Volumetria por neutralização

Lucas Oliveira Mota Santos

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIADEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA

DISCIPLINA: QUI-A01 PRINCÍPIOS DE ANÁLISE QUÍMICADOCENTE: LEONARDO TEXEIRA

Volumetria por neutralizaçãoPadronização do hidróxido de sódioData: 31/03/2010

Determinação de acidez total em vinagreData: 14/04/2010

Lucas Oliveira Mota Santos

Salvador2010.1

1 OBJETIVOS DO EXPERIMENTO

Padronizar uma solução de hidróxido de sódio (de concentração aproximadamente conhecida através de um padrão primário) a fim de utilizar em experimentos posteriores e treinar a operação de titulação;

Exemplificar a titulação de ácido fraco por base forte através da determinação da acidez total em amostra de vinagre;

Verificar se a acidez indicada no rótulo de um vinagre é correta ou tem algum desvio significativo.

2 INTRODUÇÃO TEÓRICA

A validade de um resultado analítico depende do conhecimento da quantidade de um dos reagentes usados. Por isso, quando trabalhamos com soluções, é fundamental determinar a sua concentração quando ela não está indicada. Para tal, utiliza-se a técnica da volumetria, também conhecida como titulação. Em uma titulação, incrementos de solução de reagente (titulante) são adicionados ao constituinte (titulado) até sua reação ficar completa. Da quantidade de titulante requerida calcula-se a quantidade de constituinte em análise que estará presente.

O ponto final aferido, que é indicado pela súbita mudança em uma propriedade física da solução, não é necessariamente o ponto de equivalência, resultado ideal teórico almejado em uma titulação (quantidade de titulante adicionado é a quantidade exata necessária para uma reação estequiométrica com o titulado). Por isso é inevitável o erro de titulação, que consiste na diferença entre o ponto final e o ponto de equivalência.

A concentração de uma solução é confiável quando ela é determinada por um padrão primário, porque ele é um composto altamente puro, suficiente para ser pesado e dissolvido em um volume conhecido de solução. Um padrão primário deverá ser 99,9% puro, ou mais, não deverá se decompor sob estocagem normal e deverá ser estável quando secado por aquecimento a vácuo. Em muitos casos, o titulante não é disponibilizado como um padrão primário, assim sendo, utiliza-se uma solução padrão para padronizar o titulante em questão.

Para o experimento em questão será utilizada uma solução de biftalato de potássio (KHC8H4O4) como padrão para titular uma solução de hidróxido de sódio de acordo com a seguinte reação:

KHC8H4O4 (aq) + NaOH (aq) ←→ KNaC8H4O4 (aq) + H2O (ℓ)

Em seguida, a solução padronizada de hidróxido de sódio foi utilizada para determinar a acidez total em uma amostra de vinagre. O vinagre é um líquido obtido a partir da oxidação do álcool contido no vinho, cidra ou no malte de cereais em que o ácido acético é seu principal constituinte ácido. É importante manter uma acidez em torno de 4 a 6% (inclusive existem leis para regulamentar essa concentração) devido ao seu uso em insumos alimentícios. Se o vinagre estiver com acidez abaixo da cota estabelecida, sua ação bactericida e desinfetante é ineficaz, podendo levar ao surgimento de doenças. Por outro lado, se estiver com a acidez acima da cota, a ação digestiva é prejudicada e ele se torna corrosivo para a mucosa gastrointestinal.

O equivalente-grama do CH3COOH é 60g. Um vinagre a 4% contém 40g/litro de ácido acético. A concentração de ácido acético no vinagre é elevada, o que torna necessária uma diluição prévia. Esta diluição também tem a vantagem de atenuar a cor natural do vinagre, a qual interfere na observação da mudança de cor da solução no ponto final. A segunda titulação está de acordo com a seguinte reação de neutralização:

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) ←→ CH3COONa (aq) + H2O (ℓ)

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Padronização de hidróxido de sódio

3.1.1 Material utilizadoa) 4 Erlenmeyers (250 mL);b) 2 Béqueres de 400 mL;c) 1 Béquer de 150 mL;d) 1 Bureta (25,00 mL);e) 1 Proveta (100 mL);f) Tiras de papel;g) Espátula;h) 3g de biftalato de potássio;i) 100 mL de hidróxido de sódio (aproximadamente 0,1 mol/L);j) Fenolftaleína (a 0,2%);k) Balança analítica.

