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Relatório
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INTRODUO AO EQUILBRIO CIDO-BASE E POTENCIOMETRIA DE H+Titulao Potenciomtrica de um Aminocido Termodinmica
Mestrado integrado em Bioengenharia2014/2015
Ana Filipa Adonias Costa up201403759 Data do trabalho: 27/02/2015Maria Joo Ferreira Pacheco up201405251 Data do relatrio: 6/03/2015Mariana Mendes Martins Coelho up201405133 Grupo 3, MIB 2ndice
Introduo3Procedimento experimental4Cuidados a ter5Condies experimentais5Resultados experimentais6Dados obtidos experimentalmente 6Dados conhecidos 8Incertezas dos instrumentos de medida 8 Dados a retirar da titulao da glicina.9Formulrio 9Processamento dos dados experimentais10Clculos e respetivos erros 10Erros absolutos 15Erros relativos 16Compilao dos resultados17Discusso dos resultados21Concluso23Bibliografia24
IntroduoEsta atividade experimental teve dois objetivos principais: a calibrao do eltrodo de pH, e a titulao da glicina com a determinao da sua concentrao. A calibrao do eltrodo foi possvel atravs da medio do potencial eltrico de 3 solues diferentes (cida, bsica e neutra), todas de pH conhecido, o que nos permitiu traar a reta de calibrao do pH () e calcular a sensibilidade do aparelho, sabendo que, sendo F a constante de Faraday, e R a constante dos gases perfeitos. Este valor ser menor que um, sendo que quanto mais prximo deste valor, mais precisa ser a medio do potencial eltrico, uma vez que o aparelho mais sensvel passagem de eletres. A 2 parte consiste numa titulao potenciomtrica da glicina. A glicina um aminocido e, como tal, possui um grupo amina (-NH2, grupo bsico) e um grupo carboxilo (-COOH, grupo cido) sendo, por isso, necessrio recorrer a um cido forte, o HCl, e a uma base forte, o NaOH, para contrariar o efeito tampo produzido por ambas as espcies. Com a adio de HCl, a glicina fica sob a sua forma mais protonada, NH3+-CH2-COOH, sendo por isso titulada com o NaOH, base forte. O pH da soluo no ponto inicial da titulao ento determinado pela protlise da espcie NH3+-CH2-COOH. Com pequenas adies de NaOH, o grupo carboxilo vai perdendo os seus protes e, por isso at ao 1 ponto de equivalncia, o efeito tampo dado pelo par conjugado -COOH/-COO-. Isto significa que no 1 ponto de equivalncia, o grupo carboxlico encontra-se completamente desprotonado (NH3+-CH2-COO-). A partir deste momento, o grupo NH3+ que se vai encarregar de tamponar a soluo perante a adio de base forte (tampo -NH3+/- NH2). No 2 ponto de equivalncia, temos ento toda a glicina sob a forma de NH2-CH2-COO-. Neste 2 ponto de equivalncia, a variao de pH menos notria do que no 1 ponto devido fraqueza do cido NH3+. O objetivo principal da titulao ento determinar o volume de titulante (NaOH) para o qual esto presentes quantidades estequiomtricas do titulante e do titulado, Cglicina*Vglicina= Ctitulante* Vtitulante..Toda esta 2 parte foi acompanhada pela medio do potencial eltrico que foi possvel converter para valores de pH atravs da reta de calibrao obtida na 1 parte.
Procedimento experimental
Como j foi referido anteriormente, esta atividade experimental pode ser divida em duas partes: a calibrao do eltrodo do pH e a titulao da glicina com a determinao da sua concentrao.Em ambas as partes o procedimento experimental foi de encontro ao protocolo dado pelo docente da parte prtica da unidade curricular, com apenas uma pequena alterao de relevncia pouco significativa: na 1 parte do protocolo o pH-metro j se encontrava configurado em modo de leitura para potencial eltrico em mV (1 parte, passo 5). Isto permitiu poupar tempo aos alunos, prosseguindo a experincia mais rapidamente.Para alm disto, relativamente s condies em que a experincia foi realizada, apesar de a temperatura prevista ser a temperatura padro (25 C ou 298 K), a temperatura do laboratrio rondava os 24 C, o que, obviamente, no produziu qualquer efeito significativo nos resultados obtidos.O restante procedimento experimental em nada diferiu do protocolo dado.
