Determinação espectrofotométrica do pka do indicador vermelho de metilo

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1 Determinação espectrofotométrica do pka do indicador vermelho de metilo Rui Pedro Lousa das Neves Bioquímica Grupo 3 Coimbra 28 /05/99

2 Objectivos Nesta actividade experimental temos como objectivo a determinação do pka do vermelho de metilo. Para isso vamos determinar o ph das soluções de vermelho de metilo com HCl, de vermelho de metilo com acetato de sódio e de vermelho de metilo com acetato de sódio e ácido acético; o ε HMR, λ1, ε MR -, λ1, ε HMR, λ2 e ε MR -, λ2 e as concentrações de HMR e MR -. Cálculos para preparação de soluções Solução de HCl M(HCl) = 36,5 g /mol Densidade d = 1,18 g /cm 3 % (m/m) = 35% volume v pretendido = 100 ml concentração C = 0,1 M n = v. C n = 0,1. 0,1 = 0,01 mol m = M. n m = 36,5. 0,01 = 0,365g m = (0, ) / 35 = 1,017 g v = m / d v = 1,017 / 1,18 = 0,862 ml Solução de CH 3 COONa M (CH 3 COONa ) = 82,03 g /mol volume v pretendido = 100 ml concentração C = 0,04 M n = v. C n = 0,1. 0,04 = 0,004 mol m = M. n m = 82,03. 0,004 = 0,328g

3 Solução de CH 3 COOH M(CH 3 COOH) = 60,05 g /mol Densidade d = 1,05 g /cm 3 % (m/m) = 99% volume v pretendido = 100 ml concentração C = 0,02 M n = v. C n = 0,1. 0,02 = 0,002 mol m = M. n m = 60,05. 0,002 = 0,120g m = (0, ) / 99 = 0,121 g v = m / d v = 1,017 / 1,18 = 0,116 ml Solução padrão de vermelho de metilo V = 100ml Pipetar 5ml da solução inicial e vertê-los para um balão de 100ml. Deitar para o balão mais 50 ml de etanol e perfazer o volume com água. Resultados No quadro seguinte estão apresentadas os resultados obtidos para a absorvância das três soluções nos vários comprimentos de onda assim como o ph apresentados por elas e a sua respectiva cor Absorvância λ (nm) Solução A Solução B Solução C 400 0,167 0,216 0, ,156 0,225 0, ,161 0,229 0, ,170 0,227 0, ,203 0,227 0, ,219 0,217 0, ,263 0,199 0, ,303 0,179 0, ,351 0,153 0, ,466 0,137 0,288

4 500 0,454 0,113 0, ,482 0,097 0, ,492 0,094 0, ,478 0,083 0, ,468 0,090 0, ,408 0,074 0, ,335 0,077 0, ,246 0,070 0, ,175 0,067 0, ,143 0,065 0, ,128 0,069 0,105 ph 2,31 7,76 4,86 Cor soluções carmim amarela Rosa avermelhado Traduzindo os resultados em gráfico: Solução A Solução B Solução C Absorvância (10(-1)) c.d.o. (nm) Partindo do gráfico podemos calcular os ε HMR, λ1, ε MR -, λ1, ε HMR, λ2 e ε MR -, λ2 mas antes precisamos de calcular a concentração da solução de vermelho de metilo. A solução preparada continha 0,08g/l, logo como foram retirados 10 ml temos 0,08g 1 L x 10ml x = 8x10-4 g de vermelho de metilo nas soluções preparadas.

5 Como a massa molar do vermelho de metilo é 269,29g/mol, o nº de moles é n = m/m n = 8x10-4 / 269,29 n = 2,97x10-6 e assim a concentração do vermelho de metilo é c = n/v c = 2,97x10-6 /100x10-3 c = 2,97x10-5 M = [MR - ] = [HMR] Agora já podemos determinar os ε HMR, λ1, ε - MR, λ1, ε HMR, λ2 e ε - MR, λ2 ε HMR, λ1 = A / [HMR] = 0,492 / 2,97x10-5 M = 16565,6 ε - MR, λ1 = A / [MR - ] = 0,094/ 2,97x10-5 M = 3165,0 ε HMR, λ2 = A / [HMR] = 0,161 / 2,97x10-5 M = 5420,9 ε - MR, λ2 = A / [MR - ] = 0,229/ 2,97x10-5 M = 7710,4 Partindo dos valores obtidos e do gráfico 1 podemos calcular as concentrações de HMR e MR -. 0,189 = 5420,9 x [HMR] ,4 x [MR - ] 0,355 = 16565,6 x [HMR] ,0 x [MR - ] (0, ,0 x [MR - ]) /16565,6 = [HMR] 0,189 = 5420,9 x (2,13 x10-5 M 0,19 [MR - ] ) ,4 x [MR - ] 0,189 = 0, [MR - ]+ 7710,4[MR - ] 0,073 = 6680,4[MR - ] [HMR] = 1,93x10-5 M [MR - ] = 1,09x10-5 M Partindo da seguinte equação facilmente determinamos o pka do indicador. pka = ph - log [MR - ] /[HMR]

