Relatório 02 - Volumetria por Neutralização

Relatório 02 - Volumetria por Neutralização

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  1. Assunto

  • Volumetria por Neutralização

  1. Objetivo

  • Preparar solução padrão secundário de HCl, 0,1 eq.L-1 e aferi-la com NaOH 0,1 eq.L-1 f = 1,043267. Determinar a real concentração de uma amostra de KOH com concentração desconhecida e, também, a porcentagem %m/v real de CH3COOH 4%m/v

  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.

3.1) Acidimetria e Alcalimetria

Acidimetria é a dosagem de um ácido na análise volumétrica, ou seja, é a determinação da concentração desconhecida de um ácido através da reação deste com uma base de concentração conhecida. Tal efeito dá-se pela adição lenta e quantitativa do ácido sobre a base conhecida, medindo assim o volume gasto e determinando o real valor.

Já a alcalimetria é o inverso da acidimetria, ou seja, é a dosagem de uma base na análise volumétrica. Determina-se a concentração desconhecida de uma base através da reação desta com um ácido de concentração conhecida. Tal efeito dá-se pela adição lenta e quantitativa da base sobre o ácido conhecido, medindo assim o volume gasto e determinando o real valor.

3.2) Teoria dos Erros

Quando realizamos medidas em qualquer experimentos, sempre precisamos estar atentos a alguns fatores que influenciarão no resultado final. Estes fatores são os possíveis erros obtidos durante a realização das medidas e podem ser classificados como aleatórios ou acidentais, sistemáticos e grosseiros. Estes possíveis erros interferirão em fatores importantes como: erros, acurácia, precisão, exatidão e desvio das medidas, qualificando ou desqualificando assim os resultados obtidos. Por exemplo, um resultado exato é muito mais confiável do que um resultado com valores dispersos.

Todos estes são fatores importantes levados em conta na confiabilidade dos resultados e por muitas vezes são confundidos entre si por serem parecidos em suas definições. Ao se tratar de erro, pode-se entendê-lo como a diferença entre o valor obtido e o valor real. Matematicamente é a diferença entre o valor médio e o valor real. Pode ser expresso em forma decimal ou percentual.

Desvio é a diferença entre o valor obtido e o valor mais provável que seja o real. Na prática trabalha-se na maioria das vezes com desvios do que com erros. É válido lembrar que o valor real ou exato da maioria das grandezas físicas nem sempre é conhecido. O que se sabe, na maioria dos casos, é o valor mais provável desta grandeza, determinado através de experimentos com uma certa incerteza. Neste caso ao efetuarmos uma medida desta grandeza e compararmos com este valor, falamos em desvios e não erros. Desvios podem ser classificados em dois tipos: Desvio Médio e Desvio Padrão. O primeiro caracteriza-se pelo somatório do módulo da diferença entre o valor obtido e o valor médio, dividido pela quantidade de termos somados. Ver Equação 01:

Equação 01:D = ∑(IX-XmI)

Xn

Onde: D = Desvio médio; X = Valor obtido; Xm = valor médio e Xn = Quantidade de termos somados

Desvio padrão é a medida mais comum de uma dispersão e definido como a raiz quadrada da variância, caracterizada como o somatório de todos os termos ao quadrado dividido pela quantidade de termos somados, menos um. Ver Equação 02:

Equação 02:S = ∑√(X-Xm)2

Xn - 1

Onde: S = Desvio Padrão; X = Valor obtido; Xm = valor médio e Xn = Quantidade de termos somados

Obs: Quando um conjunto de medidas apresenta alto desvio padrão, isso quer dizer que as medidas estão mais distantes do valor médio, sendo assim menos precisas. Quanto maior o número de medidas realizadas, maior será a precisão devido a compensação de erros aleatórios.

Precisão pode ser entendida como o grau de amplitude em uma medida. Embora muitas vezes confundida com acurácia e exatidão, se difere pois tem como base o desvio padrão de uma série de repetições de uma mesma análise. Quanto mais próximos forem os valores, menos dispersos eles serão e portanto mais precisos.

