(Microsoft PowerPoint - Pr\351-lab de padroniza\347ao e volumetria

24/07/2013
Definição
TITRIMETRIA
(VOLUMETRIA)
Processo da análise química em que o teor do
analito é determinado através de uma reação
química quantitativa com uma solução padrão,
em uma técnica denominada titulação.
Volumetria
Limite de detecção - Depende da concentração dos reagentes e da
constante de equilíbrio da reação.
Exatidão – Está diretamente relacionada à pureza dos reagentes utilizados,
à seletividade da reação volumétrica e estabilidade de reagentes e
produtos.
Seletividade – Os métodos volumétricos podem ser até mais seletivos que
os métodos gravimétricos.
Tipos de volumetria
Neutralização
Precipitação
Oxirredução
Complexação
Gravimétrica
Facilidade de operação – A volumetria envolve operações simples.
Tempo – Raramente, a análise ultrapassa a uma hora, a menos que a
amostra tenha que ser submetida a um pré-tratamento demorado.
Custo – Os materiais utilizados são simples e o custo por amostra é baixo.
Métodos Clássicos
Amperometria
Métodos Instrumentais
Potenciometria
Condutometria
Coulometria
Reação Volumétrica - Métodos Clássicos
Princípio da volumetria
Ser instantânea, rápida ou passível de catalisação;
Ser expressa por uma única equação química (ideal);
no de mols do titulante = no de mols do titulado
Ser completa nas imediações do ponto de equivalência;
Indicar o seu término
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Conceitos
Volumetria de Neutralização
m( g )
MM x V ( L)
M=
Acidimetria - Utiliza uma solução ácida padrão para a
titulação de bases livres
ou as que se formaram da
hidrólise de sais de ácidos fracos.
Alcalimetria – Utiliza uma solução básica padrão para a
titulação de ácidos livres ou os que se formaram da
hidrólise de sais de bases fracas.
m
η=
MM
η = M xV
Aplicações
Os ácidos titulam bases ou sais de ácidos fracos
As bases titulam ácidos ou sais de bases fracas
Conceitos - Volumetria
“Análise quantitativa feita pela determinação do volume de
uma solução padrão (de concentração conhecida),
necessário para reagir quantitativamente com um volume
determinado da solução que contém a substância a ser
analisada.”
(Vogel)
ALGUNS EXEMPLOS:
•
•
•
•
•
Alcalinidade e acidez em águas;
=
Misturas contendo OH , CO3 e HCO3 ;
Acidez em leite e em vinagre;
Ácido fosfórico;
Nitrogênio orgânico por Kjeldahl;
Bureta. Utilizada para a adição da solução padrão
à solução da amostra
Erlenmeyer. Contendo uma quantidade precisa da
solução da amostra.
Conceitos
Solução padrão primária
massapp (volumepp)
dil.
Conceitos – Padrões primários
São substâncias com alto grau de pureza, empregada para
padronização de padrões secundários, através da titulação.
•
Deve ser fácil de obter, purificar, secar (de preferência a 110 e 120ºC)
e preservar em estado puro.
Sol. padrão primária
•
A substância
se alterar solúvel
no ar durante
a pesagem. de trabalho.
A substância
devenão
serdeve
facilmente
nas condições
•
Solução padrão secundária
A concentração real é obtida mediante análise química. Na
volumetria, a concentração real de uma solução pode ser
determinada por titulação com padrões primário ou secundário.
A substância deve poder ser testada para impurezas por ensaios
qualitativos ou outros testes de sensibilidade conhecida.
•
O padrão primário deve ter massa molecular relativa elevada para
minimizar erros de pesagem.
•
A reação com a solução padrão deve ser estequiométrica e
praticamente instantânea.
•
O erro de titulação deve ser desprezível ou poder ser facilmente
determinado experimentalmente com acurácia.
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Conceitos – Ponto de equivalência
O volume exato da solução padrão necessário para a reagir
completamente com a espécie que se deseja determinar na
amostra.
O término da titulação é detectado por meio de alguma modificação
física produzida pela própria solução padronizada (por exemplo,
mudança de coloração), ou pela adição de um reagente auxiliar
(indicador).
O final da titulação indicado pela mudança de alguma propriedade
física é chamado ponto final da titulação
O erro da titulação é a diferença entre o ponto de equivalência e o
ponto final da titulação.
Conceitos – Ponto de equivalência
Pré-requisitos a serem atendidos para as reações serem utilizadas em
análises titrimétricas:
A reação deve ser simples e poder ser expressa por uma
equação química. A substância a ser determinada deve reagir
completamente
com
o
reagente
em
proporções
estequiométricas ou equivalentes.
Deve ocorrer, no ponto de equivalência, alteração de alguma
propriedade física ou química da solução.
Deve-se dispor de um indicador capaz de definir claramente,
pela mudança de uma propriedade física ou química, o ponto
final da reação.
Solução padrão secundária
Solução padrão secundária
NaOH 0,1000 mol/L x HCl 0,1 mol/L
NaOH
M
η = M xV
Vol.
