Determinação do teor de H2O2 em amostra de água oxigenada 1. Introdução
O peróxido de hidrogênio possui propriedades oxidantes e redutoras, dependendo dependendo do potencial de oxidação das substâncias com que reage. O potencial de oxidação de uma espécie química mede sua tendência a se oxidar, isto é, o seu poder redutor. Este relatório apresenta a realização da prática de Titulação de Oxi-redução de KMnO4. O permanganato de potássio é um agente oxidante forte, por isso acaba obtendo dificuldade em obter um nível de pureza elevado e totalmente o dióxido de manganês É necessário , então, eliminar essas substâncias oxidáveis para preparar uma solução estável de KMnO 4. Com a solução padronizada de KMnO 4 foi possível determinar a pureza do H 2O2, por meio da titulação com a solução de KMnO 4. Na titulação com permanganato de potássio, o ponto final é acusado pelo aparecimento de uma coloração rósea, isto acontece porque o reagente é fortemente corado e ele próprio pode atuar como como indicador (titulação auto-indicada). A permanganatometria, baseada no uso de permanganato de potássio como reagente titulante, é o mais importante dos métodos titulométricos de óxido-redução. O permanganato é um poderoso agente agente oxidante (reduz facilmente). Suas Suas soluções são de coloração violeta intenso e na maioria das titulações, o ponto final pode ser assinalado pela coloração coloração do íon permanganato permanganato (um excesso excesso de 0,02 mL, mL, menos que uma gota, visivelmente muda o meio de incolor para violeta claro). Por este motivo, essa solução é chamada de indicador natural, não por provir da natureza, mas por indicar o ponto final sem o uso de indicadores. O fundamento da principal técnica permanganimétrica, em meio extremamente ácido, consiste em reduzir o íon manganês (do permanganato permanganato de potássio) de septavalente (+7) para bivalente (+2), segundo a reação: r eação: +7 +2
MnO4- + 8 H+ + 5 eMn2+ + 4 H2O (variação de nóx) = 5 elétrons O permanganato não é obtido como padrão primário, principalmente pela baixa estabilidade da solução, que necessita ser aferida em até duas vezes por dia, dependendo do seu uso. A instabilidade é explicada pela tendência dos íons MnO 4- em oxidar com a água. Mesmo o permanganato de potássio sendo um auto indicador, também pode-se empregar amido como indicador, já que ele reage com o iodo na presença de íons iodetos para formar um complexo azul intenso. Assim, este é visível mesmo a concentrações concentrações muito baixas de iodo. Para esse experimento onde usamos o permanganato de potássio é importante resaltar que a relação entre a normalidade e molaridade ( N= x . M) depende de x , que representa os equivalentes contidos em 1 mol do composto. E este se difere devido a
diferentes classificações de cada substância. Se esta for um ácido x é o número de H+; se for uma base , x é o número de OH-; se for um sal, x é o mmc entre os nox do cátion e do ânion; se for oxidante/redutor, que é o caso em questão, x é o número de elétrons envolvidos na reação de oxi-redução. Para uma reação de redox o equivalente é a massa molecular (MM) dividida pelo número de elétrons transferidos. A permanganimetria pode ser usada para a determinação de ferro, análise de peróxido de hidrogênio, determinação de nitritos e determinação de matéria orgânica através do consumo de oxigênio. O composto Peróxido de Hidrogênio é conhecido popularmente como “água oxigenada”, solução aquosa cuja fórmula é [H 2O2 (aq)], e se classificam conforme a
concentração. Nos rótulos, comercializados geralmente em farmácias, aparece a indicação do tipo: 10 volumes, 20 volumes, sendo que quanto maior o volume mais concentrada será a solução. Quando a concentração de peróxido de hidrogênio é muito alta (100 volumes), a solução apresenta aspecto viscoso. Neste caso é usada em laboratório e indústrias. Se a concentração for de 10 volumes, é usada como agente bactericida dos ferimentos externos e em gargarejos, por que possui ação anti-séptica. Também é utilizada como alvejante de tecidos, e como descolorante de pêlos e cabelos. As concentrações das soluções de peróxido de hidrogênio são determinadas em função do volume de O 2 (g) liberado por unidade de volume da solução. Sendo assim, uma água oxigenada de concentração 10 volumes libera 10 litros de O 2 (g) por litro de solução. 2. Objetivo 2.1 Objetivo geral
Adquirir conhecimentos específicos de alguns métodos titulométricos de óxido-redução, preparando e padronizando corretamente soluções de agentes oxidantes e agentes redutores. 2.2 Objetivo especifico
O presente relatório tem como objetivo distinguir as reações de óxido-redução, podendo ser substancias agentes redutoras ou agentes oxidantes. As reações transferem elétrons entre as substancias assim resultando em um número maior de oxidação (nox) de uma das substancias envolvidas. Após a determinação da concentração do KMnO 4 , usou-se essa solução para titular a solução de água oxigenada. 3. Revisão da literatura
Volumetria de oxirredução Reações de oxidação-redução constituem a base de vários métodos volumétricos aplicados à determinação de muitas espécies de interesse, como ferro e cobre em
