47030805 Relatorio de Quimica Analitica Potenciometria

Química AnalíticaPOTENCIOMETRIA

TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DO ÁCIDO FOSFÓRICO (H3PO4)

Discentes: Carolina SchneiderGabriela Bitto de OliveiraMarisa da Silva OliveiraPedro Henrique Picelli de Azevedo

Docente: Homero Marques GomesDisciplina: Química AnalíticaCurso: Engenharia Ambiental

2° ano

Presidente Prudente, 06 de novembro de 2010

UNESPFACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIAFCT – Campus de Presidente Prudente

Unesp

SUMÁRIO

1. Objetivos ........................................................................................................................................02

2. Introdução

2.1.Titulação Potenciométrica .............................................................................................. 02

2.2. Tipos de titulação potenciométrica .................................................................................03

2.3. Localização do ponto final numa titulação potenciométrica ..........................................03

2.4. Determinação Gráfica .................................................................................................... 04

3. Metodologia

3.1. Materiais utilizados

3.1.1. Vidraria e instrumental .....................................................................................05

3.1.2. Reagentes e soluções ........................................................................................05

3.2. Procedimentos experimentais

3.2.1. Titulação do ácido fosfórico utilizando indicador ...........................................05

3.2.2. Titulação potenciométrica do ácido fosfórico ..................................................05

3.2.3. Titulação potenciométrica de coca-cola ...........................................................05

4. Resultados e discussões .................................................................................................................06

5. Conclusão ......................................................................................................................................12

6. Referências bibliográficas .............................................................................................................13

Presidente Prudente, 06 de novembro de 2010 1

1. OBJETIVOS

− Demonstrar experimentalmente a técnica de titulação de ácido poliprótico;

− Demostrar a aplicabilidade da técnica em amostras nas quais a aplicação de indicadores ácido

base é impossível;

− Comparar a técnica instrumental (pHmetro) com a convencional (indicador);

− Distinguir o ponto final e o ponto de equivalência.

2. INTRODUÇÃO

2.1. Titulação Potenciométrica

Na titulação potenciométrica, também chamada de potenciometria relativa, mede-se a f.e.m.

da célula no curso da titulação. As titulações, como sabemos, são acompanhadas de variações

bruscas de concentração nas imediações do ponto de equivalência, o que provoca uma variação

brusca no potencial do eletrodo indicador e, portanto, também na f.e.m. da célula. A titulação

potenciométrica é uma técnica de localização do ponto final na análise volumétrica, aplicável

sempre que se dispuser de um eletrodo indicador para a espécie desejada. São realizadas sucessivas

medições da f.e.m. da célula, sendo cada uma delas após a adição de um certo volume de solução

titulante. A seguir relacionam-se esses potenciais com o volume de solução titulante consumida. As

medições realizadas no decorrer da titulação potenciométrica são relativas e informam sobre as

variações ocorridas no potencial da célula. Através delas, pode-se estabelecer com precisão o ponto

de equivalência que determinará a concentração da espécie sob análise.

A titulação potenciométrica é mais trabalhosa do que a técnica volumétrica com indicadores

visuais e requer equipamento especial, mas apresenta uma série de vantagens sobre a técnica

convencional:

• Maior sensibilidade, pode ser aplicada à soluções bem diluídas;

• Pode ser empregada para soluções coloridas ou turvas, pois dispensa o uso de indicadores visuais;

• Pode ser aplicada para certas reações que não disponham de indicadores visuais adequados;

• Pode-se determinar sucessivamente vários componentes;

• Pode ser aplicada em meio não aquoso;

• Pode ser adaptada a instrumentos automáticos.

Em 1955, surgiram as primeiras buretas de pistão motorizadas, permitindo a automatização


das titulações, acima de tudo com maior precisão na dosagem. As titulações potenciométricas,

atualmente, podem ser executadas manual ou automaticamente, com ou sem registro da curva.

Na titulação manual, utiliza-se um pHmetro e um conjunto de titulação, que compreende

uma bureta de pistão, montada junto com um agitador sobre uma base compacta. Esse tipo de

titulação potenciométrica requer o controle constante das diversas etapas, anotando o volume de

reagente dosado e o respectivo potencial, dados que posteriormente são utilizados para construir a

curva de titulação, de onde é calculado o volume de reagente gasto até o ponto de equivalência e a

concentração da espécie analisada.

