METAIS NO ORGANISMO HUMANO METAIS AMBIENTE E...
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Metais no Organismo Humano
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3. Metais Ambiente e Vida
Relativamente à necessidade biológica podem classificar-se
Metais Essenciais: sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, crómio, zinco, cobalto, manganês e níquel.
Metais Tóxicos: arsénico, chumbo, cádmio, mercúrio,
alumínio, titânio, estanho e o tungsténio.
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Metais Essenciais
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3. Metais Ambiente e Vida
Definir um metal como essencial para a saúde humana significa verificar até que ponto a sua ausência na dieta
produz anomalias funcionais ou estruturais
Regulação Homeostática22-11-2010Dulce Campos
Metais Essenciais
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3. Metais Ambiente e Vida
Participam em mecanismos metabólicos que estão relacionados com trocas iónicas associadas à transmissão de sinais eléctricos nos músculos e nervos.
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Metais tóxicos
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3. Metais Ambiente e Vida
O termo Metais Tóxicos é uma alternativa ao termo metais pesados, sendo recomendada a sua aplicação aos
elementos não essenciais – Elementos que não são necessários aos organismos vivos
A manifestação dos efeitos tóxicos está associada à dose. Podem afectar vários órgãos, alterando processos
bioquímicos e membranas celulares
São venenos acumulativos para todos os seres vivos aumentando a sua concentração de nível para nível
da cadeia alimentar - BIOMAGNIFICAÇÃO
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Metais no Organismo Humano
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3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A hemoglobina é formada por 4 subunidades de
globina
Cada subunidade de globina tem unido um grupo hemo
(uma molécula de protoporfirina IX complexada
com um ião Fe2+), responsável da cor vermelha da hemoglobina e do sangue.
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Metais no Organismo Humano
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3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O grupo heme é um complexo octaédrico de ferro, em que este se encontra coordenado por um ião di-negativo de porfirina
tetradentado e tem número de oxidação +2. Os quatro átomos dadores de azoto da porfirina envolvem o ferro no mesmo plano.
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O QUE SÃO IÕES COMPLEXOS?
3. Metais Ambiente e Vida
Vamos fazer um parênteses
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Metais, Complexos e Cor
3. Metais Ambiente e Vida
Uma das características dos metais de transição é formar compostos de cores muito variadas: os Compostos de Coordenação que contém
iões complexos.
Importa perceber: O que são; Qual a sua nomenclatura; Qual a sua geometria.
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Iões Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Existem sais que ao serem dissolvidos em água sofremsolvatação originando o catião metálico e o anião nãometálico
Ligação entre estes iões é explicada pelo modelo da ligação iónica
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Iões Complexos Metais como os de transição que podem comportar-se como
ácidos de Lewis (aceitam pares electrónicos) podem ligar-sea outras espécies partilhando esses pares
3. Metais Ambiente e Vida
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Porquê uma solução apresenta cor?
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Porquê os complexos apresentam cor?
[Ar] 3d1
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Espectro de Absorção do ião [Ti(H2O)6]3+
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A Cor nos Complexos3. Metais Ambiente e Vida
A separação das orbitais d não se dá da mesma maneira em todos os iões complexos: depende da sua geometria
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Relação entre a intensidade de radiação absorvida por uma solução corada e a sua concentração
Lei de Lambert Beer
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A Cor nos Complexos
3. Metais Ambiente e Vida
Quanto maior for a fracção de um determinado comprimento de onda que é absorvido, menor será a percentagem de luz
transmitida, sendo essa percentagem medida pela grandeza transmitância (T)
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Esquema funcionamento Espectrofotómetro
3. Metais Ambiente e Vida
O perfil da curva de absorvância é característica de cada complexo A relação entre a intensidade da
absorvância e a concentração a cada c.d.o. É dada pela Lei de
Lambert-Beer
A = ε l c22-11-2010Dulce Campos
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AL.1.5 - A Cor e a composição quantitativa de soluções
3. Metais Ambiente e Vida
Água Consumo Humano – Um dos parâmetros usados para a caracterizar é o teor
total de ferro – soma Fe2+ e Fe3+
A legislação relativa às águas destinadas a consumo humano determina que o teor em ferro total não
exceda os 200 µg /dm3
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição quantitativa de soluções
Como se pode determinar a concentração de uma solução corada pela intensidade da sua cor?
