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DEPARTAMENTO DE QUÍMICA FACULDADE DE FILOSOFIA, CIÊNCIAS E LETRAS DE RIBEIRÃO PRETO – USP APOSTILA DE FUNDAMENTOS DE QUÍMICA EXPERIMENTAL 2º semestre de 2017 Docentes responsáveis Profa. Dra. Daniela Gonçalves de Abreu Profa. Dra. Glaucia Maria da Silva Técnicos Rodrigo Ferreira Silva Vinícius Palaretti Ribeirão Preto – SP

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - edisciplinas.usp.br · sacos de lixos, sacolas plásticas, compostas por PEDB - Polietileno de Baixa Densidade, conhecido como plástico-filme, autorizando

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DEPARTAMENTO DE QUMICA FACULDADE DE FILOSOFIA, CINCIAS E LETRAS DE RIBEIRO PRETO USP

APOSTILA DE FUNDAMENTOS DE QUMICA EXPERIMENTAL

2 semestre de 2017

Docentes responsveis Profa. Dra. Daniela Gonalves de Abreu

Profa. Dra. Glaucia Maria da Silva

Tcnicos Rodrigo Ferreira Silva

Vincius Palaretti

Ribeiro Preto SP

Sumrio

Experimento 08 Reaes qumicas ............................................................................................... 1

Experimento 09 Dissociao eletroltica e Reaes redox ........................................................... 7

Experimento 10 pH: indicadores e tampes .............................................................................. 15

Experimento 11 - Titulao de solues ....................................................................................... 27

Experimento 12 Equilbrio qumico ............................................................................................ 35

Experimento 13 - Termoqumica ................................................................................................... 42

Experimento 14 - Cintica Qumica ............................................................................................... 49

1

Experimento 08 Evidncias de reaes qumicas

Este experimento foi adaptado a partir de trechos de livros do Grupo de Pesquisas em Educao Qumica (GEPEQ), artigos da Qumica Nova na Escola, apostila de Qumica Analtica

Qualitativa utilizada em nossa Instituio e site: http:/www.usp.br/qambiental/

1. INTRODUO Desde a Pr-histria o homem vem observando as transformaes qumicas que ocorrem no ambiente. So mudanas que, atualmente, podemos classificar como sendo qumicas e fsicas e, supomos que essas observaes foram sustentando criaes e descobertas. O homem, casualmente, descobriu o fogo e essa reao da combusto lhe trouxe muitos benefcios como proteo contra o frio, preparo de utenslios domsticos (cermica) e coco de alimentos, proporcionando, dessa forma, uma vida mais saudvel e com maior comodidade. Ao longo do tempo, as reaes qumicas proporcionaram muitos avanos para a humanidade, como por exemplo: descoberta do vidro, metalurgia (Era dos metais, Idade do bronze, Idade do ferro, Revoluo Industrial), utilizao de tintas e pigmentos desde os povos egpcios, na alquimia, dentre outros. Atravs de muitos estudos, constatou-se que, para saber se uma reao qumica ocorreu ou no, preciso observar algumas evidncias de reao. As evidncias mais comuns so:

o Mudana de cor; o Formao de gases; o Formao de produtos com diferentes solubilidades (precipitados); o Liberao ou absoro de energia (reao exotrmica ou endotrmica); o Consumo de parte de reagentes.

2. OBJETIVO Discutir as evidncias de reaes qumicas vinculando-as a questes relacionadas ao meio ambiente baseando-se nessas evidncias, alm de refletir sobre as aes individuais que podem contribuir ou prejudicar o meio ambiente. 3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Simulando chuva cida

Sabemos que o pH da gua pura 7,0. Porm, quando o dixido de carbono (CO2) presente na atmosfera se dissolve na gua, ocorre a formao do cido carbnico (H2CO3), e, portanto, o pH da gua em equilbrio com o CO2 atmosfrico de 5,6. Apesar da chuva em equilbrio com o gs carbnico j ser cida, s dizemos que a chuva tem um excesso de acidez quando seu pH for menor que esse valor. O dixido de enxofre (SO2) o responsvel pelo maior aumento na acidez da chuva. Este produzido diretamente como subproduto da queima de combustveis fsseis como a gasolina, carvo e leo diesel. 3.1.1 Materiais Vidrarias: 1 bquer, 1 vidro de relgio e uma proveta de 50 mL; 1 pipeta de Pasteur, 1 lpis, fsforo e 4 fitas de papel tornassol azul (~ 3 cm cada uma); Reagentes: enxofre em p (1 esptula cheia), 2 ptalas de flor colorida e 2 pedaos de fios de cobre (~ 15 cm cada um). 3.1.2 Procedimento

2

1. Coloque uma fita de papel tornassol e uma ptala de flor na parte de dentro da tampa do vidro. Utilizando a colher de plstico, polvilhe um pouco do enxofre em p sobre a fita e sobre a ptala (no utilize todo o enxofre, apenas o suficiente para manchar parte do papel tornassol e da ptala de flor). Anote suas observaes na tabela de resultados. 2. Coloque cerca de 5 cm de gua da torneira no vidro, e com o auxlio da colher (limpa), retire um pouco de gua e coloque sobre o enxofre que est sobre a ptala e o papel tornassol. Observe o que acontece com a gua em contato com o enxofre, e se houve alterao na cor do papel tornassol e na ptala. Anote suas observaes. 3. Pegue uma nova fita de papel tornassol e o umedea com gua. Anote suas observaes. 4. Monte o seguinte esquema: coloque em uma das extremidades do fio de cobre uma nova ptala e um pouco separado coloque um novo papel tornassol azul. Na outra extremidade do fio, faa um pequeno gancho e pendure por dentro do bquer de 100 mL que j tem um pouco de gua. Tome cuidado para que a ptala ou fita no entrem em contato com a gua. Veja a ilustrao.

5. Pegue o outro fio de cobre e enrole parte deste na ponta do lpis, formando um pequeno cone de cerca de 1 cm. Faa um pequeno gancho na outra ponta do fio, retire o lpis e encha o cone com enxofre em p, com cuidado (use a colher). Pendure o fio de cobre por dentro do bquer (sem atingir a gua). 6. Posicione um fsforo aceso abaixo do cone para iniciar a queimar o enxofre e rapidamente retire o fsforo e tampe o bquer com o vidro de relgio. Observe se o enxofre est realmente queimando. Aguarde 5 minutos e anote na tabela de resultados se houve mudana na colorao do papel e da ptala. 7. Retire os fios de cobre de dentro do bquer rapidamente. Feche o vidro e agite a soluo cuidadosamente. 8. Umedea nova fita de papel tornassol na gua e anote suas observaes. PS. O papel tornassol azul permanece azul em meio neutro e bsico e se torna rosa em meio cido. Tabela de resultados:

Sistema Observaes

Ptala + enxofre em p

Papel tornassol + enxofre em p

Ptala + enxofre em p + gua

Papel tornassol + enxofre + gua

3

Papel tornassol + gua

Dixido de enxofre + ptala

Dixido de enxofre + papel tornassol

Dixido de enxofre + gua

3.1.3 Questes para discusso 1. Por que no h alterao na cor da ptala ou do papel tornassol no contato com enxofre em p e com a gua? 2. Escreva a equao da reao de combusto do enxofre e a reao do gs produzido com a gua. 3. Por que, aps a combusto do enxofre, a ptala e o papel tornassol mudam de cor? 4. Por que a gua do experimento se tornou cida? 5. O que vem causando o excesso de acidez na chuva de grandes cidades? 6. Cite um problema ambiental e um problema de sade humana que pode ocorrer devido a emisso de dixido de enxofre na atmosfera. 7. Qual a equao que descreve a neutralizao do excesso de acidez na chuva pela presena de calcrio no solo? 8. O que pode ser feito em termos de governo federal para diminuir a acidez, ou a poluio da atmosfera como um todo? E em termos de prefeitura? E voc? O que voc pode fazer para contribuir para minimizar a sua emisso de contaminantes para a atmosfera?

3.2 Efeito Estufa

Gases como o gs carbnico (CO2), o metano (CH4) e o vapor d'gua (H2O) funcionam como uma cortina de gs que vai da superfcie da Terra em direo ao espao, impedindo que a energia do sol absorvida pela Terra durante o dia seja emitida de volta para o espao. Sendo assim, parte do calor fica aprisionado prximo da Terra (onde o ar mais denso), o que faz com que a temperatura mdia do nosso planeta seja em torno de 15 C. A esse fenmeno de aquecimento da Terra d-se o nome de efeito estufa. A grande preocupao com o aumento do efeito estufa devido ao fato da alta emisso de gases como gs carbnico, metano e xido nitroso para a atmosfera. 3.2.1 Materiais Comprimido efervescente que contenha bicarbonato de sdio; bquer de 100 mL; balana semi-analtica e gua. 3.2.2 Procedimento 1. Coloque 50 mL de gua no bquer; 2. Pese o conjunto bquer, gua e comprimido (ainda dentro do envelope) e anote essa massa, que ser posteriormente chamada de massa inicial (mi); 3. Transfira o comprimido para o bquer e certifique-se de que no restou nem mesmo uma pequena parte no envelope. 4. Aguarde o final da efervescncia e pese novamente o conjunto, incluindo o envelope vazio, e anote essa massa. Esta ser posteriormente chamada de massa final (mf). 3.2.3 Questes: 1. Qual a massa do conjunto (bquer + gua e comprimido ainda dentro do envelope) antes do comprimido ser aberto? 2. Qual a massa do conjunto aps a adio do comprimido? 3. A massa antes e depois da reao a mesma? Por qu?

4

4. Qual evidncia de reao qumica voc constatou? 5. Escreva a reao qumica ocorrida. 6. Qual gs foi liberado? Qual a reao desse gs com o meio ambiente? 7. Em quais outros processos (naturais ou artificiais) o CO2 pode ser gerado? 8. Voc acha que existem atitudes que voc faz no dia-a-dia que contribuem para o aumento da emisso de CO2? Aponte-as. 9. Existe alguma relao entre o consumismo e a gerao de CO2? Qual?

3.3 Plstico biodegradvel e lixo NO SER REALIZADO

No dirio da assemblia Legislativa n. 124 DOE de 05/07/2007, O projeto de lei n. 664, Fica estabelecido, no mbito do Estado de So Paulo, a proibio da comercializao e uso de sacos de lixos, sacolas plsticas, compostas por PEDB - Polietileno de Baixa Densidade, conhecido como plstico-filme, autorizando somente a comercializao e utilizao de sacolas, sacos de lixo e outros, derivados de tecnologia em plstico oxi-biodegradveis ou biodegradveis. Este projeto tem o objetivo especifico de substituir progressivamente, proibio escalonada em 03 anos, o plstico convencional, nos diversos produtos em que utilizado, por plsticos oxi-biodegradveis ou biodegradveis. A prioridade para a substituio deve ser dada aos plsticos de maior produo e ao consumo e que so considerados os maiores poluidores, porque normalmente no so reaproveitados. 3.3.1 Materiais Soluo 4% (p/p) de amido de amaranto; glicerol plastificante; bquer encamisado; Bquer de 20 mL; bquer de 200 mL; basto de vidro; bquer encamisado; placas retangulares de acrlico; fita crepe agitador magntico; Banho trmico 80 C; incubadora BOD Modelo MA-415 UR (Marconi). 3.3.2 Procedimento 1. Pese 4 g de amido e dilua em 95 g de gua. Deixe esta soluo agitando vigorosamente por 10 minutos. 2. Pese 0,88 g de glicerol e dilua-o em 5 mL de gua (aquea um pouco para que a dliuio ocorra mais facilmente); 3. Deixe a soluo com amido de amaranto homogeneizado num agitador magntico por 15 minutos e, em seguida, aquea em banho trmico numa temperatura de 80 C mantendo agitao suave para evitar a formao de bolhas. 4. Adicione glicerol pastificante e mantenha a temperatura constante (80 C) por 15 minutos. 5. Espalhe a soluo formadora do filme em placas retangulares de acrlico. OBS: para a placa pequena, pesar 20 g; para a mdia, 40 g; e a placa grande, 80 g. 6. Submeta essas solues filmognicas a desidratao em incubadora equipada com sistema de controle de temperatura e umidade relativa por aproximadamente 4 h.