Titulações automáticas dispensam todas as operações manuais e representam um grande

avanço sobre as automatizadas, que dependem de operações manuais e são comumente encontradas

nos laboratórios de controle de qualidade de matérias-primas ou de produtos finais, enquanto que as

titulações automáticas são empregadas na área industrial.

2.2. Tipos de titulação potenciométrica

Neste método de indicação potenciométrica, pode-se executar normalmente titulações que

envolvem reações de neutralização, precipitação (ou complexação) e de óxido-redução.

Reações de neutralização

O eletrodo indicador pode ser um eletrodo de hidrogênio, de vidro ou de antimônio; o

eletrodo de calomelano é em geral, o eletrodo de referência. A exatidão com que o ponto final pode

ser localizado potenciometricamente depende da grandeza da variação da f.e.m nas vizinhanças do

ponto de equivalência, e esta variação depende da concentração e da força do álcali. Em todos os

casos os resultados são satisfatórios exceto:

• Os que se obtêm com um ácido, ou com uma base muito fracos (K<10-8) e com soluções muito

diluídas.

• Os que se obtém com o ácido e a base, ambos fracos. Neste último caso, pode-se conseguir uma

exatidão da ordem 1% com soluções 0,1 M.

O método pode ser usado para titular uma mistura de ácidos que tem forças muito diferentes.

A primeira modificação na curva de titulação ocorre quando o mais forte dos dois ácidos for

neutralizado, e a segunda quando a neutralização estiver completa. Para este método ter êxito, os

dois ácidos, ou bases, devem ter uma diferença de força pelo menos 105 para 1.

2.3. Localização do ponto final numa titulação potenciométrica

O ponto final de uma titulação pode ser fixado através do exame da curva de titulação, pelas

curvas das derivadas, ou pelo exame do gráfico de Gran. Existem ocasiões, no entanto, em que pode

ser útil um método de detecção elétrico, simples e independente de gráficos, em especial quando se


fazem determinações de rotina. Nestes procedimentos, não se usa a combinação normal do eletrodo

de referência com o eletrodo indicador, e não há registro contínuo dos valores da f.e.m. durante a

titulação.

2.4. Determinação Gráfica

As curvas das titulações potenciométricas, isto é, o gráfico das leituras da f.e.m., contra o

volume adicionado de titulante, pode ser levantada ou pela

plotagem manual dos dados experimentais, ou pela plotagem

automática, mediante instrumentação apropriada, durante o decorrer

de qualquer titulação. Em geral a curva tem a mesma forma que a

curva de neutralização de um ácido, ou seja, é uma curva sigmóide

conforme a figura 1. O segmento central da curva aparece na figura

1.a, e é evidente que o ponto final está localizado no segmento

fortemente ascendente da curva, ou seja, se acha localizado a meia

altura do salto sobre a curva de titulação.

Para uma maior exatidão na determinação do ponto final,

emprega-se métodos geométricos para a sua determinação; são eles:

o método das bissetrizes, o método das tangentes paralelas e o

método dos círculos tangentes. A menos que a curva tenha sido

plotada automaticamente, a exatidão dos resultados de qualquer

destes métodos dependerá da habilidade com que a curva de

titulação tiver sido desenhada, pelos pontos plotados no gráfico, a

partir das observações experimentais. Por isso é usualmente preferível empregar métodos analíticos

para localizar o ponto final.


Figura 1: Determinação Gráfica

do Ponto de Equivalência

3. METODOLOGIA

3.1. MATERIAIS UTILIZADOS

3.1.1. Vidraria e instrumental:

• Béqueres;

• Bureta;

• pHmetro com eletrodo combinado;

• Agitador magnético com barra magnética.

3.1.2. Reagente e solução:

• Solução padronizada de NaOH 0,2 mol/L;

• Solução de H3PO4 aproximadamente 0,04 mol/L

• Coca-cola zero;

• Água destilada;

• Solução de fenolftaleína 1%.

3.2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.2.1. Titulação do ácido fosfórico utilizando indicador

Transferiu-se para um béquer 50,0 mL de solução de H3PO4 adicionando aproximadamente

100 mL de água destilada e gostas de fenolftaleína. O béquer foi colocado em cima do agitador

magnético com barra magnética, para que a titulação com a solução padrão de NaOH fosse

realizada até a viragem da solução de incolor para rósea. O volume resultante foi anotado para

cálculos posteriores

3.2.2. Titulação potenciométrica do ácido fosfórico

Assim como no experimento anterior, transferiu-se para um béquer 50,0 mL de solução de

H3PO4 , adicionando aproximadamente 100 mL de água destilada. O béquer foi colocado no

agitador magnético com barra magnética e o eletrodo do pHmetro foi ligado na solução. O pH

inicial foi anotado assim como todos os volumes e consecutivos pH.

