Relatório 01 - Volumetria por Neutralizaç

Relatório 01 - Volumetria por Neutralizaç

  1. Assunto

  • Volumetria por Neutralização

  1. Objetivo

  • Preparar soluções padrões primário e secundário de Na2CO3, 0,1mol.L-1 e HCl, 0,1mol.L-1, respectivamente. Preparar também uma solução de NaOH 0,1mol.L-1 e aferi-la para dosar ácido oxálico H2C2O4.2H20

  1. Introdução

Análise volumétrica é um procedimento analítico para a determinação da concentração de uma amostra através dos volumes medidos das soluções reagentes. A Solução, cuja concentração é desconhecida, é denominada titulado, e a solução cuja concentração é conhecida, é denominada titulante. A reação completa entre as duas soluções dá-se no chamado Ponto de Equivalência, em que toda a solução reage quantitativamente e se torna visível quando adicionado uma gota a mais de titulante, obtendo-se assim o Ponto de Viragem, facilmente visualizado pela adição de um indicador durante a titulação. Os mais usados são fenolftaleína (em meio ácido: incolor; em meio alcalino: róseo ou vermelho, dependendo da concentração); vermelho de metila (em meio ácido; vermelho - alaranjado; em meio alcalino: amarelo).

Os métodos volumétricos possuem vantagens como: execução fácil e rápida, economicamente viável, método fácil de ser instalado e equipamentos não tão caros. Porém apresenta também desvantagens como: alto uso de reagentes, mais suscetível a erros e portanto não tão preciso como na gravimetria, por exemplo.

Existem 4 tipos de ensaios volumétricos: Volumetria por precipitação, oxidação-redução, complexação e neutralização. Esta última é a utilizada neste experimento.

Volumetria por Neutralização consiste na reação ácido-base da amostra com o reagente formando sal e água. Os íons H+, provindos do ácido, reagem com os íons OH-, provindos do hidróxido, formando água (H2O) e os outros íons formando os respectivos sais. Tal fato pode ser percebido na equação 01 de reação no exemplo abaixo:

Equação 01: NaOH + HCl -> NaCl + H2O

Equação de uma reação ácido-base formando sal e água

Um outro modo de classificar as análises volumétricas, é nominando-as em: acidimetria e alcalimetria. Acidimetria é a dosagem de um ácido por intermédio de uma solução titulada de uma base. Alcalimetria é a dosagem de uma base por intermédio de uma solução titulada de um ácido.

    1. Solução Padrão

Para realizar as análises volumétricas, precisa-se padronizar as soluções em questão para conhecer a concentração real das soluções, pois nem sempre a concentração aparente é a mesma concentração que a real. Isto ocorre devido a diversos fatores, como impurezas, luminosidade, absorção de água do ambiente, erros de procedimento, entre outros. Assim divide-se as soluções em dois tipos de padrões: primário e secundário.

Os padrões primários são aqueles com elevados grau de pureza, acima de 99,5%. São geralmente sólidos, estáveis, não reagem com a luz, nem absorvem água, massa molecular elevada e fácil obtenção. Como exemplo podemos citar: Na2CO3 (Carbonato de Sódio), KHC8O4H4 (Hidrogenoftalato de Potássio), Na2B7O4.10H2O (Borato de Sódio ou Bórax)

Os padrões secundários são aqueles cuja concentração real é desconhecida e que precisam ser titulados com os padrões primários para poder assim obter a verdadeira concentração. Possuem características como: baixo grau de pureza, instáveis, reagem com água e luz, massa molecular baixa e difícil obtenção. Por tanto, possuem características contrárias aos padrões primários. Como exemplo podemos citar: NaOH, HCl, H2SO4 e KOH.

    1. Teoria dos Erros

Durante a execução do procedimento titulométrico, as análises estão sujeitas a diversos fatores que atuam e influenciam nos resultados das análises. Estes fatores podem diferir o resultado obtido do resultado real esperado, e por isso, podem ser denominados como erro “a diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro da grandeza”. Estes erros são de origem sistemática, aleatórias ou acidentais e todos causam uma limitação do objetivo de atingir o valor verdadeiro da grandeza.

Os erros sistemáticos são erros ocasionados por falha nos métodos empregados ou por falha do operador. Ex: Inexperiência do operador em realizar a devida atividade, metodologias ambíguas e aparelhos mal calibrados. Estes erros passam quase sempre despercebidos e possuem amplitude constante, interferindo sempre no mesmo sentido, ou para mais, ou para menos.