5

R

3.3.3 Questes 1. O experimento realizado uma forma de produzir as sacolas plsticas de supermercado. Essas sacolinhas so chamadas de oxi-biodegradveis, ou seja, elas demoram apenas 18 meses para degradar, ao contrrio das sacolinhas convencionais que demoram 500 anos. Voc utiliza/utilizou sacolas descartveis plsticas? 2. Quais as vantagens e desvantagens do uso de sacolas reutilizveis? 3. Segundo o jornal O Estado de So Paulo, a mdia de gerao de lixo por habitante no Brasil de 1,152 kg por dia, padro prximo aos dos pases da Unio Europia, cuja mdia diria de 1,2 kg por dia. O volume de lixo cresceu 7,7 % em 2009. A melhoria do poder de compra dos brasileiros faz com que a populao gere cada vez mais lixo, tais como embalagens descartveis. Quais medidas (alm da suspenso do uso de sacolinhas plsticas nos supermercados) poderiam ser tomadas para que fosse gerado menos lixo pela populao? 4. Faa uma lista com 5 itens utilizados na sociedade moderna e seu tempo de degradao. 5. Quais as atitudes quanto a produo de lixo? 6. Quantos quilogramas de lixo voc acha que produz anualmente?

3.4 O pH das guas dos rios e o descarte de resduos

A norma da Cetesb (Companhia Ambiental do Estado de So Paulo) para o descarte de resduos estabelece que o pH de solues aquosas esteja entre 6,0 a 8,0. O pH da gua do rio, que geralmente tende para o cido, mantm elementos como Fe, Al, Mn e Zn na forma dissolvida. A precipitao de metais (traos) na regio esturiana ocorre com o aumento do pH devido a entrada do mar, que promove a formao de oxi-hidrxidos que precipitam ao longo do esturio. Outra perda de traos de certos metais ocorre por meio da absoro em partculas de argila e de oxi-hidrxidos de Fe e Mn que precipitam e pela coprecipitao durante a floculao durante a floculao dessas partculas. 3.4.1 Materiais Tubos de ensaio pipeta de Pasteur Mn(NO3)2 0,2 mol L

-1 Fe(NO3)2 0,2 mol L

-1 Al(NO3)3 0,2 mol L-1 Al(NO3)3 0,2 mol L

-1

Amido de amaranto

Homogeneizao

Aquecimento Tp

Secagem Ts, UR

Secagem Ts, UR

Glicerol plastificante

H2O destilada

6

NaOH 4 mol L-1 NH4OH 0,5 mol L-1 NH3 6 mol L

-1

HCl 6 mol L-1 HCl 1 mol L-1 NH4 SCN 1 mol L-1

H2SO4 concentrado papel tornassol 3.4.2 Procedimento

1. Coloque em um tubo de ensaio aproximadamente 5 gotas das solues de Fe(NO3)3 e Al(NO3)3 0,2 mol L-1; adicione 5 gotas de HCl 6 mol L-1 e, em seguida, adicione NH3 6 mol L

-1, gota a gota e com agitao at o meio ficar bsico (verificar com papel tornassol, pH ~9). Aquea com cuidado durante 1 minuto em banho maria. Centrifugue e retire o sobrenadante 1, colocando-o em outro tubo de ensaio. 2. No precipitado 1, adicione 5 gotas de NaOH 4 mol L-1e agite bem. Centrifugue e retire o sobrenadante 2, colocando-o em outro tubo de ensaio. 3. Ao precipitado 2, adicione cerca de 3 gotas de HCl 6 mol L-1 e junte 10 gotas de soluo NH4SCN 1 mol L-1. Haver aparecimento de colorao vermelha, caracterstica do complexo Fe(SCN)6

3-, indicando a presena de ferro (produto 1). 4. Adicione cerca de 3 gotas de HCl 6 mol L-1 ao sobrenadante 2. A seguir, observe pela adio gota a gota de HCl 1 mol L-1 a formao do precipitado branco de Al(OH)3 produto 2.

*

3.4.3 Questes 1. Anote o que voc observou em cada etapa. 2. Qual tipo de evidncia de reao foi possvel constatar? 3. Escreva as reaes ocorridas em cada etapa do fluxograma, identificando as formulas qumicas (ppt 1, 2, sobrenadante 2, produtos 1 e 2). 4. Os ons envolvidos nessas reaes apresentam um grau de toxicidade. Qual a relao de suas toxicidades com suas disponibilidades no meio ambiente? 5. O fato de algumas donas de casa lavarem a calada com cido muritico ou reaproveitarem a gordura utilizada na cozinha para fazer sabo (adicionando uma quantidade considervel de soda custica) tem alguma relao com o tema estudado? Qual?

Referncias Bibliogrficas CAZZARRO, F. Um experimento envolvendo estequiometria. Qumica Nova na Escola, n. 10, Nov. 1999. Interaes e transformaes: Qumica Ensino Mdio. Livro do Aluno: Guia do Professor/GEPEQ. 5 ed., So Paulo: EDUSP, 1999. CAMPOS, M.L.A.M. Introduo a biogeoqumica de ambientes aquticos. Campinas: Editora tomo, 2010. Projeto de LEI n. 664. Disponvel em:. Acesso em: 17 fev 2012.

Al3+, Fe3+

HCl 6 mol L-1 + NH3 6 mol L-1

(at meio bsico pH ~9) + excesso de NH3 6 mol L-1

Precipitado 1 Sobrenadante 1

ftp://ftp.saude.sp.gov.br/ftpsessp/.../2007/iels.jul.../ E_PL_664_2007.pdf+sacola+p1%C3%A1stica+proib%C3%A7%C3%A3o&cd=6&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=brftp://ftp.saude.sp.gov.br/ftpsessp/.../2007/iels.jul.../ E_PL_664_2007.pdf+sacola+p1%C3%A1stica+proib%C3%A7%C3%A3o&cd=6&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br

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Experimento 09 Dissociao eletroltica e Reaes redox

1. INTRODUO Soluo um sistema homogneo que se pode obter, por exemplo, com gua e outra

substncia qualquer. Outros lquidos podem ser usados, mas trataremos aqui principalmente de solues aquosas. Dizemos que a gua o solvente, e a substncia dissolvida o soluto.

A gua pura m condutora de eletricidade, mas as solues aquosas podem ser boas ou ms condutoras. Isto nos leva a dividir as substncias em duas grandes classes, conforme o comportamento de suas solues aquosas diante da corrente eltrica:

1. Eletrlitos: so substncias que do origem a solues aquosas condutoras de eletricidade; a essa classe pertencem os cidos, as bases e os sais. 2. No-Eletrlitos: so substncias cuja soluo aquosa no conduz eletricidade, sendo exemplos as substncias orgnicas em geral, como lcool, glicerina, acar, etc.

As solues aquosas de eletrlitos, quando submetidas a uma corrente contnua (como a de uma pilha comum), no apenas conduzem eletricidade, como tambm se decompem (sofrem transformao qumica), um fenmeno denominado eletrlise. Neste experimento, utilizaremos corrente alternada para reduzir a um mnimo a eletrlise. Para explicar a condutividade das solues de eletrlitos os qumicos propuseram a teoria da dissociao eletroltica, ou ionizao: um eletrlito, quando dissolvido em gua, dissocia-se em tomos ou grupos de tomos eletricamente carregados (tambm chamados ons). Assim um eletrlito como o NaOH, ao se dissolver em gua daria origem a ons:

NaOH Na+ + OH- Ao passar uma corrente contnua pela soluo, os ons Na+ (ctions) dirigem-se para o polo negativo (ctodo), enquanto os ons OH- (nions) dirigem-se para o polo positivo (nodo). Quando atingem os polos, os ons se descarregam, podendo (conforme o caso) liberarem-se ou sofrerem outras reaes (chamadas reaes secundrias); isto constitui a eletrlise. No exemplo dado, no h liberao de sdio metlico no ctodo porque o sdio formado reage com a gua:

Na+ + H2O NaOH + 1/2 H2 No nodo, tambm ocorre uma reao secundria:

2 OH- H2O + 1/2 O2

Como conseqncia, os produtos dessa eletrlise so o hidrognio (no ctodo) e o oxignio (no nodo).

O uso de corrente alternada (que flui ora num sentido, ora no sentido oposto) faz com que as reaes, que ocorreram nos eletrodos apenas em extenso muito pequena, devido ao reduzido tempo (1/120 s) de durao de um semiciclo, sejam revertidas no semiciclo contrrio, resultando em transformao qumica global quase nula.

Os eletrlitos, porm, no so todos iguais. Alguns produzem solues altamente condutoras, e outros, solues de condutividade relativamente baixa. So classificados, em vista disso, em dois tipos:

Eletrlitos fortes: do origem a solues de alta condutividade; pertencem a esse tipo todos os sais (com apenas pouqussimas excees, como os haletos de cdmio), os cidos fortes (H2SO4, HCl, HNO3, etc.) e as bases fortes (NaOH, KOH, etc.).

Eletrlitos fracos: do origem a solues de condutividade mdia; so os cidos fracos (CH3CO2H, HF, H2S, H2SO3, etc.) e as bases fracas (NH3, CH3NH2, entre outras).

A explicao para a diferena de condutividade que os eletrlitos fortes dissociam-se totalmente quando em soluo (dando origem a grande nmero de ons), enquanto os eletrlitos fracos estariam na forma de um equilbrio dinmico entre a forma no dissociada e os ons: eletrlito forte: HCl H+ + Cl- eletrlito fraco: CH3CO2H H

+ + CH3CO2-

8

Dessa maneira uma parte considervel do eletrlito fraco est na forma no ionizada, incapaz de conduzir eletricidade, e h relativamente poucos ons em soluo.

Na verdade, medidas mais precisas mostram que dissociao total mesmo s ocorre em poucos casos (com eletrlitos muito fortes e em solues bem diludas); na maioria dos casos, h uma dissociao parcial que pode ser mais ou menos pronunciada. A diviso em solues condutoras e no-condutoras (ou em eletrlitos fortes e fracos) uma simplificao usada para facilitar a compreenso. O que existe, realmente, uma variao contnua de condutividade das solues; condutora seria um extremo e no-condutora seria o outro extremo, sendo que podemos ter solues ocupando qualquer dos pontos intermedirios. Da mesma forma, a diviso em eletrlitos fortes e fracos no traduz a realidade com preciso; temos eletrlitos mais fortes do que outros, e eletrlitos mais fracos do que outros, sendo ento a fora dos eletrlitos uma grandeza que pode variar continuamente entre os dois extremos.

