ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 NEUTRALIZAÇÃO: UMA REACÇÃO DE ÁCIDO‐BASE O que se pretende Determinar a concentração desconhecida de uma solução aquosa de um ácido forte por titulação com uma base forte através de dois métodos. Num dos métodos utiliza‐
se um indicador ácido‐base e no outro recorre‐se a um sistema de aquisição e tratamento de dados que permite traçar a da curva de titulação. A realização do segundo método, para além de permitir o contacto/execução de um método instrumental, tem ainda por objectivos ilustrar que a zona de viragem do indicador ácido‐base usado contem o ponto de equivalência da titulação e situa‐se no intervalo de variação brusca do pH na vizinhança do ponto de equivalência, bem como, comparar o ponto de equivalência teórico com o ponto final da titulação. Verificar significados A titulação é uma técnica de análise quantitativa na qual a quantidade desconhecida de uma substância é determinada através da reacção desta com um reagente cuja quantidade é rigorosamente conhecida. Uma titulação consiste essencialmente na medição de volumes de duas soluções que reagem completamente uma com a outra, uma das quais contém a substância a ser doseada e a outra é uma solução de concentração conhecida, sendo por isso uma técnica analítica volumétrica. No caso particular das titulações ácido‐base a reacção química que ocorre entre as substâncias que reagem é uma reacção ácido‐base. Geralmente nas titulações adiciona‐se gradualmente a solução cuja concentração é conhecida – titulante‐ a um determinado volume da solução de concentração a dosear – titulado‐. A adição de titulante ao titulado prossegue até ser atingido um ponto em que a quantidade de titulante adicionado está na proporção estequiométrica do titulado – o ponto de equivalência da titulação 1 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 Como no ponto de equivalência (teoricamente) não há excesso de nenhum dos reagentes na mistura reaccional, então: ‐a partir da volume de titulante gasto para atingir o ponto de equivalência da titulação e da sua concentração é possível determinar‐se quantidade de titulante que reagiu com o titulado. ‐ com base na estequiometria da reacção determina‐se a quantidade da substância a dosear presente no titulado. ‐ a partir do volume do titulado e da quantidade da substância a dosear presente no titulado calcula‐se a concentração da solução desconhecida. No caso da titulação de um ácido forte com uma base forte, o ponto de equivalência da mistura reaccional será neutro, pois o sal formado é neutro, e portanto o pH do ponto de equivalência à temperatura ambiente será 7. No entanto, na realidade o que se detecta experimentalmente não é o ponto de equivalência, mas sim o ponto em que ocorre uma variação brusca de uma propriedade química ou física da mistura reaccional‐ o ponto final da titulação‐ e no qual efectivamente há ainda defeito ou já há excesso de titulante. Para detectar o ponto final de uma titulação utilizam‐se substâncias ácidas ou básicas orgânicas fracas, cuja forma ácida e básica (par conjugado) possuem cores diferentes– indicadores ácido‐base. Cada indicador é caracterizado por uma zona de viragem que corresponde ao intervalo de pH onde nenhuma das cores é dominante. Um indicador será adequado para determinada titulação ácido‐base, quando a zona de viragem do indicador estiver contida no intervalo de variação brusca do pH que ocorre na vizinhança do ponto de equivalência. O ponto final da titulação pode também ser determinado através da ‐curva de titulação ‐ representação gráfica que descreve o valor do pH da mistura reaccional em função do volume de titulante adicionado. A determinação gráfica do ponto final na curva de titulação pode realizar‐se através do seguinte método – Método das tangentes‐: 1‐ Traçar duas tangentes à curva de um e outro lado da parte íngreme da curva de titulação, (A) e (B); 2 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 Fig. 1 Traçado das rectas tangentes à curva.
2‐ Traçar duas perpendiculares (B) para cada uma das rectas (A); Fig. 2 Traçado das rectas pependiculares.
3‐ Determinar os pontos médios dos segmentos de recta (AB) e (CD), e unir esses dois pontos. A intersecção da recta que une os pontos médios com curva de titulação define o ponto final. 4‐ Os correspondentes valores do volume de titulante e do pH no ponto final da titulação podem‐se ler então directamente no gráfico da curva de titulação. C
pHf D
Vf Fig. 3 Localização do ponto final na curva de titulação.
