Determinação do H2O2 por permanganometria

Determinação do H2O2 por permanganometria

1 – Introdução

As reações que envolvem a transferência de elétrons de uma espécie à outra são chamadas de reações de óxido-redução ou simplesmente redox. A perda ou o ganho de elétrons é formalmente indicada pela variação do número de oxidação das espécies envolvidas na reação de redox.1

As substâncias que retiram elétrons de outras espécies e, assim, ganham elétrons durante a reação de redox são chamadas de agentes oxidantes. Seus números de oxidação diminuem durante a reação. Já as substâncias que perdem elétrons e os doam para a espécies oxidante são chamados agentes redutores. Seus números de oxidação aumentam durante a reação.1

As reações de redox podem se utilizadas como método analítico titulométrico. Os métodos de volumetria de óxido-redução dependem dos potenciais de eletrodo envolvidos nas semi-reações, os reagentes devem ser estáveis no meio da titulação, e os estados de oxidação devem ser bem definidos e conhecidos antes da análise. Além disso, é necessário que seja possível padronizar a solução que será utilizada para a determinação da outra espécie, e que exista um meio apropriado para a detecção do ponto final da titulação.1

Os métodos de volumetria de óxido-redução recebem nomes específicos, dependendo da substância utilizada para as determinações: permanganometria, quando utiliza-se o permanganato como titulante, reduzindo-o de Mn7+ a Mn2+; iodometria, quando as reações envolvem a redução do iodo, reduzindo-o de Iº a I-; e iodimetria, quando as reações envolvem a oxidação do iodeto a iodo.1

Nesta prática, o método de interesse é a permanganometria. A permanganometria é o método titulométrico de óxido-redução mais importante, e usa o permanganato de potássio, um forte oxidante, como titulante. Este método dispensa o uso de indicadores porque a coloração violeta intensa do íon permanganto indica o ponto final da titulação. Em geral, as titulações permanganométricas são realizadas em meio ácido, para facilitar a oxidação da substância em análise. A desvantagem da permanganometria é que o permanganato de potássio não possui características de padrão primário, além de sofrer auto-decomposição quando exposto à luz.2

2 – Objetivos

Determinar a concentração de uma solução de peróxido de hidrogênio 10 volumes através da volumetria de óxido-redução com permanganato de potássio.

3 – Materiais e métodos

a) Materiais utilizados

- 6 erlenmeyers;

- Bureta;

- Solução de KMnO4;

- Oxalato de sódio sólido;

- Solução de H2O2 10 Vol;

- Solução de H2SO4 a 1:5;

- Água destilada;

- Bico de Bunsen;

- Béqueres;

- Suporte universal.

b) Procedimento experimental

Os 6 erlenmeyers foram numerados. Os erlenmeyers 1, 2 e 3 foram utilizados para a padronização da solução de permanganato. Os erlenmeyers 4, 5 e 6 foram utilizados para a determinação de H2O2.

Para a padronização do permanganato, pesou-se nos erlenmeyers 1, 2 e 3 uma massa aproximada de 0,13g de oxalato de sódio, que é um padrão primário. Diluiu-se então o oxalato em um volume de aproximadamente 100ml de água destilada, adicionando-se 10ml de ácido sulfúrico para acidificar e levando-se ao bico de Bunsen até a fervura (o aquecimento diminui a energia de ativação e acelera a reação, que se processa lentamente, o que pode causar erros na titulação). Em seguida, titulou-se cada solução contida nos erlenmeyers 1, 2 e 3 com a solução de permanganato de potássio, até que uma coloração levemente violeta fosse observada, indicando o ponto final da titulação.

Para a determinação da concentração do peróxido de hidrogênio, adicionou-se 1 ml da solução de H2O2 a ser analisada aos erlenmeyers 4, 5 e 6, adicionando-se um volume aproximado de 100ml de água, para facilitar a titulação, acidificando-se com 10ml de ácido sulfúrico. Em seguida, titulou-se cada solução com a solução de permanganato de potássio anteriormente padronizada, ate que apresentasse coloração levemente violeta, indicando o ponto final da titulação.

4 – Resultados e discussão

No procedimento de padronização da solução de permanganato de potássio, os dados obtidos experimentalmente foram:

Erlenmeyer

Massa de oxalato

Volume da solução de KMnO4

1

0,135g

19,2ml

2

0,135g

18,8ml

3

0,132g

19,1ml

A reação de óxido-redução que ocorre entre o oxalato e o permanganato é descrita pela equação:

5 C2O42- + 2 MnO4- + 16 H+ 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O

3+ 7+ 4+ 2+

Como o manganês passa do nox 7+ para o 2+, ganhando 5 elétrons, o permanganato é a espécie oxidante, que é reduzida; o carbono, que é oxidado do nox 3+ ao 4+, perdendo um elétron, é a espécie redutora.