3.2.3. Titulação potenciométrica de coca-cola

De início foi transferido 50 mL de coca-cola para um béquer, adicionando aproximadamente

100 mL de água. O mesmo procedimento feito no experimento anterior foi realizado neste para a

titulação da coca-cola.


4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Muitos dos ácidos com os quais trabalhamos são polipróticos, isto é, tem a capacidade de doar

mais do que um próton, e um exemplo é o ácido fosfórico. Quando o ácido fosfórico está em

solução aquosa, ele sofre as seguintes dissociações:

H3PO4 (aq) → H+ + H2PO4 (aq)

H2PO4- (aq) ↔ H+ + HPO4

2− (aq)

HPO4 2− (aq) ↔ H+ + PO4

3− (aq)

Quando o hidrogenofosfato de sódio está em solução aquosa, ocorrem as seguintes

dissociações:

Na2HPO4 (aq) → 2 Na+ + HPO 4 − (aq)

HPO4− (aq) ↔ H + + PO 4− (aq)

Quando adicionamos o hidróxido de sódio na solução, ocorrerá a neutralização das espécies

ácidas conforme equações abaixo::

(1)H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O

(2)NaH2PO4 + NaOH → Na2HPO4 + H2O

(3)NaHPO4 + NaOH → Na3PO4 + H2O

A adição sucessiva de base vai fazer com que o ácido passe a formas iônicas com cargas cada vez

mais negativas, até que surja uma espécie aniônica que não se comporte como ácido.

Durante o experimento realizamos a titulometria de neutralização e a titulação

potenciométrica. Neste segundo caso, o valor da concentração do ácido foi obtido pelo método

gráfico, através da leitura dos volumes gastos de NaOH na titulação quando são obtidos os

diferentes pontos de equivalência. Quando começamos a adicionar a base, os íons OH- reagiram

com os H+ provenientes do ácido, mas o pH apresenta pequena variação por estarmos na presença

de uma solução tampão, mas, à medida que nos aproximamos do ponto de equivalência notamos

uma variação mais brusca do pH. Prosseguindo com a titulação, houve uma nova variação brusca

nos valores de pH, correspondente a uma segunda zona tampão. Há ainda a considerar um eventual

terceiro ponto de equivalência, que corresponderia à reacção: NaHPO + NaOH (l) → NaPO + H2O,

contudo este ponto de equivalência não é tão facilmente observável, tal como o segundo.

Precisaríamos de um PH muito alto para neutralizar o terceiro H+, porém isso não pode ser

alcançado pelo método utilizado.

A titulação de um ácido poliprótico é um pouco mais complexa que o habitual uma vez que

iremos ter tantos pontos de equivalência quantas as protólises do ácido. Essa técnica consiste em

observar o aumento de pH na medida em que é adicionado o titulante, no caso, uma base forte.

Durante o processo observa-se, no gráfico de pH vs. volume de titulante, um ponto de inflexão na

curva. Este ponto de inflexão é o ponto exato em que ocorre a neutralização do ácido pela base. Por


tratar-se de um ácido poliprótico (3H+) observamos três pontos de inflexão pelos quais podemos

descobrir suas concentrações.

4.1. Titulação do ácido fosfórico utilizando indicador

H3PO4 (aq) + H2O (l) → H2PO4- (aq) + H3O+ (aq)

H2PO4- (aq) + H2O (l) → HPO4

2- (aq) + H3O+ (aq)

HPO42- (aq) + H2O (l) → PO4

3- (aq) + H3O+

H3PO4→ 3H+ + PO4-3

Foi utilizado a solução padrão de hidróxido de sódio até a viragem do indicador, que ocorre

em um PH próximo a 8,5. Com base no experimento feito com o PHmetro, observamos que no PH

de 8,5 ocorre a neutralização do segundo H+ do ácido, ou seja, quando ocorre a viragem da

fnolftaleína, foram neutralizados dois H+. Assim, o número de mols de NaOH gasto é o dobro do

número de mols do ácido, uma vez que a base reagiu numa proporção de 1:2 com o ácido:

