QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA: TITULOMETRIA

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1 QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA: TITULOMETRIA TITULAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO Maira Gazzi Manfro e Giseli Menegat maira.manfro@caxias.ifrs.edu.br giseli.menegat@caxias.ifrs.edu.br

2 QUÍMICA ANALÍTICA QUÍMICA ANALÍTICA QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA INSTRUMENTAL CLÁSSICA ÁCIDO-BASE VOLUMETRIA COMPLEXAÇÃO GRAVIMETRIA OXIRREDUÇÃO PRECIPITAÇÃO

3 O QUE É QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA São métodos e procedimentos que visam determinar quais as espécies presentes em uma dada amostra. Métodos Clássicos: utilizados para análises com baixo custo, com equipamentos e vidrarias de fácil aquisição. Os métodos clássicos são largamente utilizados devido à relativa simplicidade com que são realizados e obtenção de resultados confiáveis. Métodos Instrumentais: é aconselhável para análises rotineiras, possui equipamentos de custo elevado e requer profissionais capacitados para realizar as análises.

4 VOLUMETRIA (titulação) Volumetria ácido-base ou de neutralização: é apropriada para a determinação de ácidos ou bases naturais ou sintéticas ou substâncias que possam ser transformadas em ácidos ou bases; Volumetria de complexação: o titulante é um reagente complexante e forma um complexo solúvel em água com o analito (que é um íon metálico); Volumetria de oxirredução: envolve a titulação de um agente oxidante com um agente redutor, ou vice-versa; o agente oxidante ganha elétrons e o agente redutor perde elétrons, na reação entre eles; Volumetria de precipitação: o titulante forma um produto insolúvel com o analito, sendo titulado.

5 CONCEITOS IMPORTANTES TITULANTE:solução que já se sabe a concentração; TITULADO:solução que só se sabe o volume; PONTO DE EQUIVALÊNCIA (ou ponto de viragem): indica o término da titulação. O ponto no qual eu tenho uma quantidade equivalente do meu reagente adicionado em relação a substância em análise, é o momento em que todo titulante reage com o titulado. Para auxiliar a determinação desse momento é adicionado um indicador; Figura 1. Representação de uma titulação. INDICADOR: são substâncias utilizadas na química que mudam ou adquirem cores diferentes em diferentes situações químicas.

6 PROCEDIMENTO Figura 2. Cores de uma solução ácida e básica com fenolftaleína. O rosa final tem que ser bem clarinho para não passar do ponto. Exige bastante prática. Figura 4. A titulação exige prática pois uma gotinha errada pode passar do ponto. Figura 3. Cor ideal de uma titulação com fenolftaleína.

7 FORMAS DE VOLUMETRIA DIRETA: a solução padrão é colocada na bureta e adicionada ao titulado no erlenmeyer; HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + 2H 2 O (l) INDIRETA: o reagente a ser titulado é gerado na solução. 2 Cu 2+ (aq) + 4 I - (aq) 2 CuI (s) + I 2(aq) I 2(aq) + 2 Na 2 S 2 O 3(aq) Na 2 S 6 O 6 (aq) + 2NaI (aq)

8 FORMAS DE VOLUMETRIA RETORNO: ocorre quando uma quantidade de reagente é adicionada em excesso em relação ao analito e o excesso é então titulado; AgNO 3 (aq) + Br - (aq) NO 3- (aq) + AgBr (s) Outras (veremos mais para frente): DESLOCAMENTO: ocorre quando o analito em análise libera uma espécie, usualmente em um complexo, e a quantidade dessa espécie é então determinada por titulação. MASCARAMENTO: é quando adiciona-se um outro reagente para evitar que o outro componente interfira na titulação.

9 VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO São empregadas para determinar as quantidades de ácidos ou bases em uma determinada amostra. Só podem ocorrer em proporções estequiométricas. - O reagente deve ser um padrão primário ou uma solução primária (esses conceitos serão abordados nos próximos slides); - A titulação só se completa quando houver a mudança de coloração (fornecida pelo indicador); - Nesse caso de volumetria os indicadores mais comuns são aqueles que mudam a coloração de acordo com o ph; - O ácido pode ser o titulante e a base o titulado ou vice-versa. Conforme a reação acontece o ph do meio vai mudando gradativamente.

10 VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO Dada uma reação de neutralização geral: ÁCIDO + BASE SAL + ÁGUA Exemplo: Determine a concentração de ácido clorídrico (HCl) em 20 ml de amostra, se a mesma foi titulada com hidróxido de sódio (NaOH), 0,1 mol/l. Sabendo que usou-se 3 gotas de fenolftaleína e 50 ml de titulante, qual a concentração de HCl na amostra? Figura 5. Determinação da concentração de HCl em uma amostra.