Baseando-se na estequiometria da reação, foi possível calcular a concentração da solução de permanganato efetuando-se os seguintes cálculos:

  1. Sabendo-se que a massa molar do oxalato de sódio é de 134g/mol, calculou-se o número de mols de oxalato presentes em cada erlenmeyer;

  2. De acordo com a proporção da equação, calculou-se o número de mols de permanganato necessários para reagir completamente com o oxalato;

  3. Tendo-se o número de mols de permanganato necessário para cada titulação e o volume da solução gasta, calculou-se a concentração do permanganato de potássio.

Seguindo-se estes passos, chegou-se aos seguintes resultados:

Erlenmeyer

Nº de mols C2O42-

Nº de mols MnO4-

Volume de MnO4-

[KMnO4]

1

1,0075x10-3 mols

4,0298x10-4 mols

19,2ml

0,0210 M

2

1,0075x10-3 mols

4,0298x10-4 mols

18,8ml

0,0214 M

3

9,8507x10-4 mols

3,9403x10-4 mols

19,1ml

0,0206 M

Calculando-se a média, obteve-se:

Para a determinação da concentração de H2O2, os resultados obtidos experimentalmente foram:

Erlenmeyer

Volume de KMnO4

4

20,8ml

5

21,7ml

6

21,1ml

A reação de redox que ocorre entre estas espécies é descrita pela equação:

2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2

7+ 1- 2+ 0

O manganês comporta-se de forma semelhante à reação anterior, sendo a espécie oxidante, pois reduz ao ganhar 5 elétrons. O peróxido é, então, o agente redutor, e o oxigênio oxida perdendo um elétron.

Conhecendo-se a concentração da solução de permanganato, pode-se calcular o nº de mols de H2O2 presentes da solução analisada, efetuando-se os seguintes cálculos:

  1. Calculou-se o nº de mols de permanganato presentes em cada volume utilizado, a partir da concentração obtida na padronização;

  2. A partir da estequiometria da reação, calculou-se o nº de mols de H2O2 necessários para reagir completamente com o permanganato adicionado na titulação;

  3. Tendo-se o nº de mols contido na amostra, e considerando-se o volume inicial utilizado, que foi de 1ml, calculou-se a concentração do peróxido.

Seguindo-se estes passos, obteve-se os seguintes resultados:

Erlenmeyer

Vol. MnO4-

Nº mols MnO4-

Nº mols H2O2

[H2O2]

4

20,8ml

4,368x10-4

1,092x10-3

1,092 M

5

21,7ml

4,557x10-4

1,139x10-3

1,139 M

6

21,1ml

4,431x10-4

1,108x10-3

1,108 M

Calculando-se a média, obteve-se:

Porém, a unidade de concentração mais utilizada para o peróxido de hidrogênio é o volume. Por exemplo, quando se diz que a solução de peróxido de hidrogênio é a 10 volumes, isto quer dizer que um volume de solução produz 10 volumes de oxigênio gasoso quando sofre decomposição. Ou seja, 1L desta solução produziria 10L de oxigênio gasoso, nas CNTP. Assim, foi necessário calcular também a concentração em volumes da solução de peróxido de hidrogênio em análise.

O cálculo neste caso baseia-se na equação de decomposição do H2O2:

2 H2O2 O2 + 2 H2O

Desta forma, se 2 mols de peróxido de hidrogênio formam 1 mol de oxigênio, ou seja, 22,4L (nas CNTP), o volume de oxigênio produzido pelos 1,113 mols de H2O2 contidos em 1L da solução é:

2 mols H2O2 22,4L O2

1,113 mols H2O2 x

x = 12,5 Vol.

Calculando-se a concentração em % (m/v), considerando-se que a massa molar do peróxido de hidrogênio é de 34g/mol, obteve-se como resultado o valor de:

34g/mol . 1,113 mol = 37,842 g

1000ml 37,842g

100 ml x

x = 3,78%

Os possíveis erros podem ser atribuídos a impurezas contidas na solução de permanganato utilizada, pois o permanganato se decompõe facilmente quando exposto à luz, formando MnO2, que produz o processo de autocatálise, acelerando a decomposição e diminuindo a concentração da solução utilizada como padrão, e também podem ser atribuídos ao pequeno volume da solução de peróxido de hidrogênio utilizado, o que aumenta a possibilidade de erro.

5 – Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, a concentração da solução de H2O2 analisada é de 12,5 Vol. e 3,78%. A discordância entre a concentração teórica – 10 Vol. – e a concentração obtida experimentalmente é explicada pelo processo de fabricação da solução comercial. Como todo reagente possui data de validade definida, o fabricante tem o dever de garantir que até o prazo de validade, a concentração seja aquela indicada no rótulo. Portanto, a concentração inicial do peróxido de hidrogênio, que se decompõe tão facilmente, deve ser maior do que os 10 Vol. indicados no rótulo.

Referências

1 BACCAN, N. et. al. Química Analítica Quantitativa Elementar. Campinas: Edgar Blücher, 1979.

2 GAUBEUR, I.; GUEKEZIAN, M.; BONETTO, N. C. F. Laboratório de Química Analítica Quantitativa. Universidade Presbiteriana Mackenzie. Disponível em http://meusite.mackenzie.com.br/nbonetto/disciplinas/apostila_Laboratorio_Quimica_Analitica_Quantitativa.pdf, acesso em 08/08/11.

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