Calculo da concentração de H3PO4 presente na amostra no ponto de viragem do

titulador:

n (NaOH) = 0,2 x 16,50.10-3 = 3,3.10-3 mol

n (H3PO4) = n (NaOH) / 2 → n (H3PO4) = 3,3.10-3 / 2 = 1,65. 10-3 mol

C = n / V → [H3PO4] = 1,65. 10-3 / 50,0 x 10-3 = 0,033 → [H3PO4] = 3,3.10-2 mol/L

4.2. Titulação potenciométrica do ácido fosfórico

Vol. de NaOH (mL) pH do H3PO4

0 1,331 1,402 1,623 1,724 1,895 2,016 2,197 2,368 2,92

8,5 4,539 5,77

9,5 6,1210 6,2811 6,5412 6,76


13 6,9814 7,1715 7,4116 7,82

16,5 8,1217 9,62

17,5 10,5218 10,85

18,5 11,0519 11,1821 11,5023 11,7030 12,1040 12,3750 12,50


Quadro 1. Volume de NaOH gastos em mL x pH da solução


0 1 2 3 4 5 6 7 8 8,5 9 9,5 10 11 12 13 14 15 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 21 23 30 40 500

2

4

6

8

10

12

14

Gráfico 2. Determinação gráfica dos pontos estequiométricos do ácido fosfórico

pH

NaOHmL

Gráfico 1. Curva de titulação do ácido fosfórico

A análise dos gráficos mostra que o primeiro ponto de equivalência (ponto de inflexão) ocorre

quando o volume de titulante é de 8,4 mL e o segundo ponto de equivalência ocorre com um

volume de 16,8 mL .

Calculo da concentração de H3PO4 no 1° ponto de equivalência, no momento em que

apenas 1 hidrogênio havia sido neutralizado:

V (NaOH) = 8,40 mL

n (NaOH) = 0,2 x 8,40.10-3 = 1,68.10-3 mol

No ponto de equivalência a estequiometria é de 1:1, então:

n (H3PO4) = n (NaOH) → n (H3PO4) = 1,68.10-3 mol

C = n / V → [H3PO4] = 1,68. 10-3 / 50,0 x 10-3 = 0,0336 → [H3PO4] = 3,36.10-2 mol/L

Calculo da concentração de H3PO4 no 2° ponto de equivalência, no momento em que o

seguindo hidrogênio é neutralizado, proporção de 1:2 :

V (NaOH) = 16,80 mL

n (NaOH) = 0,2 x 16,80.10-3 = 3,36.10-3 mol


n (H3PO4) = n (NaOH)/2 → n (H3PO4) = 3,36.10-3/2 = 1,68.10-3 mol

C = n / V → [H3PO4] = 1,68. 10-3 / 50,0 x 10-3 = 0,0336 → [H3PO4] = 3,36.10-2 mol/L

A concentração de ácido encontrada em ambos os pontos estequiométricos são iguais,

[H3PO4] = 3,36.10-2 mol/L, o que comprova a veracidade da tabela obtida na prática.

4.3. Titulação potenciométrica de coca-cola


0 3,121 4,702 5,633 6,40

3,5 6,904 8,30

4,5 9,005 9,30

5,5 10,626 10,98


7 11,348 11,579 11,7310 11,8512 12,0014 12,1316 12,2318 12,2920 12,3630 12,55


Quadro 2. Volume de NaOH gastos em mL x pH da solução de coca-cola


0 1 2 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 300

2

4

6

8

10

12

14

NaOHmL

pH

Gráfico 3. Curva de titulação do ácido fosfórico presente na coca-cola

Gráfico 4. Determinação gráfica dos pontos estequiométricos do ácido fosfórico da coca-cola

A análise dos gráficos mostra que o primeiro ponto de equivalência (ponto de inflexão)

ocorre quando o volume de titulante é de, aproximadamente, 3,75 mL e o segundo ponto de

equivalência ocorre com um volume de 5,20 mL.

