Titulometria de Complexação

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
INSTITUTO DE QUÍMICA (IQ)
QUÍMICA BACHARELADO
 
 
 
 
DOSAGEM DO TEOR DE CÁLCIO E MAGNÉSIO EM PASTILHAS ANTIÁCIDAS POR COMPLEXOMETRIA 	COM EDTA
 	
 
 
Antônio Orestes de Souza Neto
Carla Thaís Pereira Coelho
Felipe Andrade Ferreira Pires
 
 
Goiânia, 2018
 
 
 
 
 
 
 
 
DOSAGEM DO TEOR DE CÁLCIO E MAGNÉSIO EM PASTILHAS ANTIÁCIDAS POR COMPLEXOMETRIA COM EDTA
 
 
 
 
 
 
Trabalho realizado para fins de avaliação parcial da disciplina de Química Analítica Quantitativa Experimental, ministrada pela Prof. Dra. Gabriela Rodrigues Mendes Duarte.
 
 
 
 
 
 
Goiânia, 2018
Sumário
1. RESUMO
 
2. INTRODUÇÃO;
 
3. OBJETIVO;
 
4. MATERIAIS
4.1. Vidrarias
4.2. Reagentes
4.3. Equipamentos
 
5. PROCEDIMENTO
5.1. Preparação da amostra
5.2. Dosagem conjunta do teor de cálcio e magnésio na amostra
5.3. Dosagem do teor de cálcio após precipitação fracionada do magnésio
 
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1 Dosagem conjunta de cálcio e magnésio na amostra:
6.2 Dosagem do cálcio após a precipitação fracionada do magnésio:
7. CONCLUSÃO
 
8. REFERÊNCIAS
 
 
1. Resumo
A titulação por complexometria é amplamente utilizada na dosagem de íons metálicos em soluções. Nesse experimento, o padrão primário de ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) foi utilizado na dosagem de íons cálcio e magnésio em pastilhas antiácidas, utilizando o indicador negro eriocromo T na titulação de ambos os metais, e CALCON na titulação do magnésio, fazendo a diferença dos volumes. O valor encontrado foi de 522 g de cálcio e 70,56 mg de magnésio.
2. Introdução 
 	A volumetria de complexação baseia-se em reações que envolvem um íon metálico M e um ligante L, com formação de um complexo satisfatoriamente estável (DUARTE & URBAN, 2016).
 
M + L ↔ ML
 
 	O ácido etilenodiaminotetracético, comumente abreviado para EDTA, é o titulante complexométrico mais largamente utilizado, que em condições adequadas de pH, forma complexos estáveis e solúveis com a maioria dos cations metálicos (DUARTE & URBAN, 2016).
 	O EDTA é um ligante hexadentado apresentando seis sítios potencias para ligação de íons metálicos, sendo estes quatro grupos carboxílicos e dois grupos amino conforme a Figura 1, cada um dos últimos com um par de elétrons desemparelhados (SKOOG, 2006).
 
 
Figura 1. Fórmula estrutural do etilenodiaminotetracético (EDTA).
 
