IQA 121M (ASF) 2015-1 - Aula 18 - Equilibrio Ácido Base - Parte VII - Volumetria de Neutralização (02!06!15)

8/15/2019 IQA 121M (ASF) 2015-1 - Aula 18 - Equilibrio Ácido Base - Parte VII - Volumetria de Neutralização (02!06!15)

http://slidepdf.com/reader/full/iqa-121m-asf-2015-1-aula-18-equilibrio-acido-base-parte-vii-volumetria 1/22

02/06/2015

DQA

Profª. Aline Soares Freire

Professor Assistente A

EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE

IQA 121 – Química AnalíticaAula 18

Departamento de Química Analítica - UFRJ

Parte VII: Volumetria Ácido-Base ou Volumetria por Neutralização

DQA

2

VOLUMETRIA DE NEUTRALIZAÇÃO: método analítico de determinação de ácidos ebases. Aplicação específica da técnica de volumetria para reações de neutralização.

Construir uma curva de titulação teóricade um ácido forte contra base forte

Exemplo: HCl e NaOH

HCl + NaOH → NaCl + H 2O

H3O+ + OH- → H2O

ANTESDO P.E.

APÓSO P.E.NO P.E.

Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação



02/06/2015

DQA

3

Como construir:

Início da titulação: pH devido exclusivamente ao ácido forte;

Entre o início da titulação e imediatamente antes do pontode equivalência (PE): mistura de ácido forte com base forte(excesso de ácido forte): pH dado pelo ácido forte em excesso;

No PE: pH = 7,0;

Após o PE: pH devido à contribuição da base forte (emexcesso).


Curvas de Titulação: ÁCIDO FORTE X BASE FORTE

DQA

4

ANTES do PE – Ponto 1:

VNaOH = 0,00 mL [HCl] = 0,1000 M

[H3O+] = 0,1000 M

pH = 1,0


Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1



02/06/2015

DQA

5


VNaOH = 10,00 mL

•nº de mmols de H 3O+

inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;

• nº de mmols de OH -adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 10,00 [mL] = 2,0 mmols;


excesso = 5,0 – 2,0 = 3,0 mmols.

•Nova concentração de H 3O+:

[H3O+]excesso =3,0

60,00[H3O+]excesso = 0,05000 mol L-1

pH = 1,30



DQA

6


VNaOH = 24,90 mL

• nº de mmols de H 3O+inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;

•nº de mmols de OH -

adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 24,90 [mL] = 4,98 mmols;


excesso = 0,02 mmols.

[H3O+]excesso =0,02

74,90[H3O+]excesso = 2,67 x 10-4 mol L-1

pH = 3,57






02/06/2015

DQA

7


VNaOH = 24,99 mL






[H3O+]excesso =0,002

74,99[H3O+]excesso = 2,67 x 10-5 mol L-1

pH = 4,57




DQA

8

NO PE – Ponto 5:

VNaOH = 25,00 mL

nº de mmols de H 3O+inicial = nº de mmols de OH -

adicionado

[H3O+] = [OH-] = √Kw [H3O+] = 1,0 x 10-7 mol L-1

pH = 7,0


•NaCl: não sofre hidrólise!!!




02/06/2015

DQA

9

APÓS o PE – Ponto 6:

VNaOH = 25,01 mL






[OH-]excesso =0,002

75,01[OH-]excesso ≈ 2,67 x 10 -5 mol L-1

pOH = 4,57


pH = 9,43

•Nova concentração de OH -:


DQA

10


VNaOH = 25,10 mL

• nº de mmols de H 3O+inicial = 0,2000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;





[OH-]excesso =0,02

75,10[OH-]excesso ≈ 2,66 x 10 -4 mol L-1

pOH = 3,57


pH = 10,4





02/06/2015

DQA

11


VNaOH = 40,00 mL






[OH-]excesso =3,0

90,00[OH-]excesso ≈ 0,03333 mol L -1

pOH = 1,48


pH = 12,5



DQA

12

VNaOH (mL) pH

0,00 1,00

10,00 1,30

24,90 3,57

24,99 4,57

25,00 7,00

25,01 9,42

25,10 10,4

40,00 12,5





02/06/2015

DQA

13

Curvas de Titulação: ÁCIDO FORTE X BASE FORTE



0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00(*) Nota da professora: em Volumetria, os volumes obtidos através de pipeta volumétrica e bureta devem ser expressos com DUAS CASASDECIMAIS, enquanto que a molaridade deve ser expressa com QUATRO

ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS!!! Deve-se portanto acrescentar umalgarismo “zero” a todos os valores de concentração e volume e retirarum algarismo “zero” dos valores de pH > 10 (Ou seja... Errado na Tabela!!)

DQA

14


BASE FORTE X ÁCIDO FORTEÁCIDO FORTE X BASE FORTE

De forma

análoga...

CURVAS DE TITULAÇÃO



02/06/2015

DQA

15

Como construir:

Início da titulação: pH devido exclusivamente ao ácido fraco;

Entre o início da titulação e imediatamente antes do pontode equivalência (PE): mistura de ácido fraco com sal contendosua base conjugada: pH dado pelo SISTEMA TAMPÃO;

No PE: pH proveniente da reação de hidrólise do ânion do salderivado do ácido fraco;

Após o PE: pH devido à contribuição da base forte (emexcesso).


