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Universidade Federal do Triângulo Mineiro Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Cursos de Engenharia Relatório 6: Padronização e Titulação Ácido-Base Enzo Gaudiosi Aufieri, 202011111 Gabriel Fernandes, 202010221 Jhony Raphael Silva de Almeida, 202010919 João Pedro Morais Alves Lourerio, 202010842 Leonardo Irano Randisk, 202010907 Disciplina: Química para Engenharia – Turma P10 Profa Dra Tatiana Cristina Mac Leod Furtado Abril 2020 Enzo Gaudiosi Aufieri Gabriel Fernandes Jhony Raphael Silva de Almeida João Pedro Morais Alves Lourerio Leonardo Irano Randisk Relatório 6: Padronização e Titulação Ácido-Base Trabalho acadêmico apresentado à disciplina Laboratório de Química da Turma P10, como requisito parcial para aprovação na disciplina Laboratório de Química, da Universidade Federal do Triângulo Mineiro. Prof. Dra.Tatiana Cristina Mac Leod Furtado Uberaba 2020 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 3 2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 4 3 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 4 3.1 REAGENTES, VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS ........................................................ 4 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ........................................................................... 5 3.2.1 Padronização da solução de HNO3. ........................................................................ 5 3.2.2 Preparo de uma solução de HCl a 0,100 mol/L. ...................................................... 5 4 RESULTADO E DISCUSSÃO ................................................................................. 6 4.1 PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE HNO3 ............................................................................ 6 4.2 TITULAÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH.........................................................................8 4.3 DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINAGRE (ÁCIDO ACÉTICO) ......................................... 10 4.4 QUESTIONÁRIO ............................................................................................................... 12 5 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 14 1 INTRODUÇÃO Na Química, a Titulação é uma técnica analítica para determinar a concentração de um soluto. Em seus primórdios, no século XVIII, era utilizada para medir a “força” do vinagre em uma solução e essa “força” é o que hoje conhecemos por Titulação (FLOWERS et al, 2019). De forma costumeira, essa técnica é utilizada para medir e controlar a pureza da água e a composição do sangue. É necessário, na titulação, distinguir as substâncias envolvidas em duas: titulante e titulado. A substância a ser analisada é chamada de titulado e a solução reagente é chamada de titulante e essa possui concentração conhecida. Na análise, um volume conhecido do titulado é transferido para um enlernmeyer onde é adicionada ao titulante lentamente por meio de uma bureta, até que a reação finalize. Importante salientar que toda titulação envolverá necessariamente uma solução padrão que reaja com toda a substância que será titulada. Nesse procedimento, qualquer reação química pode servir como base para realizar titulação, entretanto, normalmente como se refere a uma mistura de ácidos e bases, a reação resultará em uma neutralização, conforme a Equação 1 abaixo. HX + YOH → XY + H2O Equação 1. A concentração molar de uma solução desconhecida durante a titulação pode ser determinada, caso se tenha conhecimento dos seguintes fatores: a concentração molar da solução que será misturada à desconhecida; o volume da solução de concentração desconhecida; e, o volume da solução de concentração conhecida. Em se tratando de uma reação de neutralização, é possível determinar a concentração molar da solução desconhecida por haver igualdade entre o número de mol do ácido e da base constantes