Funcionamento de um sistema tampão

Transcrição

1 Funcionamento de um sistema tampão Actividade Laboratorial Química 12. ANO 1. Questão problema o o Verificar experimentalmente o funcionamento de um sistema tampão, por titulação ácido forte-base fraca (HCl e Na 2 CO 3 ). Como simular o efeito tampão do sangue face a variaçoes de ph. 2. Contexto teórico Uma solução tampão é uma solução de um ácido ou de uma base fraca e do seu sal correspondente, na solução devem ambos estar presentes. A solução assim preparada deve ter a capacidade de resistir a variações no ph resultantes da adição de pequenas quantidades quer de ácido quer de base. Isso é importante, nomeadamente para muitos sistemas biológicos e também em processos químicos. O ph no corpo humano varia muito de orgão para orgão, por exemplo o ph do sangue (fisiológico) é cerca de 7,4 enquanto que o ph dos fluídos gástricos é 1,5. Estes valores de ph, que são vitais para o bom funcionamento dos enzimas e do equilíbrio da pressão osmótica, são mantidos nesta gama de valores, por tampões. Caso o ph, nestes orgãos, se encontre fora destes valores todo o sistema fisiológico entraría em colapso colocando em risco a vida humana. Em solução aquosa o carbonato de sódio dissocia-se completamente nos seus iões. Como o ião carbonato (CO 3 2- (aq)), é uma base fraca e diprótica, sendo as duas protólises representadas pelos equilíbrios ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) As forças relativas dos dois iões são muito diferentes K b1 >> K b2, pelo que a curva de titulação é constituida por dois patamares bem diferenciados, com dois pontos de equivalência, a serem detectados separadamente utilizando indicadores apropriados. Na titulação com um ácido forte, como o HCl, ocorrem duas reacções sendo uma delas a reacção ( ) ( ) ( ) No ponto de equivalência para esta primeira titulação, a solução contém hidrogenocarbonato e é alcalina, com um valor de ph que está dentro da zona de viragem do ph do indicador fenolfataleína (8,3 < ph< 10,0). O titulado fica incolor. Com a adição continuada de titulante, o hidrogenocarbonato reage com o ácido adicionado formando ácido carbónico. No doseamento dos iões hidrogenocarbonato, o indicador a utilizar deverá incluir na sua zona de viragem, o ph de equivalência, que para uma solução diluída se situará próximo de 4. Assim o melhor indicador a utilizar será o alaranjado de metilo. 1

2 3. Como fazer Para determinar experimentalmente o efeito de um sistema tampão, terá de: a. Neutralizar uma solução aquosa de Na 2 CO 3 (aq) com HCl (aq), fazendo uma titulação base fraca/ácido forte; b. Explicar a necessidade de um rigoroso controlo de variáveis; c. Medir o ph ao longo do processo; d. Traçar a curva de titulação; e. Analisar a curva do gráfico para identificação das zonas com efeito-tampão 2

3 4. Verificar significados Escrever uma breve descrição sobre cada um dos termos. Titulação Titulante Titulado Ácido Base Titulação ácido-base Ponto de equivalência Solução tampão Solução-padrão Indicador 5. Aspectos de risco e segurança Ao manusear produtos químicos, a primeira providência é ler as instruções do rótulo, no recipiente ou na embalagem, observando a classificação quanto ao risco à saúde (R)* que ele oferece e às medidas de segurança para o trabalho (S)**. Ácido clorídrico Carbonato de sódio R34- Provoca queimaduras. R37- Irritante para as vias respiratórias. S9 - Manter o recipiente num local bem ventilado: hotte. S26 - Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente com água e chamar um médico. S36 - Usar vestuário de protecção adequado: bata. S37 - Usar luvas. S39 - Usar protecção adequada para os olhos: óculos de segurança S45 - Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico (se possível mostrar-lhe o rótulo do produto) R36 - irritante para os olhos. R37 - irritante para as vias respiratórias. S22 - Não respirar o pó. 3

4 S26 - Em caso de contacto com os olhos lavar imediata abundantemente em água e consultar um médico. 6. Método/procedimento o Fazer uma lista do material e reagentes a utilizar, tendo em conta o procedimento exemplificado nas fotografias seguintes. Descrever, por palavras tuas, o procedimento a seguir tal como as fotografias o indicam, sem esquecer o material utilizado. Não exites em pedir ajuda ao professor. Desenhar um esquema da montagem a preparar para efectuarem a titulação. Realizou-se um ensaio preliminar, tendo-se gasto 6,6 ml de HCl até mudança da cor carmim para incolor. 4

5 5

6 Repetir adicionando de cada vez, pequenas quantidade de titulante (1ou 2 ml). Próximo dos pontos de equivalência, adicionar o titulante gota a gota. Anotar o volume total gasto (V1); Nota1: A medição do valor do ph, pode ser feita através da utilização de um sensor associado a uma calculadora, o que permite uma leitura mais rigorosa dos valores medidos e possibilita a obtenção do gráfico da titulação, o que facilita o acompanhamento da progressão da reacção. Nota2: não te esqueças de seguir as regras de segurança, com: Usar bata e luvas de protecção, Manter o reagente (ácido clorídrico) na Hotte. Não comer nem beber durante a utilização. 6

7 6.1. Material, equipamento e reagentes MEFQ LABII versão aluno Material / Equipamento Quantidade Bureta 25 ml Copo de precipitação de 100 ml Copo de precipitação de 50 ml Funil de vidro Pipeta volumétrica de 10 ml Pipeta graduada de 25 ml Proveta de 25 ml Aparelho medidor de ph Balão de Erlenmeyer de 200 ml Agitador magnético Placa com agitação magnética Reagentes Solução padrão de HCl 0,10 mol/dm 3 Solução padrão de Na 2 CO 3 0,10 mol/dm 3 Fenolftaleína Alaranjado de metilo 7 registo de observações/ discusão de resultados Volume de HCl gasto (ml) ph lido 7

8 Tabela 1: Registo do valor de ph medido face ao volume gasto de titulante adicionado. Apartir dos dados obtidos, construimos em Excell um gráfico para traçarmos a curva de titulação. 8

9 9

10 ph MEFQ LABII versão aluno Curva de Titulação Volume de titulante (ml) Gráfico: Curva de titulação Base fraca/ácido forte (Na 2 CO 3 /HCl). Os pontos 1 e 2 referem-se às duas zonas tampão existentes. 8 Eliminação de resíduos Pelo facto do contéudo da solução de Carbonato de sódio, Na 2 CO 3, não incluir substâncias nocivas ao ambiente pode ser eliminado no esgoto municipal. A solução de ácido clorídrico, HCl, por ser um resíduo resultante de processos químicos inorgânicos, constitui perigosidade para a saúde e para o meio ambiente e como tal, apresenta um código de identificação próprio, na Lista Europeia de Resíduos - LER (060102(*)). 10

11 9 Bibliografia consultada o Ministério da Educação DGIDC (2004); Programa de Química 12.º ano. o SIMÕES, T. S.; QUEIRÓS, M. A.; SIMÕES, M. O.; (2010); Química em Contexto: 1. Metais e Ligas Metálicas Química 12ºAno ; Porto Editora. o Chang, R.; (1994); Química - 5.ª edição.; McGraw-Hill de Portugal, Lda.; Alfragide. 11