Curvas de Titulação: ÁCIDO Fraco X BASE FORTE

DQA

16

ANTES do PE – Ponto 1: VNaOH = 0,00 mL [HOAc] inicial = 0,1000 M

pH = 2,88


Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1

OAc- HOAc + H2O H3O+ +

1ª aproximação: Se o HF é um ácido fraco, espera-se que a solução seja ácida.

2ª aproximação: Se o HOAc é um ácido fraco, espera-se que ele esteja pouco dissociado.

x = [H3O+] = 1,32 x 10-3 mol L-1

Verificando as aproximações:(2ª) [H 3O+ ] = (1,32 x 10 -3 /0,100) x 100 = 1,32%

(1ª) [OH - ] = 7,58 x 10 -12 mol L-1 <<[H 3O+ ] = 1,32 x 10 -3 mol L-1



02/06/2015

DQA

17

ANTES do PE – Ponto 1: VNaOH = 0,00 mL [HOAc] inicial = 0,1000 M




OH- H2O + H2O H3O+ +

BM: CHOAc = [HOAc] + [ OAc-] BC: [H3O+] = [OAc-] + [OH-]

Pelo Método Sistemático

DQA

18


• Simplificações possíveis:

1ª aproximação: Se o HOAc é um ácido, espera-se que a solução seja ácida.

BC: [H3O+] = [OAc-] + [OH-] BC: [H3O+] ≈ [OAc - ]

2ª aproximação: Se o HOAc é um ácido fraco, espera-se que ele esteja pouco dissociado.

BM: CHOAc = [HOAc] + [OAc-] BM: CHOAc ≈ [HOAc]

Ka =[H3O+] [OAc-]

[HOAc]=

[H3O+] [H3O+]

[HOAc]

Ka =[H3O+] [OAc-]

[HOAc]=

[H3O+] [H3O+]

CHOAc - [OAc-]=

[H3O+] [H3O+]

CHOAc



02/06/2015

1

DQA

19


VNaOH = 10,00 mL

•nº de mmols de HOAc inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;



•nº de mmols de HOAc excesso = 5,0 – 2,0 = 3,0 mmols.

•nº de mmols de OAc -

formado = 2,0 mmols.




OAc- HOAc + OH- H2O +

DQA

20


VNaOH = 10,00 mL



• Nova concentração de HOAc:

[HOAc]excesso = 3,060,00

= 0,05000 mol L-1

•Nova concentração de OAc -:

[OAc-]formado = 2,060,00

= 0,03333 mol L-1

SISTEMA TAMPÃO!!!- Equação de Henderson-Hasselbalch

Csal

Cácido

0,03333

0,05000

pH = 4,58



02/06/2015

1

DQA

21

pOH = 5,21



2ª aproximação: A reação de hidrólise é desprezível frente à concentração inicial da base conjugada do ácido fraco.

x = [OH-] = 6,17 x 10-6 mol L-1

Verificando as aproximações:(2ª) [H 3O+ ] = (6,17 x 10 -6 /0,06667) x 100 = 0,00925%

(1ª) [OH - ] = 6,17 x 10 -6 mol L-1 >> [H 3O+ ] = 1,62 x 10 -9 mol L-1

NO PE – Ponto 3: VNaOH = 25,00 mL•

nº de mmols de HOAc inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;•

nº de mmols de OH -adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 25,00 [mL] = 5,0 mmols;

•nº de mmols de HOAc excesso = 5,0 – 5,0 = 0,0 mmols.

• nº de mmols de OAc - formado = 5,0 mmols.

1ª aproximação: Se a reação de hidrólise libera OH - , espera-se que a solução seja alcalina.

pH = 8,79

OH- OAc- + H2O HOAc +

DQA

22

NO PE – Ponto 3: VNaOH = 25,00 mL

• nº de mmols de HOAc inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;• nº de mmols de OH -

adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 25,00 [mL] = 5,0 mmols;• nº de mmols de HOAc excesso = 5,0 – 5,0 = 0,0 mmols.

• nº de mmols de OAc - formado = 5,0 mmols.



OH- OAc- + H2O HOAc +

OAc- HOAc- + OH- H2O +

Pelo Método Sistemático

OH- H2O + H2O H3O+ +

BM: COAc- = [ OAc-] + [HOAc] BC: [H3O+] + [Na+] = [OAc-] + [OH-]



02/06/2015

1

DQA

23

Hidrólise

([OH-] - [H3O+])[OH-] Kh =

(Cs + [H3O+] - [OH-])

([OH-])2Kh =

(Cs - [OH-])


1ª aproximação: Se a reação de hidrólise libera OH - , espera-se que a solução seja alcalina.

([OH-] - [H3O+])[OH-] = (Cs + [H3O+] - [OH-])

[HOAc][OH-] Kh = [OAc-]

2ª aproximação: Como a constante de hidrólise é bastante pequena, a reação de hidrólise serádesprezível, ou seja, [HOAc] << C s.