na mistura, conforme a Equação 2 e Equação 3. na = nb Equação 2. Ma x Va = Mb x Vb Equação 3. Como resultado de uma titulação ácido-base característica, é possível prever o pH no ponto final, bastando escolher um indicador apropriado para a reação esperada. Tabela 1 - Tipos de indicadores ácido-base, com zona de viragem e coloração. Indicador Zona de Transição Mudança de cor Alaranjado de metila 3,1-4,4 Vermelho para alaranjado Vermelho de metila 4,4-6,2 Vermelho para amarelo Verde de Bromocresol 3,8-5,4 Amarelo para azul Fenolftaleína 8,0-10,0 Incolor para vermelho Fonte: Pfeifer et al, 2021. Conforme mostrado na Tabela 1, é possível verificar as cores que os titulados podem assumir, conforme os indicadores que são utilizados no processo. Quando ocorre a mudança de cor, também chamada de ponto de viragem, é quando detectamos seu ponto estequiométrico. 2 OBJETIVOS Como objetivos desse experimento temos a padronização de uma solução diluída de NaOH e uma solução diluída de HNO3 através da titulação e nesse processo, tomar volumes pré-determinados de líquidos usando uma pipeta volumétrica, medir volume de líquidos usando uma bureta. E por fim, utilizar reações químicas (reações de neutralização) para determinar a concentração de soluções de ácidos e bases fortes, utilizando indicadores ácido-base para identificar o ponto de equivalência numa titulação, podendo, como consequência, efetuar os cálculos. 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 REAGENTES, VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS Para este experimento foram necessários os seguintes equipamentos, materiais e substâncias: - Bureta de 25 mL, - Erlenmeyer de 125 mL - Pisseta com água destilada - Suporte universal - Garra para bureta (tipo borboleta) - Fenolftaleína em solução alcoólica 1%. - Verde de bromocresol em solução alcoólica 1%. 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Tendo em vista a pandemia referente ao vírus da Covid-19 que se tem enfrentado desde 2020, as atividades presenciais da UFTM foram suspensas desde março de 2020, enquanto se pensavam estratégias para enfrentamento do novo coronavírus e formas de minimizar essa barreira para retornar as atividades estudantis. Uma das soluções encontradas, foi o retorno das atividades numa forma especial de educação à distância. Para as disciplinas experimentais do ciclo básico das engenharias, tal qual a disciplina de Laboratório de Química, uma solução temporária foi a apresentação dos experimentos por meio de vídeos1 gravados e enviados à plataforma do Youtube na internet. A partir desse vídeo os dados para a elaboração deste relatório foram obtidos. 3.2.1 Padronização da solução de HNO3. Inicialmente foram medidas cerca de 0,080 g de carbonato de sódio (Na2CO3) em uma balança analítica, com o auxílio de um papel de pesagem e anotando o valor da massa com a tara do papel já tirada. Após isso transferiu-se o sólido para um erlenmeyer de 125mL. Foi dissolvido a amostra com cerca de 25mL de água destilada e logo em seguida adicionado três gotas de indicador verde de bromocresol ao erlenmeyer. A solução foi titulada com a solução de ácido clorídrico preparada anteriormente no experimento 5. Anotou-se o volume de HNO3 que foi utilizado e repetiu-se, mais uma vez, a padronização da solução de ácido com carbonato de sódio. Por fim foi calculado a concentração exata de HNO3 na solução. 3.2.2 Preparo de uma solução de HCl a 0,100 mol/L.1 Vídeo -aula 8 – experimento 6. