Introdução à Titulação

Fonte: Laboratório do Dr. Yee Nee Tan — Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa

Titulação é uma técnica comum usada para determinar quantitativamente a concentração desconhecida de um analito identificado. ^1-4 Também é chamada de análise volumétrica, pois a medição dos volumes é fundamental na titulação. Existem muitos tipos de titulações baseadas nos tipos de reações que exploram. Os tipos mais comuns são titulações de base ácida e titulações de redox. ^5-11

Em um processo típico de titulação, uma solução padrão de titulação em uma burette é gradualmente aplicada para reagir com um analito com uma concentração desconhecida em um frasco de Erlenmeyer. Para titulação ácido-base, um indicador de pH é geralmente adicionado na solução de analito para indicar o ponto final da titulação. ¹² Em vez de adicionar indicadores de pH, o pH também pode ser monitorado usando um medidor de pH durante um processo de titulação e o ponto final é determinado graficamente a partir de uma curva de titulação de pH. O volume de titulação registrado no ponto final pode ser usado para calcular a concentração do analito com base na estoquimetria de reação.

Para a titulação ácido-base apresentada neste vídeo, o titrant é uma solução padronizada de hidróxido de sódio e o analito é vinagre doméstico. Vinagre é um líquido ácido que é frequentemente usado como um condimento culinário ou aromatizantes. O vinagre consiste principalmente de ácido acético (CH₃COOH) e água. O teor de ácido acético do vinagre comercial pode variar muito e o objetivo deste experimento é determinar o teor de ácido acético do vinagre comercial por titulação.

A determinação do ácido acético no vinagre baseia-se no princípio de um método de titulação ácido-base. A reação entre NaOH e CH₃COOH é mostrada na Equação 1:

CH₃COOH_(aq) + NaOH_(aq) → H₂O_(l) + NaCH₃CO_2(aq) (1)

A solução naOH padronizada é progressivamente adicionada ao vinagre com concentração de ácido acético desconhecido até que o ponto final seja alcançado. Durante a titulação ácido-base, o pH pode ser plotado em função do volume do titante adicionado. O ponto de inflexão na curva, o ponto em que há uma quantidade igual estoquiométrica igual de ácido e base em uma solução, é chamado de ponto de equivalência. A maioria dos ácidos e bases são incolores, sem reação visível ocorrendo no ponto de equivalência. Para observar quando o ponto de equivalência foi atingido, um indicador de pH é adicionado. O ponto final não é o ponto de equivalência, mas um ponto em que o indicador de pH muda de cor. É importante selecionar um indicador de pH adequado para que o ponto final esteja o mais próximo possível do ponto de equivalência da titulação.

No ponto final desta reação, a base conjugada NaCH₃CO₂ é ligeiramente básica. O indicador phenolphthalein tem uma faixa de pH de trabalho de 8,3-10,0, que é incolor em solução ácida e magenta acima do pH 8.2. Portanto, o fenolfthalein é um indicador preferido, pois mudará de incolor para rosa nesta condição. Ao realizar o experimento, é melhor manter a concentração do indicador de pH baixa porque os próprios indicadores de pH geralmente são ácidos fracos que reagem com base.

O volume de solução naOH padronizada adicionada no ponto final pode então ser usado para calcular as concentrações molares do ácido acético com base na estequiometria da equação acima. Neste experimento, o naoh titante é um alcalino forte e o ácido acético de análise é um ácido fraco.

Antes de realizar o experimento, é importante considerar a natureza higroscópica do NaOH. Esta propriedade requer que sua solução seja padronizada com um padrão primário estável, como o ftalato de hidrogênio de potássio (KHC₈H₄O₄). A concentração molar exata da solução NaOH pode então ser determinada com precisão após a padronização. A reação entre o padrão de ácido primário e o NaOH é mostrada na Equação 2:

KHC₈H₄O_4(aq) + NaOH_(aq) → H₂O_(l) + NaKC₈H₄O_4(aq)   (2)

Um protocolo detalhado de titulação passo a passo é apresentado na seção a seguir.