A relação entre a intensidade da cor de uma solução e a respectiva concentração é dada por
A = ε l C
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição quantitativa de soluções
Constrói-se um gráfico da absorvância em função da concentração a partir de um conjunto de soluções-padrão de diferentes concentrações na espécie em estudo. 0 gráfico resultante é uma recta que passa na origem dos eixos (à qual se chama recta ou curva de calibração).
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3. Metais Ambiente e Vida
AL.1.5 - A Cor e a composição quantitativa de soluções
A Lei de Beer-Lambert só pode ser aplicada cara soluções diluídas, em geral para concentrações inferiores a 0,01 mol dm-3. Estes desvios estão associados a interacções entre as espécies absorventes ou a limitações técnicas do equipamento usado.
1.5
0.01
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Como se pode determinar teores reduzidos de ferro numa água?
3. Metais Ambiente e Vida
Por espectrofotometria usando radiação de c.d.o. 320 nm à qual corresponde o máximo de absorção para soluções aquosas com Fe 2+.
Método mais rigoroso e sensível ( teores da ordem 0.05 a 0.2 mg /dm3) envolve a combinação de Fe2+ com fenantrolina para formar um complexo alaranjado.
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores reduzidos de ferro numa água?
A concentração do complexo é determinada por espetrofotometria.
A intensidade da cor é independente da acidez do meio no intervalo de pH de 2 a 9.
O pH é mantido entre 2.5 e 4.5 para garantir que todo o ferro é reduzido a Fe 2+.
Constrói-se uma recta de calibração com soluções de concentração conhecida.
Utilizam-se várias diluições da amostra em estudo para seleccionar uma coloração comparável à das soluções da recta calibração.
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores reduzidos de ferro numa água?
Selecciona-se o melhor c.d.o. Para traçar a curva de calibração
No caso do Fe e fenantrolina temos o figura ao lado
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores reduzidos de ferro numa água?
Soluções preparadas em balões volumétricos de 50 ml
(Redutor)
Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O22-11-2010Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se pode determinar teores reduzidos de ferro numa água?
1. Regula-se o espectrofetómetro para c.d.o. Seleccionado.
2. Mede-se as Absorvâncias para as soluções de B a F. Ajusta-se em cada medição a absorvância zero usando a solução A como branco.
3. Das soluções X, Y e Z selecciona-se aquela cuja tonalidade está incluída nas soluções que compõem a recta.
4. Regista-se a absorvância dessa solução.
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3. Metais Ambiente e Vida
SoluçãoConc. mg/l Absorvância
A 0 0
B 0,02 0,008
C 0,04 0,01
D 0,1 0,023
E 0,2 0,034
F 0,3 0,066
G 0,4 0,079
Amostra x 0,072
Recta Calibraçãoy = 0,2022xR2 = 0,9818
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 0,06 0,12 0,18 0,24 0,3 0,36 0,42
Concentração (mg/l)
Abs
orvâ
ncia
Absorvância
Linear (Absorvância)
x= 0,072 / 0,2022x= 0,3560831
x = 0,356083086 mg/l
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Metais no Organismo Humano3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
Para além da porfirina, o ferro é também coordenado por um átomo de azoto da cadeia proteica de outro segmento da hemoglobina, sendo estas ligações nos quatro grupos heme que mantêm os quatro segmentos proteicos unidos.
A geometria global do complexo em torno do átomo de ferro é octaédrica, sendo o vértice oposto ao ocupado por este átomo dador de azoto o local onde se vai coordenar o oxigénio e onde se dão as trocas gasosas que ocorrem em função da respiração celular.
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
Como existem quatro grupos heme, cada hemoglobina pode transportar quatro moléculas de oxigénio. A ligação ao oxigénio é
cooperativa, o que significa que a ligação num grupo hemo aumenta a tendência para a ligação no segundo, a do segundo aumenta a tendência da ligação no terceiro e a do terceiro aumenta a tendência da ligação no
quarto.