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=KfJgm7j2aQs https://www.youtube.com/watch?v=KfJgm7j2aQs Logo depois, fazendo uso da solução de ácido clorídrico que acabara de ser padronizada como padrão secundário, foi feito a padronização da solução de NaOH. Para tanto foi transferido 10 mL de solução de NaOH para um erlenmeyer de 125 mL. Dissolveu-se a amostra com cerca de 25mL de água destilada e logo em seguida adicionado três gotas de indicador verde de bromocresol . Titulou-se A solução com a solução de ácido clorídrico padronizada anteriormente. Para tal a bureta foi completada com solução de HCl e procedeu-se a titulação da mesma maneira. Repetiu-se a titulação da solução de NaOH com HCl, por mais uma vez. Para terminar foi calculado a concentração exata da solução de NaOH. 3.2.3. Determinação da acidez do vinagre (Ácido acético – HAc) Pipetou-se 5 mL de vinagre e diluiu este para 50 mL em um balão volumétrico. Foi retirado 10 mL dessa solução de vinagre e foi transferido para um frasco de erlenmeyer de 125 mL. Em seguida foi adicionado 2 gotas de fenolftaleína e titulou-se com solução de NaOH padronizada anotando-se o valor do volume da solução de NaOH utilizado. A titulação do vinagre foi repetida com solução padronizada de NaOH, por mais uma vez, e por fim foi calculada a acidez do vinagre em (% m/v). 4 RESULTADO E DISCUSSÃO Seguem as interpretações obtidas e definições importantes acerca do experimento, por meio da análise de resultados. 4.1 PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO DE HNO3 Após a finalização da etapa 1 do experimento realizado foi possível a construção da Tabela 2, onde podem ser observados os valores das massas, em gramas, de Na2CO3 utilizada em cada titulação e os volumes de HNO3 utilizados. Tabela 2: Valores das massa do Na2CO3, volumes do HNO3 para cada titulação. Titulação Massa do Na2CO3 (g) Volume do HNO3 (mL) 1 0,0810 15,10 2 0,0820 15,20 Fonte: Elaborado pelos autores, 2021. Com finalização deste processo foi utilizada a Equação 4 para determinar a concentração em mol/L do Na2CO3. Na Equação 1, substituiu-se o M1 pelo valor tabelado da massa molar do Na2CO3, o m pelo valor da massa utilizada no experimento, e V pelo valor do volume utilizado (0,025 L). M = m/M1*V Equação 4. Cálculo da concentração molar do Na2CO3 (M): 𝑀 = 𝑚 𝑀1 ∗ 𝑉 = 0,0800 106,0 ∗ 0,025 ≅ 0,030 𝑚𝑜𝑙/𝐿 M: 0,030 mol/L. Com o término dessa etapa foi feito o cálculo da média dos valores dos volumes do HNO3 (Equação 5), para posteriormente poder determinar a sua concentração em mol/L. VMÉDIO = 15,10+15,20 2 = 15,15 𝑚L Equação 5. Após a finalização deste procedimento foi calculado o número de mols do Na2CO3 na solução através da Equação 6. M = n1/V Equação 6. Cálculo do número de mols do Na2CO3 (n1): 𝑛1 = 𝑀 ∗ 𝑉 = 0,030 ∗ 0,025 = 0,00075 𝑚𝑜𝑙 n1: 75*10-5 mols. Com o número de mols do Na2CO3 determinado foi feita a reação estequiométrica da titulação realizada no experimento para aferir o número de mols do HNO3. Na2CO3 + 2HNO3 → CO2 + H2O + 2NaNO3 Equação 7. Com a análise da reação estequiométrica pode-se perceber que para 1 mol de Na2CO3 tem-se 2 mols de HNO3, portanto o número de mols do último elemento será o dobro do número de mols do primeiro (105*10-5 mols). Por fim foi utilizada, novamente, a Equação 6, para determinar o valor da concentração em mol/L do HNO3. Cálculo da concentração molar do HNO3 (M): M = n1/V 𝑀 = 0,0015 0,01515 ≅ 0,099 𝑚𝑜𝑙/𝐿 M: 0,0990 mol/L. 4.2 TITULAÇÃO DA SOLUÇÃO DE NaOH Primeiramente foi construída a Tabela 3, onde podem ser observados os valores dos volumes do NaOH e do HNO3 utilizados em cada titulação realizada nesta etapa do experimento. Tabela 3: Valores dos volumes do NaOH e do HNO3 para cada titulação. Titulação Volume do NaOH (mL) Volume do HNO3 (mL) 1 10,0 9,70 2 10,0 9,90 Fonte: Elaborado pelos autores, 2021. Com o término dessa etapa foi utilizada a Equação 8 para calcular da média dos valores dos volumes do HNO3. VMÉDIO = 9,70+9,90 2 = 9,80 𝑚L Equação 8. Após aferir a média dos volumes do HNO3, foi utilizada, juntamente com o valor da concentração molar do HNO3 obtida na etapa anterior, a Equação 6 para obter o número de mols do ácido contidos na solução. Cálculo do número de mols do HNO3 (n1): M = n1/V 𝑛1 = 𝑀 ∗ 𝑉 = 0,0990 ∗ 0,0098 ≅ 0,00097 𝑚𝑜𝑙 n1: 97*10-5 mols. Com o número de mols do HNO3 determinado foi feita a reação estequiométrica da titulação realizada no experimento para aferir o número de mols do NaOH. HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O