Cuidados a ter: importante referir alguns cuidados especiais que tivemos que ter em relao ao procedimento e manuseamento dos materiais ao longo desta experincia: Ao secar a membrana do eltrodo com papel absorvente, NO A FRICCIONAR. Ao mergulhar o eltrodo na soluo padro de pH ter em conta que a que a ponte salina se encontra abaixo da sua superfcie e IMPEDIR QUE O AGITADOR BATA NO ELCTRODO; No final da utilizao do eltrodo, proteg-lo, introduzindo-o, COM MUITO CUIDADO, na cpsula que foi retirada no passo 2 do Procedimento 1.
Condies experimentais: Tambm importante referir as condies em que o trabalho foi realizado: A temperatura do laboratrio no diferia muito de 25 C; Presso atmosfrica, aproximadamente 1 atm;
Resultados experimentais Dados obtidos experimentalmenteTabela 1 - Valores das medies das variveis experimentais do procedimento 1pH da soluo tampoE (mV)Temperatura ( C)
4,0117423,7
7,00-224,3
9,21-13023,9
Tabela 2 - Valores das medies das variveis experimentais do procedimento 2Volume adicionado (mL)E (mV)Temperatura ( C)
0,029124,3
0,528924,2
1,028624,2
1,528324,3
2,027924,3
2,527624,3
3,027324,3
3,526924,3
4,026524,3
4,526124,4
5,025724,4
5,525324,4
6,024824,4
6,524324,4
7,023524,4
7,523124,4
8,022324,4
8,521224,5
9,019524,5
9,515024,5
9,7-924,5
9,9-6224,5
10,1-8524,5
10,3-9124,5
10,5-10124,4
10,7-10324,4
10,9-11124,4
11,1-11324,4
11,6-12524,4
12,1-13324,4
12,6-13924,4
13,1-14524,4
13,6-15024,4
14,1-15524,4
14,6-16124,4
15,1-16624,5
15,6-17124,5
16,1-17524,5
16,6-18124,5
17,1-18924,5
17,6-19924,5
18,1-20124,5
18,6-21024,5
19,1-22124,5
19,6-23624,5
20,1-25124,5
20,7-26924,5
21,1-27024,6
21,6-27724,5
22,1-28224,5
22,3-28424,5
22,5-28624,5
22,7-28724,5
23,2-29024,5
23,7-29224,5
Dados conhecidosTabela 3 - Dados conhecidos das experincias 1 e 2SoluoConcentrao
NaOH0,250 M
HCl1,000 M
Glicina0,050 M
pKa1 terico2,34
pKa2 terico9,60
pH isoeltrico terico5,97
Incertezas dos instrumentos de medidaTabela 4 - Incertezas dos instrumentos de medidaInstrumentoIncerteza
Pipeta volumtrica de 50 mL 0,05 mL
Pipeta graduada de 5 mL 0,03 mL
pH-metro 1 mV
Bureta graduada de 25 mL 0,05 mL
Dados a retirar da titulao da glicina (com base na Tabela 2)Tabela 5 Titulao da glicinaVolume de NaOHPotencial lidopH
pKa19,60/2=4,80 mL0,257 V2,58
1 Ponto de Equivalncia(9,50+9,70)/2=9,60 mL(0,15-0,009)/2=0,0705 V5,77=pHisoeltrico
pKa21,5*9,60=14,40 mL-0,161 V9,73
2 Ponto de Equivalncia19,10 mL-0,221 V10,76
Tabela 6 Formas mais comuns da glicinaFrmula condensadafrmula molecular
H2G+NH3+-CH2-COOH
HGNH3+-CH2-COO-
G-NH2-CH2-COO-