11 VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO Para resolver esse exemplo usamos apenas as fórmulas de concentração. HCl + NaOH NaCl + H 2 O 1 : 1 (proporção de 1 mol de ácido para 1 mol de base) Organizando as informações: n HCl = n NaOH HCl M:? V: 20 ml -- 0,02 L M HCl x 0,02 = 0,1 x 0,05 M HCl = 0,25 mol/l NaOH M: 0,1 mol/l V: 50 ml -- 0,05 L MxV=n n 1 = n 2 M 1 xv 1 =M 2 xv 1 As 3 gotas de fenolftaleína não aparecem na equação pois ela não vai interferir na reação apenas está ali para mostrar a cor.

12 CURVAS DA TITULAÇÃO Permitem acompanhar a variação de ph em função do volume de titulante acrescentado. O ponto de equivalência da titulação se encontra no ponto de inflexão dessa curva. Figura 6. Representação do gráfico de uma titulação ácido-base.

13 SOLUÇÃO PADRÃO Sabemos que, a titulação é feita para encontrar a verdadeira concentração do titulado, então, quanto mais confiável for a concentração da solução titulante, mais próximo estará a concentração do analatíto da concentração real. Essa solução de concentração confiável é conhecida como solução padrão. Uma solução padrão é uma solução de concentração conhecida com exatidão feita a partir de um padrão primário. O padrão primário é uma substância de alta pureza.

14 PADRÃO PRIMÁRIO É uma substância de alta pureza utilizada na padronização de soluções por meio de pesagem e diluição. Um padrão primário deve ser: - De fácil obtenção, purificação e secagem; Oxalato de sódio (99,95 %) - Ser higroscópico; Ácido benzóico (99,985) - Não oxidável ao ar e insensível a CO 2 ; Biftalato de potássio (99,99 %) - Apresentar um mínimo de 99,98% de pureza; Dicromato de potássio (99,98 %) - Ter massa molecular elevada; - Reagir rapidamente e estequiometricamente com o analito

15 PADRÃO SECUNDÁRIO São substâncias que tem sua concentração determinada por análise química e também são utilizadas como referência em análises volumétricas Quando não há disponível um padrão primário. PADRONIZAÇÃO é a titulação realizada para determinar a concentração do titulante que será utilizado para uma análise. Ex: o NaOH não é padrão primário pois contém água e carbonato de sódio mas pode ser padronizado com biftalato de potássio e ser usado na titulação de uma amostra (exemplo anterior) como titulante, pois saberemos sua concentração. Nitrato de prata Hidróxido de sódio EDTA Permanganato de potássio

16 EXEMPLO DE PADRONIZAÇÃO Para analisar uma amostra, um estudante de química verificou que precisaria usar uma solução de NaOH 0,06 mol/l padronizada. O padrão primário que ele dispunha era o biftalato de potássio (bif). Dados: MM NaOH = 40g/mol ; MM bif = 204,22 g/mol a) Calcule a massa necessária para preparar 1L da solução de NaOH. b) Esse estudante dissolveu 0,50 g de biftalato em 50mL de água, adicionou 3 gotas de fenolftaleína e realizou a titulação com a solução recém preparada. Sabendo que a reação é 1:1 e foi usado 30 ml de NaOH, calcule a concentração do analito.

17 RESOLUÇÃO DO EXEMPLO DE PADRONIZAÇÃO a) Organizando os dados: NaOH MM=40g/mol M = m / MM x V M=0,06 mol/l 0,06 = m/ 40x1 V= 1L m = 2,4 g de NaOH m=? b) A reação é 1:1, ou seja 1 mol de bif reage com 1 mol de hidróxido de sódio, então: Organizando os dados: Biftalato de Potássio m=0,30 g V=50 ml NaOH V = 30 ml --- 0,030L 1 mol de bif ,22 g x ,30 g x = 1,4690 x 10-3 mols de Biftalato = nº de mols de NaOH M = n/v M NaOH = 1,4690x10-3/0,03 MNaOH = 0,0489 mol/l Molaridade real de NaOH

18 EXERCÍCIOS 1- Um estudante tem uma amostra de vinagre para analisar. A primeira análise é uma titulação de neutralização para determinar a quantidade de ácido acético (CH 3 COOH MM = 60,05 g/mol) na amostra. Inicialmente ele verificou que seria necessário uma solução 0,05 mol/l de hidróxido de potássio (MM= 56 g/mol) padronizada. a) Calcule a massa necessária para fazer 1 L de solução KOH 0,05 mol/l. b) O estudante dissolveu 0,40 g de biftalato de potássio (C 8 H 5 KO 4 MM=204,22 g/mol) em 50 ml de água, adicionou 3 gotas de fenolftaleína e realizou a titulação. A reação utilizou 35 ml de KOH, calcule a concentração real da solução de KOH. c) Em sequência, realizou a segunda titulação com o vinagre, fenolftaleína e a solução padronizada. Sabendo que o aluno usou 30 ml de amostra e 10 ml de solução de KOH, calcule a % de ácido na amostra.