 	Quando em soluções fortemente básicas, de pH > 12, todos os grupos carboxílicos estaram desprotonados e o EDTA formará complexos estáveis, do tipo 1:1, com quase todos os metais multivalentes. Além de ser um ligante do tipo hexadentado, o EDTA também é um ácido tetraprótico, podendo existir em diversas formas protonadas, representadas por H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- e Y4- (SKOOG, 2006).
 	Para o EDTA reagir com o íon metálico, os íons de hidrogênio ligados nos grupos carboxilatos devem ser removidos. Quando em soluções fortemente básicas, os hidrogênios são removidos por reação com o íon hidróxido, e em soluções mais ácidas, os íons metálicos devem ser capazes de deslocar os íons hidrogênio (VOGEL, 2002).
 	As soluções a serem tituladas com EDTA são tamponadas, de forma que o pH permaneça constante mesmo com a liberação de íons hidrogênio, à medida que o complexo vai sendo formado (VOGEL, 2002).
 	Analiticamente, a complexona mais importante é o EDTA, embora também sejam usados o ácido nitrilotriacético (NTA), o ácido trans-1,2-diaminocicloexanotetracético (DCTA), o ácido dietilenotriaminopentacético (DTPA) e o ácido bis-(2-aminoetil)etilenoglicol-NNN’N’-tetracético (EGTA).
 	Os indicadores usados na volumetria de complexação determinando o ponto final, são chamados de indicadores metalocrômicos. Estes são por sua vez, agentes complexantes fracos que exibem cores diferentes na forma complexada e na forma livre. Durante uma titulação, os íons metálicos livres são complexados pelo EDTA, e quando finalmente nas proximidades do ponto de equivalência, o metal é deslocado do complexo com o indicador para ser complexado pelo EDTA, com uma dada liberação do indicador metalocrômico (VOGEL, 2002).
 	O indicador mais antigo e mais usual em complexação, é o Negro de Eriocromo T (NET), utilizado exclusivamente na faixa de pH entre 7 e 11 onde a forma azul do indicador predomina na ausência de íons metálicos. Apesar de o Erio T formar complexos vermelhos com aproximadamente 30 (trinta) metais, somente poucos desses complexos tem a estabilidade necessária para aderir uma mudança de cor apropriada no ponto final de uma titulação direta com o EDTA. Portanto, o indicador é frequentemente usado na titulação direta de Mg2+, Ca2+, Cd2+, Zn2+ e Pb2+ (SKOOG, 2006).
 	As propriedades ácido-base do indicador podem ser resumidas pelas seguintes reações de ionização:
 
H2In- (VERMELHO) + H2O↔ H3O+ + HIn2- (AZUL) 	Ka2 = 5 x 10-7
 	 HIn2- (AZUL) + H2O ↔ H3O+ + In3- (LARANJA) 	 Ka3 = 3 x 10-12
 
 	O EDTA, não é muito solúvel em água, por isto, não é ordinariamente utilizado em titulações complexométricas. O uso mais comum, é do reagente com o sal dissódico dihidratado do EDTA, pois este é um padrão primário mais solúvel (DUARTE & URBAN, 2016).
 	A complexometria com EDTA tem aplicações importantes, tais na determinação da dureza da água devido a presença de sais de cálcio e magnésio, e também na determinação do teor de cálcio e magnésio em pastilhas anti-ácidas, conforme realizado no experimento em questão (DUARTE & URBAN, 2016).
3. Objetivo
	Dosar quantitativamente o teor de Magnésio e Cálcio em pastilhas antiácidas a partir de métodos volumétricos de complexação com EDTA .
4. Materiais
4.1. Reagentes
Hidróxido de Sódio (NaOH) 3,0 mol/L;
Ácido Clorídrico (HCl) 0,6 mol/L;
Pastilha antiácida de Magnésia Bisurada;
EDTA 0,004 mol/L;
Solução 0,2% (m/v) em Negro de Eriocromo T (NET);
Solução 0,4% (m/v) em Azul de Eriocromo R (CALCON).
4.2. Equipamentos
Bureta de 25 mL;
Béquer de 100 mL;
Erlenmeyer de 250 mL;
Pipeta volumétrica de 20 mL;
Pipeta volumétrica de 5 mL;
Pêra de sucção;
Suporte com garra.
 		
