UNESP FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA FCT – Campus de Presidente Prudente
Química Analítica RELATÓRIO
VOLUMETRIA DE OXIRREDUÇÃO
Discentes: Carolina Schneider Gabriela Bitto de Oliveira Marisa da Silva Oliveira Pedro Henrique Picelli de Azevedo Docente: Homero Marques Gomes Disciplina: Química Analítica Curso: Engenharia Ambiental 2° ano
Unesp
SUMÁRIO 1. Objetivos ....................................................................................................................................... 02 2. Introdução ..................................................................................................................................... 02 3. Materiais Utilizados 3.1.1. Vidraria e instrumental .................................................................................................04 3.1.2.Reagentes e soluções ................................................................................................... 04 4.Periculosidade 4.1. Permanganato de potássio (KMnO 4) ............................................................................. 05 4.2. Oxalato de Sódio (NaOCOCOONa) ............................................................................. 05 4.3. Peróxido de hidrogênio (H 2O2) ...................................................................................... 06 4.4. Ácido sulfúrico (H 2SO4) ................................................................................................ 06 4. Metodologia................................................................................................................................... 07 5. Resultados e Discussões ............................................................................................................... 08 6. Conclusão ..................................................................................................................................... 12 7. Referências bibliográficas ........................................................................................................... 13
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1. OBJETIVOS: Através de métodos volumétricos de oxidação-redução, determinar concentração de solução de permanganato de potássio (permanganimetria), concentração real da água oxigenada e pureza da amostra de salitre do Chile
2. INTRODUÇÃO: Uma volumetria de oxidação-redução baseia-se em reações nas quais há transferência total ou parcial de elétrons entre as espécies oxidante e redutora. Oxidante é toda a espécie capaz de captar elétros e redutor toda a espécie capaz de cedê-los. Uma partícula oxidante pode ser titulada por uma partícula redutora ou vice-versa. O ponto de equivalência destas titulações é alcançado quando o oxidante e o redutor estiverem nas proporções estequiométricas. De forma a satisfazer este requisito, as tendências, tanto do redutor para a cedência de elétrons quanto do oxidante para os aceitar, devem ser suficientemente elevadas e traduzem-se, quantitativamente, pelo designado potencial-padrão (E0). Quanto maior for o potencial-padrão de um par conjugado óxido-redutor, maior será a tendência para o oxidante aceitar elétrons. Quanto mais baixo for o potencial-padrão, maior tendência apresenta o redutor para ceder elétrons. As reações de oxdação-redução devem preencher os requisitos gerais para que uma reação possa servir de base de um método volumétrico. Muitas delas se processam através de uma série de etapas e, desta maneira, a equação estequiométrica não representa mais do que a soma das reações parciais. Muitas reações de oxidação-redução são lentas e, como a rapidez de uma reação é indispensável para o sucesso de uma titulação, é frequente a necessidade de aumentar a velocidade destas reações, na volumetria de oxidação-redução, mediante titulação a quente ou em presença de catalisadores. A volumetria baseada em reações de oxidação-redução compreende numerosos métodos. mas não se aplica à determinação direta de elementos que se apresentam em um único estado de valência. Muitos são os elementos capazes de exibir dois ou mais estados de valência, então, conforme o estado no qual se encontram, são possíveis de oxidação ou redução. Geralmente, tais elementos podem ser determinados mediante métodos titulométricos de oxidação-redução. Estes métodos fazem uso de soluções padrões de agentes oxidantes ou de agentes redutores. Os métodos oxidimétricos mais importantes são os baseados no uso de soluções padrões de permanganato de potássio, iodo, dicromato de potássio, sais de cério (IV)), iodato de potássio e bromato de potássio. Quando se tem de determinar uma substância redutora, sua solução é geralmente titulada com solução oxidante. São os chamados métodos diretos. Em combinação com certas soluções volumétricas oxidantes podem ser usadas soluções 2 2
padrões redutoras auxiliares. Por exemplo, a volumetria com permanganato de potássio, auxiliada pelas soluções auxiliares de sulfato de ferro (II), oxalato de sódio ou arsenito de sódio, pode ser estendida à determinação de substâncias oxidantes. A substância oxidante é tratada como um excesso de solução auxiliar e a parte residual do redutor é finalmente titulada com permanganato de potássio. São os chamados métodos indiretos. As titulações de oxidação-redução requerem, normalmente, um indicador que adquira cores substancialmente distintas na forma oxidada e na forma reduzida. No ponto de equivalência ou na sua vizinhança, ocorre uma mudança distinta na cor do indicador, de tal maneira que o ponto final é perfeitamente identificado. Para estas titulações a gama de indicadores é restrita. Em algumas situações, dispensa-se o uso de indicador, já que um dos reagentes apresenta uma mudança de cor suficientemente marcada no ponto de equivalência. A estas titulações dá-se o nome de auto-indicadas e o reagente é designado por indicador interno.