Um outro aspecto digno de nota que muitas substncias slidas (como os sais em geral, e bases como o NaOH) so inicas mesmo em forma slida; entretanto, no conduzem eletricidade nessa forma porque os ons encontram-se presos na rede cristalina e no tm mobilidade para conduzir a corrente eltrica. Tais slidos, quando so fundidos, fornecem lquidos que so bons condutores, pois na forma lquida os ons podem se movimentar com facilidade. 1.1 Condutividade

Em nosso experimento utilizaremos um aparelho simples (veja detalhes na parte experimental) para avaliar de forma aproximada a condutividade de vrias solues. O aparelho consiste de um transformador 110/24V, lmpadas e eletrodos de grafite (retirados de pilhas comuns tamanho mdio, ou tamanho C); os eletrodos so montados em um suporte isolante que os mantm em posio, com distncia fixa um do outro. Ao mergulhar os eletrodos em uma soluo qualquer, se for boa condutora a soluo fechar o circuito eltrico e as lmpadas se acendero com brilho forte; se for no condutora as lmpadas no se acendem, e em casos intermedirios pode-se observar tambm um brilho de intensidade intermediria.

Com esse aparelho voc verificar a condutividade da gua pura e de solues aquosas de cloreto de sdio, sacarose, lcool etlico, hidrxido de sdio, cido clordrico, amnia e cido actico. Est prevista tambm a verificao da condutividade de uma substncia inica no estado slido e no estado fundido (sem gua).

Um experimento que ilustra vrios dos aspectos discutidos aqui a titulao de uma soluo de hidrxido de brio com uma soluo de cido sulfrico. O experimento baseia-se no fato de que o produto dessa reao, o sulfato de brio, insolvel em gua, e precipita assim que se forma:

H2SO4 + Ba(OH)2 BaSO4 + 2H2O Dessa maneira, no incio voc ter no bquer uma soluo de Ba(OH)2, que uma base

forte, e a soluo ser, portanto, boa condutora de eletricidade. Conforme voc for adicionando cido sulfrico, o hidrxido de brio ir sendo transformado em sulfato de brio, insolvel, que vai precipitando; a concentrao de ons em soluo vai, portanto, diminuindo at que, no ponto de equivalncia [quantidade (adicionada) de H2SO4 = quantidade (inicial) de Ba(OH)2] a soluo praticamente no contm nenhum on, e deixa de ser condutora; as lmpadas se apagam e, se voc tiver juntado fenolftalena (um indicador cido-base) no incio, voc poder ver que isso ocorre ao mesmo tempo que o indicador muda de cor (quando acabou a base Ba(OH)2 existente no meio reacional). _____________________________ *O cido actico isento de gua um lquido com ponto de fuso 17 C, solidificando-se facilmente ao ser resfriado; por isso chamado de cido actico glacial. Pequenas quantidades de gua fazem abaixar drasticamente o ponto de fuso do cido actico, e ele no mais se solidificar com pequeno resfriamento, isto , no mais glacial. A medida dos pontos de fuso uma maneira muito prtica e eficiente de verificar o contedo de gua em substncias como o cido actico ou o cido sulfrico.

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1.2 Crioscopia Quando se dissolve uma substncia na gua (ou outro solvente), a soluo resultante

apresenta ponto de fuso menor do que a gua pura (p.f. 0,0000 C a 1 atm). O abaixamento do ponto de fuso, t, maior para solues mais concentradas.

H uma relao matemtica simples entre o abaixamento do ponto de fuso (t) e a concentrao da substncia expressa em moles da substncia por 1000 g de solvente (c), mas essa relao vlida apenas para solues diludas (quantidade do soluto desprezvel diante da quantidade do solvente):

t = c . Kf onde Kf uma constante, chamada constante crioscpica, tendo um valor definido para cada solvente. Para a gua, Kf = 1,86, significando que uma soluo contendo 1 mol de soluto por 1000g de gua apresenta um abaixamento do ponto de fuso da gua de 1,86C. Na prtica, conveniente trabalhar com solues contendo 0,5 a 0,01 mol por 1000 g de solvente. Isto leva a valores pequenos de t, exigindo um termmetro de grande preciso para obter bons resultados.

Como o abaixamento do ponto de fuso funo da quantidade do soluto que h em soluo (em 1000 g de solvente), constitui-se em um mtodo para determinar a massa molar de substncias desconhecidas.

No entanto, ao trabalhar com solues de eletrlitos, preciso estar atento ao fato de que t funo no do nmero de molculas, mas sim do nmero de partculas que h em soluo. Para cada mol de NaCl que se dissolver, formam-se 2 mols de partculas (Na+ e Cl-) e t resulta no dobro do esperado, trazendo mais uma evidncia da ocorrncia da dissociao eletroltica. Rigorosamente falando, t s o dobro mesmo do esperado para solues bem diludas (~ 0,1 mol / 1000 g H2O); quando a soluo mais concentrada, ele d um valor intermedirio entre o t esperado e o seu dobro, permitindo calcular o grau de dissociao. 2. PR-EXERCCIOS DE LABORATRIO (PEL)

a. D alguns exemplos de eletrlitos fortes e fracos no citados neste roteiro.

b. Indique algumas substncias inicas que no conduzem eletricidade (no citadas neste roteiro).

c. Faa a previso da condutividade das substncias a seguir, justificando suas respostas: gua pura; solues aquosas de cloreto de sdio, sacarose, lcool etlico, hidrxido de sdio, cido clordrico, amnia e cido actico; acetato de amnio no estado slido e no estado fundido (sem gua).

d. Voc acha que o cido actico anidro (sem gua) conduz bem a eletricidade ou no? O que voc espera que acontea quando acrescentar gua ao cido actico?

e. Por que neste experimento foi escolhido o acetato de amnio para verificao da condutividade de uma substncia inica no estado slido e no estado fundido (sem gua)?

f. Na titulao de uma soluo de hidrxido de brio com uma soluo de cido sulfrico, as lmpadas voltaro a acender se voc continuar a adicionar cido sulfrico aps o ponto de equivalncia? Por qu? Neste mesmo experimento, o que voc acha que aconteceria com o brilho das lmpadas se ao invs de Ba(OH)2 voc tivesse usado NaOH?

g. Por que no experimento de abaixamento do ponto de fuso o valor de t de solues bem diludas de sulfato de sdio tem aproximadamente o triplo do valor esperado? h. Ainda com relao ao experimento de abaixamento do ponto de fuso, o que voc espera que ocorra com o valor de t de uma soluo de: 1) HCl 2) CH3COOH 3) NaOH 4) CaCl2. Por qu?

Poste no Stoa as respostas dos Pr-Exerccios de Laboratrio, os fluxogramas do experimento (procedimento e clculos) e os principais dados das FISPQ dos reagentes. Esteja sempre atento. Antes de comear o experimento, apresente seu caderno de laboratrio.

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3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1 Condutividade de eletrlitos

O aparelho a ser utilizado est esquematizado na figura 1.

Figura 1. Aparelhagem para verificao da condutividade de solues. Os eletrodos so montados em um suporte isolante para mant-los em distncia constante um do outro, porque a intensidade da corrente eltrica em uma soluo tanto maior quanto menor for a distncia entre os eletrodos e quanto maior for a rea (submersa) dos eletrodos. Para fazer boas comparaes, portanto, os diferentes lquidos devem estar na mesma altura no bquer, e o suporte isolante deve ser encostado no topo do bquer (ou os eletrodos devem ir at o fundo do bquer).

Para se convencer da importncia disso voc poder fazer o seguinte experimento: quando estiver testando alguma soluo condutora (com as lmpadas acesas), v retirando lentamente os eletrodos da soluo e verifique o que acontece.

Se a soluo no bquer no for condutora, as lmpadas no se acendem. Com solues condutoras, o brilho das lmpadas ser tanto mais intenso quanto maior a intensidade da corrente. Com eletrodos fixos e mergulhados at a mesma altura, o brilho das lmpadas funo apenas da condutividade da soluo (maior condutividade correspondendo a maior brilho).

Antes de fazer as medidas a seguir, verifique se seu aparelho est funcionando corretamente colocando em curto-circuito os dois eletrodos de grafite (use o fio apropriado para esse fim): as lmpadas devem acender com forte brilho. 1. gua destilada: coloque 20 mL de gua destilada no bquer de 25 mL, mergulhe os eletrodos e observe as lmpadas. Anote o resultado. 2. Soluo aquosa de NaCl: retire os eletrodos, dissolva 1,0 g de NaCl na gua que est no bquer e verifique novamente sua condutividade. Anote. 3. Soluo aquosa de sacarose: lave o bquer e os eletrodos de grafite. Prepare no bquer uma soluo de 1,0 g de sacarose em 20 mL de gua e verifique sua condutividade. Anote. 4. Soluo aquosa de etanol: novamente lave o bquer e os eletrodos e prepare no bquer uma soluo de 1,0 mL de lcool etlico em 20 mL de gua, repetindo as operaes anteriores. 5. Soluo aquosa de NaOH: proceda da mesma forma com uma soluo de 1,0 g de NaOH em 20 mL de gua. CUIDADO, NaOH muito custico, evite contato com a pele. 6. Soluo aquosa de HCl: repita o procedimento para uma soluo de 1,0 mL de HCl concentrado em 20 mL de gua. CUIDADO, o HCl concentrado desprende gases txicos (HCl gasoso); trabalhe na capela, e utilize pr-pipeta. 7. Soluo aquosa de amnia: aps lavar o bquer e os eletrodos, coloque no bquer 15 mL de gua. Mergulhe os eletrodos, junte 1 mL de soluo concentrada de hidrxido de amnio, agite e verifique a condutividade. Junte mais 5 mL da soluo concentrada de hidrxido de amnio e verifique novamente a condutividade. CUIDADO, a soluo concentrada de hidrxido de amnio

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(ou amnia, como freqentemente chamada) desprende o gs NH3, muito irritante e at sufocante. Trabalhe na capela e use pr-pipeta. 8. cido actico: seque bem o bquer e os eletrodos antes de iniciar. Coloque 10 mL de cido actico glacial no bquer e introduza os eletrodos. Observe as lmpadas. V juntando gua aos poucos ao bquer, agitando e observando o que ocorre com as lmpadas. Anote cuidadosamente suas observaes. 9. NH4OAc slido e NH4OAc fundido: coloque acetato de amnio slido em um cadinho de porcelana limpo e seco, posicionado sobre um tringulo de porcelana em um trip de ferro. Introduza os eletrodos no cadinho e observe as lmpadas; aquea aos poucos com um bico de Bunsen: use chama pequena e segure o bico de Bunsen com a mo, colocando a chama em contato com o cadinho por alguns segundos e retirando em seguida; v repetindo essa operao at que o slido se funda, sempre observando as lmpadas. CUIDADO para evitar queimaduras. Retire os eletrodos de dentro do cadinho enquanto o slido estiver ainda fundido (Para lavar o material depois deste experimento, espere que ele esfrie at a temperatura ambiente!!). 3.2 Crioscopia

Figura 2. Aparelho para crioscopia.

O aparelho apropriado est esquematizado na figura 2. Solicite ajuda do tcnico, dos professores ou dos monitores para oper-lo. O termmetro de grande preciso, graduado em 0,01 C, permitindo a leitura estimada de milsimos de grau. Trata-se de uma verso moderna do termmetro de Beckmann, j previamente calibrado. No entanto, podem ocorrer pequenas diferenas, de forma que necessrio medir o ponto de fuso da gua pura para calibrar o termmetro.

Coloque 25,00 mL de gua destilada no tubo (medindo com uma pipeta volumtrica) e monte o aparelho colocando o termmetro e o agitador no lugar.

Prepare um banho refrigerante colocando lcool em um bquer e juntando pequenos pedaos de gelo seco (cuidado, no pegue gelo seco com a mo, use a pina), aos poucos, para evitar que o lcool se derrame sobre a mesa. Verifique a temperatura do banho com o termmetro comum ou com o termmetro para baixas temperaturas. Quando a temperatura estiver entre 4 C e 6 C, estar pronto para usar. Durante as operaes subseqentes, verifique ocasionalmente a temperatura do banho; mantenha-a mais ou menos constante pela adio de pequenos pedaos de gelo seco.