Erros aleatórios são aqueles cujas causas são acidentais e aleatórias. Podem até serem minimizados, porém jamais eliminados por completo. Ex: falta de cuidado do operador, leitura errada de um valor, cansaço e leitura repetida de diversos valores seguidos.

Já os erros grosseiros são aqueles ocasionados por falhas grosseiras do operador e afetam significativamente os resultados, diferenciando e muito o valor obtido do valor real. Ex: troca de unidade e uso de aparelho danificado. Estes erros podem ser eliminados através da cautela criteriosa na hora de analisar os resultados.

4. Materiais e Equipamentos

  • Balança Analítica com precisão de 0,0001 g

  • Balão Volumétrico de vidro com capacidade para 100,0 e 500,0 ml

  • Bastão de vidro

  • Bico de Bunsen

  • Béquer de vidro com capacidade de 50, 100 e 400 mL

  • Bureta de vidro com capacidade de 50 mL

  • Espátula de porcelana

  • Erlenmeyer de vidro com capacidade de 250 mL

  • Pera de Borracha (pipetador)

  • Pissete de Plástico

  • Pipeta Graduada de vidro com capacidade de 10 mL

  • Pipeta Volumétrica de vidro com capacidade de 10,0 e 20,0 mL

  • Proveta de vidro com capacidade de 25 mL

  • Tela com amianto

  • Vidro de relógio 8 cm ; (pequeno)

4.1 Amostras

  • Ácido Clorídrico (HCl) 0,1 eq.L-1 f = 1,214330

  • Ácido Oxálico (H2C2O4 . 2H2O)

  • Carbonato de Sódio (Na2CO3) – 99,5% m/m

  • Carbonato de Sódio (Na2CO3) 0,1eq.L-1

  • Hidróxido de Sódio NaOH 0,1eq.L-1 f = 1,186685

4.2 Reagentes

  • Água Destilada (H2Odest.)

  • Ácido Clorídrico (HCl) 5 eq.L-1 – 37% m/v ; d = 1,19

  • Hidróxido de Sódio (NaOH) 5 eq.L-1

  • Indicador Fenolftaleína (C20H1404)

  • Indicador Vermelho de Metila (C15H15N2O3) 0,2 % m/v

5. Metodologia

Entrou-se no laboratório vestindo devidamente todos os EPI´s necessários para se fazer o experimento. Dirigiu-se então a bancada, lavou-se e rinsou-se todas as vidrarias que seriam utilizadas. Após todos os cálculos necessários, deu-se inicio ao experimento.

5.1 Preparação da Solução de Carbonato de Sódio (Na2CO3) 0,1eq.L-1

Pesou-se o sal em um béquer de 50 mL (limpo e seco), anotando precisamente o seu valor 0,5322g. Obs: Manipulou-se o béquer com papel absorvente para evitar gordura da mão nas paredes externas do béquer. Após a pesagem, tampou-se o béquer com o vidro de relógio até o laboratório.

Dissolveu-se totalmente o sal pesado com água destilada usando um bastão de vidro. Após a dissolução, transferiu-se quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 100,0 mL rinsando 3 vezes o mesmo béquer com água destilada transferindo-a para o balão. Completou-se o volume do balão com água destilada até o menisco e homogeneizou-o adequadamente.

5.2 Preparação da Solução de Ácido Clorídrico (HCl) 0,1 eq.L-1 a partir de um Ácido Clorídrico (HCl) 5 eq.L-1 – 37% m/v ; d = 1,19

Pegou-se um Béquer com capacidade para 400 mL e preencheu seu volume até a metade com água destilada. Então dirigiu-se até a capela, onde, utilizando uma pipeta graduada de 10mL, mediu-se o volume de aproximadamente 3,48 mL do ácido concentrado e despejou-se no béquer com água. Homogeneizou-se bem a solução e completou o volume de 400 mL do béquer com água destilada, sempre com constante agitação, e guardou-a no recipiente adequado.

5.3 Aferição do Ácido Clorídrico (HCl) 0,1 eq.L-1

Da solução de carbonato preparada acima, mediu-se com uma pipeta volumétrica de 20,0 mL, limpa e devidamente rinsada, 20,0 mL da solução de carbonato e transferiu-se quantitativamente para um erlenmeyer de 250 mL. Em seguida, com auxílio de uma proveta de 25,00 mL, adicionou-se 25 mL de água destilada ao erlenmeyer e em seguida 7 gotas do indicador vermelho de metila. Inicialmente a solução apresentou-se com uma coloração avermelhada.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta, completou-se o seu volume com solução de HCl 0,1 eq.L-1 e preencheu-se sua ponta afilada verificando-se se não havia bolhas.