1. Padronização de NaOH com Hidrogênio de Potássio (KHC₈H₄O₄)

1. Para começar, o titulante, hidróxido de sódio, deve ser padronizado. Prepare uma solução naOH de estoque dissolvendo cerca de 4 g de pelota NaOH em 100 mL de água desionizada. Observe que o NaOH é um produto químico perigoso que é corrosivo para a pele e irritante aos olhos, seja cauteloso e use equipamentos de proteção pessoal adequados (EPI) para evitar o contato com a pele ou o contato visual.
2. Faça uma diluição de 1:10 da solução de hidróxido de sódio adicionando 25 mL da solução de hidróxido de sódio ao frasco de 500 mL. Hidróxido de sódio absorve dióxido de carbono. É importante evitar isso, certificando-se de usar água cozida e deionizada, uma garrafa seca no forno, e tampar a garrafa rapidamente. Faça a solução até 250 mL com a água deionizada e agite para misturar.
3. Seque 4-5 g do ácido padrão primário, KHC₈H₄O₄ a 110 °C por 4h em forno de secagem e depois esfrie o sólido em um dessecador por 1 h.
4. Dissolva cerca de 4 g de KHC seco₈H₄O₄ em 250 mL de água deionizada. Regisso da massa com precisão. Calcule a concentração molar da solução KHC₈H₄O_4.
5. Pipeta 25 mL de KHC₈H₄O₄ em um frasco erlenmeyer limpo e seco. Adicione 2 gotas de fenolfthaleina, e gire suavemente para misturar bem. Note que o fenolfofino é tóxico e irritante, tenha cuidado para evitar o contato com a pele ou o contato visual.
6. Limpe uma burette de 50 mL e um funil bem com detergente e água. Lave a burette com água e enxágue 3x com água deionizada. Enxágüe o burette com a solução NaOH diluída 3x, certificando-se de que o NaOH molhe toda a superfície interna e drene os resíduos através da ponta. Monte a burette lavada em um suporte de anéis com um grampo e certifique-se de que ela fique verticalmente.
7. Encha o burete limpo com a solução NaOH diluída. Deve-se notar que a quantidade do NaOH diluído não precisa ser exatamente na marca zero, mas deve estar dentro da escala e suficiente para pelo menos uma titulação. Bolhas de ar podem afetar a precisão da leitura de volume. Verifique cuidadosamente as bolhas de ar da burette e bata suavemente no burete para libertá-las e abra a torneira para deixar alguns mL de titulante fluir e, ao mesmo tempo, liberar qualquer ar preso. Leia o volume visualizando a parte inferior do menisco após os 10 s. Registo o volume inicial. Preste atenção aos números significativos da leitura. Registo o valor para duas casas decimais em mL.
8. Coloque o frasco de Erlenmeyer contendo ftalato de hidrogênio de potássio (KHC₈H₄O₄) sob a burette e ajuste a altura da burette corretamente. Titule a solução KHC₈H₄O₄ adicionando lentamente a solução NaOH em incrementos de 1 a 2 mL usando uma mão para controlar a taxa de fluxo ajustando a torneira, e a outra girando o frasco.
9. Quando estiver perto do ponto final, comece a adicionar o titante gota a gota. O ponto final é alcançado quando a solução vira uma cor rosa fraca e persistente. Registo o volume final do NaOH diluído na burette.
10. Repita a titulação pelo menos mais duas vezes para obter dados consistentes. Calcule a concentração molar da solução NaOH diluída.

