Química analítica quantitativa - Volumetria de Neutralizacao

Relatório 01 - Volumetria por Neutralizaç
Assunto
Volumetria por Neutralização
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
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.
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.
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:
Instituto de Química da USP, disponível em: <http://www2.iq.usp.br/docente/hvlinner/QFL2426/volumetrica.pdf> Acesso: Março/2012
Departamento de Química, Universidade de Coimbra, disponível em:
Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia, Unidade de Camaçari, disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/8121751/3/Analise-Volumetrica> Acesso: Março/2012
Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, por Juliana Terra e Adriana Vitorino Rossi, disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422005000100029> Acesso: Março/2012
Universidade Federal do Pará, disponível em: <http://www.ufpa.br/quimicanalitica/introtitrimetria.htm>, <http://www.ufpa.br/quimicanalitica/titubafraacfor.htm>, Acesso: Março/2012
Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciência e Tecnologia, disponível em: <http://wwwp.fc.unesp.br/~malvezzi/downloads/Ensino/Disciplinas/LabFisI_Eng/ApostilaTeoriaDosErros.pdf>, <http://pt.scribd.com/doc/36825378/Relatorio-Volumetria-de-Neutralizacao>, Acesso: Março/2012