3 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 Método 1 – Titulação ácido­base usando um indicador ácido­base Lista de material e reagentes: Descrição Balão Erlenmeyer Agitador magnético e barra magnética Bureta de 25 mL Suporte Universal e garra Pipeta volumétrica de 20,00 mL Proveta 25 mL Pompete Esguicho Funil Solução aquosa de Ácido Clorídrico Água destilada Solução padrão de Hidróxido de Sódio 0,109 mol/L
Solução alcoólica de fenolftaleína Quantidade 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Procedimento 1. Medir rigorosamente com a pipeta 3 tomas de 20,00 mL de solução de HCl para cada um dos três balões de Erlenmeyer. 2. Adicionar cerca de 40 mL de água destilada a cada balão. 3. Adicionar 3 gotas de indicador a cada balão. 4. Encher a bureta, depois de devidamente preparada, com a solução padrão de NaOH e registar o volume inicial de titulante na bureta. 5. Colocar uma folha branca por baixo do erlenmeyer. Fig. 4 Montagem titulação. 6. Adicionar cuidadosamente pequenos incrementos de titulante e agitar continuamente o erlenmeyer, conforme ilustrado na seguinte figura. Fig. 5 Representação do modo como proceder à titulação. 4 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 7. Continuar a adição de titulante até que ocorra a mudança de cor do indicador presistente por agitação durante 30 s. Fig. 6 Mudança de cor do indicador. 8. Registar o volume final de titulante da bureta, atendendo aos algarismos significativos. 9. Repetir os ensaio até à obtenção de três volumes gastos de titulante concordantes (∆V ≤ 0,10 mL). 10. Lavar de imediato a bureta com água da torneira (o hidróxido de sódio ataca o vidro) Registos Volume de titulado Volume de titulante na bureta no início(mL) Volume titulante na bureta no final (mL) Volume titulante gasto na titulação (mL) Volume médio de titulante gasto na titulação (mL) Ensaio 1 20,00 0,05 Ensaio 2 20,00 0,65 Ensaio 3 20,00 2,45 18,15 18,00 18,75 18,10 18,05 20,50 18,05 Tabela 1 Registos da titulação. Cálculos 1. Cálculo da concentração do ácido clorídrico: 
Quantidade química de NaOH que reagiu com o HCl: 0,109 1,97 10 mol N OH 18,05 10
 Quantidade química de HCl no titulado: 1,97 10 mol (O HCl e o NaOH reagem na razão HC
N OH
molar 1:1)  Concentração de HCl: 0,0985 mol/dm3 5 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 Método 2 – Titulação ácido­base usando um sensor de pH e um sistema de aquisição e tratamento de dados Descrição Gobelé Agitador magnético e barra magnética Bureta de 25 mL Suporte Universal e garra Pipeta volumétrica de 20,00 mL Proveta 25 mL Pompete Esguicho Eléctrodo de pH, sensor de pH e cabo de interface USB Funil Solução aquosa de ácido clorídrico Água destilada Solução padrão de hidróxido de sódio 0,109 mol/dm3
Computador Software DataStudio Quantidade 1 1 1 1 1 1 1 1 1/1/1 1 1 1 1 1 1 Procedimento 1. Medir rigorosamente com a pipeta 1 toma de 20 mL de solução de HCl e transferir para o gobelé. 2. Adicionar cerca de 40 mL de água destilada. 3. Colocar a barra magnética no copo e ligar o agitador. 4. Ligar o cabo de interface à porta USB do computador. 5. Ligar o eléctrodo de pH ao sensor de pH. 6. Ligar o sensor de pH ao cabo de interface USB. 7. Colocar o eléctrodo de pH no copo de modo a que a barra magnética não lhe toque. 8. Encher a bureta, depois de devidamente preparada, com a solução padrão de NaOH. 9. Abrir a tabela pH vs Volume do DataStudio. 10. No ecrã do software Data Studio clicar em START. Quando o valor medido de pH estabilizar clicar em KEEP. 11. Para mudar de linha na tabela utilizar a tecla TAB. 12. Adicionar um incremento de titulante de cerca de 1 ml, aguardar que o pH medido estabelize, registar na tabela o volume total de titulante adicionado e clicar em KEPP. 13. Prosseguir conforme 10. e 11. até que o volume de titulante adicionado seja cerca de 15 mL e então diminuir os incrementos de titulante para cerca de 0.5 mL. 14. Após ocorrer uma variação brusca do pH aumentar o incremento de titulante adicionado para cerca de 1 mL. 15. Prosseguir o ensaio até que o pH se mantenha praticamente inalterável. 16. Após o final do ensaio lavar de imediato a bureta com água da torneira. 6 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 Resultados 1. Determinação gráfica do volume de titulante gasto para atingir o ponto final: Gráfico 1 Determinação gráfica do ponto final a partir da curva de titulação do HCl com NaOH. ,
2. Cálculo da concentração do ácido clorídrico:  Quantidade química de NaOH que reagiu com o HCl: N OH
17,35
10
0,109
1,89 10 mol  Quantidade química de HCl no titulado: HC
1,89
N OH
10
mol (O HCl e o NaOH reagem na razão molar 1:1)  Concentração de HCl: ,
0,0945 mol/dm3 3. Análise da selecção do indicador utilizado no método 1: A fenolftaleína é um indicador adequado para esta titulação pois a sua zona de viragem (pH entre 8,0 e 10,0) situa‐se na parte de declive máximo da curva de titulação e contem o pH do ponto final. 7 ACTIVIDADE LABORATORIAL – QUÍMICA 11.º ANO – ALQ 2.3 pH do ponto de equivalência teórico e pH do ponto final experimental: O pH do ponto no ponto de equivalência teórico é 7,0 e o pH no ponto final experimental é 6,9. 8