3.1.2 ProcedimentoAntes do início do experimento ambientou-se toda a vidraria. Foram pesadas quatro

porções de biftalato de potássio (em uma balança analítica) de forma que suas massas estivessem entre 0,4084g e 0,4595g. Cada porção foi transferida para um erlenmeyer diferente (identificados com números de 1 a 4), diluída com 100mL de água destilada e agitada para homogeneizar a solução. À cada solução foram adicionadas 2 gotas de fenolftaleína. Encheu-se um bureta com 25,00 mL de hidróxido de sódio, cuja concentração deseja-se padronizar, e iniciou-se a titulação gota a gota até que o primeiro tom rosado persistente foi identificado (ponto final da titulação). Verificou-se o volume escoado na bureta e calculou-se a concentração do hidróxido de sódio. Essas operações de encher a bureta e titulação foram repetidas para os outros 3 erlenmeyrs. Em seguida foi calculado o valor mais provável da concentração do hidróxido de sódio (média dos valores aferidos).

3.1.2.1 Fluxograma

3.2 Determinação de acidez total em vinagre

3.2.1 Material utilizadoa) 4 Erlenmeyers (250 mL);b) 2 Béqueres de 400 mL;c) 1 Béquer de 150 mL;d) 1 Bureta (25,00 mL);e) 1 Pipeta volumétrica (25 mL);f) 1 Balão volumétrico (250 mL);g) 100 mL de hidróxido de sódio (aproximadamente 0,1 mol/L);h) Fenolftaleína (a 0,2%);i) 25 mL de vinagre (aproximadamente 4%);j) 300 mL de água destilada.

3.2.2 ProcedimentoO volume de 25 mL de vinagre foi pipetado para um balão volumétrico de 250 mL,

diluído com água destilada até a marca e agitado para homogeneizar a solução. Em seguida foram retiradas quatro alíquotas de 25mL e cada uma foi transferida para um erlenmeyer diferente. À cada solução foram adicionadas 2 gotas de fenolftaleína. Encheu-se um bureta com 25,00 mL de hidróxido de sódio, cuja concentração foi padronizada na prática anterior, e iniciou-se a titulação gota a gota até que o primeiro tom rosado persistente foi identificado (ponto final da titulação). Verificou-se o volume escoado na bureta e calculou-se a concentração molar do ácido acético. Essas operações de encher a bureta e titulação foram repetidas para os outros 3 erlenmeyrs. Em seguida foi calculado o valor mais provável da concentração do ácido acético (média dos valores aferidos).

3.2.2.1 Fluxograma

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 Tabelas

Tab 1 Padronização do hidróxido de sódioNº do

erlenmeyerPapel +

KHC8H4O4 (g)Papel +

resíduo (g)Peso de

KHC8H4O4 (g)Volume de

NaOHVf (mL)

Concentração(Mol NaOH L-1)

1 0,4497 0,0000 0,4497 21,10 0,10442 0,4531 0,0018 0,4513 21,28 0,10383 0,4568 0,0010 0,4558 21,36 0,10454 0,4469 0,0027 0,4442 21,09 0,1031

MNaOH ± s (0,1040 ± 0,0006) mol/LCV (%) 0,62IC (a 95%) (0,1040 ± 0,0010) mol/L

Tab 2 Acidez de uma amostra de vinagreNº do

erlenmeyer

Alíquota deamostra (mL)

Volume de NaOH (mL)

Concentração de HAc no erlenmeyer

(mol L-1)

Concentração de HAc na amostra

(%)1 25,00 18,64 0,07754 52 25,00 18,48 0,07688 53 25,00 18,37 0,07642 54 25,00 18,39 0,07650 5

MHAc ± s (0,07684 ± 0,00051) mol/LCV (%) 0,67IC (a 95%)

(0,07684 ± 0,00081) mol/L

4.2 Padronização de hidróxido de sódio

4.2.1 Estimativa inicial da massa de biftalato de potássio a ser usada

A massa de biftalato estimada deve variar entre: 0,4084 g ≤ m ≤ 0,4595 g

4.2.2 Cálculo da concentração do NaOHComo os coeficientes estequiométricos do hidróxido e do biftalato são os mesmos, a

quantidade de matéria do primeiro será a mesma do segundo, portanto é possível calcular o número de mol de biftalato e usar na concentração do hidróxido.