Equação 9. Com a análise da reação estequiométrica pode-se perceber que para 1 mol de HNO3 tem-se 1 mol de NaOH, portanto o número de mols do último elemento será o mesmo que o número de mols do primeiro (97*10-5 mols). Por fim foi utilizada, novamente, a Equação 6, para determinar o valor da concentração em mol/L do NaOH. Cálculo da concentração molar do NaOH (M): M = n1/V 𝑀 = 0,00097 0,01 = 0,097 𝑚𝑜𝑙/𝐿 M: 0,0970 mol/L. 4.3 DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DO VINAGRE (ÁCIDO ACÉTICO) Inicialmente foi construída a Tabela 4 onde podem ser observados os valores dos volumes da solução de vinagre e do NaOH utilizados em cada titulação realizada nesta etapa do experimento. Tabela 4: Valores dos volumes do NaOH e do HNO3 para cada titulação. Titulação Volume da solução de vinagre (mL) Volume do NaOH (mL) 1 10,0 7,20 2 10,0 7,30 Fonte: Elaborado pelos autores, 2021. Com o término dessa etapa foi utilizada a Equação 10 para calcular da média dos valores dos volumes do NaOH. VMÉDIO = 7,20+7,30 2 = 7,25 𝑚L Equação 10. Após aferir a média dos volumes do NaOH, foi utilizado o valor da concentração molar do NaOH obtida na etapa 2, juntamente com a Equação 6, para obter o número de mols do base contidos na solução. Cálculo do número de mols do NaOH (n1): M = n1/V 𝑛1 = 𝑀 ∗ 𝑉 = 0,097 ∗ 0,00725 ≅ 0,00070 𝑚𝑜𝑙 n1: 7*10-4 mols. Com o número de mols do NaOH determinado foi feita a reação estequiométrica da titulação realizada no experimento para aferir o número de mols do ácido acético (CH3COOH). NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O Equação 11. Com a análise da reação estequiométrica pode-se perceber que para 1 mol de NaOH tem-se 1 mol de CH3COOH, portanto o número de mols do último elemento será o mesmo que o número de mols do primeiro (7*10-4 mols). Após a determinação do número de mols do CH3COOH foi utilizada, novamente, a Equação 6, para determinar o valor da concentração em mol/L do ácido acético. Cálculo da concentração molar do CH3COOH (M): M = n1/V 𝑀 = 0,00070 0,01 = 0,07 𝑚𝑜𝑙/𝐿 M: 0,0700 mol/L. Com o término desse procedimento utilizou-se a Equação 4 para poder determinar a massa, em gramas, do ácido acético. Nessa equação, os símbolos de M, M1 e V, foram substituídos, respectivamente pelos valores da concentração molar, da massa molar e do volume utilizado para a titulação do CH3COOH. Cálculo da massa do ácido acético (m): M = m/M1*V 𝑚 = 𝑀 ∗ 𝑀1 ∗ 𝑉 = 0,07 ∗ 60 ∗ 0,01 = 0,042 𝑔 m: 0,042 gramas. Após aferir o valor da massa de ácido acético na solução utilizou-se a Equação 12 para determinar a concentração do CH3COOH em gramas por mL de solução. C = m/V Equação 12. Cálculo da concentração do ácido acético (m): 𝐶 = 0,042 10 = 0,0042 𝑔/𝑚𝐿 C: 0,0042 g/mL. Com o término dessa etapa multiplicou-se o valor da concentração obtida para a titulação em 10 vezes para obter o valor da concentração real do ácido acético (Equação 10). Esse procedimento se faz necessário uma vez que, antes da titulação o vinagre foi diluído em 10 partes para adequar o valor dasua concentração ao titulante utilizado. Cr = 0,0042 * 10 Equação 13. Cr: 0,042 g/mL Após a afeição da concentração real do ácido foi utilizada a Equação 14 para determinar o teor de CH3COOH no vinagre. 0,042 g →1 mL X → 100 mL Equação 14. X: 4,2 g. Portanto pode-se notar que a concentração de ácido acético no vinagre é de 4,2 g/100 mL, ou seja, o teor de CH3COOH no vinagre é de 4,2 %. Por fim comparou-se o teor obtido através da titulação (4,2 %) com o valor nominal do ácido acético no vinagre (4,0 %) e foi notada uma grande proximidade nos valores, portanto, pode-se concluir que o processo de titulação realizado ocorreu de maneira satisfatória. 