Profa Eliane Pereira dos Santos Disciplina: Química Analítica UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA Profa Eliane Pereira dos Santos Disciplina: Química Analítica – ANALISE VOLUMETRICA – VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO

Classificação dos métodos volumétricos de análise a) Reações baseadas na combinação de íons, em que não ocorre mudança no número de oxidação: Volumetria de neutralização. São os métodos de análises utilizados para a determinação do nitrogênio em solos, plantas, fertilizantes, alimentos, etc., para a determinação do poder de neutralização de corretivos entre outros.

Volumetria de formação de complexos ou quelatometria Volumetria de formação de complexos ou quelatometria. São métodos muito utilizados no laboratório de análise de materiais de interesse agronômico. Dentre as determinações feitas por quelatometria pode-se citar a determinação de Ca e Mg em amostras de terra, fertilizantes e corretivos. Volumetria de precipitação que ainda hoje é utilizada exclusivamente para a determinação de cloretos em amostras de águas e resíduos.

b) Reações que envolvem a transferência de elétrons ou volumetria de oxi-redução: A volumetria de oxi-redução de acordo com o reagente oxidante ou redutor que é empregado pode ser dividida em: permanganometria, dicromatometria, tiosulfatometria, iodometria etc

Análise volumétrica ou volumetria é a designação dada aos métodos da química analítica quantitativa em que a quantidade de substância que se pretende determinar é calculada a partir da medição do volume duma solução reagente de concentração rigorosamente conhecida. Esta é adicionada a uma solução amostra para que toda a substância a analisar seja consumida, isto é, para que se tenha atingido o ponto de equivalência. O processo é conhecido como titulação e o ponto de equivalência corresponde à situação em que reagiram quantidades equivalentes das duas substâncias.

Supondo a reação: A + B  C Na análise volumétrica determinamos qual o volume de uma solução de concentração conhecida (A) que é necessária e suficiente para reagir completamente com um volume de solução cuja concentração se pretende determinar (B) dando origem a um produto (C).

Um determinado número de mols do reagente A reagiu com Pode-se estabelecer através do cálculo estequiométrico que ao término da reação: Um determinado número de mols do reagente A reagiu com Um determinado número de mols do reagente B produzindo Um determinado número de mols do produto C. Número de mols = V(L). M ou Número de mmols = V(mL). M

As titulações podem ser baseadas em qualquer tipo de reação química. *ser completa (ter uma constante de equilíbrio elevada), *rápida e estequiometricamente bem definida. A Volumetria de Neutralização compreende: Acidimetria: consiste em descobrir a concentração do ácido através de uma concentração de base conhecida; Alcalimetria: consiste em descobrir a concentração de uma base através de uma concentração de ácido conhecida.

Inúmeros processos químicos dependem diretamente do controle da concentração de íons H+ (pH) no meio reativo, este controle pode ser feito por potenciômetros ou pHgametros e a medida do pH pode ser feita utilizando-se eletrodos.

Para processos onde esta medida não seja adequada (uma reação com reagentes tóxicos) substâncias químicas que forneçam indicação visual são de extrema utilidade, substâncias estas chamadas indicadores.

2. Força de ácidos e bases As propriedades dos ácidos e das bases são decorrentes da presença do íon H3O+ e OH-, respectivamente, em suas soluções. HCl + H2O  H3O+ + Cl- Quanto maior a eficiência com que um ácido produz H3O+, e uma base produzem OH-, maior será sua força. Como sempre estamos envolvidos com um sistema em equilíbrio, essa eficiência será numericamente traduzida por uma constante de equilíbrio.

Ao se atingir o equilíbrio apenas 1,3% das moléculas atuaram efetivamente como doadoras de prótons. Esse valor 1,3% é conhecido como grau de ionização. Força do ácido Ka Força da base conjugada Kb Forte > 1 Muito fraca < 10-16 Fraca 1 para 10-16 10-16 para 1 Muito Fraca Para HCl, HNO3, HClO4 , a tendência em doar prótons é tão elevada que o equilíbrio se encontra quase que totalmente deslocado no sentido dos produtos, o de formação de íon H3O+.