Formulrio
, onde n o nmero de moles (em mol) e V o volume da soluo (dm3), no ponto de equivalncia, onde o nmero de moles de cido (em mol) e o nmero de moles de baseE = Econstante (2,303 RT / F ) pHext, em que a corresponde a, aproximadamente, -2,303 RT / F, e b corresponde medio do Econstante do elctrodo
Processamento dos dados experimentais Clculos Na primeira parte deste trabalho, foi realizada a calibrao do eltrodo de pH, utilizando trs solues tampo a trs valores de pH diferentes, 4,01, 7 e 9,21, respetivamente, de modo a traar uma reta de regresso linear de E=f(pH), obtendo para isto os valores lidos no pH-metro do potencial eltrico de cada uma das solues. Assim sendo, ao linearizar os dados obtidos na Tabela 1 com uma calculadora grfica (CASIO), obteve-se a seguinte reta:
Figura 1 - Reta de regresso linear de E=f(pH)
Nesta primeira parte, pde determinar-se a sensibilidade do aparelho, atravs do quociente entre o declive obtido experimentalmente e o declive terico (a=-2,303RT/F):
Pde tambm determinar-se, nesta fase, o potencial de assimetria, ou seja, o valor de potencial lido pelo eltrodo quando pH=7, e que deve encontrar-se na gama dos 20 mV relativamente ao zero. O valor lido pelos utilizadores foi de -2 mV.
Quanto segunda parte da experincia, esta teve incio com uma soluo de glicina de concentrao 0,050 M. Depois de, com o pH-metro, se analisar o pH da soluo (pH=6,416, derivado de E=0,033 V), concluiu-se que a espcie da glicina mais abundante na soluo seria HG, ou NH3+ - CH2 - COO-, espcie anfiprtica, o que justifica o valor mais ou menos neutro de pH encontrado. Assim, para conseguir realizar a titulao potenciomtrica da glicina e analisar os seus dois pontos de equivalncia, sabendo que esta teria que estar na sua forma completamente protonada (H2G+), foi-lhe adicionado HCl, tal que:
pH inicial da soluo de H2G+:Einicial = 291 mV
pH da soluo de glicina ao atingir V(NaOH)=Vequivalente/2Quando o volume de hidrxido de sdio adicionado corresponde a metade do volume equivalente, tem-se
Incio: ,ou seja, n(HG)=n(H2G+), e segundo a equao de Henderson-Hasselbach:
pH no 1 ponto de equivalncia pH isoeltrico Vequivalente = 9,6 mL=Vpico 1 - Vpico 2(atravs dos picos da derivada do grfico da figura 2)E = 0,0705 V
pH quando V=1,5*Vequivalente (V = 1,5*9,6 mL = 14,4 mLE = -0,161 V
pH no 2 ponto de equivalnciaV total = (50,00+2,50+19,10) mL = 71,6 mLn(NaOH) = 0,25 M * 19,1*10-3 dm3 = 4,8*10-3 mol
Depois destes clculos, pode inferir-se acerca da concentrao da glicina, antes e depois da titulao.
