UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL JATAÍ UNIDADE ACADÊMICA ESPECIAL DE CIÊNCIAS DA SAÚDE BIOMEDICINA QUÍMICA ANALÍTICA PREPARO DE SOLUÇÕES DILUÍDAS DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO E ÁCIDO CLORÍDRICO Discentes: Lucas Evangelista Marques Evelyne A. Alves Resende Docente: Prof. Dr. Gildiberto Mendonça de Oliveira Jataí, 01 de julho de 2019 1 INTRODUÇÃO Para uma melhor entendimento da realização desta prática é necessário entender alguns conceitos muito importantes presentes na química. O entendimento desses conceitos permite que haja um nível de compreensão mais adequado das reações presenciadas em laboratório. Serão abordados os conceitos de ácido e base segundo as teorias de Arrhenius e Bronsted-Lowry, bem como a definição de solvente e soluto. 1.1 ÁCIDO E BASE SEGUNDO ARRHENIUS E BRONSTED-LOWRY As definições de ácido e base foram discutidas pelos químicos ao longo de muito tempo, até que se obtivessem conceitos mais precisos. Entre as primeiras definições adequadas estava a de Svante Arrhenius, um químico sueco que disse por volta de 1884 que: 1 Um ácido é um composto que contém hidrogênio e reage com a água para formar íons hidrogênio. Uma base é um composto que produz íons hidróxido na água. Os compostos com essas características são chamados de ácidos e bases de Arrhenius. Para exemplificar pode-se citar o HCl como ácido de Arrhenius, pois ele libera um íon hidrogênio (H+) quando dissolvido em água e o hidróxido de sódio como base de Arrhenius, pois este produz íons hidróxido na solução. NH3 (aq) + H20 (l) 1,2 NH4+ (aq) + OH- (aq) O problema da teoria de Arrhenius é que ela só abrange os compostos relativos a um solvente específico, a água. Outros solventes diferentes da água foram estudas e apresentaram o mesmo padrão de comportamento ácido-base.1 Aa solução do problema na teoria de Arrhenius veio com os estudos de dois químicos, que trabalharam independentemente, mas com a mesma ideia. Thomas Lowry era inglês e Johannes Bronsted um dinamarquês, juntos ajudaram no entendimento sobre o processo fundamental de transferência de prótons de uma substância para outra, pelas propriedades de ácidos e bases. Para eles ácidos e bases eram definidos da seguinte forma: 2 Um ácido é um doador de prótons. Uma base é um aceitador de prótons. A teoria é baseada em doar ou receber prótons. Sendo assim, um ácido de Bronsted-Lowry é toda a espécie química que doa prótons. E, uma Base de Bronsted-Lowry é toda a espécie química que recebe prótons. Assim, chamamos essas substâncias de ácidos e bases de Bronsted, ou simplesmente, ácidos e bases, porque a definição de Bronsted-Lowry é comumente aceita atualmente. 2 1.2 SOLVENTE E SOLUTO Algumas misturas são compostas por partículas muito grandes, ou que não interagem entre si, sendo visíveis a olho nu, é o que chamamos de misturas heterogêneas. As misturas em que os componentes estão muito dispersos e que a composição é a mesma em toda a amostra, chamamos de mistura homogênea. 1 Composto homogêneo é o produto de uma solução. Muitos dos materiais do cotidiano são soluções, que estão bem dissolvidas. O termo dissolver é utilizado quanto ao processo de produzir uma solução. A substância da solução que está em maior quantidade é, em geral, chamada de solvente. O componente dissolvido na solução é chamado de soluto. 1,3 1.3 ALGUMAS RELAÇÕES QUÍMICAS As relações químicas são mais rotineiramente encontradas nos valores de concentração. A concentração de uma solução (mistura homogênea) é a medida da quantidade de soluto que está presente em determinada quantidade de solvente. Como as quantidades são especificadas em unidades de medida diferentes, diz-se que há tipos de concentração diferentes. 4,5 Assim, para obter o tipo de concentração que a solução apresenta, é necessário conhecer as unidades de medida do soluto e solvente. OBS.: Qualquer dado referente ao soluto será indicado pelo índice 1; para o solvente, índice 2; e para a solução, nenhum índice. 