1º relatório analitica iii
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UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CRISTIANE JACINTO FRASSETTO
KAROLINY TEIXEIRA
VANESSA STANGER ZANELATTO
ACIDEZ E ALCALINIDADE
METODOLOGIA DE ANÁLISE: VOLUMETRIA NEUTRALIZAÇÃO
Tubarão
2013
CRISTIANE JACINTO FRASSETTO
KAROLINY TEIXEIRA
VANESSA STANGER ZANELATTO
ACIDEZ E ALCALINIDADE
METODOLOGIA DE ANÁLISE: VOLUMETRIA NEUTRALIZAÇÃO
Relatório Científico apresentado à disciplina de Química Analítica III do Curso de Química Industrial da Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL.
Professora: Márcia Luzia Michels, Msc.
Tubarão
2013
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – APARATO PARA UMA TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA .................. 8
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - REAGENTES .......................................................................................... 9
TABELA 2 - MATERIAIS ............................................................................................. 9
TABELA 3 - VOLUME GASTO DE NaOH 0,02 N ................................................... 12
TABELA 4 - VOLUME GASTO DE H2SO4 0,02 N ..................................................... 13
TABELA 5 – CONCENTRAÇÕES OBTIDAS EM CADA TÉCNICA .......................... 15
TABELA 6 – CÁLCULO DO PRINCIPIO DE CHAUVENET ...................................... 16
TABELA 7 – MÉDIA E DESVIO PADRÃO DE TODAS AS TÉCNICAS DEPOIS DA
REJEIÇÃO DE RESULTADOS ................................................................................. 16
TABELA 6 – CÁLCULO DO TESTE t ........................................................................ 17
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 5
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 6
2.1. DETERMINAÇÃO DE pH, ALCALINIDADE E ACIDEZ .................................... 6
2.2. MÉTODOS ESTATÍTICOS ............................................................................... 8
3. MATERIAIS E REAGENTES .......................................................................... 9
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.............................................................. 10
4.1. TÉCNICA DE ACIDEZ .................................................................................... 10
4.2. TÉCNICA DE ALCALINIDADE ....................................................................... 10
4.3. ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA .......................................................... 10
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 12
5.1. TÉCNICA DE ACIDEZ .................................................................................... 12
5.2. TÉCNICA DE ALCALINIDADE ....................................................................... 13
5.3. ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA .......................................................... 14
6. CONCLUSÃO ................................................................................................. 18
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 19
5
1 INTRODUÇÃO
A acidez é determinada pela presença de CO2, ácidos minerais e sais
hidrolisados. A alcalinidade da água é representada pela presença de íons hidróxido,
carbonato e bicarbonato. A maioria das águas são consideradas alcalinas, embora
possam conter CO2 que combinado com água formam H2CO3.
Não existe uma legislação que determina a quantidade permitida de
acidez e alcalinidade nas águas, mas sabe-se que águas de caldeiras, piscinas e de
esgoto domésticos são alcalinas, enquanto que o esgoto industrial possui acidez. As
análises de acidez são de grande importância para indicar o lançamento de alguns
resíduos industriais nos esgotos domésticos.
Análises de acidez e alcalinidade em água e efluentes industriais devem
ser realizadas em menos de 24 horas para que o resultado seja confiável. As
amostras devem ser coletados em frascos de vidro, polietileno ou polipropileno, e
mantidos sob refrigeração a 4 °C.
A prática descrita a seguir determina a acidez e a alcalinidade de uma
amostra de água de poço através do método de análise volumétrica de
neutralização, e a utilização do potenciômetro para quantificar a alcalinidade de uma
amostra de água de lavanderia.
Os resultados obtidos foram tratados pelos métodos estatísticos de
rejeição de resultados (Principio de Chauvenet) e pelo limite de confiança da media
(Teste t).
6
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 DETERMINAÇÃO DE pH, ALCALINIDADE E ACIDEZ DA ÁGUA.