A concentração real é obtida mediante análise
química. Na volumetria, a concentração real de uma
solução pode ser determinada por titulação com um
padrão primário ou secundário.
HCl a 37%
η NaOH = η HCl
HCl
M=?
0,1000 x 25,36 = M HCl x 25,00
NaOH a 98%
HCl 0,1025 mol/L
NaOH 0,5005 mol/L
MHCl = 0,10144 = 0,1014 mol/L
Vol. inicial
Curvas de Titulação
ácido forte x base forte
NaOH(aq) + HCl(aq) = NaCl(aq) + H2O(l)
A
B
Ponto de equivalência (final teórico ou estequiométrico)
Ponto de neutralização
Ponto de Viragem (final)
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Curvas de Titulação
Curvas de Titulação
ácido forte x base fraca
base forte x ácido fraco
NH3 (aq) + HCl(aq) = NH4Cl(aq)
NaOH (aq) + HAc(aq) = NaAc(aq)
Curva de Titulação
Curvas de Titulação - Sumário
Ácido fraco + base fraca (de mesma força)
Curva de Titulação
Curva de Titulação
A = Na2CO3(aq) + HCl(aq) = NaHCO3 (aq) + NaCl(aq)
B = NaHCO3 (aq) + HCl(aq) = NaCl + CO2 + H2O
Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO2 + H2O
H2C2O4 + NaOH = NaHC2O4
NaHC2O4 + NaOH = Na2C2O4
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Curvas de titulação
Padronização Ácida
Ácidos
Vantagens
Desvantagens
HCl
- ácido forte;
- obtido como PA;
- soluções diluídas estáveis;
- a maioria dos cloretos é solúvel;
- diversos métodos de padronização
precisa;
- fácil obtenção e aquisição.
- baixo ponto de ebulição;
- baixa massa molar;
- necessita de equipamentos
de proteção individual e coletiva.
- ácido forte (primeira ionização);
H2SO4 - obtido como PA;
- fácil obtenção e aquisição.
- precipita Ca e Ba;
- a segunda ionização é
incompleta;
- necessita de EPI e EPC.
Ácidos
Vantagens
Desvantagens
HNO3
- ácido forte;
- obtido como PA;
- fácil obtenção e aquisição.
- forte oxidante;
- soluções instáveis;
- necessita uso de EPI e EPC.
HAc
- obtido como PA;
- fácil obtenção e aquisição.
- ácido fraco;
- necessita uso de EPI e EPC.
- titulações em meio não
aquoso
- difícil obtenção e aquisição;
- explosivo (MO ou substância
facilmente oxidável);
- necessita uso de EPI e EPC.
HClO4
HCl - Título (%)
Grau de pureza
PA – Ex: Pb Máx. de 0,000002 %
PRÁTICA
25
Puro – Metais pesados (Pb) ≤ 0,0001%
Ultrapuro - Pb Máx. de 0,50 ppb
30
Padronização de Ácido Clorídrico
Suprapuro - Pb Máx. de 0,001 ppm
PA - Pb Máx. de 0,01 ppm
32
Puro - Metais pesados (Pb) ≤ 0,0005 %
PA - Pb Máx. de 0,000002 %
37
Puro - Pb Máx. de 0,0001 %
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Padronização Ácida
Métodos de padronização para o HCl
Padrão Primário
HCl a 37%
HCl a 0,1 mol/L
MM g/mol
Carbonato de Sódio
Na2CO3
52,997
- secagem a 270º C;
- bastante higroscópico;
- ebulição da solução antes do
PF;
- massa molar baixa.
Bórax
Na2B4O7.10H2O
381,44
- estável como decaidratado
(recristalização);
- massa molar elevada
THAM ou TRIS
(HOCH2)3CNH2
121,12
- secagem em dessecador a
vácuo (Mg(ClO4)2);
- massa molar intermediária.
(99,5 – 99,9%)
HCl a 0,1 mol/L
HCl a 0,1055 mol/L
(solução padrão secundária)
Outras Características
Número de mols
M=
HCl 0,1 mol/L
Bórax
HCl 0,1 mol/L x Na2B4O7.10H2O
η = M xV
m( g )
MM x V ( L)
η=
m
MM
Padronização de HCl 0,1 mol/L
PROCEDIMENTO:
Reação:
Na2B4O7.10 H2O + 7 H2O = 2 NaOH + 4 H3BO3 + 10 H2O
2 HCl + 2 NaOH = 2 NaCl + 2 H2O
________________________________________________
2 HCl + Na2B4O7.10 H2O + 5 H2O = 2 NaCl + 4 H3BO3
M HCl x V HCl =
massa bórax
x2
MM bórax
no de mols do HCl = no de mols do pp
M HCl
massa bórax x 2
=
MM bórax x V HCl
01 - Lavar cuidadosamente a bureta, ambientar com duas pequenas
porções de HCl 0,1 mol/L. Preencher com a solução (retirar qualquer bolha
de ar existente);
02 – Para um erlenmeyer de 125 ou 250 mL, transferir alíquotas de 15,00
mL da solução de Na2B4O7.10H2O a 0,1 mol/L. Lembrar de ambientar
previamente a pipeta com duas pequenas porções da solução;
03 – Preparar uma “testemunha de cor” (30 mL de H2Od + 1 gota de HCl
0,1 mol/L + 1 gota de vermelho de metila);
04 - Iniciar a titulação com agitação constante. É necessário detectar o
momento de uma única gota de HCl faça com que a solução de bórax
(amarela) passe a ter um tom rosa pálido (cor da “testemunha”).