4 As principais formas e fórmulas necessárias para o cálculo do tipo de concentração envolvendo massa e volume são as seguintes: Concentração comum (C) É a modalidade de cálculo da concentração de uma solução que relaciona a massa do soluto (m1) e o volume da solução (V), como se pode ver na expressão a seguir: 4,5 C = m1 V A unidade é dada, comumente, é g/L. Isso quando a massa do soluto estiver em gramas (g) e o volume estiver em litros (L). 4,5 Densidade (d) É a modalidade de cálculo da concentração de uma solução que relaciona a massa (m) e volume (V), como se observar na expressão a seguir: 4,5 d=m V Como a massa da solução é a resultante da soma (m1 + m2) da massa do soluto e da massa do solvente (m2) e o volume da solução é resultante da soma (V1 + V2) do volume do soluto e do volume do solvente (V 2), pode-se reescrever a fórmula da seguinte maneira: 4,5 d = m1 + m 2 V1 + V 2 A unidade é dada, comumente, é g/mL. Isso quando a massa do soluto estiver em gramas (g) e o volume estiver em mililitros (mL). 4,5 Concentração molar (M) ou concentração em quantidade de matéria (molaridade) É a modalidade de cálculo da concentração de uma solução que relaciona o número de mol do soluto (n1) e o volume da solução (V), o que é possível observar na expressão a seguir: 4,5 M = n1 V OBS.: O volume da solução, na concentração em quantidade de matéria, é sempre trabalhado na unidade litro (L). 4,5 Como o número de mol do soluto é o resultado da divisão entre a massa do soluto e a massa molar do soluto (M1), tem-se: 4,5 n1 = m1 M1 Pode-se substituir o n1 na fórmula da molalidade pela fórmula dele, da seguinte forma: 4,5 M = __m1__ M1.V Título em massa (T) Título em volume é a modalidade de cálculo da concentração de uma solução que relaciona a massa do soluto (m1) com a massa da solução (m), como na expressão a seguir: 4,5 T = m1 m OBS.: O título em massa não apresenta unidade de medida por se tratar de uma divisão de massas com a mesma unidade, ou seja, anulam-se. Como a massa da solução é resultante da soma (m 1 + m2) da massa do soluto com a massa do solvente (m2), da para reescrever a fórmula do título em massa da seguinte maneira: 4,5 T = ____m1___ m1 + m 2 1.4 SOLUÇÃO ESTOQUE Em práticas laboratoriais, é muito comum o costume de economizar espaço e material, evitando desperdícios e otimizando o trabalho. Uma forma de atingir esses objetivos é a produção de solução estoque. Quando preparada a solução estoque, há uma necessidade somente de realizar sua diluição para reduzi sua concentração até a desejada. 1 1.5 A PRECISÃO DE MEDIDA DOS MATERIAIS UTILIZADOS Ao trabalhar com compostos químicos, há sempre o risco de erro. Trabalha- se com concentrações muito pequenas, massas variadas, além de soluções de diferentes molaridades. Por isso é tão importante conhecer os materiais que estão sendo manuseados. 3 Uma das práticas mais importantes antes da realização de um experimento é a aferição das vidrarias de medida de volume, como o balão volumétrico. Isso garante o máximo de precisão nos resultados obtidos. 3 Na aferição do balão volumétrico, determina-se a massa do balão volumétrico vazio e depois de cheio com água. Calcula-se a massa de água, sendo o volume água: V = m (g)__ d (g/ml) 1.6 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE NaOH E HCl Hidróxido de sódio ou, popularmente, soda cáustica, é o composto químico de fórmula química NaOH (sódio Na, oxigênio O e hidrogênio H). É uma base metálica (do metal alcalino sódio) cáustica. O NaOH não se apresenta como um sólido molecular, sendo um sólido completamente iônico, onde seus cátions sódio (Na +) e seus ânions hidróxido (OH-) ficam dispostos numa rede cristalina. O hidróxido de sódio puro e seco apresenta-se como um sólido branco quebradiço, mas a menor absorção de umidade transforma-se