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Mergulhe o tubo de seu aparelho nesse banho e inicie a agitao ( preciso agitar constantemente daqui em diante). Observe a coluna de mercrio do termmetro de Beckmann; ela descer lentamente at atingir a escala. Se o seu banho no estiver frio demais, a descida ser ainda um pouco lenta, mas continuar descendo at bem abaixo de 0 C, geralmente descendo at sair fora da escala, devido ao fenmeno do super-resfriamento: a gua continua lquida mesmo resfriada a uma temperatura abaixo de seu ponto de fuso.

Seja paciente: continue agitando e observando cuidadosamente o termmetro de Beckmann; num certo momento, sem nenhum aviso prvio, o processo de cristalizao da gua se iniciar e a temperatura subir muito rapidamente, parando no valor que corresponde ao ponto de fuso da gua. A temperatura dever agora ficar estvel nesse ponto por muito tempo, mas voc deve fazer a leitura logo que estiver certo de que a temperatura est estvel, e retirar em seguida o tubo do banho para evitar a cristalizao de grandes quantidades de gua (isto particularmente importante para as solues, pois o processo de cristalizao pode alterar a concentrao da soluo).

A leitura da temperatura referida acima deve ser feita com auxlio da lupa, e voc deve esforar-se para ler os milsimos de grau o mais corretamente possvel. Devido a erros de calibrao, etc., esse ponto de fuso da gua pode ser at uns 2-3 centsimos de grau acima ou abaixo de 0 C. Anote esse valor cuidadosamente.

Aquea o tubo com o calor de suas mos para fundir o gelo que se formou. Em uma balana analtica pese, sobre papel manteiga, aproximadamente 0,15 g de cloreto de sdio (leia e anote o peso exato, com as quatro casas decimais); retire a tampa com o termmetro e o agitador evitando perder gua (por qu?), transfira o cloreto de sdio para dentro do tubo (no deixe cair nas paredes), recoloque tudo no lugar e agite at que o sal se dissolva completamente.

Mergulhe o tubo no banho novamente, e repita todo o processo para determinar o ponto de fuso. Deve novamente ocorrer super-resfriamento, e depois a temperatura subir rapidamente, estabilizando-se no ponto de fuso da soluo. Leia e anote com cuidado. Aps essas operaes o aparelho dever ser lavado e secado.

O mesmo procedimento deve ser seguido para medir o abaixamento do ponto de fuso para uma soluo (sempre contendo 25,00 mL de gua) contendo cerca de 0,9 g de glicose, e novamente para uma soluo contendo cerca de 0,6 g de BaCl22H2O. (Se houver tempo) 3.3 Construo e Determinao da F.E.M. da Pilha de Daniel

Recorte um pedao de papel de filtro medindo 10 x5 cm e faa marcas com lpis como mostrado na figura 3. Coloque sobre a placa de vidro.

Figura 3. Papel de filtro para construo da pilha

Limpe as plaquinhas de zinco e de cobre com bombril e lave com gua destilada. Pingue soluo de CuSO4 1,0 mol/L na marca da esquerda e soluo de ZnSO4 na marca da

direita, colocando em seguida as plaquinhas metlicas sobre as respectivas solues. Pingue agora

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na marca central a soluo 1,0 mol/L de KCl (ponte salina) de forma que sua mancha toque as duas outras solues, como mostrado no desenho.

Mea ento, com o multmetro, a diferena de potencial entre as duas placas e anote (ligue o plo positivo do instrumento ao eletrodo de cobre).

s vezes, mesmo com muito cuidado, as solues secam um pouco e impedem um bom contato da placa metlica com a soluo, o que pode causar medidas erradas. aconselhvel que, enquanto um dos membros do grupo segura os terminais do multmetro em posio (encostados nas plaquinhas metlicas, com uma regular presso), outro membro pingue mais um pouco das solues de CuSO4 e de ZnSO4, bem encostado nas plaquinhas, observando o instrumento para ver se a voltagem no se eleva um pouco.

Observao: desde o momento em que voc comea a pingar solues no papel, o restante das operaes deve ser feito com certa rapidez para que as solues no sequem muito, alterando as concentraes e introduzindo erros. Planeje tudo com cuidado. No mova o papel de filtro sobre a placa (para evitar que uma soluo misture-se com a outra). 3.4 Corroso do Ferro e Proteo Catdica

Uma das formas de proteger um metal contra a corroso consiste na chamada proteo catdica. Nesta, o metal ligado a um outro, menos nobre, chamado de nodo de sacrifcio, no qual as reaes eletrdicas ocorrero preferencialmente, deixando o metal de interesse praticamente imune corroso at que o nodo de sacrifcio seja totalmente consumido.

Nesta parte do experimento, voc verificar a corroso do ferro em um meio agressivo e o efeito exercido por vrios metais neste processo.

Lixe muito bem 3 pregos at que estejam sem vestgio de ferrugem (xido de ferro). Em um dos pregos, enrole um pedao de fita de magnsio, de cerca de 2 cm de comprimento. Enrole em outro prego um fio de cobre previamente lixado. Faa com que os contatos entre os metais sejam os melhores possveis. Coloque os 3 pregos em 3 placas de Petri, separadamente, e cubra cada um deles com uma soluo de corroso j preparada (a partir de 150 mL de HCl 0,25 mol.L-1, 8 mL de H202 3% e 5 mL de KSCN 1 mol.L

-1). Observe o que ocorre em cada caso, aps algum tempo, sem agitar o sistema. Para o relatrio, tente explicar suas observaes em termos das reaes qumicas envolvidas em cada uma das trs placas de Petri. Escreva claramente as equaes qumicas que representam estes processos, na forma inica. 3.5 Confeco de Circuitos Impressos

Limpe, com gua e sabo, uma placa de fenolite recoberta por cobre e enxugue-a. Pinte com caneta apropriada (tinta que no se dissolve na gua) as regies onde deseja

que o cobre permanea. Mergulhe a placa em uma soluo preparada, em um bquer de 100 mL, pela mistura de 10

mL de gua oxigenada a 20 volumes com 5 mL de soluo 2 mol.L-1 de cido clordrico. Deixe durante 15 a 20 minutos, agitando freqentemente. Faa observaes peridicas, anotando-as em seu caderno de laboratrio.

Aps todo o cobre exposto ter sido removido, retire a placa e lave-a com gua corrente. A tinta pode ser removida com palha de ao.

Reserve a soluo resultante deste processo de descobreao para o ensaio seguinte. 3.6 Recuperao de Cobre de Solues

Este ensaio ilustra um importante processo industrial de recuperao de cobre de solues diludas. Ferro metlico (na prtica, sucata de ferro) utilizado para deslocar o cobre das solues.

Coloque um basto de vidro na soluo obtida no ensaio realizado em 3.4 e aquea at no observar mais sada de gs. Aps esfriar um pouco, coloque alguns pregos de ferro lixados na

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soluo. Agite esporadicamente at a soluo sobrenadante no apresentar mais a colorao caracterstica de ons de cobre(II).

Coloque o cobre recuperado e os restos de pregos nos recipientes apropriados. No os jogue na pia. 4. DICAS PARA O TRATAMENTO DOS DADOS Nesta seo apenas daremos um exemplo de como podemos usar o resultado de uma das medidas para tirar concluses a respeito da dissociao eletroltica.

Em um experimento real foram feitas as seguintes medidas: ponto de fuso da gua: +0,02C (a 25 mL de gua adicionou-se 0,1439 g de NaCl) ponto de fuso desta soluo: - 0,35C O que se pode concluir da?

1. O abaixamento do ponto de fuso (t) foi de 0,37 C (por qu?). 2. A concentrao da soluo de NaCl (MM = 58,443) era:

c = 0,09848 mols de NaCl / 1000 g de H2O 3. Se o cloreto de sdio no se dissociasse, o abaixamento do ponto de fuso tnd deveria ser

de: tnd = c Kf = 0,09848 1,86 = 0,183 C 4. Dividindo o abaixamento do ponto de fuso medido pelo valor calculado como se o NaCl no

se dissociasse obtemos:

E a temos uma evidncia de que cada mol de NaCl produziu 2 mols de partculas em soluo.

Fazendo um clculo semelhante para a soluo de glicose e para a soluo de cloreto de brio, voc pode verificar se a crioscopia confirma seu conhecimento sobre a dissociao eletroltica dessas substncias.

Referncias bibliogrficas

1. CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M. Fundamentos de Qumica Experimental. Captulo 6. So Paulo: EDUSP, 2004.

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Experimento 10 pH: indicadores e solues tampo

1. INTRODUO Neste experimento voc medir valores de pH de vrias solues aquosas, utilizando

indicadores e um instrumento denominado pHmetro. A medida do pH de uma soluo o processo mais comum para se determinar a acidez ou

basicidade de um meio aquoso, mas o conceito de pH no to simples como parece. O pH pode ser definido como log(aH+), ou seja, o pH inversamente proporcional atividade dos ons hidrognio. A atividade o teor de ons H+ efetivamente dissociados. Porm, em solues diludas ( 10-2 mol L-1 ou menos) pode-se considerar a atividade aproximadamente igual concentrao de H+. Portanto, a definio fica, aproximadamente, como: pH = - log [H+]. Teoricamente, a escala til de pH em soluo aquosa de 1 a 14. pHmetro

O pHmetro um aparelho capaz de realizar medidas eltricas, possuindo um tipo especial de eletrodo apropriado para mergulhar em solues aquosas. Aps calibrar o aparelho, mergulha-se o eletrodo em uma soluo de pH desconhecido e o aparelho far todas as converses necessrias, fornecendo o pH da soluo como leitura direta em um instrumento de ponteiro (analgico) ou em um mostrador digital.

Existem diferentes tipos de eletrodos (tanto indicadores como de referncia) e voc aprender mais tarde em seu curso de qumica como eles so construdos e como funcionam, assunto fora de nossos objetivos presentes. Voc deve, no entanto, saber que esses eletrodos so peas de vidro complexas e muito delicadas, contendo solues (tipo soluo de KCl, de calomelano, etc.), condutores metlicos, membranas muito frgeis de vidro poroso, e devem ser mantidos sempre mergulhados em lquidos apropriados.

Na verdade, para medir o pH so necessrios dois eletrodos (indicador + referncia), mas os dois so geralmente combinados em uma nica pea. Apenas a ttulo de exemplo, damos na Figura 1 um esquema de um certo tipo de eletrodo (combinado).

Figura 1. Exemplo de eletrodo combinado para medir pH.

A calibrao do pHmetro feita mergulhando seu eletrodo em uma soluo de pH bem

determinado e ajustando os botes apropriados (ou teclas); em geral so necessrias duas solues, de pH diferentes, para calibrar o aparelho (alguns pHmetros calibram-se com apenas

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uma soluo, e outros requerem trs solues diferentes). Uma discusso detalhada desses procedimentos (que, por sinal, variam de um aparelho para outro) est tambm alm de nossos objetivos.

As solues usadas para calibrar os pHmetros precisam ter o seu pH bem determinado e constante. Mais adiante voc vai ver que isso se consegue com solues reguladoras, usualmente chamadas de tampes (buffer, em ingls).

Voc deve tambm considerar que a temperatura afeta as medidas de pH. Por isso os pHmetros costumam ter compensao para a temperatura; em aparelhos mais sofisticados, a compensao automtica (o prprio aparelho mede a temperatura e corrige a leitura de acordo com o valor medido), mas em aparelhos mais simples, voc tem que ajustar manualmente o boto correspondente para o valor apropriado.