Titulou-se com constante agitação, até a mudança de coloração de vermelho claro para amarelo. Repetiu-se o procedimento titulométrico por mais duas vezes e calculou-se a concentração real do ácido e seu fator de correção.

5.4 Preparação da solução de Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,1 eq.L-1 a partir do Hidróxido de Sódio (NaOH) 5 eq.L-1

Pegou-se um Balão Volumétrico com capacidade para 500,0 mL e preencheu seu volume até a metade com água destilada. Então dirigiu-se até a capela, onde, utilizando uma pipeta volumétrica de 10,0 mL, mediu-se o volume de 10,0 mL do hidróxido concentrado e despejou-se no balão com água. Homogeneizou-se bem a solução e completou o volume de 500,0 mL do balão com água destilada, aferindo o menisco.

5.5 Aferição do Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,1 eq.L-1

Da solução de hidróxido preparada acima, mediu-se com uma pipeta volumétrica de 20,0 mL, limpa e devidamente rinsada, 20,0 mL da solução de hidróxido de sódio e transferiu-a para um erlenmeyer de 250 mL. Em seguida, com auxílio de uma proveta de 25,00 mL, adicionou-se 25 mL de água destilada ao erlenmeyer e em seguida 4 gotas do indicador fenolftaleína. Inicialmente a solução apresentou-se com uma coloração rosada.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta, completou-se o seu volume com solução de HCl 0,1 eq.L-1 e preencheu-se sua ponta afilada verificando-se se não havia bolhas.

Titulou-se com constante agitação, até a mudança de coloração rosada para incolor. Repetiu-se o procedimento titulométrico por mais duas vezes e calculou-se a concentração real do hidróxido e seu fator de correção.

5.6 Preparação e Dosagem da solução de Ácido Oxálico (H2C2O4 . 2H2O)

Pesou-se o sal em um béquer de 50 mL (limpo e seco), anotando precisamente o seu valor 0,7512 g. Obs: Manipulou-se o béquer com papel absorvente para evitar gordura da mão nas paredes externas do béquer. Após a pesagem, tampou-se o béquer com o vidro de relógio até o laboratório.

Dissolveu-se totalmente o sal pesado com água destilada usando um bastão de vidro. Após a dissolução, transferiu-se quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 100,0 mL rinsando 3 vezes o mesmo béquer com água destilada transferindo-a para o balão. Completou-se o volume do balão com água destilada até o menisco e homogeneizou-o adequadamente.

Da solução preparada acima, mediu-se com uma pipeta volumétrica de 20,0 mL, limpa e devidamente rinsada, 20,0 mL da solução de ácido oxálico e transferiu-se para um erlenmeyer de 250 mL. Em seguida, com auxílio de uma proveta de 25,00 mL, adicionou-se 25 mL de água destilada ao erlenmeyer e adicionou-se em seguida 7 gotas do indicador vermelho de metila. Inicialmente a solução apresentou-se com uma coloração avermelhada.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta, completou-se o seu volume com solução de NaOH 0,1 eq.L-1e preencheu-se sua ponta afilada verificando-se se não havia bolhas. Titulou-se com constante agitação, até a mudança de coloração de vermelho claro para amarelo. Repetiu-se o procedimento titulométrico por mais duas vezes e calculou-se a concentração real da amostra.

6. Resultados

6.1.1 Cálculo da massa de Carbonato de Sódio (Na2CO3) 99,5% m/m 0,1 eq.L-1a ser pesada:

N = m/Eq x V

0,1 = m/53 x 0,1

m = 0,53g

m = 0,53/99,5%

m = 0,5326g (pesar)

m = 0,5322g (pesada)

6.1.2 – Determinação da concentração real de Carbonato de Sódio (Na2CO3) 0,1 eq.L-1

N = m x Pureza/Eq x V

N = 0,5322 x 99,5%/53 x 0,1

N = 0,1000 eq.L-1

6.1.2 Determinação do volume de Ácido Clorídrico (HCl) 37% m/v 5eq.L-1 a ser medido:

N = m/Eq x V

0,1 = m/36,5 x 0,4

m = 1,46g

m = 1,46/37%

m = 3,946g

d = m/v

1,19 = 3,946/v

v = 3,316 mL + 5%

v = 3,48 mL (medir)

6.2.2 Desvio Médio e Precisão HCl:

V1 = 16,50mL

V2 = 16,45mL  Vm = 16,47 mL

V3 = 16,47mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/16,50/ - /16,47/ /16,45/ - /16,47/ /16,47/ - /16,47/

