 100 mL de hidrogeno fosfato de sódio 0,2 mol L
-1 (Na2HPO4.x H2O);
- 100 mL de ácido cítrico 0,1 mol L-1 (acido 2, hidroxi 1,2,3 propano tricarboxílico; pK’s= 3,15;
4,77, 6,44);
- Soluções tampão (pH 4,0 e 7,0) para calibrar o pHmetro;
- Solução de vermelho de metila diluído;
- Soluções dos indicadores conforme Tabela3;
2. Procedimento
Parte 1
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Para dar início ao experimento foram preparadas 10 mL de várias soluções tampão (série
McIlvaine, conforme Tabela 2) em 6 tubos de ensaio numerados de 1 a 6. Em seguida,com o auxílio de
duas buretas, uma para cada solução, adicionou-se o fosfato de sódio e o ácido cítrico.
Tabela 2: Volumes utilizados no preparo de soluções tampão de pH 3 a 8.
Sol. Ph Teórico Na2HPO4; 0,2 M Ácido Cítrico; 0,1 M Volume final
01 3,0 2,0ml 8,0ml 10ml
02 4,0 4,0ml 6,0ml 10ml
03 5,0 5,2ml 4,8ml 10ml
04 6,0 6,3ml 3,7ml 10ml
05 7,0 8,2ml 1,8ml 10ml
06 8,0 9,7ml 0,3ml 10ml
Após o preparo das 6 soluções tampão, agitaram -se os tubos e aferiu-se o pH das 6 soluções com
pH-metro calibrado com padrões de pH 7,0 e 4,0. Em seguida, foram transferidos 1 mL das soluções de
cada tubo para uma nova série de 6 tubos numerados que foram reservados para executar a segunda
parte do experimento, (Usa-se pipetas volumétricas de 1 mL, que devem ser lavadas entre as medidas
para não contaminar as soluções). Aos 6 tubos com 9 mL acrescentou- se uma gota do indicador
conforme indicado na Tabela 3. É importante destacar que a solução do tubo 6 foi dividida em dois tubos
6a e 6b, com 4,5 mL cada.
Parte 2
Aos seis tubos contendo 1,0 mL de solução, adicionou-se 1,0 mL de vermelho de metila diluído em cada
tubo. Posteriormente, mediu-se as absorvâncias (A) de cada solução contendo os 1,0 mL de vermelho
de metila diluído, variando o comprimento de onda de 400 nm a 600 nm
Tabela 3: Determinação do pH experimental e da cor aparente.
Sol. pH
Teórico
pH Exper. Indicador Cor Exper. pH
mudança
Cor A
(transição
de cor
teórico)
Cor B
(transição
de cor
teórico)
01 3,0 3,01 Alaranjado de
metila
Alaranjado 2,9 - 4,6 Vermelho Alaranjado
02 4,0 4,16 Azul de
bromofenol
Púrpura 2,8 - 4,6 Amarelo Azul
03 5,0 5,58 Vermelho de
metila
Amarelo 4,2 - 6,3 Vermelho Amarelo
04 6,0 6,35 Bromocresol
púrpura
Púrpura 5,2 - 6,8 Amarelo Púrpura
05 7,0 7,18 Azul de
bromotimol
Azul 6,0 - 7,6 Amarelo Azul
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06a 8,0 8,07 Vermelho de
cresol
Rosa 7,2 - 8,8 Amarelo Vermelho
06b 8,0 8,07 Fenolftaleina Incolor 8,3 10,0 Incolor Rosa
Parte 3: Determinar por espectrofotometria a constante de dissociação do indicador vermelho de
metila (pKIn).
Ao realizar a análise através do espectrofotômetro chegamos aos seguintes valores de absorvância em
comprimentos de onda de absorção das duas espécies ( HIn e In- ) em função do pH:
pH
Exper.
Absorbância
em
550 nm
Absorbância
em
425 nm
3,01 1,1723 0,1786
4,16 1,0481 0,3752
5,58 0,2871 0,6654
6,35 0,0860 0,7213
7,18 0,0372 0,7412
8,07 0,0288 0,7481
Obs: o comprimento de onda utilizado foi de 550nm
3. Resultados
Sabe- se que se o indicador em análise se encontra em soluções com pH abaixo do pKIn, sua cor será
aquela da forma não ionizada, ou protonada (Cor A). Em pHs acima de pKIn, a cor será a da forma
ionizada ou desprotonada (Cor B). Com base nisso, pôde- se analisar os valores de pH encontrados no
experimento e seus valores teóricos. Observamos que a maioria das soluções apresentaram coloração
final próxima do esperado com base nos seus respectivos pKln. Entretanto, algumas soluções
apresentaram comportamento diferente do esperado, entre elas estão: tubo 01, que teria que apresentar
coloração vermelha e apresentou coloração alaranjado; o tubo 02, que teria que apresentar coloração
azul e apresentou coloração púrpura ; o tubo 06a, que teria que apresentar coloração amarela e
apresentou coloração rosa e o tubo 06b, teria que apresentar coloração rosa e apresentou coloração
incolor. Isso indica que possivelmente houve um erro sistemático ou de metodologia no experimento.