A estabilidade do complexo oxigenado aumenta com a basicidade do meio – Efeito de Bohr
Reacção de trocas gasosas nas células
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A estabilidade do complexo oxigenado aumenta com a basicidade do meio – Efeito de Bohr
A libertação de oxigénio nos tecidos é facilitada pelo pequeno abaixamento do pH resultante da presença do CO2 formado na respiração
celular. Este efeito vai aumentar a tendência para a evolução no sentido directo da reacção
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
A hemoglobina destaca-se pela sua capacidade para formar um complexo muito estável com o monóxido de carbono por troca com o oxigénio.
Kc= 200
Significa na prática que se o monóxido de carbonoestiver presente numa quantidade significativa, vai
complexar mais fortemente a hemoglobina e ainda que, após ligar-se a ela, a capacidade desta para transportar o
oxigénio se encontra praticamente perdida.
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
H2CO3 (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Ka ≈ 10-7
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
H2CO3 (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
SOLUÇÃO TAMPÃO
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
A hemoglobina e o transporte de gases no sangue
O caso do CO2 indispensável: efeito tampão
SOLUÇÃO TAMPÃO
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Metais no Organismo Humano
3. Metais Ambiente e Vida
SOLUÇÃO TAMPÃO
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
Vamos fazer um parênteses
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
RELEMBRAR
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
Soluções aquosas 0.1 mol/dm3 (25ºC)
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3. Metais Ambiente e Vida
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
1. Se tivermos soluções diluídas de dois ácidos fracos de concentrações diferentes, mesmo sabendo qual é o mais fraco, não se poderá afirmar directamente qual é a solução que terá maior grau de ionização.
2. O grau de ionização não é constante, é necessária uma grandeza, independente da concentração do ácido, que permita caracterizar a solução em equilíbrio a determinada temperatura: as constantes de ionização (de hidrólise no caso de compostos iónicos) Ka e Kb.
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
Grau de ionização vs Força de Ácidos e Bases
HA (aq) ↔ H+ (aq) + A- (aq)
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
Os sais são compostos iónicos, que se podem obter, por exemplo, como produto da reacção entre um ácido e um hidróxido; as respectivas soluções aquosas nem sempre são neutras (em termos de pH).
A dissociação iónica de um sal origina catiões e aniões.
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se comportam os ácidos, as bases e os sais quando se dissolvem em água?
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
Os catiões de metais alcalinos e alcalino-terrosos (grupos 1 e 2 da TP) não têm tendência para reagir com a água e, por isso, não afectam o pH das respectivas soluções aquosas.
Os aniões, bases conjugadas de ácidos muito fortes, como, por exemplo, os iões CI-, Br-, NO3
-, são praticamente neutros. Isto significa que soluções de cloreto de sódio, de nitrato de cálcio ou de brometo de potássio são neutras, ou seja, têm pH = 7, a 25 °C.
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
A - Sal de um ácido fraco e de base forte – NaNO2
A Solução aquosa fica alcalina
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3. Metais Ambiente e Vida
B - Sal de base fraca e ácido forte – NH4Cl
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
A Solução aquosa fica ácida
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
C - Sal de ácido e base fracos – NH4NO2
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
•São na maior parte dos casos ácidos fracos.
•A acidez deve-se ao facto do os catiões se encontrarem hidratados. (ligandos são moléculas de água).
•Cu2+ (aq) [Cu(H2O)4]2+ (aq)
•Fe3+ (aq) [Fe(H2O)6]3+ (aq)
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
Catião (base Lewis) atrai e partilha electrões com uma ou mais moléculas de água.
Enfraquecimento da ligação O-H
Libertação de H+ e formação de H3O+
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
A concentração de H3O+ aumenta solução fica ácida
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
D - Sal de metal transição e anião neutro
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
Solução Tampão
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
CH3COOH (l) + H2O (l) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) (1M)
CH3COONa (s) → CH3COO- (aq) + Na+ (aq) (1M)
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
CH3COOH (l) + H2O (l) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) (1M)
2H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + OH- (aq)
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
Soluções-tampão em que existe um par conjugado ácido fraco-base conjugada, uma diluição não altera o pH da solução, pois afecta de igual modo a concentração do ácido e da base conjugada;
No caso de ácido forte ou de base forte, uma diluição altera de forma significativa o pH.