5. Procedimento
5.1. Preparação da amostra
Pesou-se uma pastilha de magnésia bisurada, transferindo-a para um béquer, adicionou-se cerca de 10 mL de água destilada para o auxílio na maceração da pastilha. Em seguida, adicionou-se 25 mL de solução de [HCl] 0,6 mol/L para dissolver a amostra. Transferiu-se a solução do béquer para um balão volumétrico de 1000 mL, e completou-se com água destilada até o traço de aferição.
5.2. Dosagem conjunta do teor de cálcio e magnésio na amostra
Armazenou-se uma pequena quantidade de EDTA em uma bureta de 25 mL, ambientando-a e preenchendo-a até zera-lá.
Transferiu-se uma alíquota da amostra preparada contida no balão volumétrico de 1000 mL para um béquer de 100 mL.
Pipetou-se 10 mL da solução de magnésia bisurada preparada para um erlenmeyer de 250 mL, adicinou-se 5 mL de solução tampão NH4OH // NH4Cl com auxílio de uma pipeta volumétrica de 5 mL e adicionou-se 3 gotas do indicador NET.
Iniciou-se a titulação da amostra com EDTA 0,004 mol/L.
Finalizou-se a titulação quando a solução adquiriu uma coloração azul, indicando o ponto de viragem respectivo da solução titulada.
Realizou-se duas titulações, fazendo cálculos em cima do volume obtido em cada titulação respectiva, a fim de se obter o número de mols, e consequentemente a massa de cálcio e magnésio na pastilha de magnésia bisurada.
5.3.Dosagem do teor de cálcio após precipitação fracionada do magnésio
Pipetou-se 10 mL da solução de magnésia bisurada preparada para um erlenmeyer de 250 mL, adicionou-se 5 gotas de solução [NaOH] 3,0 mol/L a fim de ajustar o pH da solução para precipitação do magnésio e adicionou-se 5 gotas do indicador CALCON.
Iniciou-se a titulação da amostra com EDTA 0,004 mol/L.
Finalizou-se a titulação quando a solução adquiriu uma coloração azul, indicando o ponto de viragem respectivo da solução titulada.
Realizou-se duas titulações, fazendo cálculos em cima do volume obtido em cada titulaçãorespectiva, a fim de se obter o número de mols, e consequentemente a massa de cálcio na pastilha de magnésia bisurada. 
6. Resultados e Discussões
6.1 Dosagem conjunta de cálcio e magnésio na amostra:
Para determinar a concentração dos íons cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+), operou-se em meio de pH=10, utilizando-se uma solução tampão NH4OH/NH4Cl para que não ocorresse acidificação do meio através da liberação de íons H+ do EDTA, mostrado na Figura 1 (DUARTE & URBAN, 2016). O pH alcalino é necessário para um bom funcionamento do indicador NET, que em sua maioria forma complexos vermelhos. Sendo assim, na detecção de íons metálicos, é necessário que o pH esteja acima de 7 para que a forma azul da espécie predomine na ausência de um íon metálico. Desse modo, ao terminar a complexação dos íons Mg2+ e Ca2+, o conteúdo do Erlenmeyer passou de vermelho-vinho para azul (SKOOG, 2006).
O magnésio, que forma o complexo menos estável com EDTA, dentre os cátions multivalentes comuns nas amostras, não é titulado até que tenha sido adicionado reagente suficiente para complexar todos os outros cátions na amostra. Portanto, utiliza-se como indicadores para o íon magnésio a calmagita ou Negro de Eriocromo T (SKOOG, 2006). 
O indicador é ideal para a titulação do magnésio, mas totalmente insatisfatório para o cálcio. A constante de formação do magnésio com o EDTA é de 4,9x108 enquanto o cálcio possui a constante de 5x1010. Pode-se observar que a constante de formação para o CaIn- é apenas cerca de 1/40 daquela para o MgIn-. Como consequência, ocorre uma conversão significativa de CaIn- para HIn2- bem antes do ponto de equivalência. Sendo assim, na primeira etapa determinou-se a quantidade total da soma dos íons Ca2+ e Mg2+ (VOGEL, 2002).
Com a realização do processo de titulação em duplicata da amostra com EDTA, obteve-se o volume médio gasto da solução de EDTA 0,004 mol.L-1 de 15,15 mL, como mostrado abaixo:
A partir da concentração do EDTA e do volume gasto na titulação, é possível calcular-se a quantidade de mols presentes no erlemeyer:
Pode-se observar que a relação estequiométrica do EDTA com os íons Ca2+ e Mg2+ é 1:1, como mostrado nas reações 1.1 e 1.2.
Reação 1.1: Reação de complexação do íon cálcio (II):
