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Analítica – Aula 1 Volumetria de Precipitação • Equilíbrio de solubilidade A volumetria de precipitação é uma técnica simples e que necessita de uma noção teórica para entendimento. Por isso, é necessário entender que o equilíbrio de precipitação, em que este acontece durante a titulação e então, tem-se um equilíbrio de um sal sólido e seus íons dissolvidos em uma solução saturada. Então a ideia é trabalhar com um composto pouco solubilizado, e então tem-se o produto de solubilidade como uma constante de equilíbrio entre um sólido e seus íons dissolvidos. • Efeito do íon comum Tal efeito é utilizado para precipitar um íon de um sal pouco solúvel, e consiste justamente na observação da atividade reacional em consequência do princípio de Le Chatelier, que afirma que mediante a adição de um segundo sal ou um ácido que fornece um dos íons antes presente no meio – um íon comum – a uma solução saturada de um sal, o equilíbrio se desloca, diminuindo a concentração dos íons adicionados mediante a precipitação destes. • Precipitação → Conceitos base: É possível determinar o momento exato da reação em que de fato, acontece o processo de precipitação analisando as constantes relacionadas ao quociente da reação e o produto de solubilidade. Então quando o produto iônico, também chamado de quociente da reação e este possui fórmula muito semelhante ao que descreve o Kps, nos levando à três situações possíveis no ambiente reacional, caracterizadas pela relação entre quociente da reação e produto de solubilidade, como abaixo. Então na primeira situação, que é quando o Kps é maior em relação ao Qps, tem-se um sólido tendendo à dissolução, aumentando a quantidade de íons em solução, isto porque a solução não está em equilíbrio, então o sólido presente tende à dissolução até que o equilíbrio seja estabelecido. Já quando o Qps é maior do que o Kps, tem-se a chamada precipitação, isto porque a constante de solubilidade é inferior ao quociente de reação que descreve as espécies do meio em geral, portanto, a solução não está em equilíbrio, mas sim supersaturada, induzindo a precipitação. Então, conhecendo os valores de quociente de reação, pode- se decidir se um precipitado se formará quando as concentrações dos íons são conhecidas e quais as concentrações desses íons são necessárias para iniciar a precipitação de um sal insolúvel. Portanto, na situação descrita no centro da figura acima, quando o quociente de reação (Qps) é igual ao produto de solubilidade (Kps), a solução é saturada e está em equilíbrio, ou seja, as mesmas quantidades de íons e de sólido do sal são encontradas no ambiente reacional. • Aplicações da volumetria de precipitação Para este tipo de titulação, a viragem ou mudança de cor se dará por mudança na cor do precipitado formado durante a reação. É importante destacar que a reação de precipitação acontece por meio do contato entre dois reagentes em solução em que se tem como produto disto, a formação de um produto de baixa solubilidade, tendendo a precipitar-se. Portanto, nestas condições, o Kps – produto de solubilidade – é relativamente baixo, visto que, forma-se precipitado. E então também se tem o ponto de equivalência, em que quando a concentração de cátions é igual à concentração de ânions, tornando clara as condições de ponto de equivalência. Tais variáveis disponíveis para análise, nos permitem montar curvas de titulação, como a descrita abaixo e que podem permitir a observação dos efeitos na reação por meio da titulação de uma solução com determinados íons em um titulante que contém um íon comum. • Curva de titulação Em que pAg+ é descrito como o log da concentração de Ag+, tornando clara que se tem uma relação inversamente proporção no logaritmo. Se por acaso, a variável fosse alterada para o Cl-, o volume no ponto de equivalência seria mantido e a única mudança seria na concentração de Cl-, que no começo da reação seria maior, possuindo então um menor pCl-. Então, a argentometria, ou seja, o método de volumetria de precipitação que utiliza o AgNO3, consiste em determinações de halogênios em amostras por meio da utilização de solução padrão de nitrato de prata, sendo a técnica mais empregada na volumetria de precipitação e sua execução depende diretamente do pH da amostra a ser titulada. Contudo, é importante compreendermos os dois métodos argentimétricos que podem ser utilizados para tais identificações. • Métodos de Volumetria de Precipitação → Método de Mohr: consiste em uma técnica de volumetria direta utilizando o nitrato de prata padronizado como titulante. Tal técnica só pode ser efetuada em meio neutro ou levemente alcalino, e podem ser utilizado indicadores tradicionais como o cromato de potássio ou indicadores de adsorção. Por que somente em meio neutro ou levemente alcalino? Porque