E1)

E2)

E3)

E4)

4.2.3 Teste QÀ 95% de confiança o valor de Q para 4 medidas é de 0,829. De posse dos valores de

mínimo (= 0,1031 mol/L) e de máximo (= 0,1045 mol/L), podemos efetuar os cálculos:

Como os dois extremos estão dentro do nível de confiança aceitável, podemos inferir que os valores localizados entre eles também estão no intervalo de confiança, assim, Q 2 e Q3

não devem ser descartados

4.2.4 Coeficiente de variação (CV)

4.2.5 Intervalo de confiança da concentração (IC)

4.2.6 Observaçõesa) A primeira determinação do ponto final é mais complicada, só a partir da segunda que fica mais fácil identificá-lo. O problema gira em torno do fato de conseguir identificar um leve tom rosado da fenolftaleína. Algumas vezes a reação já se findou, a solução já está levemente rosada mas não é possível identificar, o que leva à adição de mais NaOH, que por sua vez aumenta a diferença entre o ponto final e o ponto de equivalência, aumentando os erros e diminuindo a confiabilidade daquele experimento;b) O escoamento da bureta é difícil de controlar e a falta de prática em fazer leitura de medições dificulta a identificação do volume correto. Com isso o experimento fica mais sujeito à paralaxe;c) Dificuldade na determinação da massa do biftalato (separar uma porção que correspondesse ao intervalo desejado);d) O ideal é lavar as paredes internas dos erlenmeyers com a menor quantidade de água possível, pois a água dilui a solução e fica mais difícil identificar o tom rosado da fenolftaleína;e) A 1ª bureta precisou ser substituída pois a torneira estava vazando;f) O valor reduzido calculado para desvio padrão do experimento mostra que, apesar da falta de prática e sujeição a erros, os resultados foram satisfatórios, uma vez que esses resultados não foram muito dispersos mas ficaram concentrados em torno da média. Adição ou subtração da média com o valor encontrado no desvio não provoca mudanças substanciais na concentração do hidróxido de sódio. Com isso é possível afirmar que o processo foi realizado com uma boa precisão (até porque nenhum valor foi descartado pelo teste Q);g) Apesar de não se saber qual é o valor verdadeiro, o coeficiente de variação indica que os resultados obtidos se aproximaram dele, já que o valor do CV é inferior a 1%. Com isso é possível afirmar que o processo foi realizado com uma boa exatidão. Além disso, o cálculo do intervalo de confiança mostra que, se outros experimentos semelhantes fossem realizados, os valores obtidos estariam dentro de uma faixa que não altera substancialmente a concentração do hidróxido de sódio determinada para o experimento em questão.

4.3 Determinação de acidez total em vinagre

4.3.1 Cálculo da concentração do HAc no erlenmeyerSabendo que a estequiometria da reação é 1:1 temos: nNaOH = nHAc. Tomando a

concentração média do NaOH igual a MNaOH = 0,1040 mol/L. Sendo

E1)

E2)

E3)

E4)

4.3.2 Teste QÀ 95% de confiança o valor de Q para 4 medidas é de 0,829. De posse dos valores de

mínimo (= 0,07642 mol/L) e de máximo (=0,07754 mol/L), podemos efetuar os cálculos:

Como os dois extremos estão dentro do nível de confiança aceitável, podemos inferir que os valores localizados entre eles também estão no intervalo de confiança, assim, M2 e M3

não devem ser descartados

4.3.3 Coeficiente de variação (CV)

4.3.4 Intervalo de confiança da concentração (IC)

4.3.5 Determinação do desvio percentualConcentração no frasco:

Em 1L desse vinagre a concentração é de 4,615% ≈ 5%. Sabendo que acidez indicada no rótulo era de 4%, tem-se:

4.3.6 Observaçõesa) Apesar de já ter adquirido certa prática no experimento anterior, continua difícil. conseguir identificar o leve tom rosado indicado pela fenolftaleína. Algumas vezes a reação já se findou, a solução já está levemente rosada mas não se consegue ter certeza disso,