Exatidão corresponde aos valores obtidos que estão de acordo com o valor esperado ou que mais se aproximam do valor esperado possuindo a menor dispersão possível. Já acurácia corresponde à proximidade da medida em relação ao valor verdadeiro. Assim quanto mais acurado o processo, mais próximo estará o resultado do valor verdadeiro.

A diferença entre esses fatores pode ser melhor entendida através da figura 01:

Fig.01: Ilustração e explicação das possíveis combinações de precisão e exatidão. Disponível em: <http://qualidadeemquimica.blogspot.com.br/2010/02/precisao-ou-exatidao-eis-questao.html>

4. Materiais e Equipamentos

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

  • Bastão de vidro

  • Béquer de vidro com capacidade de 50,00 mL

  • Bureta de vidro com capacidade de 50,00 mL

  • Erlenmeyer de vidro com capacidade de 250,00 mL

  • Pera de Borracha (pipetador)

  • Pissete de Plástico

  • Pipeta Graduada de vidro com capacidade de 1,00 e 10,00 mL

  • Pipeta Volumétrica de vidro com capacidade de 5,0 e 20,0 mL

  • Proveta de vidro com capacidade de 25,00 mL

4.1 Amostras:

  • Ácido Acético (CH3COOH) – 4 %m/v

  • Hidróxido de Potássio (KOH)

4.2 Reagentes

  • Água Destilada (H2Odest.)

  • Ácido Clorídrico (HCl) 0,1075 eq.L-1

  • Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,1 eq.L-1 f = 1,043267

  • Indicador Fenolftaleína (C20H1404)

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

5. Metodologia

Entrou-se no laboratório devidamente vestido com todos os EPI’s necessários para segurança, em seguida dirigiu-se até a bancada onde foram pegas todas as vidrarias necessárias ao experimento. Logo após, lavou-se e rinsou-se de 2 a 3 vezes todas as vidrarias com água destilada e enxugou-as.

5.1) Preparação da solução de ácido clorídrico (HCl) 0,1 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 graduada de 10,00 mL, mediu-se o volume de aproximadamente 4,35 mL do ácido concentrado e despejou-o no balão volumétrico com água. Homogeneizou bem a solução e completou o volume restante quantitativamente para 500,0 mL com água destilada, sempre com constante agitação.

5.2) Aferição do ácido clorídrico (HCl) 0,1 eq.L-1:

Da solução de ácido clorídrico HCl 0,1 eq.L-1 preparada anteriormente, mediu-se com uma pipeta volumétrica de 20,0 mL, limpa e devidamente rinsada; 20,0 mL da solução de ácido e transferiu-a quantitativamente para um erlenmeyer de 250 mL. Em seguida, com auxílio de uma proveta de 25,00 mL, adicionou-se 25,00 mL de água destilada ao erlenmeyer e em seguida 3 gotas do indicador fenolftaleína. Inicialmente a solução apresentou-se com uma coloração incolor.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta, completou-se o seu volume com solução de NaOH 0,1 eq.L-1 f = 1,043267 ; ajustou-se o menisco e preencheu-se sua ponta afilada verificando se não haviam bolhas de ar.

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

5.3) Dosagem do hidróxido de potássio (KOH) – concentração desconhecida:

5.3.1) Titulação grosseira:

Mediu-se 1,00 mL da amostra com pipeta graduada de 1,00 mL e colocou-a em béquer de 50,00 mL juntamente com 2 gotas do indicador fenolftaleína e cerca de 5,00 mL de água destilada com auxilio de proveta de 25,00 mL.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta com água destilada e solução ácida, completou-se seu volume com solução de HCl 0,1075 eq.L-1 anteriormente preparado e fatorado, ajustou-se o menisco e preencheu sua ponta afilada verificando se não haviam bolhas de ar.

Titulou-se com constante agitação até a mudança de róseo para incolor e anotou-se o volume gasto para os cálculos necessários.

5.3.2) Titulação convencional:

Após cálculos necessários, com o auxílio de uma pipeta volumétrica de 5,0 mL, mediu-se o volume de 5,0 mL de solução KOH e transferiu-a quantitativamente para um balão volumétrico de 100,0 mL, completando-o até o menisco e homogeneizando-o bem.

