Baixe Quimica Analítica e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! NEXTChem Process Analyzers, LLC. TChem e S Teoria da Titulação Podemos expressar a concentração de uma solução relacionando a quantidade de soluto existente em uma quantidade- padrão de solução ou, o que é menos comum, em uma quantidade padrão de solvente. Título em Massa • O título em massa (T ) indica o número de unidades de massa de soluto (m1) existente em 100 unidades de massa da solução. Sendo: m2 = massa do solvente m = m1 + m2 T = m1 m Título em Volume O título em volume (T ) indica o número de unidades de volume de soluto (m1) existente em 100 unidades de volume da solução (que deve ser medido experimentalmente, pois nem sempre o volume da solução é igual à soma do volume do soluto com o volume do solvente ). T = V1 V Concentração em ppm • A concentração em ppm indica quantas partes do soluto existem em um milhão de partes da solução (em volume ou massa). 1 ppm = 1 parte de soluto 106 partes de solução 1 pp = 1 parte de soluto 106 partes de solução Concentração em ppm Para soluções muito diluídas, em que a massa do soluto é muito pequena costuma-se relacionar uma parte em massa do soluto por 106 partes em volume da solução: 1 ppm (m/v) =1 mg de soluto 1 L de solução Concentração em massa A concentração em massa (C) indica a quantidade em massa do soluto (m1) que se encontra dissolvida em um volume-padrão de solução (V). C = m1 (g/L) V Teoria da Titulação - Densidade A densidade (d) de uma solução é a relação entre a massa (m) e o volume (V) dessa solução: D = m (g/mL) V Concentração em Quantidade de Matéria No caso de soluções iônicas, para determinar a concentração em quantidade de matéria(m) de cada espécie de íon em solução, devemos observar a proporção de íons (cátions e ânions) na fórmula da substância e o grau de dissociação (α) ou ionização da substância. mion = m de íons em uma fórmula x msubstância x α Molalidade • A molalidade (W) indica a quantidade de matéria de soluto (n1) que se encontra dissolvida numa massa de 1quilograma de solvente (m2). Como: então: W = n1 (mols) m2 (kg) n1= m1 M1 W = m1 (g) M1 (g/mol) . m2 (kg) Normalidade A Normalidade (N) é a relação entre o número de equivalentes-grama do soluto (e1) e o volume da solução em litros (V). N = e1 V (L) Como: e1 = m1 E1 N = m1 (g) E1 (g/eq) . V (L) Então: Etapas (m): • O cálculo da quantidade de matéria dos produtos formados serão feitos em relação ao reagente que não está em excesso. • Calcular a concentração, do reagente que está em excesso, na solução final. Mistura de Soluções - Etapas: • Utilizando a normalidade (N); nesse caso é necessário encontrar o número de equivalentes de cada substância que participa da reação. Podemos utilizar o princípio da equivalência: Em uma reação química, o número de equivalentes (e) de cada substância que reage e que é produzida é exatamente o mesmo. Etapas (N): Calcular o número de equivalentes-grama de cada substância nas soluções iniciais para saber se há reagente em excesso. Seja a reação genérica: xA + yB → zC + wD eA = eB = eC = eD Sendo: e1 = m1 em que: E1 = M1 E1 K Ou N = e1 Portanto, e1 = N. V (L) V (L) O que é titulação? A análise titulométrica pode ser comparada a uma pesagem. Substância a ser medida ? Titulante Sistema de indicação A substância a ser determinada é colocada em braço da balança e sucessivos "pesos" na forma de titulante (solução líquida) são carregados no outro braço da balança . Para uma boa pesagem, o titulante deve ser "calibrado" por um padrão primário (fatoração). A relação dos dois braços da escala da balança é função da estequiometria da reação da titulação. Titulação Para determinar a concentração de uma solução por meio de uma titulação a partir da normalidade baseamo-nos no Princípio da Equivalência. Se medirmos com exatidão o volume (VA) de uma solução A, com concentração conhecida (NA), que reage totalmente com um volume conhecido (VB) de uma solução de concentração desconhecida (NB), poderemos determinar essa concentração (NB) com base no fato de que o número de equivalentes (e) que reagem com A e B é igual. Titulação Em qualquer reação química, o número de equivalentes (e) de cada substância que reage e que é produzido é sempre o mesmo. Assim, a reação é completa quando eA = eB Como: eA = NA . VA então: NA . VA = NB . VB eB = NB . VB Titulação – Análise Volumétrica • Acidimetria: Determina a concentração de uma solução ácida pela titulação com uma solução básica de concentração conhecida. • Alcalimetria: Determina a concentração de uma solução básica pela titulação com uma solução ácida de concentração conhecida. Preparação da amostra Amostras Gasosas: São