Aula 8 quimica analitica

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aula de química analítica pratica e soluções

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Aula 8 quimica analitica

  1. 1. Programa Resumido (metade) “A8” • Conceitos básicos sobre equilíbrio químico • Ácidos e bases: Arrhenius, Bronsted-Lowry, Lewis • Equilíbrio químico em solução aquosa de ácidos e bases: pH ácidos e bases fracos soluções mistas e tampões titulações ácido-base equilíbrios de solubilidade
  2. 2. A ação do tampão quando uma base forte é adicionada
  3. 3. Titulações Titulação é uma das técnicas universais de química e geralmente usada para determinar a concentração de um soluto. Tipos: ácido-base ou redox (reação entre um agente redutor e um agente oxidante. A titulação envolve a adição de uma solução chamada titulante por meio de uma bureta, em um frasco contendo a amostra, chamada de analito. No ponto estequiométrico (ponto final) o número de mols de OH- (ou H3O+) adicionados como titulante é igual ao número de mols de H3O+ (ou OH-) inicialmente presentes no analito. O sucesso da técnica depende da nossa habilidade em detectar esse ponto final. Um gráfico do pH do analito em função do volume do titulante adicionado durante a titulação é chamado curva de pH
  4. 4. Variação do pH durante uma titulação ácido-base fortes
  5. 5. As titulações ácido forte-base forte Neste caso, o ponto final corresponde a pH = 7,0 e a curva sofre um decréscimo repentino do pH passando pelo valor 7 (figura). Um indicador que mude sua cor neste ponto é muito útil mas é conveniente continuar as adições para ver o resto da curva. Já no caso oposto (titulação de um ácido forte com uma base forte) a resposta é uma imagem especular da anterior (figura) Na titulação de um ácido forte com uma base forte, ou uma base forte com um ácido forte, o pH muda lentamente no início e depois muda rapidamente passando por pH = 7 no ponto estequiométrico (ou ponto final ou ponto de equivalência), e então, novamente, muda lentamente. Exercício: Calcule pontos na curva de pH para uma titulação ácido forte-base forte.
  6. 6. As titulações ácido forte-base fraca e vice-versa Essas titulações são normalmente conduzidas em uma solução que contém um ácido ou uma base fraca e a outra que contém uma base ou um ácido forte. As curvas correspondente se encontram no Figura a seguir. A principal característica a ser destacada é que, neste caso, o ponto final ou estequiométrico não ocorre em pH = 7 (pois já vimos antes que o pH de uma solução de um sal formado por um ácido fraco e base forte – o vice-versa – não é 7 !!) Uma regra empírica é que uma base forte domina um ácido fraco; assim, uma solução de um sal de uma base forte e um ácido fraco é básica. Adicionalmente, a variação do pH não é tão abrupta nestes casos Regra: ácidos fracos não são titulados com bases fracas (e vice-versa) porque o ponto final não é nítido. Exercício: Calcular ponto final ácido acético + hidróxido de sódio
  7. 7. Variação do pH durante uma titulação de ácido fraco com base forte e vice-versa
  8. 8. O pH de soluções de sais – Exemplo (lembrete) exemplo: uma solução 0,3 M de acetato de sódio tem pH ~ 9,0 !! H2O (l) + CH3COO- (aq)  CH3COOH (aq) + OH- (aq) (0,3 – x) (x) (x) [ ][ ] K - 14 [ ] 10 K CH COOH OH = = = ´ 1,0 10 - - = ´ 3 5,6 10 5 b CH COO K 3 ´ 1,8 10 - - w a No equilíbrio: [CH3COO-] = 0,30 – x; [CH3COOH] = x; [OH-] = x 5,6 x 10-10 = x2 / 0,30 – x  x = 1,3 x 10-5 pOH = - log (1,3 x 10-5) = 4,98 pH = 14,00 – 4,98 = 9,11 Um cálculo análogo pode ser feito no caso de um sal de um ácido forte com uma base fraca (ex. cloreto de amônia) usando, como neste caso, as concentrações no equilíbrio