Ca2++ HY3- CaY2- + H+
Ca2+ + Y4-CaY2-
Reação 1.2: Reação de complexação do íon magnésio (II).
Mg2++ HY3- MgY2- + H+
Mg2+ + Y4-MgY2-
Como o EDTA reagiu com os dois íons, a quantidade de mol obtida na titulação é referente à soma dos mols de magnésio e cálcio, relação representada na Equação 1.
Equação 1: Relação da quantidade molar de EDTA com a soma dos íons Ca2+ e Mg2+:
Porém, essa quantidade é referente à alíquota de 10,00 mL retirada da solução constituída pela dissolução de uma pastilha de magnésia bisurada em 1000 mL de HCl e água. Então, calculou-se a quantidade de mols presentes no balão volumétrico:
6.2 Dosagem do cálcio após a precipitação fracionada do magnésio:
Na segunda etapa, utilizou-se uma alíquota da amostra com a adição de 4 gotas de NaOH mol.L-1, obtendo-se um pH=12. Com a ajuda do indicador CALCON, também designado de Azul de Eriocromo R, determinou-se a quantidade de mols de cálcio na pastilha. Uma aplicação importante desse indicador é na titulação de cálcio na presença de magnésio em pH acima de 12, retirando-se a interferência do magnésio que sob essas condições fica quantitativamente precipitado como hidróxido, como mostrado na Reação 2.1 (DUARTE & URBAN, 2016).
Reação 2.1: Reação de precipitação dos íons magnésio (II) a partir de sua reação com OH-.
Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2 (s)
Através da titulação em duplicata da alíquota, obteve-se o volume médio de EDTA gasto para a complexação dos íons de cálcio presentes no Erlenmeyer:
A partir do volume gasto, encontra-se a quantidade de mols utilizada na complexação:
Com a estequiometria de formação do complexo, relaciona-se a quantidade de mols da solução de EDTA com os íons de cálcio, mostrado na Reação 2.2.
Reação 2.2: Reação de complexação do EDTA com o íon Ca2+.
Ca2+ + HY3- CaY2- + H+
Ca2+ + Y4- CaY2-
Devido a relação 1:1, a mesma quantidade de mols gasta na titulação é a quantidade de mols de cálcio presentes no Erlenmeyer. Porém, como o processo foi realizado para uma alíquota de 10,00 mL, calcula-se a quantidade de mols de Ca2+ presentes na pastilha, ou seja, no balão volumétrico de 1000 mL:
Como no procedimento a) chegou-se ao resultado da quantidade de mol resultante da soma de Ca2+ e Mg2+, e no procedimento b) obteve-se a quantidade de mols de cálcio, é possível o conhecimento da quantidade de mols de magnésio a partir da Equação 1.
Na embalagem da pastilha de magnésia bisurada, encontra-se a quantidade de carbonato de magnésio (MgCO3) e carbonato de cálcio (CaCO3). Então, para encontrar a massa de cada composta, utiliza-se a relação:
E o cálculo análogo para o carbonato de cálcio:
Na embalagem da cartela de comprimidos de magnésia bisurada, encontravam-se os valores teóricos para a quantidade de cada composto, sendo assim, se calcula o erro relativo para cada composto a partir da formula:
Er = %
Erro relativo para a presença de carbonato de magnésio:
Er = 
Erro relativo para a presença de carbonato de cálcio:
Er = 
7. Conclusão
A partir do experimento realizado, a dosagem de cálcio e magnésio em pastilhas antiácidas foi possível. Para tal, foi adotada a titulação por complexometria com EDTA. A reação ocorrida foi a complexação dos metais e a mudança de cor da solução devido ao indicador. Na primeira titulação a solução passou da cor vermelho para azul e ambos os metais foram titulados. Na segunda titulação a cor passou de vinho para azul e apenas o cálcio foi titulado. Após a diferença de volumes foi constatado o valor de 522 mg de cálcio e 70,56 mg de magnésio na pastilha, valores os quais são muito próximos dos fornecidos pelo fabricante de 521 mg de cálcio e 67 mg magnésio.
8. Referências
[1] DUARTE, G. Apostila de Química Analítica Quantitativa Experimental. Universidade Federal de Goiás. 2018.
[2] BACCAN, N. et al. Química analítica quantitativa elementar. 1 ed. Campinas: Universidade Estadual de Campinas: Edgard blucher LTDA., 1979. 245 p.
[3] SKOOG, WEST, HOLLER, CROUCH, Fundamentos de Química Analítica, Tradução da 8ª Edição norte-americana, Editora Thomson, São Paulo-SP, 2006.
[4] VOGEL, A. I. Análise Química Quantitativa, 6ª ed., Editora LTC, Rio de Janeiro – RJ (2002), p. 207-217.