Calculo da concentração de H3PO4 da coca-cola no 1° ponto de equivalência, no

momento em que apenas 1 hidrogênio havia sido neutralizado:

V (NaOH) = 3,75 mL

n (NaOH) = 0,2 x 3,75.10-3 = 0,75.10-3 mol


n (H3PO4) = n (NaOH) → n (H3PO4) = 0,75.10-3 mol

C = n / V → [H3PO4] = 0,75. 10-3 / 50,0 x 10-3 = 0,015 → [H3PO4] = 1,5.10-2 mol/L

Calculo da concentração de H3PO4 da coca-cola no 2° ponto de equivalência, no

momento em que o seguindo hidrogênio é neutralizado, proporção de 1:2 :

V (NaOH) = 5,2 mL

n (NaOH) = 0,2 x 5,2.10-3 = 1,04.10-3 mol


n (H3PO4) = n (NaOH)/2 → n (H3PO4) = 1,04.10-3/2 → n (H3PO4) = 0,52 mol

C = n / V → [H3PO4] = 0,52. 10-3 / 50,0 x 10-3 = 0,0104 → [H3PO4] = 1,04.10-2 mol/L

O resultado obtido para a concentração do ácido fosfórico nos diferentes pontos

estequiométricos é diferente, sendo de [H3PO4] = 1,5.10-2 mol/L, no primeiro ponto, e de [H3PO4] =

1,04.10-2 mol/L, no segundo ponto. Há três explicações possíveis para que isso tenha ocorrido,

sendo que elas podem se somar ou agirem isoladas: erros no momento em que a tabela foi

construída, não respeitando os pequenos intervalos de adição da solução padrão de NaOH próximo

ao ponto de equivalência, gerando, assim, um gráfico não compatível com a prática; pode haver

erros no momento de calcular o ponto estequiométrico a partir do gráfico, traçando linhas erradas e;

o ao fato dos pontos estequiométricos serem muito próximos gera um gráfico de difícil análise

devido ao pouco espaçamento de uma curva de desprotonação para a outra.


5. CONCLUSÃO

Todos os experimentos foram preprados com o mesmo volume de solução a ser titulada e com

substâncias que possuiam ácido fosfórico (H3PO4) com o intuito de comparar os resultados obtidos

a respeito da concentração desse ácido em cada uma deles. Assim, na titulação do ácido fosfórico

utilizando indicador, o resulado da concentração de H3PO4 na segunda desprotonação, já que o

indicador possui ponto de viragem proximo a esse, foi de 3,3.10-2 mol/L, na titulação

potenciométrica do ácido fosfórico, um resultado semelhante foi obtido para a [ H3PO4] na primeira

e nansegunda desprotonação, 3,36.10-2 mol/L, levando em consideração que as técnicas

potenciométricas possui maior sensibilidade, os resultados mostram que a titulação com indicador,

apesar de ser completamente manual, possui grande precisão quando feita da maneira correta.

Para os experimentos de titulação potenciométrica do ácido fosfórico na coca-cola, a

concentração de ácido encontrada na primeira desprotonação foi de 1,5.10-2 mol/L e na segunda de

1,04.10-2 mol/L, havendo uma significativa diferença entra os resultados, porém o mesmo pode ter

ocorrido devido a contrução da tabela que não permitiu a obtenção do gráfico condizente com a

prática, havendo, portanto, erro na determinação do ponto estequiométrico.

A coca-cola possui um pH inicial de 1,33 enquando a solução de ácido fosfórico tem pH de

3,12, esses dados podem ser relacionados de forma inversamente proporcional com a concentração

de ácido presente na solução, onde quanto menor o pH maior é a concentração de H3PO4, já que a

coca-cola possui concentração em torno de 1,5.10-2 mol/L enquanto a solução de ácido fosfório

3,36.10-2 mol/L.


6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

OHLWEILER, Otto Alcides. Química Analítica quantitativa. 2a. ed, volume 3, Rio de Janeiro,

Livros Técnicos e Científicos, 1976

VOGEL, A. I e outros. Análise Química Quantitativa. 5a. ed, Rio de Janeiro: Livros Técnicos e

Científicos, 1992.

HARRIS, Daniel C. Quantitative Chemical Analysis. 5a. ed, W. H. Freeman and Company, New

York, 2000.

sites:

<http://www.analiseinstrumental.hpg.ig.com.br/1s2001/3tc/f/3tc1s01f5.html> Acessado em

dezembro de 2010

<http://www.deboni.he.com.br/tq/analitica/pote.htm#23> Acessado em dezembro de 2010


http://www.analiseinstrumental.hpg.ig.com.br/1s2001/3tc/f/3tc1s01f5.html

http://www.deboni.he.com.br/tq/analitica/pote.htm#23

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