Cuidados com o manejo do pHmetro Inicialmente vamos repetir que os pHmetros e seus eletrodos so construdos em grande variedade de tipos, cada um com caractersticas prprias. Nenhum pHmetro dar leituras corretas de pH se as instrues correspondentes para calibrao e uso no forem seguidas ao p da letra.

Se voc tiver que operar um pHmetro que ainda no conhece, e no h ningum que possa instru-lo, imperativo ler as instrues no manual do instrumento antes de utiliz-lo. Atitudes tipo este aparelho parecido com aquele que j conheo, ento deve poder ser operado do mesmo jeito tm alta probabilidade de resultar em becos sem sada, com resultados experimentais de m qualidade. Os cuidados que mencionaremos aqui so apenas aqueles de carter geral, que serviro para praticamente qualquer instrumento. 1. Os eletrodos so muito sensveis e devem ser manejados com extremo cuidado. Eles no suportam choques. A membrana de vidro poroso quebra-se ou sofre arranhaduras com facilidade, o que danifica o eletrodo. 2. Sempre mantenha o eletrodo preso em seu suporte. 3. No deixe o eletrodo exposto ao ar por longos perodos. Ele deve ser sempre mantido mergulhado em alguma soluo para manter sua membrana sensora hidratada. 4. Para transferir o eletrodo de uma soluo para outra, necessrio lav-lo. Proceda da seguinte forma: levante o suporte do eletrodo para retir-lo da soluo em que est; remova o recipiente da soluo e coloque em baixo do eletrodo um bquer vazio (cuidado para no bater no eletrodo); lave o eletrodo jogando gua destilada (ou, melhor, gua desionizada) com uma pisseta (a gua que escorre recolhida no bquer); enxugue o eletrodo delicadamente com papel higinico macio; coloque a outra soluo sob o eletrodo; abaixe o eletrodo pelo suporte (cuidado para no bater na borda ou no fundo do recipiente), mergulhando-o na nova soluo. 5. Se estiver utilizando agitao magntica, cuide para evitar que o agitador se choque com o eletrodo. 6. Eletrodos combinados devem estar com os dois pontos de contato mergulhados, isto , o bulbo da extremidade (sensvel ao pH) e a cermica porosa (contato com o eletrodo de referncia) devem estar ambos mergulhados na soluo (qualquer soluo, de calibrao, de teste, de armazenamento). 7. Aps utilizar, no deixe o eletrodo mergulhado na soluo que voc testou; remova, lave como j explicado e volte a coloc-lo na soluo de armazenamento ou em gua destilada. *Todos os eletrodos precisam ser conservados em solues de armazenamento, que podem ser solues 2 mol/L de KCl, ou 10 % KNO3, etc. Alguns tipos, porm, no podem passar diretamente da soluo de armazenamento para as solues de calibrao ou de teste, mas devem antes ficar mergulhados em gua pura por um longo tempo (at 1 hora); entre medidas, estes devem ser mergulhados em gua, por razes bvias.

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8. No molhe a parte superior do eletrodo. 9. Ao ligar o instrumento, d-lhe alguns minutos para estabilizar antes de iniciar qualquer operao. 10. No se esquea da necessidade de calibrao. 11. Ao ler um instrumento de ponteiro, tome cuidado com o erro de paralaxe. A maioria dos instrumentos analgicos tem um espelho por trs do ponteiro. Voc deve olhar de uma posio tal que o ponteiro coincida com sua imagem no espelho (fica mais fcil se voc usar apenas um olho para ler). Indicadores

Indicadores so geralmente cidos ou bases orgnicos fracos que possuem a propriedade de ter uma cor na sua forma no ionizada e outra cor na sua forma ionizada. Corantes orgnicos (indicadores ou no) tm estrutura geralmente complexa, porque necessrio haver muitas duplas ligaes (C = C, C = O, N = N, etc.) conjugadas para que uma molcula possa absorver luz visvel (e assim apresentar-se colorida). Como exemplo, considere a fenolftalena:

Figura 2. Fenolftalena.

Observe como, na forma incolor, as ligaes duplas de cada anel no esto conjugadas com as duplas dos outros anis, mas na forma vermelha h conjugao entre todas as duplas (se voc no sabe, informe-se em um livro de Qumica Orgnica o que so duplas conjugadas).

O indicador alaranjado de metila (tambm chamado de heliantina) tem as seguintes estruturas:

Figura 3. Alaranjado de metila

Note que, confirmando o que foi dito acima, neste caso ambas as estruturas tm muitas duplas conjugadas, e ambas as formas so coloridas.

Devido complexidade dessas frmulas, comum que se evite escrev-las inteiras quando se estudam os indicadores, preferindo-se representar de maneira abreviada (HIn para indicadores que so cidos e InOH para indicadores que so bases).

As equaes ficam ento com o seguinte aspecto:

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A cor apresentada pelo indicador depende da concentrao de ons H+ presentes na

soluo. Tomemos como exemplo o caso de um indicador que seja um cido orgnico fraco:

Em soluo cida (grande concentrao de H+) o equilbrio est deslocado para a esquerda:

a concentrao de HIn alta e a concentrao de In- baixa, resultando na cor A. Se formos adicionando base a essa soluo, a concentrao de H+ vai sendo reduzida e o equilbrio vai sendo deslocado para a direita, fazendo com que finalmente comece a predominar a cor B. Este assunto, que parece muito simples, costuma trazer mais confuso do que o estudante espera.

recomendvel que voc tente escrever a equao (1) sem olhar para o texto, colocando as cores e tentando concluir qual cor predominar em soluo cida e em soluo bsica, conferindo depois suas concluses com o texto acima.

Observe agora um aspecto de importncia fundamental: para mudar de cor, o indicador precisa reagir com ons H+, ou ento alguma base tem que retirar ons H+ do indicador. Ora, isso significa que, para indicar qual o pH da soluo, o indicador introduz uma pequena variao desse mesmo pH. Por isso importante que a quantidade de indicador utilizada seja bem pequena (isto , precisamos de indicadores que sejam fortemente coloridos) para que a modificao introduzida pelo indicador possa ser considerada desprezvel.

*Isto muito comum em medidas experimentais: para medir alguma coisa, o instrumento tem que interferir com o sistema, introduzindo modificaes que prejudicam a prpria medida que ele faz. Ao medir o dimetro de um cilindro com o paqumetro, por exemplo, o aperto do paqumetro contra o cilindro altera seu dimetro; ao medir uma voltagem com um galvanmetro, o galvanmetro consome uma pequena corrente eltrica, alterando o valor da voltagem que est sendo medida. A soluo para esse problema manter o erro introduzido pelo instrumento abaixo da preciso que se pretende.

A variao da cor de um indicador que corresponde a um meio cido para a cor que corresponde a um meio bsico no brusca, mas ocorre num certo intervalo de pH (geralmente 1 a 2 unidades) denominado zona de viragem ou zona de transio. A tabela 1 mostra alguns indicadores que voc vai usar neste experimento e suas correspondentes zonas de viragem.

Tabela 1. Indicadores.

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No experimento que voc vai realizar voc poder observar ainda que alguns indicadores, como a fenolftalena e o violeta de metila, quando em soluo fortemente alcalina, podem perder sua cor aps algum tempo.

Tomemos como exemplo a fenolftalena; ao ser adicionada a uma soluo de NaOH 1 mol/L ela fica vermelha no momento da adio, mas rapidamente torna-se incolor, porque sofre a seguinte transformao:

Figura 4. Fenolftalena em meio fortemente bsico

Essa transformao reversvel; basta adicionar um pouco de cido (em quantidade

apenas suficiente para deixar a soluo menos alcalina, mas sem deix-la cida) para que a fenolftalena volte a ficar vermelha.

Em soluo de NaOH 0,1 mol/L essa transformao j bem mais lenta, ou pode at no ocorrer durante o tempo de seu experimento; o violeta de metila, porm, mais sensvel e descorar bem rpido, mesmo com a soluo a 0,1 mol/L de NaOH. Alm disso, essa descolorao do violeta de metila no to facilmente reversvel como a descolorao da fenolftalena. A frmula do violeta de metila* est representada a seguir; voc pode imaginar o que ocorre na reao deste indicador com NaOH concentrado para deix-lo incolor?

Figura 5. Violeta de metila

*Existem trs substncias de estrutura muito semelhante, chamadas, em ingls, de tetramethyl pararosanilin, pentamethyl pararosanilin, e hexamethyl pararosanilin, cujas frmulas empricas correspondentes so C23H26N3Cl, C24H28N3Cl e C25H30N3Cl. Voc pode sugerir quais as estruturas correspondentes? A estrutura apresentada no texto corresponde segunda frmula e aquela normalmente associada com o nome de violeta de metila, indicador. A terceira frmula (C25) mais comumente chamada de cristal violeta ou violeta de genciana. No entanto esses nomes s vezes so tambm aplicados a misturas, no sendo muito recomendvel tirar concluses sobre as estruturas baseando-se apenas nesses nomes comuns.

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Como j mencionado, os indicadores podem ser usados tanto em soluo como impregnados em papel. Quando esto em papel, para verificar a acidez de uma soluo podemos mergulhar a tira de papel na soluo (retirando outra vez em seguida) ou podemos pingar uma gota da soluo no papel (este mtodo no muito apropriado para trabalhos quantitativos, principalmente os de maior preciso, que no permitem que a gente saia por a perdendo gotas das solues).

O papel indicador mais comum o papel de tornassol, que contm somente um indicador e permite apenas verificar se uma soluo cida ou bsica, sem nenhuma indicao quantitativa de acidez ou basicidade.

Tanto em soluo como em papel, os indicadores podem ser usados na forma de misturas de vrios indicadores, que adquirem vrias coloraes diferentes conforme o pH, permitindo uma avaliao bastante razovel do pH de uma soluo.

Os papis com vrios indicadores so chamados de papis indicadores universais. Os mais eficientes so compostos de vrios (geralmente 4, s vezes 6) quadradinhos de papel presos na ponta de uma tira plstica; cada quadradinho impregnado com uma mistura diferente de indicadores. Ao mergulhar a tira numa soluo, cada quadradinho adquire uma cor diferente e, comparando a combinao de cores com uma referncia impressa, podemos avaliar o pH da soluo com preciso de 1 unidade (este o tipo mais comum), ou 0,5 ou at 0,2 unidades de pH.

Equilbrio cido-base e sistema tampo

Teoria cido-base de Bronsted e Lowry

Dentre as diversas teorias sobre os aspectos qumicos de cidos e bases, a que mais adequada para o estudo de sistema tampo a teoria de Brnsted e Lowry (B&L). Esta teoria estabelece que um cido um doador de prton, e uma base um receptor de prton. Exemplos:

1) O cido actico pode doar prtons gua e a outros compostos, portanto um cido. Na seguinte reao a gua atua como base:

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O

+ (1) cido base on acetato on hidrnio

(base conjugada) (cido conjugado)

Ka = ][

]][[

3

33

COOHCH

OHCOOCH

= 1,8 x 10-5 (1a)

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH

- (2) base cido cido actico on hidroxila

(cido conjugado) (base conjugada)

Kb on acetato = ][

][.

][

]][[

3

3

acticocidoKa

Kw

H

H

COOCH

OHCOOHCH

= 5,5 x 10-10 (2a) Kb on acetato

= ][

]][[

3

3

COOCH

OHCOOHCH = 5,5 x 10-10 (2b)

2) A amnia pode aceitar prtons da gua ou de outros compostos, portanto uma base. A gua atua como cido nesta reao:

NH3 + H2O NH4+ + OH- (3)

base cido on amnio on hidroxila (cido conjugado) (base conjugada)

Kb = ][

]][[

3

4

NH

OHNH

= 1,8 x 10-5 (3a)

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NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ (4) cido base amnia on hidrnio

(base conjugada) (cido conjugado)

Ka on amnio = ][

][.