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NH4Cl (s) → NH4+ (aq) + Cl- (aq) (1M)
NH3 (aq) + H2O (l) ↔ NH4+ (aq) + HO- (aq) (1M)
2H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + OH- (aq)
3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
(2)
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
Um ácido forte como o ácido clorídrico actua como solução-tampão em situações de pH baixo.
O que acontece de adicionar 1ml HNO3 1mol/dm3?
pH = 0.96
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3. Metais Ambiente e Vida
Propriedades ácidas ou básicas das soluções de Sais
O que acontece de adicionar 1ml NaOH 1mol/dm3?
pH = 1.05
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EXERCÍCIO3. Metais Ambiente e Vida
1.1 pH = 13 1.3 pH = 12.0
1.2 pH = 13.03 1.4 pH = 12.9
2. No gráfico podem referenciar-se duas zonas em que o titulado evidencia propriedades tampão, ou seja, uma ligeira variação do pH do titulado por adição da base forte:
- do inicio até à adição de cerca de 30 ml de solução ácida;
- após o ponto de equivalência, entre 50 ml e 80 ml de titulante adicionado
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3. Metais Ambiente e Vida
Como se poderá escolher a “melhor” solução tampão?
De que depende a capacidade de um tampão?
A "melhor" solução será aquela que apresenta variações depH pouco significativas por adição de maiores quantidadesde ácido ou de base fortes.Esta propriedade é designada por capacidade-tampão.
Esta capacidade é tanto maior quanto maiores e mais próximas forem as concentrações do ácido e da base conjugada.
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• Quando se adiciona uma grande quantidade de ácido forte, a qual consome toda a base, de tal modo que não há possibilidade de neutralizar mais ácido.
• Quando se adiciona uma grande quantidade de base forte, a qual consome todo o ácido, de tal modo que não há possibilidade de neutralizar mais base.
3. Metais Ambiente e Vida
Quando é que esta capacidade é destuída?
Como explicar que o pH do sangue semantém entre valores muito próximos?
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte
15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n(OH-)
pH = 7
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
Inicio da titulação
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido forte – base forte15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
Ponto de equivalêncian (H3O+ )= n(OH- ) n (HCl) = n (NaOH)
Antes do PE
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Depois do PE
Titulação ácido forte – base forte15 ml HCl 0.10M e NaOH 0.10 M
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
1
Zona viragem fenolftaleina
Zona viragem vermelho metilo
Zona viragem vermelho metilo
Zona viragem azul bromotimol
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Titulação ácido fraco – base forte
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n (OH-)
Na+
CH3COO- + H2O (l) CH3COOH (aq) + OH- (aq)
pH Ponto Equivalência Básico22-11-2010Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - BaseTitulação ácido fraco – base forte
Zona viragem fenolftaleina
Três zonas importantes na curva:
1. Antes do início da titulação - O pH antes da adição de ácido é definido a partir do Ka do ácido fraco e da sua concentração.
2. O pH do ponto de equivalência - A solução é apenas constituída pelo sal do par conjugado do ácido, pois este foi todo neutralizado pela base forte. O pH é definido pelo equilíbrio ácido-base da solução de ião acetato, nas condições de concentração do ponto de equivalência.
3. O pH na região tampão - Em qualquer ponto entre o início e o ponto de equivalência a solução tem ácido acético e ião acetato em proporções que não são as de uma solução da substância pura.
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - BaseTitulação base fraca – ácido forte
No Ponto Equivalência n(H3O+) = n (OH-)
Cl-
NH4+ + H2O (l) NH3 (aq) + H3O+ (aq)
pH Ponto Equivalência Ácido22-11-2010Dulce Campos
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3. Metais Ambiente e Vida
Titulações Ácido - Base
Três zonas importantes na curva:
1. Antes do início da titulação - O pH antes da adição de ácido é definido a partir do Kb da base e da sua concentração.
2. O pH do ponto de equivalência - O único contributo para o pH da solução é do sal do par conjugado da base, tendo a base fraca sido totalmente neutralizada pelo ácido forte. O pH é definido pelo equilíbrio ácido-base da solução do par conjugado da base fraca (neste caso, o NH4
+), nas condições de concentração do ponto de equivalência.
3. O pH na região tampão – nesta região as concentrações da base e do seu ácido conjugado são iguais ou muito próximas.
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