([OH-])2Kh =

(Cs - [OH-])

([OH-])2Kh =

Cs

DQA

24

Após o PE – Ponto 4:

• nº de mmols de HOAc inicial = 0,1000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;•

nº de mmols de OH -


• nº de mmols de OH- excesso = 5,02 – 5,0 = 0,02 mmols.• nº de mmols de OAc - formado = 5,0 mmols.



OH- OAc- + H2O HOAc +OAc- HOAc- + OH- H2O +

VNaOH = 25,10 mL

• Nova concentração de OH -: [OH-]excesso =0,0275,10

[OH-]excesso ≈ 2,66 x 10 -4 mol L-1

pOH = 3,57 pH = 10,4



02/06/2015

1

DQA

25

Curvas de Titulação: ÁCIDO Fraco X BASE FORTE



0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00(*) Nota da professora: em Volumetria, os volumes obtidos atravésde pipeta volumétrica e bureta devem ser expressos com DUASCASAS DECIMAIS, enquanto que a molaridade deve ser expressa comQUATRO ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS!!! Deve-se portantoacrescentar um algarismo “zero” a todos os valores de concentraçãoe volume e retirar um algarismo “zero” dos valores de pH > 10 (Ouseja... Errado na Tabela!!)

DQA

26

COMPARANDO...




02/06/2015

1

DQA

27


DQA

28


PADRONIZANDO AS SOLUÇÕES...



02/06/2015

1

DQA

29

Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res

INDICADORES ÁCIDO – BASE

Substâncias que indicam o ponto final de uma titulação ácido-base

Um indicador ácido-base é um ácido orgânico fraco ou uma baseorgânica fraca , cuja forma não dissociada possui cor diferentedaquela exibida por sua base conjugada ou seu ácido conjugado.

TEORIA DE OSTWALD: mudança de cor de um indicador deve-sea modificações estruturais , que incluem formas ressonantes.

DQA

30


Indicador do tipo ÁCIDO ORGÂNICO FRACO


Ind- HInd + H2O H3O+ +Cor da forma ácida

(forma não dissociada)Cor da forma alcalina

(forma dissociada)

ÁCIDO BASE CONJUGADA

Ka =[H3O+] [Ind-]

[HInd][Hind]

[Ind-][H3O+] = Ka



02/06/2015

1

DQA

31


Indicador do tipo BASE ORGÂNICA FRACA


OH- Ind + H2O IndH+ +Cor da forma alcalina

(forma não dissociada)Cor da forma ácida(forma dissociada)

BASE ÁCIDO CONJUGADO

Kb =[HInd+] [OH-]

[Ind]

[Ind]

[Hind+][OH-] = Kb

DQA

32


Exemplos

Fenolftaleína:

TEORIA DE OSTWALD: mudançade cor de um indicador deve-se a

modificações estruturais , queincluem formas ressonantes.




02/06/2015

1

DQA

33


Exemplos

Fenolftaleína:


DQA

34


Exemplos

Alaranjado de metila:

(amarelo)

(vermelho)




02/06/2015

1

DQA

35


Exemplos

Azul de bromotimol:

(amarelo) (azul)


DQA

10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012

300 800Visível

Raios cósmicosRaiosgama Raios X IR Microondas Ondas de rádioUV

Comprimento de ondaEnergia36

Faixa de viragem de um indicador: o espectro eletromagnético





02/06/2015

1

DQA

37


Faixa de viragem de um indicador: as cores complementares


DQA

38


INDICADORES ÁCIDO – BASE Faixa de viragem de um indicador: o “detector”

O OLHO HUMANO NÃO É MUITO SENSÍVEL ADIFERENÇAS DE COR PROVOCADAS PELA AÇÃO

DOS INDICADORES ÁCIDO-BASE QUANDO:

[Hind] [Ind-]

0,1 > > 10



02/06/2015

2

DQA

39

Volu m etr ia de Neutr alização: in d ic ado res

INDICADORES ÁCIDO – BASE Faixa de viragem de um indicador: o “detector”

Qual a faixa de pH em que ocorre a mudança de cor para um indicador ácido?

[Hind]

[Ind-][H3O+] = Ka

[H3O+] = 0,1 Ka (mínimo) [H3O+] = 10 Ka (máximo)

pH (cor da forma ácida) = - log Ka - log 10pH (cor da forma ácida) = pKa - 1

pH (cor da forma básica) = - log Ka - log 0,1pH (cor da forma básica) = pKa + 1

Faixa de viragem de um indicador: pH = pKa ± 1

DQA

40


INDICADORES ÁCIDO – BASE Faixa de viragem de um indicador





02/06/2015

DQA

43

EXEMPLOS DE INDICADOR ÁCIDO-BASE

FENOLFTALEÍNA

VERMELHO DE METILA


ALARANJADO DE METILA(“Cor da casca da cebola”)

Documents

IQA 121M (ASF) 2015-1 - Aula 18 - Equilibrio Ácido Base - Parte VII - Volumetria de Neutralização (02!06!15)