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Padronização de HCl 0,1 mol/L
05 - Realizar a titulação em triplicata, no mínimo, repondo o volume de
solução de HCl ao nível zero da bureta;
06 - No caso de haver dúvida, quanto à viragem do indicador, anotar a
leitura do volume e adicionar uma nova gota de solução de HCl. Se a
viragem já tiver ocorrido, a gota adicionada já estaria em excesso e
provocaria uma tonalidade rosa muito nítida, então se despreza esta gota
em excesso;
Padronização
Alcalina
07 - Fazer a leitura dos volumes na bureta em centésimos de milímetro,
conforme a técnica. Se o trabalho for executado com cuidado, só se deve
ter diferenças de algumas centésimas de milímetro nas várias leituras,
nunca devendo exceder 0,1 mL (método das alíquotas);
08 - Realizar os cálculos.
Bases
Vantagens
Efeito do Carbonato
Desvantagens
São higroscópicas;
NaOH
bases fortes;
KOH
reagentes PA;
Ba(OH)2
Possuem carbonatos como
impureza principal
(1 a 2 %);
NaOH + HCl = NaCl + H2O
fácil obtenção e Reagem com o CO2
atmosférico;
aquisição.
Atacam recipientes de vidro;
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl
(FF)
NaHCO3 + HCl = H2CO3 + NaCl
(AM)
CO2 + 2OH- = CO32- + H2O
Solução alcalina livre de carbonato
Padrão
Primário
Biftalato de
potássio
MÉTODOS:
Dissolução do metal em água isenta de CO2;
Solução a 50 % (NaOH);
adição de sal de bário (teste com BaSO4).
MM
(g/mol)
Outras Características
Vantagens: alta massa molar, pureza elevada,
estabilidade à secura, fácil aquisição e fácil
204,22 disponibilidade.
(KOOCC6H4COOH)
Desvantagens: sal de ácido fraco.
Vantagens: alto grau de pureza.
Ácido benzóico
(C6H5COOH)
122,12
Ácido Sulfâmico
97,09
(NH2SO2OH)
Desvantagens: ácido fraco e baixa solubilidade
em água (3,4 g/L a 25º C).
Vantagens: ácido
disponibilidade.
forte,
fácil
aquisição
e
Desvantagens: soluções aquosas instáveis e
secagem a vácuo.
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Padrão Primário
Reação
PRÁTICA
Biftalato de potássio
(KOOCC6H4COOH)
Ácido benzóico
KOOCC6H4COOH +
OH-
=
KOOCC6H4COO-
+ H2O
C6H5COOH + OH- = C6H5COO- + H2O
Padronização de NaOH 0,1 mol/L com
(C6H5COOH)
Ácido Sulfâmico
(NH2SO2OH)
NH2SO2OH + OH- = NH2SO2O- + H2O
HCl (padrão secundário)
Número de mols
M=
NaOH 0,1 mol/L
V, M = ?
HCl padronizado
M, V
HCl x NaOH
η = M xV
m( g )
MM x V ( L)
η=
m
MM
Padronização de NaOH 0,1 mol/L
PROCEDIMENTO:
no de mols do HCl = no de mols de NaOH
01 - Lavar cuidadosamente a bureta graduada e ambientá-la com duas
pequenas porções de NaOH 0,1 mol/L. Preencher com a solução (retirar
qualquer bolha de ar existente);
02 – Transferir uma alíquota de 15,00 mL da solução ácida (HCl
padronizado) para um erlenmeyer de 125 mL.
M
HCl
x V HCl = M
NaOH
x V NaOH
03 – Titular a solução ácida utilizando fenolftaleína (zona de transição:
8,0 – 10,0) como indicador de pH. A titulação deve ser interrompida no
primeiro tom de rosa, estável por 30 s.
04 – Repetir o procedimento com mais duas alíquotas da solução ácida.
Realizar os cálculos. Considere o erro analítico permitido igual a 0,5%.
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Cuidados
SOLUÇÕES ALCALINAS:
•
Devem ser preparadas com água recentemente fervida e resfriada,
utilizando uma metodologia para a eliminação do carbonato como
impureza;
•
Devem ser armazenadas em frascos plásticos de alta densidade;
•
Devem ser protegidas do CO2 atmosférico;
•
Devem ser rapidamente tituladas (gotejamento rápido);
•
Não devem ser armazenadas por mais de duas semanas.
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