Condutimetria e Titulações Condutimétricas

Condutimetria e Titulações

CondutimétricasAluna: Natacha Cacita

Responsável: Prof. Dr. José F. de Andrade

2

Métodos Eletroanalíticos

Têm em geral certas vantagens relativamente a outros métodos instrumentais

As medidas eletroquímicas são na sua maioria específicas para um determinado estado de oxidação de um elemento

O equipamento é relativamente pouco dispendioso

3

Tipos de Células Eletroquímicas

Células galvânicas: as reações ocorrem espontaneamente e a célula produz energia elétrica

Célula eletrolítica: consome energia elétrica, fornecida exteriormente por uma fonte de alimentação (power supply), de forma a ocorrerem as reações pretendidas

4

A migração de íons dos eletrodos e para estes, constituí o fluxo da corrente elétrica através da solução

As espécies iônicas em solução são transportadas para a superfície dos eletrodos através de 3 mecanismos (convecção, migração e difusão) que dão origem a 3 tipos de correntes

5

Tipos de correntes

Corrente de convecção: é o movimento dos íons através da solução provocado por agitação mecânica ou térmica

Corrente de migração: é o movimento dos íons através da solução como resultado da atração eletrostática entre estes e os eletrodos

6

Corrente de difusão: é o movimento dos íons por um gradiente de concentração iônica entre a superfície do eletrodo e o seio da solução; › ou seja, devido ao gradiente de

concentração os íons e as moléculas movem-se do local onde a concentração é mais elevada (seio da solução) para o local onda a concentração é menor (superfície do eletrodo)

7

8

Condutimetria

A grandeza medida é a condutância (ou condutividade elétrica) de uma solução

Traduz a maior ou menor facilidade com que uma solução conduz corrente elétrica

9

Tipos de condutores

Metálicos – a corrente é assegurada por um fluxo de elétrons

Eletrolíticos – a corrente é assegurada por um fluxo de íons

Condutores

10

Tanto para condutores metálicos como para eletrolíticos, verificam-se as leis de Ohm

A resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material do qual ele é feito

Para cada temperatura é constante o potencial aplicado (E) e correspondente valor de corrente (I)

11

Condutância

É o inverso da resistência

Ω -1

12

Na condutimetria a grandeza medida á a condutância

Utiliza-se corrente alternada Não existem reações eletródicas Não há variação da concentração

iônica junto aos eletrodos Não há correntes de difusão

13

Fatores que interferem na condutividade específica e condutância de uma solução

Concentração iônica: a condutância e condutividade específica aumentam linearmente com o aumento da concentração iônica, pois o número de íons por unidade de volume aumenta

Tipo de íon em solução: íons mais condutores aumentam a condutividade

14

Temperatura: com o aumento da temperatura a energia cinética dos íons aumenta, aumentado sua mobilidade e consequentemente aumentado a condutância e condutividade específica

15

Célula Condutimétrica

Formada por duas lâminas de Pt de igual tamanho e forma, mantidas a uma distância fixa entre si e revestidas na face interior por um fina camada de negro de platina, este serve para aumentar a área dos eletrodos de modo a diminuir os efeitos de polarização quando da passagem da corrente elétrica

16

Constante da Célula

É uma grandeza característica de cada célula

Com o uso o valor da constante da célula tende a aumentar pois a área dos eletrodos diminui ligeiramente, devido a desagregação do negro de platina da superfície dos eletrodos

d = distância dos eletrodosA = área dos eletrodos

17

Métodos de Análise Condutimétrica

Existem dois tipos de análises condutimétricas: Condutimetria Direta e Titulação Condutimétrica

Nas Titulações condutimétricas segue-se a variação da condutância da solução em estudo à medida que ocorre uma reação química

Na Condutimetria direta a análise é feita sem reação química

18

Limitações e Aplicações da Condutimetria Direta

As medidas não são seletivas, pois qualquer íon contribui para a condutância.