][

]][[

4

33

amniaKb

Kw

OH

OH

NH

OHNH

= 5,5 x 10-10 (4a)

Ka = ][

]][[

4

33

NH

OHNH = 1,8 x 10-5 (4b)

Sistema Tampo Em geral, um sistema tampo consiste de um cido fraco e sua base conjugada ou de uma base fraca e seu cido conjugado, por exemplo, cido actico (cido fraco) e on acetato (base conjugada) ou amnia (base fraca) e on amnio (cido fraco). Isto o mesmo que dizer que o tampo constitudo de: cido actico e o sal acetato de sdio ou amnia e seu sal cloreto de amnio. Tampo CH3COOH/CH3COO

- (HAc/Ac-) Como normalmente se obtm o tampo HAc/Ac-? Para simplificar utilizaremos CH3COOH = HAc e CH3COO

- = Ac- Inicialmente, ocorre a reao do cido actico, HAc, com a base OH- produzindo on

acetato Ac-, uma base fraca.

HAc + OH- Ac- + H2O E ento acrescenta-se um excesso de HAc para obter o par base fraca (Ac-) e cido fraco

(HAc), pH ~5. HAc + H2O Ac

- + H3O+ ou

HAc Ac- + H+

Ao se adicionar um cido H+, este consumido pela alta concentrao da base fraca (Ac-),

formando HAc um cido fraco, desta forma [H+] varia muito pouco e o pH no abaixa significativamente.

Por outro lado, ao se adicionar uma base OH-, este consumido pela alta concentrao do cido fraco (HAc), formando Ac-, uma base fraca, desta forma [OH-] varia muito pouco e o pH no aumenta significativamente. Clculo de pH do tampo HAc/Ac-

A ionizao do cido actico dada pela equao: HAc Ac- + H+

E a constante de ionizao: Ka = ][

]][[

HAc

HAc = 1,8 x 10-5

Uma soluo tampo formada pelo cido fraco HAc e pela base fraca Ac-

Portanto ][

][][

Ac

HAcKaH

][

][loglog]log[

Ac

HAcKaH

Obtemos assim a equao conhecida como Henderson Hasselbach:

][

][log

HAc

AcpKapH

O sistema considerado tampo se pH = pKa 1

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Tampo NH3/NH4+

Como se forma o tampo NH3/NH4+? Vimos no experimento anterior um exemplo de

formao deste tampo. Inicialmente, ocorre a reao do on H+ do HCl com a base NH3 produzindo on amnio.

H+ + NH3 NH4+

E ento acrescenta-se um excesso de amnia para obter o par base fraca (NH3) e cido fraco (NH4

+), pH 9. NH3 + H2O NH4

+ + OH-

Ao se adicionar um cido H+, este consumido pela alta concentrao da base fraca (NH3), formando NH4

+ um cido fraco, desta forma [H+] varia muito pouco e o pH no abaixa significativamente.

Por outro lado, ao se adicionar uma base OH-, este consumido pela alta concentrao do cido fraco (NH4

+), formando NH3, uma base fraca, desta forma [OH-] varia muito pouco e o pH

no aumenta significativamente. Clculo de pH do tampo NH3/NH4

+ A ionizao da amnia dada pela equao: NH3 + H2O NH4

+ + OH-

E a constante de ionizao: Kb = ][

]][[

3

4

NH

OHNH

= 1,8 x 10-5

Uma soluo tampo formada pela base fraca NH3 e pelo cido fraco NH4+

Portanto ][

][][

4

3

NH

NHKbOH

][

][loglog]log[

4

3

NH

NHKbOH

a equao conhecida como Henderson Hasselbach: ][

][log

3

4

NH

NHpKbpOH

O sistema considerado tampo se pOH = pKb 1

Kw = [H+] [OH-] - log Kw = - log [H+] + - log [OH-]

pKw = pH + pOH pKw = 14 pH = pKw - pOH

2. PR-EXERCCIOS DE LABORATRIO (PEL) a. Calcule, usando regra de trs, os volumes necessrios para preparar, por diluio, 50,0 mL de solues 0,0100 mol/L; 0,00100 mol/L e 0,000100 mol/L partindo de uma soluo de HCl 0,100 mol/L. b. Calcule, usando regra de trs, os volumes necessrios para preparar, por diluio, 50,0 mL de solues 0,0100 mol/L; 0,00100 mol/L e 0,000100 mol/L partindo de uma soluo de NaOH 0,100 mol/L. c. Calcule o pH de todas as solues propostas nos tens a e b, inclusive das solues de partida. d. Calcule, usando regra de trs, o volume necessrio para preparar 100 mL de uma soluo 0,100 mol/L de cido actico por diluio de uma soluo 1,00 mol/L. e. Consulte as faixas de pH de viragem e as respectivas cores dos indicadores usados neste experimento e descreva brevemente para que servem os indicadores em soluo. f. Calcule em que razo devem estar presentes cido actico e acetato de sdio em uma soluo para que seu pH seja 5, sabendo que o valor de Ka do CH3COOH 1,8 10

-5. Poste no Stoa as respostas dos Pr-Exerccios de Laboratrio, os fluxogramas do

experimento (procedimento e clculos) e os principais dados das FISPQ dos reagentes. Esteja sempre atento. Antes de comear o experimento, apresente seu caderno de laboratrio.

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3. OBJETIVOS Ao final do experimento, o aluno dever ser capaz de:

Medir o pH de solues utilizando indicadores visuais cido-base, papel indicador universal e pHmetro;

Comparar os processos de medida de pH;

Comparar a acidez ou a alcalinidade de diferentes solues cotidianas;

Compreender os fatores que afetam sistema tampo, capacidade tampo e pH de tampo. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 Preparo de solues a) Partindo de uma soluo de HCl 0,100 mol/L prepare, por diluio, 50 mL de solues: 0,0100 mol/L; 0,00100 mol/L e 0,000100 mol/L. b) Partindo de uma soluo de NaOH 0,100 mol/L prepare, por diluio, 50 mL de solues: 0,0100 mol/L; 0,00100 mol/L e 0,000100 mol/L. 4.2 Preparo do indicador de repolho roxo a) Pique cerca de cinco folhas de repolho roxo e coloque-as em um almofariz com pistilo; b) Adicione etanol comercial sobre os pedaos de repolho roxo e macere bem; c) Coe a amostra utilizando um funil de vidro e papel de filtro, recolhendo o filtrado em um bquer; d) Transfira o extrato obtido para um frasco com conta-gotas e rotule. 4.3 Solues de pH conhecido e indicadores a) Violeta de metila Prepare uma bateria com 8 tubos de ensaio e coloque 5 mL de cada uma das 8 solues preparadas anteriormente (inclusive das solues de HCl e de NaOH 0,100 mol/L). Adicione em todos eles uma gota do indicador violeta de metila. Numere os tubos de ensaio de acordo com o valor de pH da soluo e o indicador utilizado. Exemplo: tubo 1v = soluo de HCl 0,100 mol/L + indicador violeta de metila. Observe as cores, anote na tabela e guarde essa bateria de tubos pois a mesma ser usada como padro para medida aproximada do pH de solues. b) Alaranjado de metila Prepare uma bateria com 8 tubos de ensaio e coloque 5 mL de cada uma das 8 solues preparadas anteriormente (inclusive das solues de HCl e de NaOH 0,100 mol/L). Adicione em todos eles uma gota do indicador alaranjado de metila. Numere os tubos de ensaio de acordo com o valor de pH da soluo e o indicador utilizado. Exemplo: tubo 1a = soluo de HCl 0,100 mol/L + indicador alaranjado de metila. Observe as cores, anote na tabela e guarde essa bateria de tubos pois a mesma ser usada como padro para medida aproximada do pH de solues. c) Azul de bromotimol Prepare uma bateria com 8 tubos de ensaio e coloque 5 mL de cada uma das 8 solues preparadas anteriormente (inclusive das solues de HCl e de NaOH 0,100 mol/L). Adicione em todos eles uma gota do indicador azul de bromotimol. Numere os tubos de ensaio de acordo com o valor de pH da soluo e o indicador utilizado. Exemplo: tubo 1ab = soluo de HCl 0,100 mol/L + indicador azul de bromotimol. Observe as cores, anote na tabela e guarde essa bateria de tubos pois a mesma ser usada como padro para medida aproximada do pH de solues.

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d) Fenolftalena Prepare uma bateria com 8 tubos de ensaio e coloque 5 mL de cada uma das 8 solues preparadas anteriormente (inclusive das solues de HCl e de NaOH 0,100 mol/L). Adicione em todos eles uma gota do indicador fenolftalena. Numere os tubos de ensaio de acordo com o valor de pH da soluo e o indicador utilizado. Exemplo: tubo 1f = soluo de HCl 0,100 mol/L + indicador fenolftalena. Observe as cores, anote na tabela e guarde essa bateria de tubos pois a mesma ser usada como padro para medida aproximada do pH de solues. e) Extrato de repolho roxo Prepare uma bateria com 8 tubos de ensaio e coloque 5 mL de cada uma das 8 solues preparadas anteriormente (inclusive das solues de HCl e de NaOH 0,100 mol/L). Adicione em todos eles uma gota do extrato de repolho roxo (se as cores ficarem muito fracas, adicione mais algumas gotas do extrato). Numere os tubos de ensaio de acordo com o valor de pH da soluo e o indicador utilizado. Exemplo: tubo 1r = soluo de HCl 0,100 mol/L + extrato de repolho roxo. Observe as cores, anote na tabela e guarde essa bateria de tubos pois a mesma ser usada como padro para medida aproximada do pH de solues. Observao: Se houver tempo no final do experimento, repita os procedimentos com os indicadores: vermelho de metila (tubos de ensaio identificados com nmeros de 1vm a 13vm), vermelho de cresol (tubos de ensaio identificados com nmeros de 1vc a 13vc) e amarelo de alizarina R (tubos de ensaio identificados com nmeros de 1al at 13al). 4.4 Medida do pH de solues 4.4.2 Soluo de cido actico a) Determine o pH das solues cidas e bsicas preparadas nos itens 4.1 e 4.2 utilizando papel indicador universal. Para isto, introduza um basto de vidro limpo na soluo colocando a seguir a extremidade do basto em contato com uma pequena tira de papel indicador. Verifique a cor produzida e o pH correspondente, comparando com a tabela de cores da embalagem do papel. b) Mea o pH dessas mesmas solues utilizando um pHmetro. 4.4.2 Soluo de cido actico a) Prepare 100 mL de uma soluo 0,100 mol/L de cido actico por diluio de uma soluo 1,00 mol/L. b) Determine o pH da soluo de cido actico utilizando papel indicador universal. Para isto, introduza um basto de vidro limpo na soluo, colocando a seguir a extremidade do basto em contato com uma pequena tira de papel indicador. Verifique a cor produzida e o pH correspondente, comparando com a tabela de cores da embalagem do papel. c) Pegue alquotas de 5 mL da soluo de cido actico e coloque em oito tubos de ensaio. Adicione em cada tubo uma gota de cada um dos indicadores usados anteriormente. Estime o pH por comparao com as cores das baterias das solues de referncia. d) Mea o pH dessa mesma soluo utilizando um pHmetro. Se houver tempo, repita o mesmo procedimento com a base hidrxido de amnio 0,1 mol/L. 4.5. Sistemas tampo a. Prepare 250 mL desta soluo empregando como materiais de partida soluo 1,0 mol/L de CH3COONa e soluo 1,0 mol/L de CH3COOH. Verifique o pH da soluo utilizando um pHmetro (solicite auxlio do professor, do monitor ou do tcnico). b. Pegue 2 bqueres colocando no primeiro 100 mL da soluo tampo e no segundo 100 mL de gua destilada.