As medidas de pH são de extrema utilidade, pois fornecem inúmeras
informações a respeito da qualidade da água. As águas superficiais possuem um pH
entre 4 e 9. Às vezes são ligeiramente alcalinas devido à presença de carbonatos e
bicarbonatos. Naturalmente, nesses casos, o pH reflete o tipo de solo por onde a
água percorre. Geralmente um pH muito ácido ou muito alcalino está associado à
presença de despejos industriais. A determinação do pH é feita através do método
eletrométrico, utilizando-se para isso um pHmetro digital. De um modo geral, águas
de pH baixo tendem a ser corrosivas ou agressivas a certos metais, paredes de
concreto e superfícies de cimento-amianto, enquanto que águas de alto pH tendem
a formar incrustações. Na água potável, a alcalinidade contribui, também, para o
sabor da água.
A alcalinidade representa a capacidade que um sistema aquoso tem de
neutralizar (tamponar) ácidos a ele adicionados. Esta capacidade depende de
alguns compostos, principalmente bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos. A
alcalinidade é determinada através da titulação e pode ser expressa das seguintes
maneiras:
Alcalinidade de hidróxidos ou causticidade: é um componente da
alcalinidade total devida, exclusivamente, à presença de íons OH- (hidroxila). Não se
deve confundir alcalinidade com a medida de íons H+ ou OH- livres. Estes são
realizados através da determinação de pH. A alcalinidade não é, normalmente,
encontrada em águas naturais, podendo ser adicionada sob a forma de produtos
cáusticos.
Alcalinidade Parcial: é determinada por titulação com ácido forte em
presença de fenolftaleína. É geralmente composta por íons carbonato (CO32-) e
bicarbonato (HCO3-), agindo como um estabilizador do valor de pH.
7
Alcalinidade Total: é uma combinação de íons bicarbonato (HCO3 -),
íons carbonato (CO32-) e hidroxilas (OH-). É determinada por titulação com ácido
forte em presença de alaranjado de metila.
A determinação da alcalinidade é uma das determinações mais
importantes no controle da água, estando relacionada à coagulação, redução de
dureza e prevenção de corrosão nas canalizações de ferro da rede de distribuição.
Somente dois tipos de alcalinidade podem estar presentes
simultaneamente numa amostra de água:
OH- + HCO3- ↔ H2O + CO3
2-
A acidez das águas é a capacidade que um meio aquoso possui de reagir
quantitativamente com uma base forte a um pH definido. É expressa em miligramas
por litro de carbonato de cálcio equivalente, a um determinado pH (NBR 9896/1993).
Ela é determinada pela quantidade de gás carbônico livre na água, usando
fenolftaleína como indicador.
A maioria das águas naturais e dos esgotos domésticos é tamponada por
um sistema composto por dióxido de carbono, CO2, e bicarbonato, HCO3-. O ácido
carbônico não é totalmente neutralizado, a não ser que o pH seja igual ou superior a
8,2 e não diminuirá o pH a valores abaixo de 4,5.
Assim, a acidez devida ao CO2 está na fixa de 4,5 a 8,2, enquanto que
acidez causada por ácidos minerais fortes, quase sempre devida a esgotos
industriais, ocorres geralmente a pH abaixo de 4,5.
Segundo Skoog (2005), uma titulação potenciométrica envolve medidas
do potencial de um eletrodo indicador adequado em função do volume do titulante.
As titulações potenciométricas fornecem dados que são mais confiáveis que aqueles
gerados por titulações que empregam indicadores químicos, e são particularmente
úteis com soluções coloridas ou turvas e na detecção da presença de espécies
insuspeitas. A medida é baseada no volume de titulante que provoca uma variação
rápida no potencial próximo do ponto de equivalência. O instrumento
potenciométrico sinaliza meramente o ponto final e comporta-se, portanto, de modo
idêntico a um indicador químico.
