Programa Resumido (metade) “A8”• Conceitos básicos sobre equilíbrio químico

• Ácidos e bases: Arrhenius,

Bronsted-Lowry,

Lewis

• Equilíbrio químico em solução aquosa de ácidos e bases: pH

ácidos e bases fracos

soluções mistas e tampões

titulações ácido-base

equilíbrios de solubilidade

A ação do tampão quando uma base forte é adicionada

Titulações

Titulação é uma das técnicas universais de química e geralmente usada para determinar a concentração de um soluto.

Tipos: ácido-base ou redox (reação entre um agente redutor e um agente oxidante.

A titulação envolve a adição de uma solução chamada titulante por meio de uma bureta, em um frasco contendo a amostra, chamada de analito.

No ponto estequiométrico (ponto final) o número de mols de OH- (ou H3O+) adicionados como titulante é igual ao número de mols de H3O+ (ou OH-) inicialmente presentes no analito.

O sucesso da técnica depende da nossa habilidade em detectar esse ponto final.

Um gráfico do pH do analito em função do volume do titulante adicionado durante a titulação é chamado curva de pH

Variação do pH durante uma titulação

ácido-base fortes

As titulações ácido forte-base forte

Neste caso, o ponto final corresponde a pH = 7,0 e a curva sofre um decréscimo repentino do pH passando pelo valor 7 (figura).

Um indicador que mude sua cor neste ponto é muito útil mas é conveniente continuar as adições para ver o resto da curva.

Já no caso oposto (titulação de um ácido forte com uma base forte) a resposta é uma imagem especular da anterior (figura)

Na titulação de um ácido forte com uma base forte, ou uma base forte com um ácido forte, o pH muda lentamente no início e depois muda rapidamente passando por pH = 7 no ponto

estequiométrico (ou ponto final ou ponto de equivalência), e então, novamente, muda lentamente.

Exercício: Calcule pontos na curva de pH para uma titulação ácido forte-base forte.

As titulações ácido forte-base fraca e vice-versa

Essas titulações são normalmente conduzidas em uma solução que contém um ácido ou uma base fraca e a outra que contém uma base ou um ácido forte. As curvas correspondente se encontram no Figura a seguir.

A principal característica a ser destacada é que, neste caso, o ponto final ou estequiométrico não ocorre em pH = 7 (pois já vimos antes que o pH de uma solução de um sal formado por um ácido fraco e base forte – o vice-versa – não é 7 !!)

Uma regra empírica é que uma base forte domina um ácido fraco; assim, uma solução de um sal de uma base forte e um ácido fraco é básica.

Adicionalmente, a variação do pH não é tão abrupta nestes casos

Regra: ácidos fracos não são titulados com bases fracas (e vice-versa) porque o ponto final não é nítido.

Exercício: Calcular ponto final ácido acético + hidróxido de sódio

Variação do pH durante uma titulação de

ácido fraco com base forte e vice-versa

O pH de soluções de sais – Exemplo (lembrete)

exemplo: uma solução 0,3 M de acetato de sódio tem pH ~ 9,0 !!

H2O (l) + CH3COO- (aq) CH3COOH (aq) + OH- (aq) (0,3 – x) (x) (x)

No equilíbrio: [CH3COO-] = 0,30 – x; [CH3COOH] = x; [OH-] = x

5,6 x 10-10 = x2 / 0,30 – x x = 1,3 x 10-5 pOH = - log (1,3 x 10-5) = 4,98

pH = 14,00 – 4,98 = 9,11

Um cálculo análogo pode ser feito no caso de um sal de um ácido forte com uma base fraca (ex. cloreto de amônia) usando, como neste caso, as concentrações no equilíbrio

[ ][ ][ ]

105

14

3

3 106,5108,1

100,1 −−

−

−

−

×=××===

a

wb K

K

COOCH

OHCOOHCHK

Determinação do pKa de um ácido fraco durante uma titulação com uma base forte

Já sabemos como estimar o pH do analito inicial quando somente um ácido fraco está presente (ponto A da Figura 11.6), e o pH do ponto de equivalência (ponto S). Outros pontos correspondem a uma solução mista de algum ácido fraco e seu sal com base forte.

Bem depois do ponto estequiométrico o pH depende somente da concentração da base forte em excesso. A concentração do sal também presente não tem quase efeito nesse valor.

As mudanças no pH da solução durante a titulação de um ácido fraco por uma base forte estão resumidas na Figura 11.8 (depois)

Na metade do percurso ao ponto estequiométrico, o pH é igual ao pKa do ácido. O pH é maior do que 7 no ponto estequiométrico da

titulação de um ácido fraco com uma base forte.

Determinação do pKa de um ácido fraco durante uma titulação com uma base forte

Titulador automático

Indicadores ácido-base (para Titulãções)

O método mais simples, confiável e rápido para se determinar o pH de uma solução e de acompanhar uma titulação é usar um pHmetro (já mostrado).

Esse aparelho monitora a [H3O+] de forma contínua usando um eletrodo especial (eletrodo combinado de vidro). Mas é caro !!

Uma técnica mais simples, mas que ainda se utiliza, e observar a mudança de cor de um indicador apropriado que foi adicionado à solução durante a titulação.

Um indicador ácido-base é um corante, solúvel em água, cuja cor depende do pH do meio. Isto porque se trata de um ácido fraco que tem uma cor na sua forma ácida (HIn) e outra na sua forma base conjugada (In-). A [H3O+] determina a posição de equilíbrio desse sistema e, com isso, a cor resultante.

HIn(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + In-(aq) KIn = [H3O+] [In-] / [InH]

Indicadores ácido-base (para Titulãções)

HIn (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + In- (aq)

KIn = [H3O+] [In-] / [InH]

O ponto final de uma titulação é aquele no qual as concentrações das formas ácidas e básicas do indicador são iguais: [In-] = [InH].

Substituindo na expressão para KIn, vemos que, no ponto final, [H3O+] = KIn.

Isto é, a mudança de cor ocorre quando pH = p KIn

De fato, a cor comeca a mudar preceptivelmente em torno de 1 unidade de pH antes do pKIn e é completada efetivamente em torno de 1 unidade de pH após pKIn . A tabela 11.2 fornece os valores de pKIn para alguns indicadores comuns.

Por exemplo, a fenolftaleína não tem cor na forma ácida enquanto que sua forma conjugada é rosa (efeitos eletrônicos)

Exemplo da resposta de um Indicador

Tabela de Indicadores com os pKIn

A escolha do Indicador adequado

É importante selecionar um indicador com um ponto final próximo ao ponto estequiométrico da titulação (Figura 11.12). Na prática, o pKIn do indicador deveria estar em torno de 1 unidade de pH do ponto estequiométrico da titulação. A fenolftaleína pode ser usada em titulações com um ponto estequiométrico próximo de pH = 9 (ex. ácido fraco – base forte)O alaranjado de metila muda de cor entre pH = 3,2 e pH = 4,4 e pode ser usado na titulação de base fraca com ácido forte.Para ácido forte – base forte o ideal é um indicador com ponto final próximo a pH = 7, mas como o pH muda abruptamente até mesmo a fenolftaleína pode ser usada. Ver faixas na Tabela 11.2

Indicadores ácido-base são ácidos fracos que mudam de cor próximo a pH = pKIn ; o indicador escolhido deve ter seu ponto

final próximo ao ponto estequiométrico da titulação