num sólido translúcido esbranquiçado. O ácido clorídrico é uma solução aquosa formada pela dissolução do gás cloreto de hidrogênio, HCl, e água. O HCl é um gás incolor (ou levemente amarelado) tóxico, que pode ser obtido industrialmente de duas maneiras. Uma delas é o aquecimento em altas temperaturas do gás hidrogênio e do gás cloro: H2 (g) + Cl2 (g) → HCl (g) Outra maneira é por meio da reação entre o ácido sulfúrico e o cloreto de sódio, que forma como produto, além do gás cloreto de hidrogênio, o sulfato de sódio: H2SO4 + 2 NaCl → 2 HCl + Na2SO4 Esse gás é bastante solúvel em água (cerca de 450 L de gás clorídrico por litro de água). Isso ocorre porque quando dissolvido em água, o cloreto de hidrogênio sofre ionização, ou seja, reage com a água liberando os íons H + (aq) e Cl(aq), formando o ácido clorídrico.3 2 OBJETIVO O objetivo desta experiência foi preparar soluções aquosas diluída de hidróxido de sódio, por dissolução de sólido, e ácido clorídrico por diluição de solução estoque. 3 PARTE EXPERIMENTAL 3.1 MATERIAIS E REAGENTES - Biftalato de potássio, KC8H5O4, - Borato de sódio, Na2B4O7·10H2O - Fenolftaleína, - Ácido Clorídrico, HCl - Hidróxido de Sódio, NaOH - Pipeta Graduada de 5,00 mL - Béquer, - Pipeta volumétrica, - Balão Volumétrico, - Bureta, - Erlenmeyer. 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.2.1- Aferição das vidrarias de medida de volume Antes de iniciar o experimento fez-se a aferição das vidrarias de medida de volume (pipeta volumétrica, balão volumétrico e bureta). Na aferição da pipeta, determinou-se a massa exata do béquer com volume superior ao da pipeta. Preencheu-se a pipeta com água destilada até o menisco ficar na direção da marca do volume nominal. Transferiu-se a água para o béquer e mediu-se a massa total. Subtraindo a massa do béquer da massa total, obteve-se a massa de água. Determinou-se a temperatura da água no béquer (considerada 25º C). A partir da densidade da água, naquela temperatura, determinou-se o volume exato da pipeta. Repetiu-se o procedimento por três vezes. Na aferição do balão volumétrico, determinou-se a massa do balão volumétrico vazio e depois cheio, com água. Calculou-se a massa da água, sendo o volume água igual ao calculado para a pipeta. Repetiu-se este procedimento três vezes. Na aferição da bureta, preencheu-se a bureta com água destilada até a marca de volume zero. Colocou-se um béquer sobre o prato da balança e zerou-se a massa. Transferiu o volume de água da bureta para o béquer e mediu-se a massa. A partir da densidade da água, naquela temperatura, determinou-se o volume exato da bureta. Repetiu-se o procedimento por três vezes. 3.2.2 Preparo de 100 mL de solução de hidróxido de sódio Em um béquer limpo e seco, pesou-se aproximadamente 0,4052 g de hidróxido de sódio, NaOH. Foi adicionado aproximadamente 10 mL de água destilada e com o auxílio de um bastão de vidro agitou-se a solução até que todo o hidróxido de sódio foi dissolvido. Após a dissolução, transferiu-se a solução para um balão volumétrico de 100 mL (aferido anteriormente). Lavou-se o béquer com um pouco de água destilada, utilizando o frasco lavador (pisseta), e a solução foi passada para o balão volumétrico que continha a solução de hidróxido de sódio diluída. Realizou-se este procedimento até que o volume de solução no balão volumétrico atingiu mais ou menos metade da capacidade do balão. Com a pisseta completou-se a marca do menisco, em 100 mL. Com a solução homogeneizada, tampou-se o balão. Então, foi transferida a solução diluída de hidróxido para um frasco rotulado com as seguintes informações: Nome da solução - NaOH; concentração em quantidade de matéria de (mol/L); data (15 de abril de 2019) e Nome do professor responsável (Gildiberto M. Oliveira). 