Em seguida, com o auxílio de uma pipeta volumétrica de 20,0 mL, retirou-se três alíquotas de 20,0 mL do balão volumétrico e despejou-as cada uma em 3 erlenmeyers distintos com capacidade para 250,00 mL e, com auxilio de proveta com capacidade para 25,00 mL, colocou-se cerca de 25,00 mL de água destilada e adicionou-se 3 gotas de indicador fenolftaleína. Inicialmente a solução apresentou uma coloração rósea.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta com água destilada e solução ácida, completou-se seu volume com solução de HCl 0,1075 eq.L-1 anteriormente preparado e fatorado, ajustou-se o menisco e preencheu sua ponta afilada verificando se não haviam bolhas de ar.

Titulou-se com constante agitação até a mudança de róseo para incolor e anotou-se o volume gasto para os cálculos necessários. Repetiu-se o procedimento titulométrico por mais duas vezes.

5.4) Dosagem do ácido acético (CH3COOH) – 4%m/v:

Após os cálculos prévios para verificar se haveria necessidade ou não de diluição, constatou-se que não haveria necessidade de diluição e deu-se inicio ao procedimento.

Pegou-se o frasco amostra contendo o ácido acético e despejou-se cerca de 30,00 ml do ácido em um béquer de 50,00 ml. Com o auxílio de uma pipeta volumétrica com capacidade para 5,0 mL, transferiu-se quantitativamente 5,0 mL de ácido acético para um erlenmeyer com capacidade para 250,00 mL e, em seguida, com o auxilio de uma proveta de 25,00 mL, adicionou cerca de 25,00 ml de água destilada e 3 gotas do indicador fenolftaleína. Inicialmente a solução apresentou-se em uma coloração incolor.

Após prévia lavagem e rinsagem da bureta com água destilada e solução básica, completou-se seu volume com solução de NaOH 0,1 eq.L-1 f = 1,043267, ajustou-se o menisco e preencheu sua ponta afilada verificando se não haviam bolhas de ar.

Titulou-se com constante agitação até a mudança de incolor para róseo e anotou-se o volume gasto. Repetiu-se o procedimento titulométrico por mais duas vezes.

6. Resultados

6.1.1 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 0,5

m = 1,825 g

m = 1,825/37%

m = 4,93 g

d = m/v

1,19 = 4,93/v

v = 4,14 mL + 5%

v = 4,35 mL (medir)

6.1.2 Desvio Médio e Precisão HCl:

V1 = 20,50mL

V2 = 20,55mL  Vm = 20,51 mL

V3 = 20,50mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/20,50/ - /20,51/ /20,55/ - /20,51/ /20,50/ - /20,51/

/0,01/ /0,04/ /0,01/

Média do Desvio: (0,01+0,04+0,01)/3

Média do Desvio: 0,02

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,02 X 100)/20,51

Precisão: 0,09%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.1.3 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 x f = 0,1 x 20,51 x 1,043267

f = 1,069870

Nreal = Napa x f

Nreal = 0,1 x 1,069870

Nreal = 0,1070 eq.L-1

6.2.1) Determinação da concentração aparente de KOH:

N x V = N x V x f

N x 1 = 0,1070 x 15,00

N = 1,605 eq.L-1

6.2.2) Cálculo de diluição da amostra de KOH:

N x V = N x V

1,605 x 5 = 0,1 x V

V = 80,25 mL  *Diluir!!

N x V = N x V

1,605 x V = 0,1 x 100

V = 6,23 mL  *Pegar pipeta volumétrica de 5,0 mL!!!

6.2.3 Desvio Médio e Precisão:

V1 = 14,50mL

V2 = 14,45mL  Vm = 14,45 mL

V3 = 14,40mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/14,50/ - /14,45/ /14,45/ - /14,45/ /14,40/ - /14,45/

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

Média do Desvio: (0,05+0,00+0,05)/3

Média do Desvio: 0,03

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,03 X 100)/14,45

Precisão: 0,20%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.2.4 Cálculo da normalidade real do KOH:

N x V = N x V x f

N x 20 = 0,1 x 14,45 x 1,069870

N = 0,0773 eq.L-1*Concentração da amostra diluída!