Titulações ácido-base O que é? Como se faz? Ponto de equivalência Curvas de titulação Indicadores ácido-base Cálculo da concentração

O que é uma titulação? A titulação é uma operação analítica utilizada em análise volumétrica com o objetivo de determinar a concentração de soluções.

ácido + base  sal + água Uma titulação ácido-base é um processo experimental de determinação da concentração de um ácido fazendo-o reagir com uma base de concentração conhecida ou da concentração de uma base fazendo-a reagir com um ácido de concentração conhecida. Ocorre uma reacção completa entre um ácido e uma base (neutralização): ácido + base  sal + água Ex.: HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O(l)

Ácido forte + Base forte  Sal + Água H3O+(aq) + OH-(aq)  2H2O(l) Neutralização é o termo utilizado para designar a reação de quantidades estequiométricas de um ácido forte e de uma base forte. Ácido forte + Base forte  Sal + Água Uma reacção de neutralização pode ainda ser, traduzida de forma simplificada pela seguinte equação iónica: H3O+(aq) + OH-(aq)  2H2O(l)

Como se executa uma titulação? Titulante  Solução de concentração conhecida, que normalmente se coloca na bureta. Titulado  Solução cuja concentração se pretende determinar, que normalmente se coloca num Erlenmeyer.

Identificação do titulante/titulado

Ponto de equivalência é... ... a altura da titulação em que a relação entre o número de moles do titulante adicionadas e o número de moles do titulado é a prevista pela estequiometria da reação: nácido = nbase

Os resultados das titulações dependem - precisão da balança analítica utilizada no preparo das soluções, - dos aparelhos volumétricos, e da estabilidade da temperatura no ambiente. as impurezas dos materiais e do ambiente, partículas em suspensão no ar, evaporação dos líquidos, a estabilidade química dos componentes, a velocidade da reação e o desempenho técnico do operador também influem sobre a qualidade dos resultados.

Como se detecta o ponto de equivalência? Existem dois métodos: Potenciométrico Colorimétrico

Método Potenciométrico Durante a titulação introduz-se um eletrodo de pH no titulado, o que permite medir o pH ao longo da titulação e traçar a curva de titulação.

Método Colorimétrico Adiciona-se ao titulado um indicador ácido-base que muda de cor quando se atinge o ponto de equivalência.

Um indicador ácido-base é... ... uma substância (ácido ou base fraco) que têm a particularidade de apresentar cores diferentes na forma ácida e na forma básica: Hind  Ind- + H+

Curva de titulação é ... ... a representação do pH do titulado à medida que se adiciona o titulante.

zona de variação brusca de pH Ponto de equivalência pH inicial zona de variação brusca de pH Ponto de equivalência Volume de titulante gasto até ao ponto de equivalência

A curva de titulação permite: identificar a titulação identificar titulante/titulado ler o volume de titulante gasto até ao ponto de equivalência

- lavar com cuidado (vestígio de gordura) 7. Utilização da bureta Numa titulação a solução titulante é, geralmente, medida com uma bureta. As buretas mais utilizadas são as de capacidades de 25 mL e de 50 mL. - lavar com cuidado (vestígio de gordura) enxaguar duas vezes (com solução). Evita-se assim ter de se proceder a sua secagem. Bolhas( tem que retirar)

A solução a titular é, geralmente, medida com uma pipeta. 8. Utilização da pipeta A solução a titular é, geralmente, medida com uma pipeta. - lavar com cuidado (vestígio de gordura) _ enxaguar duas vezes (com solução). Evita-se assim ter de se proceder a sua secagem.

9. Utilização do balão volumétrico

10. Modo de realizar a titulação A solução a titular é, geralmente, colocada num balão de Erlenmeyer, se na titulação utiliza um aparelho medidor de pH, o titulado é colocado num copo de precipitação (béquer).