8
Figura 1 – Aparato para uma titulação potenciométrica. Fonte: Skoog, 2005
2.2 MÉTODOS ESTATÍSTICOS
Os métodos estatísticos são utilizados para verificar a exatidão de um
método, diminuir o erro cometido durante uma análise e comparar análises de
mesma amostra por diferentes métodos.
Os principais métodos estatísticos utilizados na Química Analítica são o
Princípio de Chauvenet para rejeição de resultados, e o Teste t que estabelece um
limite de confiança da média.
9
3 MATERIAIS E REAGENTES LABORATORIAIS
Tabela 1 – Reagentes.
Reagente Quantidade
Água de poço para análise de acidez 200mL
Água de poço para análise de alcalinidade 200 mL
Solução Indicadora de fenolftaleína 12 gotas
Solução de NaOH 0,02N 3mL
Solução de Ácido Sulfúrico 0,02N 106,8mL
Solução Indicadora de Alaranjado de Metila 8 gotas
Água de lavanderia 100mL
Fonte: As autoras, 2013
Tabela 2 - Materiais.
Material Capacidade Quantidade
Bureta 50mL 1
Becker 250mL 1
Proveta 100mL 1
Erlenmeyer 250mL 2
Becker 50mL 2
Suporte universal - 1
Garras para suporte universal - 1
Potenciômetro - 1
Agitador Magnético - 1
Barra de agitação magnética - 1
Fonte: As autoras, 2013
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4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 TÉCNICA DA ACIDEZ
Colocou-se em uma proveta 100mL uma amostra de água de poço e
transferiu-se para um erlenmeyer de 250mL. Adicionou-se 3 gotas de fenolftaleína.
Titulou-se com solução de NaOH 0,02N até que a primeira coloração rósea
persistente apareceu. Anotou-se o volume (mL) de NaOH gastos. Repetiu-se o
procedimento em duplicata.
4.2 TÉCNICA DA ALCALINIDADE
Colocou-se em uma proveta 100mL uma amostra de água de poço e
transferiu-se para um erlenmeyer de 250mL. Adicionou-se 3 gotas de fenolftaleína.
Como a amostra se tornou vermelha, titulou-se com solução de H2SO4 0,02N até o
descoramento do indicador. Anotou-se o volume gasto de ácido como f.f.
Adicionou-se ao frasco 4 gotas de alaranjado de metila. Como a amostra
tornou-se amarela, prosseguiu-se a titulação com H2SO4 0,02N, até que a mesma
adquiriu uma cor vermelho-alaranjado. Anotou-se o volume gasto de ácido. Repetiu-
se o procedimento em duplicata.
Chamou-se o volume total de ácido sulfúrico 0,02N usado de t (gasto de
H2SO4 0,02N com fenolftaleína e com metilorange).
4.3 ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA
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Mediu-se 100mL de uma amostra de água de lavanderia em uma proveta
e introduziu-se em um Becker de 250mL. Adicionou-se a seguir, 3 gotas de solução
indicadora de alaranjado de metila.
Colocou-se o Becker sobre um agitador magnético e introduziu-se dentro
da solução o eletrodo do potenciômetro. Titulou-se com solução de H2SO4 0,02N até
pH de 4,5. Anotou-se os mililitros de ácido consumidos.
12
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 TÉCNICA DA ACIDEZ
Tabela 3 – Volume gasto de NaOH 0,02N.
Medidas Volume gasto NaOH (mL)
1 1,6
2 1,4
Média ± s 1,5 ± 0,14
Fonte: As autoras, 2013
Determinação da acidez da amostra de água de poço:
Fator de Correção de NaOH.
Equação (1):
Aplicando os valores na equação (1):
Equação (2)
Aplicando na equação (2):
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Em amostras ácidas, a solução de fenolftaleína é incolor. Neutralizou-se a
amostra titulando-a com NaOH 0,02 N até a primeira coloração rósea persistente.
