ANÁLISE INSTRUMENTAL DETERMINAÇÃO DE ÁCIDO FOSFÓRICO EM AMOSTRAS DE REFRIGERANTE DE COLA OBJETIVO O objetivo desta prática é calcular a porcentagem de ácido fosfórico em refri refriger geran ante te tipo tipo cola cola gasei gaseifi fica cado do e desga desgasei seifi fica cado do,, atra através vés do método da titulação potenciométrica. E, em seguid,a comparar o teor obtido com o permitido na legislação, construindo gráficos para melhor visualização dos resultados obtidos.
MATERIAIS E AMOSTRAS
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Amostras de Refrigerante a base de cola gaseificada e desgaseificada Solução de NaOH 0,1N Solução de HCl 0,01mol/L Água mili-Q Balão volumétrico de 100mL Bécher Bureta de 50mL
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Eletrodo de vidro combinado
• • • • • •
EQUIPAMENTO UTILIZADO
pHmetro Bel Engeneering W3B Agitador Sirrer OP- 951
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL A)
PREPARO DO EQUIPAMENTO A bureta de 50 mL foi rinsada inicialmente com água Milli-Q, e depois foi rinsada com a solução titulante NaOH 0,1 N Repetiu-se o procedimento duas vezes. O volume da bureta foi completado com a solução titulante. Calibrou-se o pHmetro com os tampões pH 7,00 e pH 4,01. B)
TESTE DO ELETRODO Com Com auxíl auxílio io de uma uma pipet pipeta a volu volumét métri rica ca tran transfe sferi riuu-se se 50 mL de solução HCl 0,01 mol/L previamente preparada, para um becher de 100
mL contendo agitador magnético. Para iniciar a titulação inseriu-se o eletrodo de vidro combinado no becher contendo o HCl e adicionou-se de 1,0 em 1,0 mL, a solução de NaOH contida na bureta, até atingir 10,0 mL, anotando sempre o valor encontrado de pH. C)
PREPARO E TITULAÇÃO DA AMOSTRA Foram feitas duas diluições a partir da amostra original (refrigerante tipo cola), com e sem gás. Primeiramente o refrigerante gaseificado foi diluído de 1:2 em balão volumétrico de 100 mL, depois transferiu-se 40 mL dessa solução para um becher contendo agitador magnético. Para o refrigerante previamente desgaseificado, foi realizada a mesma diluição do refrigerante com gás, e também transferiu-se 40 mL da solução para um becher contendo agitador magnético. Foi feita primeiro a titulação da solução gaseificada. Para isso o eletrodo de vidro combinado foi mergulhado na solução, com a junção mantida sempre imersa na solução. Após isso, ligou-se a agitação, com cuidado para evitar uma possível danificação da membrana do eletrodo pelo movimento do agitador magnético. Com a agitação mantida constante, foi feita a titulação da amostra com solução de NaOH 0,1 N adicionando de 0,2 em 0,2 mL, fazendo a leitura do pH a cada volume adicionado. Toda a titulação foi monitorada “on line”, ou seja, os dados gerados pelo pHmetro foram adicionados na planilha Excel, o que possibilitou uma melhor visualização dos pontos de virada. Depois de concluída a titulação do refrigerante com gás, foi realizada a titulação do refrigerante sem gás realizando exatamente o mesmo procedimento, utilizando o volume de 70mL, ao invés de 40mL como fora utilizado anteriormente.