4.4 QUESTIONÁRIO 1. Neste experimento utiliza-se uma solução padronizada de base para titular uma solução ácida. Poderia se usar uma solução padronizada ácida para titular uma solução básica? Caso, afirmativo, quais as considerações práticas e teóricas que se deve levar em consideração? Resposta: Sim poderia ser utilizada uma solução ácida para titular uma solução básica, uma vez, se o titulado for uma base o titulante deve ser um ácido, entretanto, deve-se também considerar as características das substâncias envolvidas, por exemplo, caso as concentrações das substancias sejam muito diferentes é necessário fazer uma dissolução do componente mais concentrado antes de iniciar o processo de titulação. 2. Por que é necessário padronizar a solução de hidróxido de sódio? Resposta: É necessário padronizar a solução de hidróxido de sódio para poder determinar a sua concentração exata, uma vez que o NaOH é uma substância muito higroscópica e reage com o CO2 presente na atmosfera. 3. O que é e para que serve um padrão primário? Resposta: O padrão primário é um reagente que apresenta um alto grau de pureza que serve como referência na titulação. O padrão primário pode ser preparado como reagente titulante apenas dissolvendo uma determinada quantidade da amostra em água destilada. 4. Quais as características desejáveis de um padrão primário? Resposta: As características desejáveis para um padrão primário é esse possuir um grau de pureza maior que 99,95%, ser bastante hidrossolúvel, não ser uma substância higroscópica, não absorver CO2 da atmosfera, ser quimicamente estável e possuir uma composição exatamente conhecida. 5. Por que é necessário utilizar um indicador na titulação ácido-base? Resposta: É necessário utilizar um indicador ácido-base para poder determinar qual o ponto de equivalência da titulação, uma vez que, quando este ponto é atingido a cor da solução se altera por causa do indicador. Esse método para se determinar o ponto de equivalência chama-se colorimétrico. 5 CONCLUSÃO Pode-se concluir através deste experimento que a titulação é um excelente procedimento para determinar as concentrações de alguma determinada substância, entretanto, fatores como a composição das substâncias envolvidas, a concentração do titulante, e a precisão dos equipamentos utilizados devem ser levados em conta antes de se iniciar o procedimento de titulação. Também foi possível observar como se realiza a padronização de uma substância e como se determina o ponto de equivalência de uma titulação através do uso de indicadores ácido- base. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. BRADY, J. E.; SENESE, F. Química: a matéria e suas transformações – vol. 1. 5ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química A Ciência Central, 9ª. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2010. CONSTANTINO, M.G.; SILVA, G.V.J.; DONATE, P.M. Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Edusp, 2004. DIAS, D. L. O que é titulação?. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/o-que- e/quimica/o-que-titulacao.htm. Acesso em 19 jun. 2021. FLOWERS, P.; THEOPOLD, K.; LANGLEY, R.; ROBINSON, W.R. Chemistry 2e. 2ª. ed. Houston: OpenStax, 2019. Disponível em: https://assets.openstax.org/oscms- prodcms/media/documents/Chemistry2e-OP_TkF9Jl3.pdf. Acesso em: 19 jun. 2021. KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; WEAVER, G.C. Química e Reações Químicas, vol 1. São Paulo: Cengage Learning, 2010. MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. VOGEL - Análise Química Quantitativa. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. https://assets.openstax.org/oscms-prodcms/media/documents/Chemistry2e-OP_TkF9Jl3.pdf https://assets.openstax.org/oscms-prodcms/media/documents/Chemistry2e-OP_TkF9Jl3.pdf PFEIFER, A. A. et al. Práticas de laboratório de química. Uberaba: [s.n.], 2021. Apostila elaborada pelos professores Adriene Artiaga Pfeifer, Ana Claudia Granato Malpass, Benecildo Amauri Riguetto, Geoffroy Roger Pointer Malpass, Priscila Pereira Silva, Tatiana Cristina Mac Leod Furtado – Universidade Federal do Triângulo Mineiro – Curso de Engenharia Química. RUSSEL, J.B. Química Geral – vol. 1. 2ª ed. São Paulo: Makron Books, 1994.
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