Como não existe na legislação um parâmetro como referência, pode-se dizer que a
cada 1L de CaCO3 tem-se 17 mg de acidez, que significa que esta amostra é pouco
ácida.
5.2 TÉCNICA DA ALCALINIDADE
Tabela 4 – Volume gasto de H2SO4 0,02 N.
Medidas Vol. gasto H2SO4 (mL)
(f.f.)
Vol. Total gasto H2SO4 (mL)
(t)
1 5,6 15,7
2 6,1 15,7
Média ± s 5,85 ± 0,35 15,7 ± 0
Fonte: As autoras, 2013
Determinação da alcalinidade da amostra de água de poço:
Fator de Correção de H2SO4 :
Aplicando os valores na equação (1):
Determinação da alcalinidade total:
p.p.m.CaCO3 = volume total de H2SO4 0,02N X 10 X F Equação (3)
Aplicando na equação (3):
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Determinação das espécies iônicas e alcalinidade correspondentes:
Se f.f. < 1/2 t, teremos na água e
e a alcalinidade será:
p.p.m. (em termos de CaCO3) = (2 X f.f.) X 10 X F Equação (4)
p.p.m. (em termos de CaCO3)= (t – 2 f.f.) X 10 X F Equação (5)
Aplicando na equação (4):
p.p.m. (em termos de CaCO3) = (2 X 5,85) X 10 X 1,04
p.p.m. (em termos de CaCO3) = 121,7 ppm
Aplicando na equação (5):
p.p.m. (em termos de CaCO3)= (15,7 – (2 X 5,85)) X 10 X 1,04
p.p.m. (em termos de CaCO3)= 41,6 ppm
Ao adicionar-se fenolftaleína à amostra, observou-se uma coloração rosa,
significando a presença de hidróxido, ou de carbonato, ou hidróxido/carbonato
simultaneamente na amostra de água. A alcalinidade à fenolftaleína é quantificada
utilizando um ácido de concentração conhecida, que adicionado quantitativamente à
amostra neutraliza a alcalinidade presente, mudando a cor de rosa para incolor.
Após o teste de alcalinidade a fenolftaleína, testou-se a presença de alcalinidade ao
alaranjado de metila. Ao utilizar o alaranjado de metila, a amostra apresentou
coloração amarela, e avaliou-se sua alcalinidade com o mesmo ácido utilizado na
quantificação da alcalinidade à fenolftaleína até a mudança para a coloração
alaranjada.
Da mesma forma que a acidez, a alcalinidade também não possui um
parâmetro de referência; contudo pode-se observar através dos resultados obtidos
que a amostra possui alcalinidade total significativa, 163,3 mg/L.
5.3 ALCALINIDADE POTENCIOMÉTRICA
15
Determinação da alcalinidade da amostra de água de lavanderia:
Alcalinidade Total (mg/L em termos de CaCO3) = mL de H2SO4 0,02N X 10 X F
Equação (6)
Alcalinidade Total (mg/L em termos de CaCO3) = 75,4 X 10 X 1,04
Alcalinidade Total (mg/L em termos de CaCO3) = 784,16 mg/L
O método potenciométrico é utilizado em amostras de água de lavanderia,
pois essa apresenta coloração e não é possível visualizar o ponto de viragem. A
amostra de água de lavanderia é bastante alcalina, com pH próximo a 8 e a
neutralização ocorre em pH 4,5.
Resultado de todas as equipes
A tabela 5 apresenta os resultados obtidos por todas as equipes em cada
técnica. A partir destes resultados, foram aplicados os métodos estatísticos de
rejeição de resultados (Princípio de Chauvenet) e determinado o intervalo de
confiança da média (teste t).