4. Conclusão
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Com base neste experimento pôde-se observar que é possível analisar, por meio de observação visual, a
mudança de coloração de diferentes indicadores devido às diferenças de concentração de íons H + na
solução a qual estavam presentes. Onde a mudança gradual da tonalidade da cor indica uma mistura
entre as duas tonalidades extremas, ou seja, as cores referentes ao indicador em sua forma protonada e
em sua forma desprotonada. Além disso, também foi possível determinar, empregando a
espectrofotometria, diferentes espectros de absorvância de vermelho de metila em função do pH, como
indicado na terceira parte do experimento.
5. Tratamento dos dados:
1. Com os dados de absorvância obtidos dos espectros de UV-Vis, determine a constante de
dissociação (KIn) ou pKIn do indicador por meio da Equação 5. A constante de dissociação
corresponde à média aritmética dos quatro valores encontrados.
Obs: Para os cálculos assuma que o valor da absorbância em pH 3 corresponde a AHin e, em
pH 8, a AIn- O valor de A será lido em cada um dos outros espectros (Figura 2A).
Solução: Equação geral:
● Tubo 2: pH = 4,16 ; Abs.(A) = 1,0481
● Tubo 3: pH = 5,58 ; Abs.(A) = 0,2871
● Tubo 4: pH = 6,35 ; Abs.(A) = 0,0860
● Tubo 5: pH = 7,18 ; Abs.(A) = 0,0372
pKln (médio)= (5,07 + 5,04 + 5,07 + 5,05)/4 = (20,23)/4 = 5,057 pKln (médio)= 5,06
2.Faça um gráfico como o da Figura 2 B e determine o pKIn.
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Tubo 2 3 4 5
pH 4,16 5,58 6,35 7,18
-0,91 0,53 1,28
2,13
Através da regressão linear foi possível chegar ao valor no pKln que equivale ao coeficiente linear igual a
5,06.
3. Faça um gráfico com as intensidades de absorção (absorvâncias) em função do pH para os
comprimentos de ondas λ 425 nm e λ550 nm. Determine o pKIn
Como o Pkln equivale ao pH onde há o ponto de inflexão, ou seja, onde a concavidade da função
começa a alternar, encontramos o valor de pkln de aproximadamente 5,06.
4.Obtenha da literatura o valor teórico da constante do indicador e calcule o erro experimental do pKIn.
Compare o pKIn do indicadorcalculado pelas duas metodologias.
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-Gráfico
pKa Teórico= 5,05
pKa experimental=5,06
Erro absoluto= | 5,05-5,06|=0,01
Erro relativo= (0,01/5,05)x100=0,2%
-Calculado:
pKa Teórico= 5,05
pKa experimental=5,05
Erro Absoluto= |5,05-5,05|=0
Erro relativo= 0%
Os valores obtidos pelo gráfico e pelo cálculo foram praticamente iguais, apenas o erro calculado pelo
gráfico apresentou erro, porém sendo muito pequeno.
5.Discuta os resultados obtidos na Tabela 3 em relação ao pH teórico e experimental e a cor da solução
de indicador teórico e experimental. É possível estimar o pH de uma solução aquosa pela cor obtida
quando da adição de um indicador cujo pK é conhecido?
Ao compararmos os valores de pH teóricos e experimentais obtidos na tabela 3 com os dados de
referência de pKln da tabela 1 podemos observar que a solução 01 deveria apresentar pH próximo de
3,0, a solução apresentou como resultado experimental pH 3,01, ou seja, muito próximo ao ph teórico
esperado. Entretanto, sua coloração experimental alaranjado foi diferente da esperada com base em seu
pKln de 3,7 (Vermelha). Outra solução que apresentou pH experimental próximo do teórico, porém com
coloração experimental diferente do esperado foi a solução 02, com coloração púrpura ao invés de azul.
As soluções 06a e 06b, apesar de apresentarem pH experimentais de 8,07, próximos do pH teórico de
8,0, também apresentaram coloração diferente do esperado, com base em seus respectivos pkln, sendo
de coloração rosa e incolor, respectivamente.
Sim, isso pode ser feito pois a faixa de pH em que é perceptível mudança de cor é igual
a pKa ± 1, dessa forma, podemos analisar através da cor obtida qual é o pH aproximado da solução.