6 pka = 4,86 - log (1,09x10-5 M/1,93x10-5 M ) pka = 5,108 Valor este bastante próximo do teórico ( ,05 entre 25 a 30ºC.) Crítica e conclusão espectros obtidos Como a solução A era carmim, esta teve um pico de absorvância na zona dos 520nm. Ora isto acontece porque este comprimento de onda corresponde ao verde azulado, a cor complementar do carmim. Mais uma vez (já se estudou as cores complementares no trabalho 18 e 19) verificamos que o comprimento de onda máximo da absorvância corresponde à cor complementar da apresentada pela solução (absorve toda a cor complementar e transmite a apresentada por ela). Assim, analisando o espectro de absorção da solução B (a forma básica do vermelho de metilo) que é amarela, tem um pico de absorvância na região dos 420nm, a zona do azul, a cor complementar do amarelo. Por fim, a solução C, que é de um tom rosa avermelhado, tem o pico de absorvância também nos 520nm, absorvendo a cor complementar do rosa avermelhado, o verde azulado. Olhando para o gráfico podemos ver que o ponto isosbéstico (ponto onde as curvas todas se juntam e comprimento de onda da forma ácida e básica tem o mesmo coeficiente de extinção e índices de absorvância iguais) se encontra no ponto correspondente aos 450nm, ponto esse perto do teórico (460nm). Neste ponto a absorvância é dada pela lei de Beer: A = ε HMR [HMR] + ε MR [MR - ] onde a solução C não depende da quantidade de HMR e MR - mas sim da quantidade de MR presente na solução, mudando-se a equação para: A = ε ( [HMR] [MR - ]) onde ε indica a probabilidade da molécula (cromóforo) absorver radiação transitar para outro nível energético (no ponto isosbéstico a probabilidade da forma básica e ácida é igual). ph obtido O ph da solução A deveria rondar o valor 2 (para que o MR presente estivesse todo na forma ácida HMR) o que na realidade não se afasta muito desse valor, uma vez que o medido foi 2,31. Por seu lado, o ph da solução B deveria rondar o valor 8 (para que o MR presente estivesse todo na forma básica MR - ), não se tendo, mais uma vez, o valor obtido afastado muito (7,76). Por fim a solução C que tem as duas formas, sendo a ácida mais forte, apresenta um ph = 4,86, tal como o esperado (ph= 4,7).

7 pka obtido Neste trabalho determinou-se a constante ácida da dissociação do vermelho de metilo por espectrometria, partindo da lei de Henderson-Hasselbach Ka = ([H+] [MR - ]) / [HMR] pka = ph log [MR - ] / [HMR] uma vez que o vermelho de metilo é em si um ácido com picos de absorção para a forma ácida e básica distintos na região do visível. Assim, o valor do pka calculado foi muito próximo do teórico, uma vez que o teórico era 5,05 + 0,005 e o obtido foi 5,108. Este não poderia ser nem muito baixo nem muito alto porque as concentrações de [HMR] (1,93x10-5 M) e de [MR - ] (1,09x10-5 M) não diferiam muito uma da outra, sendo até algo baixas para a concentração do ácido acético e do acetato de sódio. Concluímos que o objectivo foi alcançado uma vez que conseguimos determinar o pka do vermelho de metilo sendo este muito próximo do teórico (5,108 e 5,05 respectivamente) Conclui-se também, mais uma vez, que um pico de absorvância corresponde à cor complementar da da substância analisada. Bibliografia BROWN,W.E.; CAMPBELL,J.A.; Journal of Chemical Education; 45, 674 (1968). JEFFERY, G.H.; BASSETT, J.; MENDHAM,J.; (et all); Vogel - Análise Química Quantitativa; (5ªed.); Guanabara Koogan; TOBBEY, R.W.; Journal of Chemical Education; 35, 514 (1958).