fertilizantes. Ela se aplica evidentemente a espécies que apresentam diferentes estados de oxidação. Neste processo ocorre o transporte de elétrons, sendo que uma substância é oxidada e outra é reduzida. Uma titulação envolvendo reações de óxido-redução é caracterizada por uma mudança pronunciada do potencial de redução do sistema ao redor do seu ponto de equivalência. Portanto, neste caso, se tem na curva de titulação a variação de potencial em função do volume de titulante adicionado. A dicromatometria tem por base o emprego da solução padrão de dicromato de potássio para a determinação de substâncias presentes na forma reduzida na amostra a ser analisada. As titulações em dicromatometria requerem o uso de indicadores de oxiredução. Dentre os mais usados, pode-se citar a difenilamina em solução de ácido sulfúrico e a difenilamina-sulfonato de sódio em solução aquosa. Essas duas substâncias quando em presença de um oxidante qualquer, inclusive dicromato, transforma-se em um composto de cor violeta. A iodometria é um conjunto de métodos em volumetria de oxi-redução que se fundamentam na titulação do iodo, libertado numa reação química de oxi-redução, por solução padronizada de tiossulfato de sódio. O indicador empregado consiste de uma solução de amido a 0,5%. O amido confere cor azul à solução, quando em presença de iodo e torna-se incolor quando todo o iodo é reduzido a iodeto pelo tiossulfato. A permanganimetria é baseada no uso do permanganato de potássio como titulante, devido ao seu alto poder de oxidação. As soluções aquosas de KMnO 4 não são completamente estáveis, porque o íon MnO 4- tende a oxidar a água. Dependendo das condições do meio o íon permanganato é reduzido a manganês nos estados +2,+3,+4 ou +6. As condições necessárias para que uma titulação por oxidação-redução ocorra são as mesmas do que para outro tipo de titulação. A saber, a reação entre o titulado e o titulante deve ser rápida e completa, e deve poder ser descrita através de uma reação química. Isto é, a cinética e o equilíbrio devem favorecer fortemente a formação dos produtos. Por outro lado, a solução do titulante deve ser estável, e a sua concentração deverá poder ser determinada com exatidão. Finalmente, deverão existir reagentes que permitam a detecção do ponto estequiométrico da titulação. As titulações de oxirredução são aplicadas a uma grande variedade de substâncias orgânicas e inorgânicas e a sua popularidade ultrapassa a das titulações ácido-base. Provavelmente, a diferença mais significativa entre elas é a disponibilidade de muitos titulantes e padrões para a volumetria de oxirredução, cada um com propriedades que os tornam especialmente adequados para uma aplicação. As reações de oxidação-redução devem preencher os requisitos gerais para que uma reação possa ser usada em um método titulométrico. Muitas reações de oxirredução se processam em uma série de etapas, então, a equação estequiométrica é a soma das reações parciais. Algumas espécies intermediárias são muito reativas e podem provocar reações paralelas ou induzidas indesejáveis. Muitas reações são lentas e, como a rapidez da reação é indispensável para o sucesso de uma titulação, é freqüente a necessidade de aumentar a velocidade das reações mediante titulação a quente ou em presença de catalisadores.
A maioria dos indicadores usados nas titulações de oxirredução é sensível a mudanças no potencial da solução de titulação e não à concentração de um reagente ou produto. Além do mais, o potencial é uma função logarítmica da concentração de reagentes e produtos da titulação. Por essa razão, as curvas das titulações de oxirredução são traçadas colocando o potencial do sistema versus o volume do titulante adicionado, em cada ponto da titulação. A posição, o desenvolvimento e a forma das curvas de titulação de oxirredução estão relacionados com as características das reações envolvidas. As reações desse tipo de titulação podem ser classificadas em duas categorias principais, cada uma das quais com certas características particulares. A primeira categoria é a das titulações baseadas em reações onde não há participação direta de íons H+ ou OH-. A segunda categoria é a das titulações baseadas em reações onde há participação direta do íon H+ ou OH-. As características particulares são: a) As reações do tipo (a) e (d) apresentam, em primeiro lugar, uma relação equimolecular entre reagente e produto tanto para a semi-reação de oxidação como para a de redução e, em segundo lugar, uma relação equimolecular entre as espécies oxidantes e redutoras; b) As reações do tipo (b) e (e) apresentam uma relação equimolecular para ambas as semireações, porém a relação entre as espécies oxidantes e redutoras não é equimolecular; c) As reações do tipo (c) e (f) se caracterizam por uma relação não equimolecular entre reagente e produto de uma ou de ambas as semi-reações e por uma relação também não equimolecular entre as espécies oxidantes e redutoras. Indicadores de Oxidação-Redução Há dois tipos de indicadores visuais usados nas titulações de oxirredução: os indicadores não específicos, os verdadeiros indicadores de oxirredução, que respondem somente ao potencial da solução; e os indicadores específicos que respondem à concentração de uma substância particular em solução. Os indicadores de oxirredução mais importantes são a difenilamina e derivados, os derivados do trifenilmetano e certos íons complexos de ferro (III) com 1,10-fenantrolina e derivados. Redutores Os agentes redutores são menos frequentemente usados do que os agentes oxidantes porque são, geralmente, menos estáveis estando sujeitos à oxidação pelo oxigênio atmosférico. Há uma considerável dificuldade em se trabalhar em ambientes livres de oxigênio e isso deve ser evitado sempre que possível. No entanto, alguns redutores reagem muito lentamente com o oxigênio e, então, podem ser usados para aplicações analíticas.