Determinação da pureza da água destilada

Determinação da acidez real das salmouras ácidas

Determinação da salinidade da água do mar em oceanografia

19

Titulações condutimétricas

Segue-se a variação da condutância da solução em análise à medida que o reagente titulante é adicionado

20

O gráfico corresponde a duas retas com inclinações diferentes

Quando extrapoladas para o ponto de encontro fornecem o ponto de equivalência da titulação

21

As titulações condutimétricas permitem a determinação da concentração de um íon em solução

1° Ramo: Reação química e substituição dos íon em solução (íon do titulado pelo íon do titulante)

2° Ramo: Excesso de titulante

22

Vantagens

Não necessitam de indicador corado Permitem a localização do ponto final

mesmo em soluções coradas, fluorescentes ou turvas

Podem-se obter pontos de equivalência sucessivos de diferentes componentes em uma mistura

Podem-se realizar titulações em meio não aquoso

23

Causa de Erro Aumento de volume causado pela

adição de titulante

Va=volume inicial de tituladoVb=volume de titulante adicionado

Para minimizar erro: Utilizar titulado muito diluido Titulante 10 a 20 vezes mais

concentrado que o titulado

24

Titulação condutimétrica de ácidos/bases fortes

1° Ramo:

Substituição do H+ pelo Na+ G diminui

2° Ramo: excesso de íons Na+ e OH- G aumenta

25

Contribuição individual dos íons para a condutância total da solução

26

Ácido Forte/ Base Fraca 1° Ramo:

Substituição do H+ pelo NH4+ G diminui

2° Ramo:

G constante

27

Ácidos/Bases Fracas

1° Ramo:

Substituição H+ pelo Na+ G diminui

2° Ramo: excesso íons Na+ e OH- G aumenta

28

Curvas de Titulações Condutimétrica de vários ácidos com uma base forte

29

Mistura de ácidos ou bases

1° Ramo:

Substituição H+ pelo K+ G diminui

2° Ramo: G aumenta

3° Ramo: Excesso de íons K+ e OH- G aumenta

30

Titulações Condutimétrica de Precipitação

Principais fontes de erro› Adsorção do precipitado nas paredes do

eletrodo› Reação cineticamente lenta podendo levar

à precipitação incompleta Antes do ponto de equivalência

31

Após o ponto de equivalência:› A condutância aumenta invariavelmente› São possíveis três tipos de curvas:

32

Aplicação: Determinação do teor de água em etanol

Para a avaliação do teor de água em etanol foi utilizada a técnica condutimétrica,

O método consistiu em saturar misturas previamente preparadas de etanol e água com cloreto de sódio (NaCl) e a partir da condutividade, estabelecer uma relação com o teor de água da mistura.

33

A condutividade elétrica do sistema etanol-água foi obtida para diferentes teores de água em peso (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12 %) e

Diferentes temperaturas (15, 25, 35 e 45 ºC).

Para isso, foram preparadas soluções em triplicata, contendo 5 g de NaCl e 220,5 mL de etanol anidro.

As soluções foram preparadas em um reator encamisado com temperatura controlada

34

Em seguida, por meio de uma bureta, foram adicionadas quantidades exatas de água deionizada para compor as soluções com as 14 concentrações desejadas para cada temperatura e cada repetição.

A cada 1 % de água adicionada, registrou-se a condutividade elétrica

35

A adição de sal ao etanol aumenta sua condutividade de aproximadamente 10 μS cm-1

para cerca de 200 μS cm-1 como pode ser observado no gráfico, no ponto

em que o teor de água é zero.

36

Esse aumento pode ocorrer tanto devido a fraca dissolução do sal em etanol, liberando íons isolados, quanto à formação de íons triplos, que podem se apresentar na forma de NaCl2 - ou como Na2Cl+ , visto que a constante de formação é igual para ambos

37

As curvas em diferentes temperaturas permitiram avaliar a influência da temperatura na condutividade da mistura.

O aumento da temperatura da mistura etanol-água implica em aumento da condutividade da solução

38

Este comportamento é esperado, pois o aumento da temperatura reduz a viscosidade do líquido, facilitando a mobilidade dos íons na mistura.

Além disso, o aumento da temperatura aumenta também a energia cinética dos íons, intensificando o movimento dos mesmos e, por consequência, facilitando a condução de corrente no meio.

39

40

Referências Bibliográficas Gonçalves, Maria de Lourdes; “Métodos

Instrumentais para análise de soluções”, 4ª edição, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2001.

Skoog; West; Holler; “Analytical Chemistry”, 7th edition, Saunders College Publishing, USA, 2000.

Harris, Daniel; “Quantitative Chemical Analysis”, W. H. Freeman and Company”, 6th edition, New York, 2003.

Leão et al, Gl. Sci. Technol., 03, 19 – 29, 2010.