/0,03/ /0,02/ /0,00/

Média do Desvio: (0,03+0,02)/3

Média do Desvio: 0,02

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,02 X 100)/16,47

Precisão: 0,12%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.2.3 Cálculo do fator de correção e normalidade real do HCl 0,1eq.L-1

N x V = N x V x f

0,1000 x 20 = 0,1 x 16,47 x f

f = 1,214330

Nreal = Napa x f

Nreal = 0,1 x 1,214330

Nreal = 0,1214 eq.L-1

6.3.1 Cálculo de Diluição do NaOH 5eq.L-1 para 0,1eq.L-1

N x V = N x V

5 x V = 0,1 x 500

V = 10 mL

6.3.2 Desvio Médio e Precisão NaOH:

V1 = 19,55 mL

V2 = 19,50 mL  Vm = 19,55 mL

V3 = 19,60 mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/19,55/ - /19,55/ /196,50/ - /19,55/ /19,60/ - /19,55/

/0,00/ /0,05/ /0,05/

Média do Desvio: (0,05+0,05)/3

Média do Desvio: 0,03

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,03 X 100)/19,55

Precisão: 0,16%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.3.3 Cálculo do fator de correção e normalidade real do NaOH 0,1eq.L-1

N x V = N x V x f

0,1214 x 19,55 = 0,1 x 20 x f

f = 1,186685

Nreal = Napa x f

Nreal = 0,1 x 1,186685

Nreal = 0,1186 eq.L-1

6.4.1 Cálculo da massa de Ácido Oxálico (H2C2O4. 2H2O):

N x V = m/Eq

0,1186 x 0,020 = m/63

m = 0,1494g (x5 alíquotas)

m = 0,7470g (pesar)

m = 0,7512g (pesada)

6.4.2 - Determinação da concentração aparente de Ácido Oxálico (H2C2O4.2H2O) 0,1 eq.L-1

N = m/Eq x V

N = 0,7512/63 x 0,1

N = 0,1192 eq.L-1

6.4.3 Desvio Médio e Precisão H2C2O4.2H2O:

V1 = 20,60mL

V2 = 20,70mL  Vm = 20,67

V3 = 20,70mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/20,60mL/ - /20,67mL/ /20,70mL/ - /20,67mL/ /20,70mL/ - /20,67mL/

/0,07/ /0,03/ /0,03/

Média do Desvio: (0,03+0,03+0,07)/3

Média do Desvio: 0,04

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,04 X 100)/ 20,67mL

Precisão: 0,19%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.4.4 – Determinação da %m/m do Ácido Oxálico:

%m/m = 100 (N x V x f)pd x Al x Eq

mpesada

%m/m = 100 x (0,1 x 0,02067 x 1,186685) x (100/20) x 63

0,7512

%m/m = 102,85%

6.4.6 Cálculo dos Constituintes do Ácido Oxálico Dihidratado (H2C2O4.2H2O): corrigir

%H+ =

% H+ =

%H+ = 1,63%

% (C2O4)-2 =

%(C2O4)-2 = 71,83%

% H2O =

% H2O = 29,38%

7. Discussões:

Durante o procedimento, foram feitas algumas alterações na metodologia a fim de melhorar os resultados e minimizar os erros. No roteiro estava escrito para preparar 500 mL de uma solução de NaOH 0,1 eq.L-1 em um béquer com o auxílio de uma pipeta graduada de 10,0 mL, porém foi-se preparado 500 mL de NaOH 0,1 eq.L-1 em um balão volumétrico com o auxílio de uma pipeta volumétrica de 10,0 mL. Mesmo esta diluição sendo de um padrão secundário, optou-se por fazer em balão e pipeta volumétrica para assegurar que o valor da concentração obtida fosse o mais próximo possível do desejado e também para minimizar os erros.

Nota-se também que a pureza do ácido oxálico deu mais que 100%, sendo teoricamente impossível isto de ocorrer. Porem, há uma explicação. Esta elevada pureza pode ter sido ocasionada por diversos fatores, entre os principais a absorção de água do ambiente pelo ácido, como também possível falha na hora da pesagem e anotação dos resultados, caracterizando-se assim um erro acidental ou aleatório.