- Concentrao inicial da glicina completamente protonada, H2G+:
Erro associado concentrao inicial da glicina:
- Concentrao da glicina aps a titulao, na sua forma mais bsica, G-:
Todos estes clculos podem ser ilustrados pelo grfico obtido com os dados da Tabela 2, e respetiva derivada destes valores:
Figura 2 - Grfico pH em funo do volume equivalente de NaOH e derivada
Erros absolutos:De seguida, so apresentados os erros absolutos relativamente a cada valor obtido experimentalmente.V equivalente:
pKa 1:
pKa 2:
[glicina]:
pH isoeltrico:
Erros relativos:Calculou-se, tambm, os erros relativos para, assim, avaliar melhor a exatido dos valores obtidos.~
V equivalente:
pKa 1:
pKa 2:
[glicina]:
pH isoeltrico:
Compilao dos resultadosNesta seco, feito um confronto entre os valores obtidos pelos restantes grupos e os que foram apresentados anteriormente. Para avaliar a preciso, e, uma vez que o grupo apenas efetuou um ensaio, procedeu-se ao clculo da mdia dos resultados obtidos pela turma, calculando-se, de seguida, o desvio padro.
Tabela 7 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao volume equivalente
Grupo 110,1 mL
Grupo 210,2 mL
Grupo 39,60 mL
Grupo 49,90 mL
Grupo 510,1 mL
Grupo 69,80 mL
Preciso (desvio padro):
Tabela 8 - Resultados obtidos pela turma relativamente concentrao da glicinaGrupo 10,0505 M
Grupo 20,0510 M
Grupo 30,0460 M
Grupo 40,0495 M
Grupo 50,0510 M
Grupo 60,0460 M
Preciso (desvio padro):
Tabela 9 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao 1 ponto de equivalnciaGrupo 12,45
Grupo 22,46
Grupo 32,58
Grupo 42,39
Grupo 52,29
Grupo 62,45
Preciso (desvio padro):
Tabela 10 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao 2 ponto de equivalnciaGrupo 19,75
Grupo 29,78
Grupo 39,73
Grupo 49,65
Grupo 59,59
Grupo 69,69
Preciso (desvio padro):
Tabela 11 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao ponto isoeltrico
Grupo 16,60
Grupo 26,17
Grupo 35,77
Grupo 46,02
Grupo 55,94
Grupo 66,07
Preciso:
VarivelValorIncertezaResultadoErro relativoDesvio padro
Vequivalente9,60 mL0,05 mL(9,60 0,05) mL4,00%0,226
[glicina]0,0460 M0,00001 M(0,046000,00001) M10,30%2,39*10-3
pka12,58---2,581,35%0,095
pka29,73---9,738,60%0,07
pI5,77---5,773,35%0,282
Tabela 12 - Resultados obtidos pelo grupo* - No existe uma incerteza associada aos valores de pH, visto que estes foram calculados com base na reta de regresso linear
Discusso dos resultadosAps a realizao de ambas as partes do protocolo fornecido na aula prtica-laboratorial 2, e o respetivo clculo dos erros experimentais associados execuo do trabalho, podemos refletir acerca da preciso e exatido dos valores obtidos:- quanto primeira parte da experincia, que consistiu na calibrao do eltrodo de pH, obtivemos uma reta de calibrao, cujo declive pode ser relacionado com a sensibilidade do aparelho, que foi calculada anteriormente e da qual se obteve o valor de 0,9888876, o que bastante satisfatrio, pois, sabendo que este parmetro tem de ser sempre menor que a unidade, mas to prximo deste valor quanto possvel, o valor que resultou dos clculos apresentados muito prximo da idealidade, o que revela a exatido do aparelho em posteriores medies. Para alm disso, pode tambm discutir-se o resultado obtido para o potencial de assimetria, potencial medido pelo aparelho quando pH=7 (neste caso em especfico), e que deve ser to prximo quanto possvel do valor nulo, o que prova do seu bom funcionamento. O valor obtido foi de -2 mV, e sabendo que este valor no deve afastar-se do zero mais que 20 mV, este foi tambm um resultado muito satisfatrio;- quanto ao valor do volume equivalente de hidrxido de sdio gasto para titular a soluo de glicina at ao 1 ponto de equivalncia, que calculado pela diferena entre os volumes do segundo e primeiro picos da derivada, obtivemos o valor de 9,6 mL, que quando comparado com o valor