N x V = N x V

0,0773 x 100 = N x 5

N = 1,546 eq.L-1*Concentração da amostra concentrada!

6.3.1) Dosagem do CH3COOH:

V1 = 14,50mL

V2 = 14,45mL  Vm = 14,45 mL

V3 = 14,40mL

Desvio:

/V1/ - /Vm/ /V2/ – /Vm/ /V3/ – /Vm/

/37,15/ - /37,24/ /37,25/ - /37,24/ /37,30/ - /37,24/

/0,09/ /0,01/ /0,06/

Média do Desvio: (0,09+0,01+0,06)/3

Média do Desvio: 0,05

Precisão: (Desvio X 100)/Vm

Precisão: (0,05 X 100)/37,24

Precisão: 0,13%

Resultado foi preciso pois esteve abaixo de 0,5%

6.3.2 Cálculo da normalidade real do Ácido Acético:

N x V = N x V x f

N x 5 = 0,1 x 37,24 x 1,043267

N = 0,777 eq.L-1

6.3.3 – Determinação da %m/v do Ácido Acético:

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

Vmedido

%m/v = 100 x (0,1 x 0,03724 x 1,043267) x 1 x 60

5

%m/v = 4,66%

6.3.4 Cálculo dos Constituintes do Ácido Acético:

%H+ =

% H+ =

%H+ = 0,07%

% (CH3COO)-1 =

% (CH3COO)-1 = 4,58%

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 400 mL de uma solução de HCl 0,1 eq.L-1 em um béquer com o auxílio de uma pipeta graduada de 10,00 mL, porém foi-se preparado 500 mL de HCl 0,1 eq.L-1 em um balão volumétrico com o auxílio de uma pipeta graduada de 10,00 mL. Mesmo esta diluição sendo de um padrão secundário, optou-se por fazer em balão volumétric 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 m/m do ácido acético deu 4,66% m/v, portanto próximo ao valor estimado de 4% m/v descrito pelo fabricante.

7.1) Reações Globais:

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

HCl (aq) + KOH (aq) -> KCl (aq) + H2O (l)

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) -> CH3COONa (aq) + H2O (l)

7.2) Mecanismos de Reação:

Inicio - HCl (aq) + fenol -> HCl (aq) (Incolor)

Durante - HCl (aq) + fenol + NaOH (aq) -> NaCl (aq) + H2O (l) + HCl (aq) (Incolor)

Ponto de Equivalência - HCl (aq) + fenol + NaOH (aq) -> NaCl (aq) + H2O (l) (Incolor)

Após P.E. - HCl (aq) + fenol + NaOH (aq) -> NaCl (aq) + H2O (l) + NaOH (aq) (Rosa)

Inicio - KOH (aq) + fenol -> KOH (aq) (Rosa)

Durante - KOH (aq) + fenol + HCl (aq) -> KCl (aq) + H2O (l) + KOH (aq) (Rosa)

Ponto de Equivalência - KOH (aq) + fenol + HCl (aq) -> KCl (aq) + H2O (l) (Rosa)

Após P.E. - KOH (aq) + fenol + HCl (aq) -> KCl (aq) + H2O (l) + HCl (aq) (Incolor)

Inicio – CH3COOH (aq) + fenol -> CH3COOH (aq) (Incolor)

Durante - CH3COOH (aq) + fenol + NaOH (aq) -> CH3COONa (aq) + H2O (l) + CH3COOH (aq) (Incolor)

Ponto de Equivalência - CH3COOH (aq) + fenol + NaOH (aq) -> CH3COONa (aq) + H2O (l) (Incolor)

Após P.E. - CH3COOH (aq) + fenol + NaOH (aq) -> CH3COONa (aq) + H2O (l) + NaOH (aq) (Rosa)

7.3) Processos Titulométricos:

A escolha do tipo de titulação, em princípio, é determinada em função do tipo de reação analítica entre padrão e amostra, da maneira pela qual o indicador vai reagir e da expressão do resultado. As titulações podem ser classificadas em:

  • Processo direto: quando a amostra e o padrão reagem diretamente sem interferência do indicador usado.