RESULTADOS •
E
CÁLCULOS
TESTE
DO T e s t e d o E l e tr
ELETRODO Volum pH (∆pH/∆V e ) 1,82 0 1,91 1 0,09 2,03 2 0,12 2,17 3 0,14 2,36 4 0,19 5 2,71 0,35 9,3 6 6,59 7 11,58 2,28
14 12 10 8
V(mL) x pH 1ª Derivada (V(m L) x ∆p
6 4 2 0 0
2
4
6
8
10
12
11,89 12,07 12,19
8 9 10
0,31 0,18 0,12
A partir desse teste, pode-se verificar se o eletrodo utilizado encontrava-se em boas condições de uso. Analisando os resultados obtidos, pode-se perceber que o eletrodo utilizado estava em boas condições de uso e bem calibrado. •
V(m L) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2
AMOSTRA DE REFRIGERANTE DE COLA DESGASEIFICADO pH 2,76 2,79 2,84 2,91 3,00 3,07 3,19 3,33 3,57 3,92 4,81 5,52 5,86 6,16 6,32 6,48
8,05 8,61 9,32 9,69 9,90 10,0 9
1ª Deriva da 0,15 0,25 0,35 0,45 0,35 0,60 0,70 1,20 1,75 4,45 3,55 1,70 1,50 0,80 0,80 7,85 2,80 3,55 1,85 1,05
Refrigerante sem Gá 9 10
8 7
8
6 6 4
5
pH
4
1ª Derivada
3 2
2
1 0
0 0
1
2
3
4
5
V(mL)
GRÁFICO 1 – TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DA AMOSTRA DE REFRIGERANTE DESGASEIFICADO
0,95
Obs.: Na análise de refrigerante sem gás, fora utilizado o volume de 70mL, ao invés de 40mL como sugerido no roteiro de prática. Esse volume fora utilizado pelo fato do volume sugerido não cobrir a membrana do eletrodo, necessitando assim de um volume maior. •
N
C ÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE ÁCIDO F OSFÓRICO
ÁCIDO
1ª Virada: 2,00mL 2ª Virada: 3,20mL X V =N ÁCIDO
BASE
X
V
BASE
N N N
ÁCIDO ÁCIDO ÁCIDO
= N X V /V = (0,1 X 2,00)/70 = 0,0029N BASE
BASE
ÁCIDO
Concentração (C) = 0,0029 X FD = 0,0029 x 2 = 0,0057N Teor de Ácido Fosfórico na amostra Teor = (C x MMH3PO4)/10 = (0,0057x 98)/10 = 0,056%
Obs.: A solução de NaOH utilizada não estava fatorada. Assim, considerou-se 0,1N como valor de sua concentração. •
AMOSTRA
V(m L) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0
3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
pH 2,79 2,88 2,98 3,19 3,49 4,11 5,10 5,67 5,93 6,20 6,38 6,59 6,79 6,99 7,19 7,39
8,84 9,41 9,79 9,98 10,1 6 4,2 10,2 5
DE
REFRIGERANTE
1ª deriva da 0,45 0,50 1,05 1,50 3,10 4,95 2,85 1,30 1,35 0,90 1,05 1,00 1,00 1,00 1,00 7,25 2,85 1,90 0,95
ÁCIDO
X
V
ÁCIDO
COLA GASEIFICADO
Refrigerante com G 8 10
7
8
6
6
5 4
4
3
pH 1ª derivad
2
2
1
0
0 0
1
2
3
4
5
V(mL
GRÁFICO 2 – TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DA AMOSTRA DE REFRIGERANTE GASEIFICADO
0,90 0,45
C ÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE ÁCIDO F OSFÓRICO
•
1ª Virada: 1,20mL 2ª Virada:3,20mL N
DE
=N
BASE
X
V
BASE
N N N
ÁCIDO ÁCIDO ÁCIDO
= N X V /V = (0,1 X 1,20)/40 = 0,0030N BASE
BASE
ÁCIDO
Concentração (C) = 0,0030 X FD = 0,0030 x 2 = 0,0060N Teor de Ácido Fosfórico na amostra Teor = (C x MMH3PO4)/10 = (0,006x 98)/10 = 0,059% •
REAÇÕES DO ÁCIDO F OSFÓRICO
1ª Virada: H3PO4 + OH- H2PO4 - + H2O 2ª Virada: H2PO4- + OH- HPO42- + H2O
DISCUSSÃO De acordo com a legislação vigente da ANVISA, órgão governamental que fiscaliza a produção de bebidas não-alcoólicas, o teor de ácido fosfórico numa bebida não deve ultrapassar o valor de 0,07%. A concentração de ácido fosfórico variou de 0,056% a 0,059% tendo como desvio relativo 0,01%, estando assim permitido pela legislação.Os valores encontrados na análise foram próximos ao valorlimite, não sendo assim condenados por excesso de acidulante. A partir do gráfico de titulação construído, pode-se gerar uma nova curva, que é a 1ª Derivada. Está consiste na razão entre a variação de pH e a variação de volume titulado. Esta auxilia na visualização dos pontos de virada, já que é diretamente proporcional aos valores de ph; logo, se há uma mudança muito grande no valor de pH, haverá um aumento no valor da derivada. A partir das derivadas, podem-se visualizar os pontos de virada e também calcular a quantidade de ácido fosfórico contido nas duas amostras analisadas. Além disso, o uso das derivadas a partir dos pontos obtidos