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c. Escolha um indicador que possa mostrar se sua soluo tampo (pH 5) (ou a gua pura) est ou no se tornando mais cida (o alaranjado de metila seria uma boa escolha?); adicionar a cada bquer 1 ou 2 gotas do indicador. d. Coloque 1 gota de HCl 0,100 mol/L no bquer contendo gua; coloque outra gota de HCl 0,100 mol/L no bquer contendo soluo tampo. e. Continue a adio de HCl, gota a gota, a cada bquer, at que um total de 20 gotas tenham sido adicionadas. f. Repita a operao com outros 2 bqueres, carregando novamente um com gua e outro com soluo tampo, e usando NaOH 0,100 mol/L ao invs de HCl 0,100 mol/L. Naturalmente, deve-se usar agora indicadores que possam mostrar se sua soluo tampo (ou a gua pura) est se tornando mais alcalina ou no (vermelho de cresol seria uma boa escolha?). g. Dilua uma amostra da soluo tampo original com um volume igual de gua e mea seu pH utilizando o pHmetro (solicite auxlio do professor, do monitor ou do tcnico).

Cor Indicador 1

Cor Indicador 2

pH

Tampo

gua pura

Tampo + HCl

gua pura + HCl

Tampo + NaOH

gua pura + NaOH

5. SUGESTES PARA ELABORAO DO RELATRIO a. Escreva as reaes que ocorreram na formao do tampo. Calcule as concentraes de todas as espcies presentes na soluo tampo preparada. b. Discuta os fatores que influenciam o pH e a capacidade tamponante de uma soluo tampo.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M. Fundamentos de Qumica

Experimental. Captulo 6. So Paulo: EDUSP, 2004. 2. MAHAN, B. M.; MYERS, R. J. Qumica: um curso universitrio, trad. 4 Ed. americana. So

Paulo: Edgard Blcher, 1995.

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Frmulas para clculo do valor aproximado do pH de solues

Valores de pKa a 25C para algumas substncias

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Experimento 11 Titulao de solues 1. INTRODUO

No trabalho experimental em laboratrios de Qumica, seja na indstria ou na Universidade, frequentemente necessrio conhecer com preciso o valor da concentrao de solues aquosas de cidos e/ou de bases. Uma opo importante nesses casos a anlise volumtrica.

A anlise volumtrica, tambm conhecida como volumetria, corresponde a um conjunto de metodologias analticas nas quais a quantidade de um constituinte de interesse (amostra) determinada atravs da reao dessa espcie qumica com uma outra presente em uma soluo (chamada soluo padro) cuja concentrao exatamente conhecida. Nesse processo, a amostra contendo a espcie de interesse recebe o nome de titulado, o reagente de concentrao conhecida denominado titulante e a operao de adio do titulante corresponde titulao.

Pode-se determinar quantidades de substncias desconhecidas, ou concentraes desconhecidas atravs de medida de volumes, fazendo reagir uma soluo de concentrao conhecida (padro) com a amostra cuja concentrao ou quantidade desconhecida. Para que o desconhecido possa ser determinado preciso ser possvel reconhecer em que ponto a reao termina, e saber exatamente o volume da soluo padro que foi utilizado. Se conhecemos a concentrao molar (mol/L) da soluo padro, sabemos que um volume (V) dessa soluo contm uma quantidade do reagente em questo igual ao produto da concentrao pelo volume; pela equao qumica podemos ento determinar a quantidade da amostra cuja concentrao ou quantidade era desconhecida, e nosso objetivo ter sido assim atingido (no caso da amostra analisada ser uma soluo, sabendo o volume dessa soluo que reagiu, podemos agora calcular sua concentrao, pois j sabemos a quantidade que esse volume contm).

possvel tambm medir o volume de uma soluo de concentrao desconhecida que reage com uma certa quantidade de outro reagente; pela equao qumica saberemos a quantidade contida na soluo de concentrao desconhecida, o que, considerado em conjunto com o volume medido nos dar o valor dessa concentrao desconhecida.

E como que poderemos saber em que ponto a reao termina? Este ponto, denominado ponto de equivalncia, ponto final terico, ponto de viragem ou

ponto estequiomtrico, deve corresponder a uma modificao fsica na soluo que possa ser visualizada pelo analista. Algumas reaes (por exemplo, uma reao de soluo de permanganato de potssio com alguma soluo redutora) ocorrem com mudanas de cor bem visveis, e podemos assim saber quando a reao terminou. Vrias reaes, porm, no envolvem nenhuma mudana perceptvel; nesses casos, temos que adicionar um reagente auxiliar, chamado indicador, que muda de cor no momento em que a reao termina.

A anlise volumtrica pode ser feita de vrias maneiras diferentes, e fica mais fcil estudar exemplos do que discutir generalizadamente. Em todos os casos, porm, necessrio que as substncias que vo reagir entre si reajam quantitativamente e rapidamente. Exemplo 1: soluo de cido forte com soluo de base forte: digamos que voc tem uma soluo de hidrxido de sdio de concentrao desconhecida, mas que voc sabe que aproximadamente 0,1 mol/L, e dispe de uma soluo de cido clordrico de concentrao conhecida com preciso, por exemplo 0,1037 mol/L. Voc pode medir exatamente 20,00 mL da soluo de NaOH com uma pipeta volumtrica e colocar em um erlenmeyer; em seguida, pode carregar uma bureta (ajustando no zero da escala) com a soluo de HCl, e depois pode deixar a soluo da bureta escoar lentamente para dentro do erlenmeyer que contm a soluo de NaOH; conforme as solues entram em contato, vai ocorrendo instantaneamente a reao:

HCl + NaOH NaCl + H2O

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Como determinar o ponto em que a reao termina? Ora, o erlenmeyer continha inicialmente uma soluo fortemente bsica; conforme se adiciona cido, a soluo vai se tornando menos bsica e, no momento em que toda a base reage, essa soluo torna-se subitamente neutra; a adio de mais uma gota da soluo cida far com que a soluo do erlenmeyer fique cida. Se juntarmos soluo do erlenmeyer, antes de comear a acrescentar cido, uma pequena quantidade do indicador fenolftalena, por exemplo, a soluo se tornar avermelhada, e quando ocorrer a neutralizao ficar incolor. Saberemos, assim, pela mudana de cor, quando a reao terminou; basta fechar a torneira da bureta nesse momento, e ler o volume de soluo de HCl que foi usado. Pela equao qumica, sabemos que 1 mol de HCl reage com 1 mol de NaOH; conhecendo o volume e a concentrao da soluo de HCl, sabemos a quantidade de HCl que reagiu, e esta tem que ser a mesma quantidade de NaOH que havia na soluo bsica; como sabemos seu volume (20,00 mL), podemos calcular sua concentrao.

Como voc pode perceber facilmente, a primeira coisa determinada no clculo foi a quantidade (em mols) de base; a concentrao veio depois. Naturalmente, possvel usar o mesmo processo para determinar quanto hidrxido de dio est contido em uma mistura slida (homognea) de NaOH e NaBr, pois o NaBr no interferir na reao. Exemplo 2: soluo de cido forte com soluo de base fraca: nos casos em que o cido forte e a base fraca, ou o cido fraco e a base forte, o processo similar, mas necessrio tomar cuidado com a escolha dos indicadores. Devido ao fenmeno da hidrlise, uma soluo de cloreto de amnio apresenta pH cido, e uma soluo de acetato de sdio apresenta pH bsico, ento temos que escolher o indicador correto (para cada caso) para que o ponto de viragem seja determinado com preciso.

Digamos que voc queira titular uma soluo de amnia com sua soluo de HCl 0,1037 mol/L. A titulao pode ser feita normalmente, mas preciso escolher um indicador que vire em meio cido, porque a soluo estar levemente cida no momento em que ocorrer a neutralizao. Nesses casos usa-se, mais comumente, alaranjado de metila (fenolftalena no serve, porque ela vira em meio bsico). Titulao reversa

Em certos casos, temos que adotar procedimentos um pouco mais complicados para realizar uma titulao. Suponha, por exemplo, que voc tem uma amostra de um mineral que voc sabe que contm apenas CaCO3 e slica; seu problema determinar a porcentagem de CaCO3. Voc naturalmente sabe que CaCO3 pode reagir com cidos, enquanto que a slica no reage com os cidos comuns (HCl, H2SO4). Parece ento que a soluo bem simples: basta pegar uma quantidade bem determinada da amostra e titular com o HCl 0,1037 mol/L, no? Pois , isso no d certo, no. A razo principal que o carbonato de clcio no solvel em gua. Sendo ele insolvel, sua reao com o HCl seria muito lenta. Imagine que voc estivesse fazendo essa titulao e j tivesse adicionado um certo tanto de cido, que j tivesse reagido; voc teria no erlenmeyer um slido insolvel misturado com uma soluo de CaCl2. Ao adicionar mais uma gota da soluo de HCl, o cido se diluiria na soluo j existente, formando uma soluo muito diluda que reagiria com o slido insolvel em velocidade muito baixa, tornando a titulao impraticvel.

Tudo fica muito mais simples se voc pegar a tal quantidade bem determinada da amostra e trat-la com uma quantidade bem conhecida de HCl 0,1037 mol/L, mas que seja em excesso (digamos, voc adiciona o dobro da quantidade que voc acha que precisa de HCl). A reao j no ser to lenta agora, pois como voc colocou excesso, sempre haver uma concentrao razovel de HCl, no deixando a velocidade cair muito. Mas, mesmo que a velocidade fosse baixa, no teria importncia, pois voc no est titulando; pode-se adicionar o cido num dia e deixar at o dia seguinte, se for preciso. Quando a reao terminar, voc pode ento titular o HCl que sobrou sem

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reagir (pois havia excesso) com uma soluo de NaOH 0,1103 mol/L, por exemplo. Sabendo exatamente quanto HCl sobrou e exatamente quanto voc tinha colocado, fica fcil determinar quanto reagiu.

Padres Primrios:

Como que se consegue preparar solues de concentrao bem conhecida? Substncias como o HCl e o NaOH so relativamente instveis: o HCl um gs e solues aquosas concentradas costumam perder quantidades considerveis de HCl, sendo a concentrao ento varivel com o tempo; o NaOH higroscpico (absorve gua do ar) e reage tambm com o CO2 do ar formando carbonato. Por isso, ao preparar solues dessas substncias, no sabemos exatamente qual a sua concentrao, pois no sabemos exatamente quanto do que dissolvemos era a substncia em questo.

Outras substncias, como o carbonato de sdio e o hidrogenoftalato de potssio, so muito estveis e mantm-se puras por longos perodos. Podemos pesar quantidades bem determinadas dessas substncias e us-las como padres para determinar as concentraes das solues de HCl e de NaOH com bastante exatido.

Por exemplo, digamos que voc preparou uma soluo de HCl aproximadamente 0,1 mol/L. Voc pesa agora cerca de 0,15 g de carbonato de sdio anidro, encontrando o valor exato de 0,1609 g (que corresponde a 1,518 mmol de Na2CO3, cuja massa molar 105,988), dissolve esse carbonato em gua e titula com o seu HCl, usando alaranjado de metila como indicador, gastando 30,7 mL de HCl na titulao.