  • Processo inverso: quando o padrão e a amostra reagem diretamente, mas o indicador reage com a amostra, dando um produto de estrutura química inaceitável pela solução-padrão.

  • Processo indireto: a solução-padrão não reage com a solução da amostra, e desenvolve-se em duas etapas reacionais: 1º - amostra reage com um reagente auxiliar, em excesso, formando um produto de composição química definida e que guarda relação estequiométrica com a amostra (mesmo número de equivalentes); 2º - o produto obtido é titulado com a solução-padrão.

  • Processo de retorno (resto): a amostra não reage com o padrão e assim, certa massa ou volume da solução da amostra é tratada com um volume em excesso do padrão auxiliar. O volume em excesso do padrão auxiliar, é então, titulado com a solução do padrão principal. O volume do reagente em excesso adicionado no erlenmeyer, contendo a massa ou volume da amostra, menos o volume gasto do padrão é igual ao volume real que seria consumido na dosagem da amostra.

Assim, tem-se que a finalidade de uma análise é a determinação da qualidade ou composição de um material, e para que os resultados analíticos sejam válidos ou tenham significação, é essencial que se adotem processos de amostragem adequados.

Muitos dos problemas que ocorrem durante a amostragem originam-se na natureza física dos materiais a serem estudados. Há a necessidade de se garantir uma homogeneidade da amostra, que muitas vezes não é observada, causando assim, grandes variações e, consequentemente, a obtenção de informações incorretas. Para amostras líquidas e sólidas, tem-se que:

Amostras líquidas: Na maioria dos casos, a agitação e a mistura são suficientes para se garantir a homogeneidade previamente à amostragem. Quando existem fases separadas, é necessário determinar os volumes relativos de cada fase, a fim de se comparar corretamente a composição de uma fase com a outra. As fases deverão, em qualquer caso, ser amostradas individualmente, porque não é possível obter-se uma amostra representativa de materiais combinados, mesmo após uma agitação vigorosa das fases imiscíveis conjuntamente.

Amostras sólidas: São as que mais apresentam problemas, pois mesmo os materiais que superficialmente apresentem uma aparência de homogeneidade, de fato, possuem concentrações localizadas de impurezas e composição variada. O processo adotado para se obter uma amostra tão representativa quanto possível depende muito do tipo de sólido.

7.4) Titulação grosseira:

Quando não se tem informação da concentração aparente (desconhecida), é impossível determinar o volume prévio da solução-padrão, seja para dosagem direta ou para diluição. Neste caso, necessita-se a realização da chamada titulação grosseira. É uma titulação que determinará, através da equivalência química, a concentração aparente. Em seguida, o procedimento é o mesmo realizado para amostragem líquida com concentração aparente.

8. Conclusão:

Através deste experimento podemos ter contato com alguns novos conceitos e técnicas que serão muito importantes no decorrer do curso, como dosagem de uma amostra de concentração desconhecida de KOH, além de aprender a distribuir as tarefas em equipe para otimizar as análises e assim gerenciar o tempo para não precisar realizar as etapas com pressa. Ressalta-se também que os resultados obtidos foram satisfatórias, pois apresentaram concentrações próximas às esperadas, já que foi a primeira aula prática.

Conclui-se também que erro é inerente ao próprio processo de medida, isto é, nunca será completamente eliminado. Poderá ser minimizado procurando-se eliminar o máximo possível as fontes de erros acima citadas. Portanto, ao realizar medidas, é necessário avaliar quantitativamente os erros cometidos para garantir a confiabilidade dos resultados.

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.

  • KOTZ, J.C.; TREICHEL, P.M. Jr. Química Geral e Reações Químicas. Tradução da 5ª edição americana. Ed. Thomson, São Paulo, 2005. Vol. 1 p.22 e 23

  • [Silva05/2005] SILVA, J.G.C. da. Planejamento de experimentos, versão preliminar. Pelotas: Universidade Federal de Pelotas, Instituto de Física e Matemática, 2005.

9.2 Endereços Eletrônicos:

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