pairando sempre uma dúvida e que leva à adição de mais NaOH, aumentando os erros e diminuindo a confiabilidade daquele experimento. O que pode se fazer para diminuir esses erros é anotar os valores escoados perto do ponto final e assim que o primeiro tom rosado for identificado, adotar o valor anotado logo anteriormente ao que estava sendo determinado no momento como o resultado daquela titulação. É recomendável proceder desse modo pois o que se determina numa titulação é quando um dos reagentes já está em excesso e não o ponto de equivalência da reação, por isso, adotar um valor anotado logo anteriormente diminui a chance de ter acrescentado muito reagente em excesso;b) O ideal é lavar as paredes internas dos erlenmeyers com a menor quantidade de água possível, pois a água dilui a solução e fica mais difícil identificar o tom rosado da fenolftaleína;c) O valor calculado para desvio padrão do experimento mostra que os resultados foram satisfatórios, não tanto quanto o do experimento da padronização de hidróxido de sódio uma vez que esses resultados foram um pouco mais dispersos, mais ainda sim suficientes pois permaneceram concentrados em torno da média. Adição ou subtração da média com o valor encontrado no desvio provoca pequenas mudanças na concentração do ácido acético. Com isso é possível afirmar que o processo foi realizado com uma boa precisão (até porque nenhum valor foi descartado pelo teste Q);d) Apesar de não se saber qual é o valor verdadeiro, o coeficiente de variação indica que os resultados obtidos se aproximaram dele, já que o valor do CV é inferior a 1%. Com isso é possível afirmar que o processo foi realizado com uma boa exatidão. Além disso, o cálculo do intervalo de confiança mostra que, se outros experimentos semelhantes fossem realizados, os valores obtidos estariam dentro de uma faixa que difere, porém bem pouco, da concentração do ácido acético;e) Em uma das titulações percebeu-se que gotículas de solução estavam retidas na parede da na bureta, evidenciando o quanto que o processo está vulnerável a erros.f) O valor encontrado para o desvio relativo entre a concentração de ácido acético calculada e a concentração determinada no rótulo é alta, chegando a ser superior a 10% (que seria uma faixa aceitável). Além disso percebe-se que não há uma preocupação do fabricante em expor o valor da concentração com boa precisão, uma vez que ele é apresentado sem nenhuma casa decimal, sendo seu único algarismo significativo o duvidoso.

5 CONCLUSÃO

Perante as informações supracitadas e a análise dos resultados obtidos infere-se que o experimento foi conduzido de forma satisfatória, devido à exatidão e à precisão dos valores experimentais. Os objetivos foram alcançados, principalmente no que diz respeito a julgar se a concentração determinada no rótulo do vinagre é confiável.

A padronização do hidróxido de sódio mostrou-se um procedimento fácil de ser realizado (apesar de demorado) e o valor da concentração obtida foi bem próximo do valor desejado (0,1 M). Percebeu-se que para minimizar os erros o ideal é anotar os valores escoados perto do ponto final e assim que o primeiro tom rosado for identificado, adotar o valor anotado logo anteriormente ao que estava sendo determinado no momento como o resultado daquela titulação.

O desvio relativo dentre a concentração de ácido acético calculada e a concentração determinada no rótulo é alta, chegando a ser igual a 25%, superando os limites de tolerância. O fabricante deve ser contatado para informar-se desse fato e tomar medidas de correção. Apesar de tudo, o produto está dentro da faixa de concentração normalizada pela lei.

Os possíveis erros estão associados à tomada de alíquota e leitura de bureta (paralaxe), determinação de massa na balança (temperatura variável e falta de isolamento mecânico, por exemplo), perda de gotículas no escoamento da bureta (por isso é recomendável proceder a titulação em velocidade adequada) e identificação do ponto final.

Deve-se observar as condições do instrumento de medida antes de se realizar qualquer leitura para evitar medições incorretas e poupar trabalho. Foi detectado um vazamento na torneira da bureta de um dos experimentos, o que inclusive expôs o operador ao contato direto com a solução de hidróxido de sódio. Porém o estudo prévio do que será feito em laboratório, a conhecimento da toxicidade da substância e saber como proceder evitou que algum tipo de acidente tivesse acontecido, por isso, vale ressaltar a importância de sempre realizar um experimento tendo domínio sobre o mesmo e sabendo com detalhes o que será feito.

6 REFERÊNCIAS

ANALISTA COM. DE PRODUTOS QUÍMICOS. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos. Disponível em: <http://www.analista.com.br/fichas/Biftalato%20de%20Potassio.htm>. Acesso em 02 abr. 2010, 21:15:38.

CETUS INDÚSTRIA E COMÉRCIO DE PRODUTOS QUÍMICOS. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos. Disponível em: <http://www.ecibra.com.br/fispq/ACIDO%20ACETICO.pdf>. Acesso em 02 abr. 2010, 21:30:40.

CETUS INDÚSTRIA E COMÉRCIO DE PRODUTOS QUÍMICOS. Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos. Disponível em: <http://www.ecibra.com.br/fispq/SODIO%20HIDROXIDO.pdf>. Acesso em 18 mar. 2010, 09:49:25.

EMBRAPA. Sistema de Produção do Vinagre. Disponível em:<http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Vinagre/SistemaProducaoVinagrS/introducao.htm>. Acesso em 04 abr. 2010, 14:23:31.

HARRIS, D.C., Análise Química Quantitativa. 6ª Ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2007.