Como o carbonato de sdio uma substncia pura e estvel (um bom padro primrio), voc sabe que a quantidade de carbonato que reagiu foi mesmo 1,518 mmol; a quantidade de HCl o dobro disto, 3,036 mmol, pois:

Na2CO3 + 2 HCl 2 NaCl + H2O + CO2 Assim, sua soluo (~0,1 mol/L) de HCl na verdade contm 3,036 mmol de HCl em

30,7 mL, e sua concentrao molar :

Uma soluo assim tratada diz-se padronizada, e o valor de sua concentrao (0,09889

mol/L) um valor correto e muito confivel para ser usado em clculos futuros envolvendo essa soluo. Se voc quiser fazer um trabalho realmente bom, deve repetir o processo de padronizao, pesando nova quantidade de carbonato e titulando novamente. Como varia o pH da soluo (no erlenmeyer) durante a titulao?

Esta uma pergunta que pode ter vrias respostas, pois o pH ir variar de forma bem diferente conforme o cido e a base utilizados sejam fortes ou fracos. Vamos examinar apenas o caso de cido forte com base forte. Imagine que voc colocou no erlenmeyer 20,00 mL de soluo de HCl 0,1000 mol/L. Neste momento (volume de base adicionado = 0,00 mL) o erlenmeyer conter 2,00 mmol de HCl e o pH da soluo ser log [0,1000] = 1,00. Em seguida imagine que voc adicionou 5,00 mL da soluo bsica, que seria uma soluo 0,1000 mol/L de NaOH: com isso voc juntou ao erlenmeyer 0,500 mmol de NaOH, que reagiu com a mesma quantidade de cido, reduzindo para 1,50 mmol a quantidade de HCl no erlenmeyer; como o volume da soluo foi elevado para 20,00 + 5,00 = 25,00 mL, a concentrao de HCl agora ser de 0,0600 mol/L, resultando em um pH = 1,22. Observe a tabela 1, que est dividida horizontalmente em trs sees. A primeira seo corresponde aos casos em que ainda sobrou cido no erlenmeyer, e o clculo do pH feito da maneira indicada acima.

Procure fazer voc mesmo os clculos para compreender melhor tudo isso.

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A segunda seo da tabela contm apenas um caso, aquele em que ocorreu a neutralizao total. Est separado porque o clculo simplificado acima daria uma concentrao zero para H+, mas sabemos que na gua neutra (ou em solues aquosas neutras) h uma concentrao de H+ de 10-7 mol/L, devida ionizao da prpria gua.

Finalmente a terceira seo corresponde aos casos em que h base sobrando no erlenmeyer. Tendo adicionado, por exemplo, 2,01 mmol de NaOH (20,10 mL), todo o cido foi neutralizado e ainda sobrou 0,010 mmol de NaOH, em um volume de 20,00 + 20,10 = 40,10 mL. A concentrao de NaOH ser 2,49 10-4 mol/L, resultando em um pOH = - log [OH-] = - log (2,49 10-4) = 3,60; como pH + pOH = 14, o pH ser 10,4.

Tabela 1. Variao do pH durante a titulao de um cido forte com base forte

inicialmente o erlenmeyer contm 20,00 mL de soluo de HCl 0,1000 mol/L (2,00 mmol de HCl)

Faa um grfico, colocando o volume de base adicionado no eixo horizontal e o pH resultante no eixo vertical e estude-o cuidadosamente. Operao do equipamento volumtrico

Voc j aprendeu, em experimentos anteriores, como utilizar o balo volumtrico, como operar pipetas e como carregar buretas. Releia cuidadosamente essas instrues. Nesta seo daremos apenas algumas poucas instrues complementares sobre operaes que voc ainda no fez com esses materiais.

Para fazer solues no balo volumtrico, absolutamente essencial agitar a mistura, para que se torne homognea, antes de fazer o ajuste final de volume. Voc j viu que, ao misturar lquidos diferentes, pode ocorrer variao de volume; se voc tiver uns 100 mL de uma soluo qualquer num balo volumtrico de 250 mL e adicionar gua para completar o volume a exatamente 250 mL, ao agitar, o volume pode contrair-se (o que no seria problema, pois bastaria completar novamente), mas pode tambm aumentar, deixando-o em uma situao bem difcil. A

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maneira mais segura de proceder juntar gua at perto da marca, mas deixando o nvel do lquido abaixo do trao do balo; agita-se bem para homogeneizar e ento completa-se o volume exatamente. preciso tomar cuidado tambm com processos de dissoluo ou de diluio que sejam exotrmicos ou endotrmicos: se, aps homogeneizar, a temperatura do lquido no balo subiu ou desceu em relao temperatura ambiente, necessrio esperar que a temperatura volte ao normal para fazer o ajuste final. *Agitao de lquidos em bales volumtricos pode ser efetuada facilmente tampando bem o balo e virando-o de cabea para baixo, desvirando em seguida, e repetindo essa operao algumas vezes.

Observe, na Figura 1, a maneira correta de operar a bureta durante uma titulao; a

torneira deve ser segurada com a mo esquerda, colocada da forma representada na figura; o erlenmeyer onde est a outra soluo (a que est sendo titulada) deve ser segurado com a mo direita mantendo a ponta do bico da bureta no interior da boca do erlenmeyer. necessrio agitar o erlenmeyer com movimentos rotativos durante toda a titulao.

Figura 1. Modo correto de operar uma bureta.

A operao da bureta pode ser bem mais difcil do que voc imagina. necessrio que voc

tenha absoluto controle sobre a torneira, podendo abrir ou fechar total ou parcialmente no momento que voc desejar. Qualquer atraso ou erro numa dessas operaes pode arruinar uma titulao. Treine cuidadosamente durante este experimento.

Pessoas canhotas (ou esquerdas) podem inverter as mos para fazer uma titulao, mas no muito aconselhvel que o faam: para trocar as mos necessrio virar a bureta (para que a torneira fique do outro lado), com o que a escala da bureta ficar voltada para trs, exigindo que a bureta seja desvirada para ler a escala. O canhoto provavelmente achar mais fcil treinar para conseguir fazer a titulao da maneira descrita do que ficar girando a bureta para l e para c (sem contar que em algumas operaes temos que ler a escala ao mesmo tempo em que operamos a torneira da bureta). *Pode-se acelerar o processo para trazer o lquido temperatura ambiente passando gua corrente (da torneira da pia) por fora do balo, alternando esse processo com a agitao do lquido no balo para trazer o excesso de calor superfcie (ou para levar o calor para o interior do lquido, nos processos endotrmicos). Essas operaes precisam ser repetidas vrias vezes. Voc saber a hora de terminar porque, ao agitar, a temperatura externa do balo permanecer constante.

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2. PR-EXERCCIOS DE LABORATRIO (PEL) a. Qual o fundamento da volumetria de neutralizao? (especifique em qual teoria cido-base a mesma est baseada)

b. Como sabemos que atingimos o ponto de equivalncia em uma titulao volumtrica?

c. Qual a funo do indicador cido-base em titulaes? Por que a soluo muda de cor a partir do ponto de equivalncia?

d. O que um padro primrio em analtica? Por que no podemos usar hidrxido de sdio como um padro primrio?

e. Qual a finalidade da padronizao de uma soluo?

f. Estime os volumes que deveriam ser gastos na padronizao do NaOH e na determinao da concentrao da soluo de HCl.

g. Estime a concentrao molar da soluo a partir da porcentagem m/v de cido actico disponvel no rtulo do vinagre utilizado.

h. Prepare uma tabela para anotar as medidas que voc vai fazer. 3. OBJETIVOS Propiciar o desenvolvimento de habilidades imprescindveis em laboratrios como operao de equipamentos volumtricos, padronizao de solues a partir de padres primrios, determinao da concentrao de solues cidas e determinao de cido actico em vinagre a partir da reao com soluo de hidrxido de sdio bem como a realizao de clculos estequiomtricos. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1 Padronizao da soluo de NaOH 0,1 mol/L a) Pese, em uma balana analtica, exatamente cerca de 0,25 g de biftalato de potssio, previamente seco em estufa; b) Transfira para um erlenmeyer de 250 mL e adicione cerca de 50 mL de gua destilada, agitando at que todo o sal se dissolva completamente; c) Preencha a bureta com a soluo de NaOH a ser padronizada (Observao: elimine as bolhas porventura existentes na bureta); d) Adicione cerca de 3 gotas do indicador fenolftalena; e) Inicie a titulao, abrindo vagarosamente a torneira da bureta, e adicione lentamente a base sobre a soluo contida no erlenmeyer. Segure a torneira com uma das mos (esquerda, se voc for destro, ou se for canhoto, a direita), para controlar o fluxo do titulante, e com a outra mo faa movimentos circulares com o erlenmeyer, para agitar a soluo. Prossiga a titulao at que a soluo contida no erlenmeyer mude a colorao de incolor para levemente rosa; f) Leia o volume da soluo de NaOH usada, observando a posio do menisco, com o cuidado de anotar o volume com trs algarismos significativos; g) Repita este procedimento mais duas vezes, alternando com o colega da sua dupla, para que cada aluno efetue no mnimo uma titulao. Calcule a concentrao desta soluo. 4.2 Determinao da concentrao da soluo de HCl com a soluo de NaOH padronizada a) Transfira 3 mL da soluo 0,5 mol/L de HCl para um erlenmeyer de 250 mL, com o auxlio de uma pipeta volumtrica; b) Adicione cerca de 50 mL de gua destilada e 3 gotas do indicador fenolftalena; c) Preencha a bureta com a soluo de NaOH padronizada anteriormente (titulante); d) Inicie a titulao, abrindo vagarosamente a torneira da bureta, e adicione lentamente a base sobre a soluo contida no erlenmeyer. Segure a torneira com uma das mos (esquerda, se voc

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for destro, ou se for canhoto, a direita), para controlar o fluxo do titulante, e com a outra mo faa movimentos circulares com o erlenmeyer, para agitar a soluo. Prossiga a titulao at que a soluo contida no erlenmeyer mude a colorao de incolor para levemente rosa; f) Leia o volume de titulante usado, observando a posio do menisco, com o cuidado de anotar o volume com trs algarismos significativos; g) Repita este procedimento mais duas vezes, alternando com o colega da sua dupla, para que cada aluno efetue no mnimo uma titulao. Calcule a concentrao da soluo de HCl. 4.3 Determinao do teor de cido actico no vinagre a) Utilizando uma pipeta volumtrica, transfira 25 mL de vinagre para um balo volumtrico de 100 mL. Adicione gua at completar o volume do balo. Feche bem o balo e vire-o de ponta-cabea vrias vezes, para homogeneizar a soluo. Guarde a soluo obtida em um frasco rotulado. Estime a concentrao molar da soluo a partir da porcentagem m/v de cido actico disponvel no rtulo do vinagre utilizado. b) Transfira 5 mL da soluo preparada a partir do vinagre para um erlenmeyer de 250 mL, com o auxlio de uma pipeta volumtrica; b) Adicione cerca de 50 mL de gua destilada e 3 gotas do indicador fenolftalena; c) Preencha a bureta com a soluo de NaOH padronizada anteriormente (titulante); d) Inicie a titulao, abrindo vagarosamente a torneira da bureta, e adicione lentamente a base sobre a soluo contida no erlenmeyer. Segure a torneira com uma das mos (esquerda, se voc for destro, ou se for canhoto, a direita), para controlar o fluxo do titulante, e com a outra mo faa movimentos circulares com o erlenmeyer, para agitar a soluo. Prossiga a titulao at que a soluo contida no erlenmeyer mude a colorao de incolor para levemente rosa; f) Leia o volume do titulante usado, observando a posio do menisco, com o cuidado de anotar o volume com trs algarismos significativos; g)