Preparar e fazer cálculos prévios para o preparo de soluções diluídas a partir de soluções estoque;

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1 AULA 6 Diluição de soluções e ph OBJETIVOS Preparar e fazer cálculos prévios para o preparo de soluções diluídas a partir de soluções estoque; Verificar o ph de soluções ácidas e básicas, concentradas e diluídas; Entender os efeitos da diluição na concentração dos componentes. Com freqüência é necessário preparar uma solução diluída a partir de uma solução mais concentrada. Por exemplo, o rótulo da água sanitária abaixo, informa na composição (componente ativo: hipoclorito de sódio 2,0 a 2,5% de cloro ativo) e no modo de usar (lavagem de roupas brancas e remoção de manchas coloque 1 copo (200 ml) de água sanitária em 20 L de água). Neste caso estamos fazendo uma diluição da solução estoque. Soluções diluídas devem ser preparadas a partir de soluções concentradas. 54

2 Diluir uma solução significa adicionar a ela mais solvente, não alterando a massa do soluto. O princípio básico da diluição é que o número de mol do soluto é o mesmo na alíquota da solução concentrada e na diluída. Solução Concentrada Massa do soluto = ms Concentração inicial = Ci Volume inicial = Vi Ci = ms / vi ms = Ci. Vi Solução Diluída Massa do soluto = ms Concentração final = Cf Volume final = Vf Cf = ms / vf ms = Cf. Vf C i. V i = C f. V f Fórmula de diluição As substâncias podem ser classificadas como ácido ou base. Os ácidos e as bases são as duas funções mais importantes da química e podem ser experimentalmente classificadas através da medida do ph das soluções na qual estas substâncias estão presentes.com tamanha frequência em nosso ambiente, não é de se espantar que os ácidos e bases tenham sido estudados por tantos séculos. Os próprios termos são medievais: "Ácido" vem da palavra latina "acidus", que significa azedo. Inicialmente, o termo era aplicado ao vinagre, mas outras substâncias com propriedades semelhantes passaram a ter esta denominação. "Álcali", outro termo para bases, vem da palavra arábica "alkali", que significa cinzas. ANOTE: Reveja as teorias ácido-base estudadas na disciplina de Química Fundamental 55

3 A DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES DEVE SEGUIR A SEGUINTE ORDEM: 1. Medir o volume da solução concentrada a ser diluída; 2. Transferir quantitativamente para o balão volumétrico; 3. Completar o volume com o solvente; 4. Homogeneizar a solução; 5. Guardar as soluções em recipientes adequados e rotulados. Diluição de soluções, concentração hidrogeniônica e indicadores de ph Conforme mencionado acima, a diluição de uma solução consiste em aumentar a quantidade do solvente, não alterando a massa do soluto. Em outras palavras, a diluição de uma solução leva à diminuição da concentração do soluto. Quando o soluto é um ácido ou uma base forte (totalmente ionizados em água), a concentração da solução será igual à concentração de íons H + (para soluções ácidas) e OH - (para soluções básicas). A concentração de íons H + e OH - pode ser expressa em termos de ph. Medir e controlar o ph de substâncias são procedimentos comuns no dia-a- dia: medimos e controlamoso ph da água de uma piscina, da água de um aquário ou do solo. Até mesmo nosso sangue deve manter um ph entre os valores de 7,35 e 7,45. O equilíbrio é tão importante que a variação de 0,4 no valor do ph do sangue pode ser fatal. Num laboratório químico o ph de soluções deve ser constantemente controlado em diversos procedimentos. Produto Iônico da Água: ph e poh Reações de transferência de prótons (H + ) ocorrem mesmo na água pura, quando o choque entre duas moléculas promove o equilíbrio conhecidoo como auto-ionização da água: H2O + H2O H3O + + OH -, também expresso por H2O H + + OH - A constante de equilíbrio para essa reação, à 25 C, é dada por: K K K eq eq w [HO 3 = [H [H 2 = [HO 3 O] + - ][OH] 2 2 O] = [HO ][OH] ][OH] = Assim, define-se: ph= log[ho 3 ] = log[h ] poh= log[oh] ph + poh = 14 (à 25 C) Em água neutra a 25 C, ph = poh = 7,00. Em soluções ácidas, a [H + ] > 1,0 10-7, então o ph < 7,00. Em soluções básicas, a [H + ] < 1,0 10-7, então o ph > 7,00. Quanto mais alto o ph, mais baixo é o poh e mais básica a solução. 56