terico encontrado (10 mL), apresenta um erro relativo de 4,00%. Disto conclui-se que o valor obtido relativamente exato. No entanto, reconhece-se que podero ter ocorrido alguns erros ao longo da realizao do protocolo, como por exemplo na medio dos volumes de base a adicionar de cada vez, visto que se tratava de quantidades muito pequenas (de 2 mL ou 5 mL), o que dificultava a medio acurada destes volumes. Para alm disso, o facto de apenas termos realizado adies de 2 mL de NaOH quando a soluo se aproximava dos seus pontos de equivalncia leva-nos a pensar que, principalmente relativamente ao segundo ponto, a adio de base no ter sido feita nos momentos mais corretos, pelo que podero surgir alguns fatores de erro deste facto. Para alm disto, o facto de os instrumentos de medida utilizados serem analgicos limita bastante a preciso das medidas, visto que estas so dotadas de uma quantidade reduzida de algarismos significativos, o que acaba por ser tambm um fator de incremento do erro.- quanto preciso do valor obtido para o volume equivalente, comparando o resultado obtido pelo grupo com os resultados da turma, pode dizer-se que estes tm todos a mesma ordem de grandeza, o que indica que foram razoavelmente bem calculados, o mesmo acontecendo com as variveis pKa1, pKa2, pH isoeltrico e concentrao de glicina, pois em todas estas se verificou, aps o clculo da mdia e do desvio padro, que no houve erros de maior relevncia em nenhum dos grupos; apesar de existirem algumas discrepncias, que tero surgido das diferentes formas de adicionar a base glicina, pois este ter sido o fator de maior influncia nos resultados obtidos, no se verificam erros muito grandes;- por ltimo, quanto exatido dos restantes valores, os quais ainda no foram mencionados, verifica-se que a maior percentagem de erro encontrada ter sido para o caso do pKa 1, o que se percebe facilmente, visto que esta fase da titulao a mais brusca, e por isso mais difcil de captar exatamente. Todos os erros das restantes variveis (excetuando o Volume equivalente, o qual j foi discutido), sofreram influncia direta precisamente deste volume, pois todos estes advm de clculos realizados a partir dos valores do volume obtido.
ConclusoAps a realizao deste trabalho podemos concluir que, tal como previsto por ns antes da realizao do trabalho, a glicina, sendo um aminocido que, dissolvido em gua, pode adquirir diversas formas, apresenta dois pontos de equivalncia numa titulao com uma base forte se estiver na forma H2G+. Como inferido pelo grupo, esta encontrava-se na sua forma HG, anfiprtica, tendo sido essa a razo da adio de cido clordrico soluo ainda antes de a titularmos, para a glicina ficar completamente protonada (H2G+) e, assim, podermos cumprir o objetivo do trabalho. Depois de analisarmos o grfico obtido a partir destes clculos, podemos concluir tambm que a glicina na sua forma completamente protonada apresenta dois pares tampo, que criam duas zonas em que o pH varia muito lentamente, o que resultou em que houvesse apenas dois picos na derivada, respetivos s duas subidas mais bruscas do pH, que correspondem ao fim da capacidade tampo de cada um dos pares conjugados, nomeadamente, H2G+/HG e HG/G-.Este trabalho contribuiu no s para que os alunos pudessem contactar com um aminocido e com o seu funcionamento, mas tambm com a tecnologia prpria da potenciometria, que o eltrodo de pH, neste caso, e com todas as bases tericas associadas a este.
Bibliografia PEREIRA, Jos Augusto, Introduo ao equilbrio cido-base e potenciometria de H+, em Documentos da unidade curricular Termodinmica do Instituto de Cincias Biomdicas Abel Salazar, pp. 5-6, 16-20
http://www.qo.fcen.uba.ar/quimor/wp-content/uploads/AA_alumnos_v2.pdf - valores tericos sobre a glicina [Consultado em 4/03/15]
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