2. Titulação de Vinagre com Solução padronizada de hidróxido de sódio

1. A solução de hidróxido de sódio agora é padronizada e pode ser usada como um titulante para analisar o vinagre. Para reduzir o aroma pungente do vinagre, diluir 10 mL da solução de vinagre a ser testada em uma ração de 1:10 para um volume total de 100 mL.
2. Pipeta 25 mL de analito, para um frasco erlenmeyer limpo e seco (anotado como V_A). Adicione 2 gotas de fenolfthaleina.
3. Encha o burette com a solução NaOH padronizada desde a primeira parte do Procedimento. Regisso volume inicial de titulante (V₁).
4. Adicione progressivamente a solução naOH padronizada ao vinagre. Quando o volume de titulante se aproximar do valor esperado, ajuste a torneira para adicionar a gota de titulação por gota. Continue girando o frasco com uma mão e mantenha a outra mão pronta para fechar a torneira. Uma vez que a solução de analito muda para a cor rosa clara, gire por alguns segundos para ver se a cor vai desaparecer. Se a cor persistir, a titulação chega ao ponto final. Registo o volume final de titulante (V₁^'). Se a cor da solução desaparecer, adicione mais uma gota de titulação. Lave a ponta inferior da burete usando a garrafa de lavagem. Colete a mistura lavada e observe a mudança de cor da solução de analito. Continue a titulação até o ponto final. Registo da quantidade de titulante necessário (V_t1 = V₁' V₁).
5. Repita a titulação pelo menos duas vezes até que três valores concordantes que estão dentro de 0,1 mL um do outro sejam obtidos (V_t2 e V_t3).
6. Calcule o valor médio do volume de titrant usando os três valores obtidos em três titulações diferentes: V_t = (V_t1 + V_t2 + V_t3)/3. A concentração molar de ácido acético no vinagre pode ser assim calculada usando a Equação 3.
   

Mesa 1. Resultados de titulação.

Cálculos amostrais:

Massa de KC₈H₅O₄ = 4,0754 g

Massa molar de KC₈H₅O₄ = 204,22 g/mol

Número de mols de KC₈H₅O₄ em solução padrão de 25,00 mL =

De acordo com a Equação 2,

Concentração da solução NaOH diluída =

Mols de NaOH dispensado = concentração de NaOH × volume médio de NaOH dispensado = 0,09928 mol/L × 18,60 mL = 1,847 × 10^-3 mol

De acordo com a Equação 1,

Número de mols de CH₃COOH em 25,00 mL de vinagre diluído = 1.847 × 10^-3 mol

Concentração de vinagre diluído =

Assim, a concentração de vinagre não diluído = 10 × 7,388 10² mol/L = 0,7388 mol/L

As etapas acima são apresentadas para ilustrar o procedimento de cálculo; podemos simplesmente aplicar a Equação 3 para obter a concentração de vinagre não diluído em um passo.

Portanto, 1.000 L de vinagre não diluído contém 0,7388 mol de CH₃COOH.

Volume de CH₃COOH=

Volume percentual de vinagre =

A titulação é um importante método químico que é frequentemente aplicado na pesquisa química atual. Por exemplo, a titulação da base ácida é aplicada para determinar o valor de amina ou hidroxíl de uma amostra. O valor de amina é definido como o número de miligramas de KOH equivalente ao teor de amina em um grama de amostra. Para determinar o valor do hidroxila, o analito é primeiro acetilado usando anidrída acético e depois titulado com KOH. A massa em miligramas de KOH corresponde então a grupos de hidroxil em um grama de amostra. ¹³ Outro exemplo é o teste Winkler, um tipo específico de titulação de redox usado para determinar a concentração de oxigênio dissolvido na água para estudos de qualidade da água. O oxigênio dissolvido é reduzido usando sulfato de manganês(II), que reage com iodeto de potássio para produzir iodo. Uma vez que o iodo liberado é diretamente proporcional ao teor de oxigênio, a concentração de oxigênio é determinada pela titulação do iodo com tiosulfato usando um indicador de amido. ¹⁴

Além das aplicações em pesquisas químicas básicas, a titulação também tem sido amplamente adotada no uso industrial e cotidiano. Na indústria de biodiesel, o óleo vegetal residuais (WVO) deve primeiro ser neutralizado para remover ácidos graxos livres que normalmente reagiriam para fazer sabão indesejado. Uma parte do WVO é titulada com uma base para determinar a acidez da amostra, de modo que o resto do lote poderia ser devidamente neutralizado. ¹⁵ O método de Bento, um teste para quantificação do nível de glicose na urina, é outro exemplo que mostra a importância da titulação na saúde. Nesta titulação, íons cupéricos são reduzidos a íons cuprous por glicose, que então reagem com tiocianato de potássio para formar um precipitado branco, indicando o ponto final. ¹⁶

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