4 Como a diluição de uma solução leva à diminuição da concentração do soluto, o efeito da diluição na concentração dos íons H + e OH - pode ser expressa em termos do valor de ph. Indicadores de ph Várias substâncias apresentam cores em solução aquosa. Algumas substâncias, além de apresentarem cor, podem ser usadas como indicadores de ph, pois a cor varia com o ph da solução. A primeira teoria sobre os indicadores, dita teoria iônica dos indicadores, é creditada a W. Ostwald (1894), tendo como base a teoria da dissociação eletrolítica iônica dos indicadores. Segundo esta teoria, os indicadores são bases ou ácidos fracos cuja cor das moléculas não-dissociadas difere da cor dos respectivos íons. Pela teoria de Ostwald o indicador na forma ácida (HIn) ou básica (InOH) não dissociada,teria uma cor diversa daquela que teriam seuss íons. No equilíbrio HIn InOH Cor da forma não ionizada H + + In - OH - + In + Cor da forma ionizada (Indicador ácido) (Indicador básico) O comportamento destas moléculas pode ser resumido como: Indicadores Ácidos: possuem hidrogênio(s) ionizável(eis) na estrutura. Quando o meio está ácido (ph<7), a molécula de indicador é "forçada" a manter seus hidrogênios devido ao efeito do íon comum. Nesta situação a molécula está neutra. Quando o meio está básico (ph>7), os hidrogênios do indicador são fortemente atraídos pelos grupos OH - (hidroxila) para formarem água, e neste processo são liberados os ânions do indicador (que possuem coloração diferente da coloração da molécula). Indicadores Básicos: possuem o grupo ionizável OH - (hidroxila), portanto, em meio alcalino (ph>7) as moléculas do indicador "são mantidas" não-ionizadas, e em meio ácido (ph<7) os grupos hidroxila são retirados das moléculas do indicador para a formação de água, neste processo são liberados os cátions (de coloração diferente da coloração da molécula). A teoria cromófora oferece uma explicação única para a formação das cores: "A coloração das substâncias deve-se à presença de certos grupos de átomos ou ligações duplas nas moléculas". A teoria cromófora explica a mudança de coloração dos indicadores como devida a um reagrupamento molecular determinado pela variação das condições de ph do meio, que define o surgimento ou desaparecimento de grupos cromóforos Alguns exemplos de indicadores: 57

5 Existem muitos outros indicadores, tais como os mostrados na tabela abaixo com os seus respectivos valores de ph nos pontos de viragem : Tabela 1: Faixa de viragem de cor de diferentes indicadores de ph, normalmente disponíveis em laboratórios de química. Soluções aquosas ou alcoólicas de indicadores podem ser utilizadas diretamente em uma pequena quantidade da solução a ser testada, caso esta seja incolor, aplicando-se algumas poucas gotas e observando-se a coloração obtida. Em soluções coloridas, o uso de indicadores cromóforos pode ser prejudicado, sendo necessário então o uso de peagâmetros, num sistema com eletrodos sensíveis à concentração de íons H +. 58

6 Além disso, existem disponíveis no comércio papéis de teste de ph, que vêm impregnados com um ou mais indicadores. Para se ter uma idéia aproximadado ph, coloca-se uma gota da solução a ser testada em uma tira do papel, e a cor resultante é comparada com um código de cores. Alguns papéis de teste são impregnados com diversos corantes, e trazem na embalagem uma escala de cores abrangendo toda a escala de ph, de 0 até 14. São os chamados papéis indicadores universais. O papel de tornassol é muito usado para a avaliação qualitativa do ph de uma solução, indicando apenas se a solução é ácida ou básica. Abaixo de ph 4,7 o tornassol é vermelho e acima de ph 8,3 o tornassol é azul (a transição da mudança de cor ocorre na faixa de ph entre 4,7 e 8,3, com o centro dessa mudança em aproximadamente ph 6,5, muito próximo do ph de uma solução neutra). Quando uma solução ácida é gotejada sobre um papel de tornassol azul, este torna-se vermelho (no papel vermelho nada acontece). Quando uma solução básica é gotejada sobre um papel de tornassol vermelho, este torna-se azul (no papel azul nada acontece). Papéis de ph e indicador líquído de uso rotineiro Papel de Tornassol azul e vermelho Fenolftaleína ph > 8,2 ph < 8,2 59

7 PARTE PRÁTICA Procedimento 1: Diluição da solução de HCl 0,1 mol/l Medir, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, 1,00 ml da solução de HCl 0,1 mol/l, preparada na aula anterior. Transferir para um balão volumétrico de 100 ml. Completar com água até o traço de aferição. Agitar o balão para homogeneizar a solução. Apresente, abaixo, os cálculos para determinação da concentração da solução de HClrecém preparada. Calcule o valor do ph das duas soluções (solução inicial e diluída) ph solução inicial (HCl 0,1M) ph solução de HCl diluída Procedimento 2: Diluição da solução de NaOH 0,1 mol/l Medir, com o auxílio de uma pipeta volumétrica, 1,00 ml da solução de NaOH 0,1 mol/l. Transferir para um balão volumétrico de 100 ml. Completar com água até o traço de aferição. Agitar o balão para homogeneizar a solução. Apresente, abaixo, os cálculos para determinação da concentração da solução de NaOH recém preparada. Calcule o valor do ph das duas soluções (solução inicial e diluída) ph solução inicial (NaOH 0,1M) ph solução de NaOH diluída 60