experimentalmente permite uma melhor precisão aos cálculos, pois não sofre interferência de certos erros, como erro sistemático do aparelho, temperatura inconstante do ambiente, erros aleatórios de cada analista, dentre outros, que viriam a interferir na análise, trazendo uma maior imprecisão à prática. Teoricamente, é esperado que o volume titulado para a retirada do segundo hidrogênio do ácido fosfórico fosse o dobro do volume utilizado para a primeira desprotonação. Entretanto, observa-se que esse fato não ocorreu, já que as primeiras viradas (1,20mL e 2,00mL, amostra com e sem gás, respectivamente) não correspondem ao dobro do volume da segunda virada (3,20mL, em ambas as amostras). Isso ocorre pelo fato da amostra conter gás carbônico em sua composição, sendo que em pH 2,79 como na amostra de refrigerante gaseificado, o gás carbônico apresenta-se na forma se ácido carbônico (H 2CO3), reagindo com uma molécula de água. Logo, a base adicionada reage não só com
o ácido fosfórico, mas também com o ácido carbônico e com algumas outras espécies ácidas (acidulantes) contidas no refrigerante, alterando a conformidade da curva de titulação. A primeira ionização do ácido fosfórico é bastante superior às outras duas sendo considerada uma ionização com força média (pKa= 2,12), não sendo influenciada pela presença de ácido carbônico (pKa1 = 6,35); já a segunda é mais fraca (pKa = 7,12), tendo assim interferência do ácido carbônico, que já reage com a base adicionada também, tendo assim um valor de NaOH utilizado na segunda virada superior ao dobro do utilizado na primeira ionização, devido a maior dificuldade de ionizar a espécie H2PO4-. Segunda Derivada A Segunda Derivada é gerada pela razão entre a primeira derivada e a variação de volume. É possível visualizar o ponto de virada quando essa corta o eixo. Consiste na visualização da variação no sistema, sendo possível analisar se houve uma grande variação, ou não, de pH no sistema, sendo bem característicos os pontos de virada, onde há um ponto altíssimo, e em sequência, um ponto baixíssimo. Gráfico 3 – Gráfico da Segunda Derivada da amostra de Refrigerante Gaseificado SegundaDerivada- Refrigerante com Gás 35 25 15 5 -5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
Segunda Derivada Refrigerante comGás
-15 -25
É possível visualizar exatamente os pontos de virada, nos valores de 1,2 e 3,2, como fora verificado pela curva de titulação e pela primeira derivada.
Segunda Derivada - Refrigerante sem Gás 40 30 20 10 0 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, -10 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 4 6
Segunda Derivada Refrigerante sem Gás
-20 -30
Gráfico 4 – Gráfico da Segunda Derivada da amostra de Refrigerante Desgaseificado
CONCLUSÃO Através desse método, foi possível determinar as inflexões ocorridas na titulação do ácido fosfórico e com isso determinar sua concentração. Entretanto, este é um método que apresenta falhas no sentido do erro sistemático do aparelho, o erro aleatório de cada analista e a necessidade de temperatura ambiente constante, condições que podem aumentar a imprecisão do método. Devido esta possibilidade de erro, são calculadas as derivadas referentes aos pontos obtidos, este artifício facilita a observação dos pontos de virada das inflexões e qualquer variação de pH pode ser detectada e os cálculos se tornam mais precisos. Mesmo obtendo um desempenho considerável, o procedimento não está sendo muito utilizados por demandar tempo e por existirem métodos de análise com maiores tecnologias, sensibilidade, exatidão e menor tempo de resposta.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA http://www.unicruz.edu.br/16_seminario/artigos/saude/TEOR%20DE %20ACIDO%20FOSF%C3%93RICO%20EM%20REFRIGERANTES%20A %20BASE%20DE%20COLA.pdf •
Autores: BARCAROL, L.; DUTRA, C.; BECK, G.; SCHERER S.; BRUSCO, I.; FOGLIARINI, B.; VIANA, C.
