A.L.2.3 NEUTRALIZAÇÃO: UMA REACÇÃO DE ÁCIDO-BASE QUÍMICA 11.ºANO QUESTÃO-PROBLEMA Como neutralizar resíduos de ácidos/bases do laboratório de Química da escola? Como identificar se os resíduos são de uma ácido/base forte? Como determinar a concentração inicial em ácido? PREPARAÇÃO PRÉVIA É necessário que o aluno compreenda os conceitos de: Reacções ácido-base Indicadores ácido-base Titulação Curvas de titulação de ácido forte - base forte 1
TRABALHO LABORATORIAL MATERIAL (POR GRUPO) Material Quantidades Balão Erlenmeyer 4 Barra magnética para agitação (facultativo) 1 Bureta de 50 ml 1 Esguicho 1 Funil para buretas 1 Garra para bureta 1 Pipeta volumétrica de 20 ml 1 Placa com agitação magnética (facultativo) 1 Pompete 1 Suporte Universal 1 Sensor de ph ou medidor electrónico de ph com eléctrodo combinado 1 REAGENTES Reagente Frases R Frases S Ácido sulfúrico (ou outro ácido forte) 0,050 moldm -3 R35 S1/2, S26, S30, S45 Hidróxido de sódio (ou outra base forte) R35, R36/38 0,10 moldm -3 Fenolftaleína (ou indicador vermelho de metilo) R36, R37, R38 S26 S1/2, S26, S36/37/39, S45 2
PROCEDIMENTO 1 PROCEDIMENTO PARA A TITULAÇÃO 1. Medir rigorosamente com uma pipeta 3 tomas de 20 cm 3 para três balões de Erlenmeyer; 2. Adicionar 3 gotas do indicador a cada balão; 3. Encher a bureta, depois de devidamente preparada, com solução padrão de NaOH de concentração rigorosa; 4. Registar o volume inicial de titulante na bureta, atendendo aos algarismos significativos. 5. Proceder à adição cuidadosa de titulante até ocorrer a viragem de cor do indicador, que permaneça por agitação durante 30 s. 1 Adaptado de Martins, I. P., & al., e. (2003). Programa de Física e Química A, 11º ou 12º anos. Ministério da Educação. 3
6. Registar o volume final de titulante na bureta, atendendo aos algarismos significativos. 7. Repetir o ensaio até obtenção de três volumes concordantes ( V 0,10cm 3 ); 8. Lavar de imediato e abundantemente a bureta com água da torneira (NaOH (aq) ataca o vidro); 9. Calcular a concentração da solução de ácido 4
PROCEDIMENTO PARA O TRAÇADO DA CURVA DE TITULAÇÃO: 1. Medir rigorosamente com pipeta 1 toma de 20 cm 3 para um balão de Erlenmeyer; 2. Encher a bureta depois de devidamente preparada, com solução padrão de NaOH de concentração rigorosa; 3. Registar o volume inicial de titulante na bureta, atendendo aos algarismos significativos; 4. Proceder à adição cuidadosa de pequenos incrementos de volume de titulante, registando o valor de ph após cada adição com agitação; 5
5. Lavar de imediato e abundantemente a bureta com água da torneira (NaOH (aq) ataca o vidro); 6. Traçar a curva de titulação em papel milimétrico ou o Excel; 7. Determinar graficamente o ph no ponto de equivalência e o volume de titulante usado; 8. Comparar com o valor teórico previsto; 9. Justificar o uso do indicador por confronto da sua zona de viragem com a zona de variação brusca de ph; 10. Calcular a concentração da solução de ácido - problema. 6
CÁLCULOS PRÉVIOS PREPRAÇÃO DA SOLUÇÃO DE ÁCIDO Pediu-se aos alunos, na aula de preparação da actividade, que determinassem o volume a usar de!!!!! 96%, uma vez que se pretendia uma solução com concentração igual a 0,050 mol/dm 3. Dados os cuidados de segurança no manuseamento de ácidos, foi preparado um 1L da solução, pela professora. 96 g de!!!!!!(!!!!! ) = 2 1,008 + 32,07 + 4 16,00 = 98,09g/mol 100 g de solução 1! 1,84 10! g =! 100g! = 0,05L! =!!! = 96 98,09 = 0,979mol! =!!! = 0,979 0,05 = 19,58mol/dm! Tratando-se de uma diluição,!!!! =!!!! 19,58!! = 0,050 1000!! = 2,55mL 7