geralmente introduzidas com um solvente apropriado. Amostras Líquidas: Para obter-se a forma titulável, se a substância sob teste estiver numa forma imprópria para a determinação titulométrica, pode-se empregar as seguintes preparações: • Oxidação • Redução • Formação de Complexos • Decomposição • Adição - padrão Preparação da amostra Amostras Sólidas: São utilizados os seguintes tipos de preparações: • Dissolução com a necessidade posterior de filtração ou centrifugação; • Extração da substância sob teste; • Digestão e decomposição; Preparação da amostra A utilização de solventes não aquosos para a titulação é recomendada nos casos em que: • A substância a ser estudada é pouco solúvel em água; • O produto precipitado formado na titulação é muito solúvel em água; • A amostra a ser estudada é um ácido ou base muito fracos; Reação de titulação Numa situação ideal os requisitos à reação de titulação são: • A estequiometria da reação deve ser conhecida e durante o curso da titulação não deve se alterar. • O encadeamento de reações para formar o produto final da reação deve ser virtualmente quantitativo, isto é, com equilíbrio constante. Reação de titulação Requisitos à reação de titulação: • O equilíbrio deve ser estabilizado rapidamente • Não deve ocorrer nenhuma interferência paralela e reações consecutivas. • Erros na detecção do ponto final devem ser reduzidos ao mínimo pela seleção de um método de indicação apropriado. Introdução à Titulação À despeito de métodos mais modernos, a titulação é usada hoje em dia como um método padrão de análise quantitativa; Novos desenvolvimentos na tecnologia de sensores e a sistemática utilização das possibilidades técnicas oferecidas pela eletrônica digital e os microprocessadores tem conferido considerável progresso à metodologia e à automação das determinações titulométricas. Titulação por ponto final Um titulador automático por ponto final é um controlador que converte um valor atual de desvio entre valores pré-determinados e o valor atualmente medido, em sinais de controle para um dispositivo de adição de titulante. Titulação por ponto final Controle de realimentação: • Quando o sinal de desvio é maior que um valor pré-selecionado, o titulante é adicionado rápida e continuamente. • Quando o sinal de desvio é menor do que um valor pré-selecionado, o titulante é adicionado de forma descontínua (em gotas). Sample 1 N sulfuric acid 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 Volume 0.1N NaOH titrated (mL) pH Large Addition Small Addition Smallest Addition A adição de reagente é controlada pela distância ao ponto final para máxima precisão, como indica o exemplo: Titulante e métodos de indicação O titulante ou indicador, deve ser selecionado apropriadamente para cada tipo de reação de titulação. O ponto final de titulação deve ser estável. O ponto de equivalência (viragem) de uma titulação corresponde a exata reação estequiométrica de uma titulação. Para a indicação do ponto final é feita a observação ou medida de uma grandeza física que é proporcional à concentração de uma parte da reação. Se as partes da reação não estão ligadas diretamente à medida, pode ser usado um indicador adequado que reage com uma das partes da reação e produz um sinal observável. Métodos de detecção O principal método de indicação usado para realizar titulações automáticas é o método de indicação eletrométrica e ótica: - Potenciometria - Amperometria - Condutometria - Colorimetria Métodos de detecção Detecção Potenciométrica: A mudança do potencial de corrente-de-zero (pH 7) que ocorre durante a titulação é indicada pela medição de um eletrodo. A seleção do eletrodo depende da natureza da reação de titulação.O eletrodo deve responder somente ao íon a ser detectado. Para se estabelecer a medição será necessário também o uso de um eletrodo de referência. O eletrodo de referência não deve responder às mudanças na solução de titulação. Automação da Titulação • Possibilidade de executar várias análises sem a supervisão, com adição de sistemas de amostragem e transporte contínuos, com a opção de incluir todos os passos de preparação da amostra e várias amostras. • Possibilidade de transferir os resultados da análise on-line para um sistema principal de gestão de análises de laboratório ou diretamente para um sistema de controle de processos (SDCD, PLC, etc). Titulador Automático Um titulador automático microprocessado controla funções do analisador tais como: • Controle de funções auxiliares para preparação de amostras antes de realizar a titulação (adição de reagentes, tempo de espera); • Controle do tempo gasto em diversas funções (rotinas de pré cálculo de volume de variáveis);