3.2.3 Preparo de 100 mL de solução de ácido clorídrico Previamente preparado, dentro da capela, foi transferido aproximadamente 10 mL de solução estoque de ácido clorídrico concentrado para um béquer de 25 mL. Colocou-se água destilada até a um terço (1/3) do volume total de um béquer de 50 mL. Com o auxílio de uma pipeta volumétrica (aferida) e com o auxílio um pipetador de borracha (pêra), transferiu-se 1,00 mL de solução em estoque para o béquer contendo água destilada. Em seguida, agitou-se a solução de ácido no béquer e esperou-se o sistema resfriar. A solução foi transferida para um balão volumétrico (aferido) de 100 mL de capacidade. Lavou-se o béquer com um pouco de água destilada com o frasco lavador (pisseta), e foi transferida a solução para o balão volumétrico. Realizou-se o procedimento de lavar o bequer até que o volume de solução no balão volumétrico estivesse próximo da marca de 50 mL, sem que ultrapassado este valor. Então, com o auxílio do frasco lavador ou pipeta de Pasteur plástica, completou-se o volume até 100 mL. O balão volumétrico foi tampado e a solução agitada até ser homogeneizada completamente. Transferiu-se a solução do balão volumétrico para um béquer limpo e seco. Então, foi transferida a solução diluída de ácido para um frasco rotulado com as seguintes informações: Nome da solução – exemplo: HCl; concentração em quantidade de matéria de HCl (mol/L); data (15 de abril de 2019) e Nome do professor responsável (Gildiberto M. Oliveira). 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 PREPARO DE SOLUÇÃO DILUÍDA DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO (NaOH) Massa molecular NaOH = 40 g/mol Na (23 g/mol) + H (1 g/mol) + O (16 g/mol) Foi pesado 0,4052 g de NaOH (soluto) e diluído em 100 ml (equivalente a 0,1 L) de água destilada. Assim obtiveram-se as seguintes concentrações: Concentração Comum (C): C = m (g) V (L) C= 0,4052 0,1 C = 4,052 g/L Concentração Molar (M): M = número de mols V (L) Para tal, obteve-se o número de mols pela seguinte relação: 1 mol de NaOH X mol de NaOH 40 g 0,4052 g X = 0,01013 mols de NaOH M = 0,01013 mols / 0,1 L M = 0,1013 mols/L de NaOH 4.2 PREPARO DE SOLUÇÃO DILUÍDA DE ÁCIDO CLORIDRÍCO (HCl) Massa molecular HCl = 36,5 g/mol H (1 g/mol) + Cl (35,5 g/mol) A partir de uma concentração de solução estoque de HCl com densidade (d) = 1,18 g/mL, fez a seguinte relação: 1 mL 1,18 g 1000 mL 1180 g, do qual 37% é HCl (informação fornecida em aula) Logo, 0,37 x 1180 g = 436,6 g de HCl em 1000 mL de solução Assim foi feito os seguintes cálculos, Concentração é dada por: Ci x Vi = Cf x Vf 0,4366 x 1 = Cf x 100 Cf = 0,4366 100 Cf = 4,36 x 10-3 g/mL Concentração Molar (M): M = número de mols V (L) Uma nova relação foi montada, onde: 1 mol de HCl X mol de HCl tem 36,5 g vai ter 4,36 x 10-3 g X = 1,196 x 10-4 mols de HCl em 100 mL M = 1,196 x 10-4 mols 0,1 L M = 0,0012 mols/L de HCl 5 CONCLUSÃO As concentrações finais obtidas foram M = 0,101 mols/L para NaOH e M = 0,0012 mols/L para HCl. Esses resultados são importantes para o possível preparo de novas soluções ou realização de experimentos posteriores. A prática de preparo de soluções se faz necessária, há no cotidiano biomédico uma vasta empregabilidade e usabilidade de seus conceitos técnicas. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ATINKS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Tradução técnica: Ricardo Bicca de Alencastro. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. 2. ATINKS, P.; PAULA, J. Físico-química: fundamentos. Tradução: E. C. Silva, O. E. 3. BETTELHEIM, F. A.; et.al. Introdução à química geral, orgânica e bioquímica. Tradução: M. C. Silva, G. C. A. 9. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2012.Barcia. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 4. ROCHA FILHO, R. C.; SILVA, R. R. Introdução aos cálculos da química. São Paulo : McGraw-Hill do Brasil, 1992. 5. SILVA, R. R.; BOCCHI, N.; ROCHA FILHO, R. C. Introdução à química experimental. São Paulo : McGraw-Hill do Brasil, 1990.