PREPRAÇÃO DA SOLUÇÃO DE BASE Pediu-se da mesma forma aos alunos que determinassem a massa de NaOH a pesar para preparar uma solução de 1 L com concentração 0,10mol/dm 3.! =!!! =!!! = 0,10 1 = 0,10mol! =!!! =!!!!"#$ = 22,99 + 16,00 + 1,008 = 40,00g/mol! = 0,10 40,00 = 4,00g 8
REGISTO E TRATAMENTO DE DADOS PROCEDIMENTO PARA A TITULAÇÃO V titulante adicionado (ml) Média V titulante adicionado (ml) 20,45 20,50 20,50 20,50 Como o ácido era diprótico, não estamos em condições de usar a expressão!!!! =!!!!, pois o ácido e a base não estão nas mesmas quantidades estequiométricas.!!"#$ =!!"#$!!"#$ = 0,05 20,50 10!! = 1,025 10!! mol Como 2á!"#$: 1!"#$, 2 1 =! á!"#$ 1,025 10!!! á!"#$ = 2,05 10!! mol! á!"#$ =! á!"#$ = 2,05 10!! = 0,103mol/dm!! á!"#$ 20 10!! 9
PROCEDIMENTO PARA O TRAÇADO DA CURVA DE TITULAÇÃO: V titulante adicionado (ml) ph V titulante adicionado (ml) ph 0 1,86 18 3,24 2 1,84 18,20 3,73 4 1,81 18,40 5,04 6 1,86 18,60 9,05 8 1,92 18,80 9,35 10 1,99 19 10,29 12 2,10 19,50 10,80 14 2,22 20 10,96 15 2,37 20,5 11,10 16 2,51 21 11,18 16,50 2,63 23 11,38 17,50 2,92 25 11,50 17,70 2,98 15 Curva de titulação 10 ph 5 0 0 5 10 15 20 25 Vtitulante adicionado (ml) A análise da curva de titulação permite estimar o ponto de equivalência a cerca de 17,50 ml. Como tal,!!"#$ =!!"#$!!"#$ = 0,05 17,50 10!! = 8,75 10!! mol Como 2á!"#$: 1!"#$, 2 1 =! á!"#$ 8,75 10!!! á!"#$ = 1,75 10!! mol! á!"#$ =! á!"#$ = 1,75 10!! = 0,088mol/dm!! á!"#$ 20 10!! 10
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Ambos os métodos permitiram a determinação da concentração de ácido, sendo os valores encontrados valores próximos do valor esperado (a solução foi preparada para ter uma concentração 0,10mol/dm! ), no entanto valores um pouco dispares(0,103mol/dm! e 0,088mol/dm! ). Sendo a titulação usando um indicador de mudança de cor uma técnica pouco fidedigna, por depender a sensibilidade do operador, provavelmente o valor real da solução será o determinado pelo segundo método. Ainda assim é de salientar que o volume gasto para o ponto de equivalência foi estimado através do gráfico pelo que não há grande sensibilidade na determinação deste valor. A análise da curva de titulação permite confirmar a reacção entre um ácido forte e uma base forte, quer pelos valores limite (ph 2 e ph 12) quer por o ponto de equivalência ser sensivelmente a ph 7. CONSIDERAÇÕES 1. Numa aula prévia, explicar o funcionamento de uma bureta e como se faz a sua lavagem, permitindo aos alunos a exploração do instrumento usando, por exemplo, água. 2. Fornecer aos alunos as instruções do medidor electrónico de ph. Antecipadamente explicar-lhes o processo de calibração. 3. Poderá usar-se outro indicador desde que cubra a ganha de viragem desta reacção. 11
BIBLIOGRAFIA Dantas, M. d., & Ramalho, M. D. (2009). Caderno de actividades laboratoriais, Jogo de Partículas - Física e Química A - Química - Bloco 2-11.º/12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Dantas, M. d., & Ramalho, M. D. (2009). Jogo de Partículas - Física e Química A - Química - Bloco 2-11.º/12.º ano. Lisboa: Texto Editores, Lda. Martins, I. P., & al., e. (2003). Programa de Física e Química A, 11º ou 12º anos. Ministério da Educação. 12