4. Materiais e métodos 4.1 Materiais
Bureta Suporte para bureta Béquer Erlenmeyer Pipetas Termômetro Chapa de aquecimento 4.2 Métodos 4.2.1 Padronização de KMnO4
Pipetou-se uma alíquota de 20 ml de solução de Na 2C2O4 0,5M num Becker de 250 ml. Adicionou-se 30 ml de água destilada, 20 ml de H 2SO4 1M. Aqueceu-se a solução em torno de 75-80° C. Titulou-se até o aparecimento da coloração violeta claro permanente. 4.2.2 Determinação do teor de H2O2 na água oxigenada (10 volume comercial)
Pesou-se com precisão 1ml de amostra num erlenmeyer, em seguida adicionou-se 30 ml de H2O destilada, após adicionar 20 ml de H 2SO4 1M. Titulou-se até o aparecimento da coloração rosa claro permanente. 5. Resultados e Discussão
Cálculos: MnO4- + 8 H+ + 5 e-
Mn2+ + 4 H2O
MnO4: agente oxidante Padrão primário (Na2C2O4 0,05M)
Na2C2O4: Teor 99 % PM: 134 g/mol m: 6,702 g v: 1 ml M= m/ PM. V M= 6,702/134,1 M = 0,05001492 mol/L. 0,99
M = 0,0495 M
Padronização da solução de KMnO4 0,02M
5 H2C2O4 + 2MnO4 + 6H
10 CO2 + 2 Mn + 8 H 2O
No ponto de equivalência: Nº de mols MnO4 = Nº mols H2C2O4 MMnO4. V MnO4 = M H2C2O4 . VH2C2O4 5. MMnO4 . 23,6 = 2 . 0,0495 . 20 MMnO4 = 1,98/118 MMnO4 = 0,017 Análise da amostra: Padrão secundário (KMnO4)
2 MnO4 + 5H2O2 + 6H
2 Mn + 5 O2 + 8 H2O
No ponto de equivalência: M MnO4 . V MnO4 = M H2O2 . V H2O2 0,017 M . 18,2 ml . 5 = M H2O2 . 1ml . 2 0,3094 . 5 = M H2O2 . 1ml . 2 M H2O2 = 1,547/2 M H2O2 = 0,7735 M 0,7735 = m H2O2 / PM H2O2 . V H2O2 0,7735 = m H2O2 / 34 . 0,001 m H2O2 = 0,026 Teor = 0,026/ 0,992 Teor = 0,026 . 100 = 2,6 % em massa 2,6 em massa – 1 volume X – 10 volumes X = 26 % em massa de H 2O2 26 em massa – x 34 em massa – ½ . 22,4 L (volumes) X = 3,03 em massa
6. Conclusão
O aquecimento da solução acelera a reação, porém não deve atingir 100ºC, temperatura na qual o oxalato é decomposto. O controle da temperatura deve ser feito com termômetro. O H2SO4 é o reagente apropriado para acidificar a solução porque o íon sulfato não sofre a ação do permanganato. Também pode ser utilizado o ácido perclórico. O ácido clorídrico pode sofrer oxidação do íon cloreto. O ponto final dado pelo excesso de permanganato em solução ácida não é permanente, a coloração enfraquece gradualmente. Comercialmente, a concentração de água oxigenada é referida a volume de oxigênio, ou seja, o volume de oxigênio gerado por uma determinada concentração de água oxigenada. Concluiu-se que a partir de um padrão primário é possível preparar uma solução com pureza o suficiente para realizar a titulação. A titulação é um método de determinação analítica eficiente e versátil, neste experimento tivemos contato com o método titulométrico de óxido-redução. Aprendendo desde como preparar uma solução de KMnO4, bem como aplicá-la em titulações de oxi-redução. Neste caso foram titulados o peróxido de hidrogênio. Na titulação do peróxido o resultado obtido foi muito diferente do esperado. A quantidade em volumes apresentada na embalagem era de 10 volumes, enquanto o encontrado no experimento foi de 3,03 volumes. 7. Referências
MACHADO, G. V., Análise Química. Porto Alegre: Editora SAGRA, 1ª ed., 1982. OHLWEILER, O.A., Química Analítica Quantitativa. Ed. Livros Técnicos e Científicos. HARRIS, D. C. Análise Química Quantitativa. Trad. Riehl C. A. Ed. LTC, 2001 VOGEL, Arthur Israel. Química Analítica Quantitativa(Trad.Horacio Macedo). 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1992. BACCAN, Nivaldo. Química Analítica Quantitativa elementar [et. Al.] 2. ed. http://www.infopedia.pt/$volumetria-de-oxidacao-reducao http://www.ufjf.br/baccan/files/2011/05/Aula_pratica_11.pdf