19 EXERCÍCIOS 2- Para esse exercício utilize os dados da solução padronizada do exercício anterior. Para determinar a concentração de ácido tartárico (C 4 H 6 O 6 MM = 150 g/mol) de uma amostra de vinho, o estudante utilizou 13,1 ml de KOH. Sabendo que a amostra continha 30 ml, determine a % (m/v) de ácido na amostra.

20 RESOLUÇÃO 1- a) Organizando os dados: KOH MM=56g/mol M=0,05 mol/l V=1L m=? M = m / MM x V 0,05 = m / 56 x 1 m = 2,8 g de KOH b) Organizando os dados: C 8 H 5 KO 4 MM = 204,22 g/mol m = 0,40 KOH V =35mL 1ª forma (reação 1:1) 1 mol de C 8 H 5 KO mol de KOH 204,22 g g 0,40g x x = 0,10968 g de KOH M=m/MMxV M=0,10968/56*0,035 M KOH = 0,0559 mol/l

21 RESOLUÇÃO b) Organizando os dados: C 8 H 5 KO 4 MM = 204,22 g/mol m = 0,40 KOH V =35mL 2ª forma (reação 1:1): 1 mol de C 8 H 5 KO ,22 g x ,40g x = 1,9586 x 10-3 mols de bif = Nº DE MOL DE KOH M=n/V M=1,9586 x 10-3 /0,035 M KOH = 0,0559 mol/l c) Organizando os dados: KOH M = 0,0559 mol/l V = 10 ml CH3COOH MM = 60,05 g/mol 1 mol ,05g 5,59x x x= 0,3356 g de ácido 0,0559 mol ml x ml x = 5,59 x 10-3 mol de KOH = Nº DE MOL DE ÁCIDO V amostra = 30 ml --- 0,03 L x= 0,3356 g de ácido ml de amostra x ml x = 1,12%m/V de ácido

22 RESOLUÇÃO 2- Organizando os dados: KOH C 4 H 6 O 6 M = 0,0559 mol/l MM = 150 g/mol V = 13,1 ml 1 mol g 0,0559 mol ml 7,3229 x x x ,1 ml x = 7,3229 x 10-4 mol de KOH = Nº DE MOL DE ÁCIDO x= 0,1098 g de ácido 0,1098g de ácido ml de amostra x ml x = 0,36 % m/v de ácido

23 REFERÊNCIAS [1] INFO ESCOLA. Química analítica. Disponível em:< Acesso em 15 de junho de [2] PROFª. Drª. GLAUCIA MARIA F. PINTO. Química Analítica Quantitativa Disponível: < quantitativa.pdf>. Acesso em 16 de junho de [3] EDUCAÇÃO PROFICIONAL. Química Analítica Quantitativa e Qualitativa. Disponível em:< qualitativa_e_quantit ativa.pdf>. Acesso em 16 de junho de [4] Skoog, Wes, Holler e Crouch. Fundamentos de Química Analítica. Disponível em: < Acesso em 16 de junho de 2018 [5] MUNDO EDUCAÇÃO. Titulação ácido-base. Disponível em: < Acesso em 16 de junho de [6 UFJF. Introdução a Volumetria. Disponível em: < Acesso em 16 de junho de 2018.

24 Figura 6. Representação do gráfico de uma titulação ácido-base. Disponível em: C8Q. Acesso em 16 de junho de REFERÊNCIAS DAS FIGURAS Figura 1. Representação de uma titulação. Disponível em: Acesso em 16 de junho de Figura 2. Cores de uma solução ácida e básica com fenolftaleína. Disponível em: Acesso em 16 de junho de Figura 3. Cor ideal de uma titulação com fenolftaleína. Disponível em: Acesso em 16 de junho de Figura 4. A titulação exige prática pois uma gotinha errada pode passar do ponto. Disponível em: %A3o.jpg. Acesso em 16 de junho de Figura 5. Determinação da concentração de HCl em uma amostra. Disponível em: Acesso em 16 de junho de 2018