11. Soluções- padrão São soluções de concentração rigorosamente conhecida, que podem ser preparadas por dois processos diferentes, conforme se dispõe ou não de uma substância primária ou padrão. Uma substância primária ou substância-padrão é aquela que apresenta características como: -um elevado grau de pureza, -não ser higroscópica, ser estável, -reagir nas proporções indicadas pela equação química, -ser bastante solúvel, -ter elevada massa molar.

Hidrogenoftalato de potássio: C6H4COOK * Hidrogenoftalato de potássio: C6H4COOK.COOH, é um monoácido fraco, e requer como indicador a fenolftaleína (faixa de viragem de pH 8-9). Possui todas as   propriedades necessárias a um padrão primário. Pode ser obtido suficientemente puro para todas as determinações analíticas comuns de laboratório. Outros exemplos de substâncias padrão-primário * Bórax (tetra borato de sódio, Na2B4O7.10 H2O) * carbonato de sódio P.A. (Na2CO3). * Ácido benzóico: C6H5.COOH, * Ácido sulfoamínico: HSO3.NH2 * Iodato ácido de potássio: KH(IO3)2

12. Teoria dos indicadores usados em volumetria de neutralização ou teoria dos indicadores de pH Os indicadores usados em volumetria de neutralização são substâncias orgânicas que se comportam como ácidos ou bases fracos e que tem uma característica toda especial, isto é, a forma dissociada e a forma não dissociada têm colorações diferentes.

HInd + H2O Ind- + H3O+ Forma não dissociada Forma dissociada do do indicador ou forma indicador ou forma ácida do indicador básica do indicador cor A cor B

Considerando dois indicadores mais vulgarmente utilizados em titulações ácido-base: A fenolftaleína O alaranjado de metilo Que indicador escolher: a fenolftaleína ou o alaranjado de metilo? Titulação base forte – ácido forte Titulação base fraca – ácido forte Titulação base forte – ácido fraco

Como selecionar o indicador ácido-base adequado a uma titulação? A zona de viragem do indicador deve: estar contida na zona de variação brusca do pH. conter o pH no ponto de equivalência.

11.1 Indicadores Mistos A mudança de coloração de alguns indicadores de pH não é facilmente observável, principalmente com luz artificial. Em certos casos é possível obter uma mudança de coloração mais nítida por meio da adição de um corante orgânico ao indicador. Essas misturas são chamadas de indicadores mistos

Para prepará-lo, basta misturar: 11.2 Indicador Universal Alguns dos indicadores podem ser misturados para formar o denominado “indicador universal”, capaz de indicar, num só teste, o pH aproximado de uma solução. Para prepará-lo, basta misturar: - 15 mL de sol. 0,1% de Alaranjado de Metila - 05 mL de sol. 0,1% de Vermelho Metila - 20 mL de sol. 0,1% de Azul de Bromotimol - 20 mL de sol. 0,1% de Fenolftaleína - 20 mL de sol. 0,1% de Timolftaleina

TABELA 5 - Coloração por faixas de pH do indicador universal COR pH Róseo 1,0 Vermelho-alaranjado 3,0 Alaranjado 4,0 Amarelo-alaranjado 5,0 amarelo-limão 6,0 Verde 7,0 verde-azulado 8,0 azul-esverdeado 9,0 Violeta 10,0

12. Erros e escolha do(s) indicador(es) mais adequado(s) em volumetria de neutralização O erro de titulação depende em alto grau da qualidade visual do analista, pois este deve estar apto para detectar o primeiro indício de mudança de cor. O bromocresol verde em solução abaixo de pH 3,8 apresenta cor amarela e acima de pH 5,4 sua cor é azul. No intervalo entre pH 3,8 e 5,4, as duas formas do indicador coexistem e a cor observada é verde. Exige-se muita perícia para se distinguir a primeira tonalidade de azul puro.