se esta solução estiver em pH ácido, o cromato tende a reagir com os íons H+ presentes no meio, comprometendo a identificação no ponto de viragem e induzindo erros na quantificação da titulação. Figura A: Cor característica da análise antes de se atingir o ponto de equivalência. Ocorre formação de precipitado branco de AgCl. Entretanto, devido à cor do cromato de potássio (indicador) observa-se uma tonalidade amarelada. Figura B: Após o ponto de equivalência, a primeira gota em excesso permite a precipitação do cromato de prata (indicador) ocorrendo a mudança da cor do meio. O primeiro tom pardo é considerado o ponto ideal de viragem. → Método de Volhard: pode ser definido como técnica de volumetria de retorno, utilizando o tiocianato de sódio ou tiocianato de potássio padronizado para casos em que a amostra apresenta pH ácido. O indicador utilizado é o Fe(NH4)2(SO4)2. Evidencia-se a titulação da prata em excesso e no ponto de viragem, tem-se a formação de um complexo solúvel de [FeSCN]2+, que possui coloração bem característica, vermelha. Por que apenas em soluções de pH ácido? Essa solução deve ser ácida para evitar que o ferro presente no meio reaja com íons hidroxila, de maneira a formar o hidróxido de ferro, o que comprometeria a identificação do ponto final da reação devido ao consumo do indicador. Figura A: Cor característica da análise antes de se atingir o ponto de equivalência. A reação entre o tiocianato (titulante) e a prata em excesso gera um precipitado branco de AgSCN. Figura B: Após o ponto de equivalência, a primeira gota em excesso permite a formação de um complexo marrom-avermelhado com o indicador. → Método de Fajans: Trata-se de um método de titulação direta empregando o AgNO3 padronizado como titulante. A viragem ocorre pela mudança de cor devido à adsorção dos corantes aniônicos ao se adicionar uma gota em excesso do nitrato de prata. Neste caso, tem-se que um composto orgânico tende a ser adsorvido sobre a superfície do sólido em uma titulação de precipitação, idealmente, a adsorção ocorre próximo do ponto de equivalência e resulta não apenas em uma alteração de cor, como também em uma transferência de cor da solução para o sólido. Na figura ao lado, pode-se ver a fluoresceína, que é um corante que quando solúvel em água, tem-se a formação do íon devido à saída do hidrogênio do grupo carboxílico, gerando íons hidrônio e íons fluoresceinato, caracterizados como espécies aniônicas verde- amareladas. Na presença de prata, esses íons reagem e são adsorvidos, formando vermelho intenso, que pode ser revertido com o excesso de Cl-. Figura A: Cor característica da análise antes de se atingir o ponto de equivalência. A fluoresceína (indicador de adsorção) permanece no meio mantendo a solução verde fluorescente. Neste momento, ocorre formação de precipitado branco de AgCl e adsorção de íons cloreto e sódio. Figura B: Após o ponto de equivalência, a primeira gota em excesso de prata permite aformação de uma camada de adsorção desta prata em excesso sobre o precipitado branco. O cátion prata atrairá a fluoresceína de forma a alterar a cor no erlenmeyer. • Tipos de indicadores → Cromato de potássio: Ocorrerá precipitação fracionada durante a análise e o primeiro precipitado formado será da amostra titulada e, somente após o ponto de equivalência, ocorrerá a formação de um segundo precipitado, correspondente ao indicador. Por que ocorrerá a precipitação fracionada? Porque o cloreto de prata possui coeficiente de solubilidade menor em relação ao de cromato de prata, espécie formada após a adição do indicador, isto porque, a reação entre a prata e a porção aniônica do indicador só deve acontecer após o ponto final de reação. Cloreto de Prata (AgCl) => pS = 1,0x10-10 Cromato de prata (Ag2CrO4) => pS = 1,1x10-12 O produto de solubilidade do AgCl é maior e isto indica que ele apresenta menor solubilidade que o Ag2CrO4, ou seja, precipitará com mais facilidade, isto porque como dito anteriormente, o produto de solubilidade consiste em uma expressão logarítmica, sendo, portanto, inversamente proporcional. → Indicadores de Adsorção: Fluoresceína e Eosina. Ocorrerá adsorção dos íons presentes no titulado pelo precipitado formado. Na Figura 1 (antes do ponto de equivalência): O AgCl precipitado atrairá o íon cloreto em excesso e este, por sua vez, atrairá o sódio em excesso. Figura 2 (ponto de equivalência sem indicador): A primeira gota em excesso de Ag+ irá formar uma camada de cátions adsorvidos pelo precipitado e este, por sua vez, atrairá o nitrato em excesso na solução formando uma segunda camada iônica adsorvida. Figura 3 (ponto de equivalência com indicador): A fluoresceína será atraída preferencialmente pela prata em excesso adsorvida e, com isso, promoverá alteração no meio.
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