8 Procedimento 3: Determinação qualitativa do ph com papel de tornassol Laboratório de Química QUI Em uma bateria de 5 tubos de ensaio adicione, com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, em cada tubo, aproximadamente 1mL da solução de HCl0,1M (tubo 1), 1mL da solução de HCl diluída (tubo 2), 1mL de água destilada (tubo 3), 1mL da solução de NaOH 0,1M (tubo 4) e 1mL da solução de NaOH diluída (tubo 5); Mergulhe um bastão de vidro em cada tubo e faça o teste com papéis de tornassol azul e vermelho e preencha a tabela à seguir com a cor observada: Tornassol vermelho Tornassol azul HCl 0,1M. HCl M H2O. NaOH 0,1M NaOH M Procedimento 4: Determinação quantitativa do ph utilizando papel indicador universal Faça o mesmo teste do procedimento anterior, dessa fez utilizando um pedaço de papel indicador universal e preencha a tabela abaixo com o valor aproximado do ph obtido para cada solução: ph HCl 0,1M. HCl M H2O. NaOH 0,1M NaOH M Compare os valores obtidos experimentalmente com aqueles calculados nos procedimentos 1 e 2. Existe alguma diferença apreciável? Você seria capaz de apontar alguma fonte do erro? Procedimento 5: Determinação do ph utilizando o indicador violeta-de-metila (cristal violeta) Observe a faixa de viragem do indicador na Tabela 1; Nos tubos 1, 2 e 3 adicionar 2 gotas do indicador violeta de metila e preencha a tabela abaixo com as cores observadas: Cor HCl 0,1M. HCl M H2O. Discuta o resultado obtido em função do ph esperado e da faixa de viragem do indicador. Faixa de viragem do indicador: 61

9 Procedimento 6: Determinação do ph utilizando os indicadores alaranjado-de-metila e azul-de-bromotimol Observe a faixa de viragem dos indicadores na Tabela 1; Organize uma bateria de 6 tubos de ensaio, de 3 em 3 (três tubos na fileira da frente e três tubos na fileira de trás da estante. Adicione, com o auxílio de uma pipeta de Pasteur, em cada tubo separadamente, aproximadamente 1mL da solução de HCl 0,1M (tubo 1), 1mL de água destilada (tubo 2), 1mL da solução de NaOH 0,1M (tubo 3) tais soluções serão testadas com alaranjado-de-metila. Repita a sequência nos tubos 4-6(HCl 0,1M; H2O e NaOH 0,1M) tais soluções serão testadas com azul-debromotimol. Nos tubos 1-3 adicione 2 gotas de alaranjado-de-metila; Nos tubos 4-6 adicione 2 gotas de azul de bromotimol; Preencha a tabela abaixo com as cores observadas: alaranjado-de-metila (tubos 1-3) azul-de-bromotimol (tubos 4-6) Faixa de viragem HCl 0,1M água destilada NaOH 0,1M Discuta o resultado obtido em função do ph esperado e da faixa de viragem do indicador. Referências Bibliográficas: 1. Lima, V.A.; Battaggia, M.; Guaracho, A.; Química Nova na Escola, 1995,V.1, Ebbing, D.D.; Química Geral, vol. 1, LTC Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, Rio de Janeiro, RJ, 1998, p Brady, James E., Senese, F.; Química, a matéria e suas transformações, 5ª Ed. 2009, LTC

10 AUTO-AVALIAÇÃO 1. Relacione todas as vidrarias e utensílios utilizados na prática. 2. Certa substância presente no repolho roxo é responsável pela cor lilás de seu extrato, que pode ser utilizado como indicador de ph. Pesquise e descubra qual substância presente no repolho é responsável pela cor lilás e quais cores ela apresenta em função do ph. 3. O ácido muriático que é vendido no comércio para remoção de manchas resultantes da umidade em pisos, paredes de pedra, azulejos, tijolos possui qual valor aproximado de ph? Procure informações sobre a fórmula química deste ácido. 4. O vinagre é uma solução aquosa de ácido acético. Usando os conhecimentos adquiridos na disciplina Química Fundamental, qual teoria ácido-base pode ser usada para definir a acidez deste composto. Represente a reação química de ionização do ácido acético. 5. Calcule o volume de uma solução de NaOH 0,1 mol/l a ser usado para o preparo de 50 ml de uma nova solução de concentração 0,02 mol/l. 63