8/15/2019 IQA 121M (ASF) 2015-1 - Aula 18 - Equilibrio Ácido Base - Parte VII - Volumetria de Neutralização (02!06!15)
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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
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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
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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).
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Curvas de Titulação: ÁCIDO FORTE X BASE FORTE
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ANTES do PE – Ponto 1:
VNaOH = 0,00 mL [HCl] = 0,1000 M
[H3O+] = 0,1000 M
pH = 1,0
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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ANTES do PE – Ponto 2:
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;
•nº de mmols de H 3O+
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
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
DQA
6
ANTES do PE – Ponto 3:
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;
•nº de mmols de H 3O+
excesso = 0,02 mmols.
[H3O+]excesso =0,02
74,90[H3O+]excesso = 2,67 x 10-4 mol L-1
pH = 3,57
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
•Nova concentração de H 3O+:
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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ANTES do PE – Ponto 4:
VNaOH = 24,99 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 24,99 [mL] = 4,998 mmols;
•nº de mmols de H 3O+
excesso = 0,002 mmols.
[H3O+]excesso =0,002
74,99[H3O+]excesso = 2,67 x 10-5 mol L-1
pH = 4,57
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
•Nova concentração de H 3O+:
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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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
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
•NaCl: não sofre hidrólise!!!
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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APÓS o PE – Ponto 6:
VNaOH = 25,01 mL
•nº de mmols de H 3O+
inicial = 0,2000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;
• nº de mmols de OH -adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 25,01 [mL] = 5,002 mmols;
•nº de mmols de OH -
excesso = 0,002 mmols.
[OH-]excesso =0,002
75,01[OH-]excesso ≈ 2,67 x 10 -5 mol L-1
pOH = 4,57
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
pH = 9,43
•Nova concentração de OH -:
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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10
APÓS o PE – Ponto 7:
VNaOH = 25,10 mL
• nº de mmols de H 3O+inicial = 0,2000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;
•nº de mmols de OH -
adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 25,10 [mL] = 5,02 mmols;
•nº de mmols de OH -
excesso = 0,02 mmols.
[OH-]excesso =0,02
75,10[OH-]excesso ≈ 2,66 x 10 -4 mol L-1
pOH = 3,57
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
pH = 10,4
•Nova concentração de OH -:
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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APÓS o PE – Ponto 8:
VNaOH = 40,00 mL
•nº de mmols de H 3O+
inicial = 0,2000 [mol L -1] x 50,00 [mL] = 5,0 mmols;
• nº de mmols de OH -adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 40,00 [mL] = 8,0 mmols;
•nº de mmols de OH -
excesso = 3,0 mmols.
[OH-]excesso =3,0
90,00[OH-]excesso ≈ 0,03333 mol L -1
pOH = 1,48
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
pH = 12,5
•Nova concentração de OH -:
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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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
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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Curvas de Titulação: ÁCIDO FORTE X BASE FORTE
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HCl 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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!!)
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Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
BASE FORTE X ÁCIDO FORTEÁCIDO FORTE X BASE FORTE
De forma
análoga...
CURVAS DE TITULAÇÃO
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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).
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Curvas de Titulação: ÁCIDO Fraco X BASE FORTE
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ANTES do PE – Ponto 1: VNaOH = 0,00 mL [HOAc] inicial = 0,1000 M
pH = 2,88
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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
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ANTES do PE – Ponto 1: VNaOH = 0,00 mL [HOAc] inicial = 0,1000 M
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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+ +
OH- H2O + H2O H3O+ +
BM: CHOAc = [HOAc] + [ OAc-] BC: [H3O+] = [OAc-] + [OH-]
Pelo Método Sistemático
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Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
• 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
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ANTES do PE – Ponto 2:
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 OH -
adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 10,00 [mL] = 2,0 mmols;
•nº de mmols de HOAc excesso = 5,0 – 2,0 = 3,0 mmols.
•nº de mmols de OAc -
formado = 2,0 mmols.
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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+ +
OAc- HOAc + OH- H2O +
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ANTES do PE – Ponto 2:
VNaOH = 10,00 mL
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
• 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
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pOH = 5,21
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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 +
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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.
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
OH- OAc- + H2O HOAc +
OAc- HOAc- + OH- H2O +
Pelo Método Sistemático
OH- H2O + H2O H3O+ +
BM: COAc- = [ OAc-] + [HOAc] BC: [H3O+] + [Na+] = [OAc-] + [OH-]
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Hidrólise
([OH-] - [H3O+])[OH-] Kh =
(Cs + [H3O+] - [OH-])
([OH-])2Kh =
(Cs - [OH-])
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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
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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 -
adicionado = 0,2000 [mol L -1] x 25,10 [mL] = 5,02 mmols;
• nº de mmols de OH- excesso = 5,02 – 5,0 = 0,02 mmols.• nº de mmols de OAc - formado = 5,0 mmols.
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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
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Curvas de Titulação: ÁCIDO Fraco X BASE FORTE
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
Titulação de 50,00mL de solução de HOAc 0,1000 mol L-1 contra solução de NaOH 0,2000 mol L-1
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!!)
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COMPARANDO...
Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
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Vol u m etr ia d e Neu tr ali zação
PADRONIZANDO AS SOLUÇÕES...
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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.
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Indicador do tipo ÁCIDO ORGÂNICO FRACO
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Indicador do tipo BASE ORGÂNICA FRACA
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Exemplos
Fenolftaleína:
TEORIA DE OSTWALD: mudançade cor de um indicador deve-se a
modificações estruturais , queincluem formas ressonantes.
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Exemplos
Fenolftaleína:
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Exemplos
Alaranjado de metila:
(amarelo)
(vermelho)
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Exemplos
Azul de bromotimol:
(amarelo) (azul)
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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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
INDICADORES ÁCIDO – BASE
Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
Faixa de viragem de um indicador: as cores complementares
INDICADORES ÁCIDO – BASE
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
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
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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
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Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
INDICADORES ÁCIDO – BASE Faixa de viragem de um indicador
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EXEMPLOS DE INDICADOR ÁCIDO-BASE
FENOLFTALEÍNA
VERMELHO DE METILA
Volu m etr ia de Neut rali zação: Os In di c ado res
ALARANJADO DE METILA(“Cor da casca da cebola”)