Tabela 5 – Concentrações obtidas em cada técnica
Equipe Acidez (mg/L) Alcalinidade
(mg/L) Alcalinidade Potenciométrica
(mg/L)
1 17,1 163,3 784,1
2 11,2 161,7 911,0
3 6,1 138,4 721,9
4 6,6 156,1 767,9
5 6,1 182,0 720,7
Média ± s 9,4 ± 4,8 160,3 ± 15,6 780,9 ± 78
Fonte: As autoras, 2013
Aplicação do Princípio de Chauvenet
No Princípio de Chauvenet, inicialmente realiza-se o cálculo do p através
da equação (7) apresentada:
16
Equação (7)
Aplicando os dados na equação (8):
Equação (8)
Onde n=5 tem-se: m= 2,44 (tabelado) e p foi calculado anteriormente, tem-se os
resultados de acordo com a tabela 6:
Tabela 6 – Cálculo do Princípio de Chauvenet.
Técnica p Limite Inferior
(mg/L) Limite Superior
(mg/L)
Acidez 2,1 9,4 ± 5,1 4,3 14,5
Alcalinidade Total 7,0 160,3 ± 17,1 143,2 177,4
Alcalinidade Potenciométrica
34,9 780,9 ± 85,2 695,7 866,1
Fonte: As autoras, 2013
A partir destes limites, anulam-se os valores da tabela 5 que não
satisfazem a condição. Com o novo intervalo de dados, calculou-se a média e
desvio padrão. Para os novos valores estabelecidos obtiveram-se os resultados de
acordo com a tabela 7.
Tabela 7 – Média e desvio padrão de todas as técnicas depois da rejeição de
resultados
Equipe Acidez (mg/L) Alcalinidade
(mg/L)
Alcalinidade Potenciométrica
(mg/L)
1 17,1 163,3 784,1
2 11,2 161,7 911,0
3 6,1 138,4 721,0
4 6,6 156,1 767,9
5 6,1 182,0 720,7
Média ± s 7,5 ± 2,5 160,4 ± 3,8 748,4 ± 32,5
Fonte: As autoras,2013
17
Aplicação do Parâmetro t de Student
Através deste parâmetro pode-se determinar um intervalo (μ) no qual o
valor verdadeiro se encontra, dentro de uma dada probabilidade. Para este cálculo
aplicou-se a equação (9):
Equação (9)
Onde para um nível de confiança de 95% tem-se um valor de t = 2,776 (tabelado).
Aplicando os dados na equação (9) obtém-se:
Tabela 8 – Cálculo do Teste t.
Técnica
Limite Inferior (mg/L)
Limite Superior (mg/L)
Acidez 6,0 9,4 ± 6,0 3,4 15,4
Alcalinidade 19,4 160,3 ± 19,4 140,9 179,7
Alc. Potenciométrica 96,8 780,9 ± 96,8 684,1 877,7
Fonte: As autoras, 2013.
Determina-se assim, que a média deve estar entre os valores limites
estabelecidos na tabela acima, com grau de confiança de 95%.
18
6 CONCLUSÃO
Através do presente relatório pode-se observar que os resultados obtidos
são inconclusivos, pois como não existe na legislação um padrão para acidez e
alcalinidade nas águas, as análises efetuadas possuem apenas a finalidade de
verificar se não está ocorrendo despejo de resíduo industrial em esgoto doméstico,
ou controlar a qualidade da água utilizada na indústria.
Para obter resultados mais precisos, seria necessário a medição do pH
das amostras de água do poço, pois tanto para potabilidade de água para consumo
quanto para águas e efluentes industriais, a acidez e a alcalinidade são
determinadas por métodos potenciométricos.
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7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: <http://professor.ucg.br/siteDocente/admin/arquivosUpload/3280/material/QU%C3%8DMICAAMBIENTAMAF1063.pdf > Acesso em 09/03/2013. WEST, Donald M.; HOLLER, F. James; SKOOG, Douglas A. Fundamentos de Química Analítica. 8 Ed. Thomson, 2005.