Reações Globais:

H2C2O4 (aq) + 2 NaOH (aq) -> Na2C2O4 (aq) + 2 H2O (l)

HCl (aq) + NaOH (aq) -> NaCl + H2O (l)

Na2CO3 (aq) + 2HCl (aq) -> H2CO3 (aq) + 2NaCl (aq)

7.1 Curvas de pH

Na volumetria por neutralização existem alguns tipos de titulações: 1) Titulação Ácido Forte x Base Forte, 2) Titulação Ácido Fraco x Base Forte, 3) Titulação Ácido Forte x Base fraca, e, 4) Titulação Ácido Fraco x Base Fraca.

As titulações de ácidos e bases fortes possuem o ponto de equivalência com pH = 7 e o ponto de virada é indicado pelo uso de um indicador, a fenolftaleína (incolor em soluções ácidas e róseo em soluções básicas). Esse indicador mostra o ponto de viragem na faixa de pH entre 8,0 – 10,0. O ponto de equivalência neste tipo de titulação pode ser observado através da figura 01 abaixo:

Fig.01 – Gráfico de Titulação de ÁcidoxBase fortes. (A) – Tituluante: Base forte, (B) – Titulante: Ácido forte Disponível em: <http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CHYMICA/AcidoBase/TitAfracoBf.htm>

Nota-se que mesmo com a adição constante de volume a alteração de pH é pequena até próximo ao ponto de equivalência, onde há uma alteração brusca de pH devido a adição de uma gota em excesso do titulante. A curva de titulação é bem definida e de fácil visualização.

Nas titulações Ácido fraco x Base forte o ponto de equivalência é obtido quando o pH > 7, pois a constante adição de base faz com que o pH aumente em função do tempo. Geralmente para essas titulações o indicador mais usado é o vermelho de metila (vermelho em soluções ácidas e amarelo em soluções básicas) que possui viragem na faixa de pH compreendida entre 4,0 – 6,0. O gráfico desta titulação é expresso de acordo com a figura 02 abaixo:

Fig. 02 – Gráfico de Titulação Ácido fraco x Base forte. Disponível em:<http://pt.scribd.com/doc/52146239/19/As-titulacoes-acido-forte-base-fraca-e-acido-fraco-base-forte>

Nas titulações Ácido forte x Base fraca o ponto de equivalência é obtido quando o pH < 7, pois a constante adição de ácido faz com que o pH diminua em função do tempo. Geralmente para essas titulações o indicador mais usado é o vermelho de metila (vermelho em soluções ácidas e amarelo em soluções básicas) que possui viragem na faixa de pH compreendida entre 4,0 – 6,0. O gráfico desta titulação é expresso de acordo com a figura 03 abaixo:

 

 Fig. 03 – Gráfico de Titulação de 50,0 mL Ácido forte (HCl) x Base fraca (NH3). Disponível em: <http://www.ufpa.br/quimicanalitica/titubafraacfor.htm>

A titulação de ácido e base fracos geralmente não é muito utilizada pois há grande gasto de volume dos reagentes devido à fraqueza do ácido e da base, além de a curva de titulação não ser tão visível. Como nenhuma mudança brusca de pH é observada, não se pode obter um ponto final nítido com indicador simples algum. Pode-se algumas vezes encontrar um indicador misto que exiba uma mudança de cor nítida num intervalo de pH muito pequeno. Assim, nas titulações de ácido fraco x base fraca, pode-se usar o indicador misto de vermelho neutro com azul de metileno; alaranjado de metila; mas, de um modo geral é melhor evitar-se o uso de indicadores nas titulações que envolvam tanto ácido fraco como base fraca e sim usar um potenciômetro, mas melhor ainda seria evitar fazer esta titulação. A figura 04 representa o gráfico desta titulação.

Fig. 04 – Gráfico de titulação de Ácido fraco (ácido acético) x Base fraca (amônia).

8. Conclusão:

Através deste experimento pudemos ter contato com diversos novos conceitos e técnicas que serão muito importantes no decorrer do curso, como os diversos processos volumétricos e suas respectivas aplicações. Ressalta-se também que os resultados obtidos foram satisfatórias, pois apresentaram concentrações próximas às esperadas, já que foi a primeira aula prática.

9. Referências:

9.1 Livros:

  • VOGEL, Arthur Israel. Química Analítica Qualitativa. Trad. Antônio Gimero. 5 ed. rev. (português). São Paulo:Editora Mestre Jou, 1981. 665p.

  • Baccan, N.; Andrade, J. C.; Godinho, O. E. S.; Barone, J. S.; Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª ed., Edgard Blücher Ltda: São Paulo, 2001. 

  • ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3ª ed.Porto Alegre: Bookman, 2006.

8.2 Endereços Eletrônicos:

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