  9. 9. Determinação do pKa de um ácido fraco durante uma titulação com uma base forte Já sabemos como estimar o pH do analito inicial quando somente um ácido fraco está presente (ponto A da Figura 11.6), e o pH do ponto de equivalência (ponto S). Outros pontos correspondem a uma solução mista de algum ácido fraco e seu sal com base forte. Bem depois do ponto estequiométrico o pH depende somente da concentração da base forte em excesso. A concentração do sal também presente não tem quase efeito nesse valor. As mudanças no pH da solução durante a titulação de um ácido fraco por uma base forte estão resumidas na Figura 11.8 (depois) Na metade do percurso ao ponto estequiométrico, o pH é igual ao pKa do ácido. O pH é maior do que 7 no ponto estequiométrico da titulação de um ácido fraco com uma base forte.
  10. 10. Determinação do pKa de um ácido fraco durante uma titulação com uma base forte
  11. 11. Titulador automático
  12. 12. Indicadores ácido-base (para Titulãções) O método mais simples, confiável e rápido para se determinar o pH de uma solução e de acompanhar uma titulação é usar um pHmetro (já mostrado). Esse aparelho monitora a [H3O+] de forma contínua usando um eletrodo especial (eletrodo combinado de vidro). Mas é caro !! Uma técnica mais simples, mas que ainda se utiliza, e observar a mudança de cor de um indicador apropriado que foi adicionado à solução durante a titulação. Um indicador ácido-base é um corante, solúvel em água, cuja cor depende do pH do meio. Isto porque se trata de um ácido fraco que tem uma cor na sua forma ácida (HIn) e outra na sua forma base conjugada (In-). A [H3O+] determina a posição de equilíbrio desse sistema e, com isso, a cor resultante. HIn(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + In-(aq)  KIn = [H3O+] [In-] / [InH]
  13. 13. Indicadores ácido-base (para Titulãções) HIn (aq) + H2O (l)  H3O+ (aq) + In- (aq)  KIn = [H3O+] [In-] / [InH] O ponto final de uma titulação é aquele no qual as concentrações das formas ácidas e básicas do indicador são iguais: [In-] = [InH]. Substituindo na expressão para KIn, vemos que, no ponto final, [H3O+] = KIn. Isto é, a mudança de cor ocorre quando  pH = p KIn De fato, a cor comeca a mudar preceptivelmente em torno de 1 unidade de pH antes do pKIn e é completada efetivamente em torno de 1 unidade de pH após pKIn . A tabela 11.2 fornece os valores de pKIn para alguns indicadores comuns. Por exemplo, a fenolftaleína não tem cor na forma ácida enquanto que sua forma conjugada é rosa (efeitos eletrônicos)
  14. 14. Exemplo da resposta de um Indicador
  15. 15. Tabela de Indicadores com os pKIn
  16. 16. A escolha do Indicador adequado É importante selecionar um indicador com um ponto final próximo ao ponto estequiométrico da titulação (Figura 11.12). Na prática, o pKIn do indicador deveria estar em torno de 1 unidade de pH do ponto estequiométrico da titulação. A fenolftaleína pode ser usada em titulações com um ponto estequiométrico próximo de pH = 9 (ex. ácido fraco – base forte) O alaranjado de metila muda de cor entre pH = 3,2 e pH = 4,4 e pode ser usado na titulação de base fraca com ácido forte. Para ácido forte – base forte o ideal é um indicador com ponto final próximo a pH = 7, mas como o pH muda abruptamente até mesmo a fenolftaleína pode ser usada. Ver faixas na Tabela 11.2 Indicadores ácido-base são ácidos fracos que mudam de cor próximo a pH = pKIn ; o indicador escolhido deve ter seu ponto final próximo ao ponto estequiométrico da titulação

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