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3. MATERIAIS UTILIZADOS: 3.1. Vidraria • Béqueres; • Erlenmeyeres; • Balão volumétrico; • Pipetas; • Balança volumétrica;
3.2. Soluções • Solução de permanganato de potássio; • Oxalato de sódio; • Solução concentrada de ácido sulfúrico; • Solução de peróxido de hidrogênio; • Água destilada. .
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4. PERICULOSIDADE 4.1. Permanganato de potássio (KMnO 4) Oxidante forte; contém Manganês, que tem ação tóxica: carcinogênica e mutagênica. Causa queimaduras na região de contato; é tóxico se ingerido ou inalado; e o contato com outros materiais pode causar incêndio; Inalação: Causa irritação ao trato respiratório. Os sintomas podem incluir tosse e dificuldade para respirar. Altas concentrações podem causar edema pulmonar. Ingestão: A ingestão de pó ou de altas concentrações causa distúrbios graves do sistema gastrointestinal com possíveis queimaduras e edema; pulso lento choque com queda da pressão sangüínea. Pode ser fatal quando em grandes concentrações. A ingestão de concentrações de até 1% causa queimaduras da garganta, náuseas, vômitos e dor abdominal. Contato com a pele: Os cristais secos e as soluções concentradas são cáusticos, causando envermelhecimento, dor, queimaduras severas, manchas marrons na área de contato e possível endurecimento da epiderme. Soluções diluidas são levemente irritantes para a pele. Contato com os olhos: O contato dos olhos com cristais (poeira) e soluções concentradas causa irritação severa, envermelhecimento, visão borrada e podem causar danos sérios, possivelmente permenentes (seqüelas). Informação ecológica - Toxicidade ambiental: Esta substância pode ser tóxica para a vida aquática. Destinação: encaminhar para o Entreposto de Resíduos Químicos.
4.2. Oxalato de Sódio (NaOCOCOONa) Corrosivo; queimam a qualquer área de contato e pode ser fatal se ingerido, prejudicial se inalado, podendo afetar os rins. Deve-se evitar contato com olhos, pele e roupas, respiração da poeira, além de ser usado com ventilação adequada. Inalação: Inalação do pó corroe as membranas mucosas. O oxalato pode ser absorvido pelos pulmões. Sintomas de envenenamento incluem nervosismo, câimbras e depressão do sistema nervosa central. Ingestão: A dose letal em adultos é de 15-30 gramas com morte dentro de algumas horas ou até mesmo minutos. Ação corrosiva na mucosa e sistema gastrointestinal. Contato com a pele: Causa queimaduras severas à pele, sendo os sintomas mais freqüentes vermelhidão, coceira e dor. Contato com os olhos: Causa irritação, vermelhidão e dor. Pode causar queimaduras ao tecido do olho. Agravo das condições pré-existentes: Pessoas com desordens de pele pré-existentes ou problemas de olho, fígado, rim ou função respiratória falha podem ser mais suscetíveis aos efeitos 5
da substância. Vazamento acidental: Ventilar a área de vazamento. Usar equipamento de proteção 5 pessoal apropriado. Quando ocorrer o vazamento, recolher o material num container apropriado para descarte posterior, usando um método que não gere lixo. Toxicidade ambiental: não há registros.
4.3. Peróxido de hidrogênio (H 2O2) Este produto é um oxidante forte que pode liberar oxigênio e contribuir na combustão de materiais inflamáveis. Contato com material combustível poderá causar fogo. Causa queimaduras e irritações e tem efeitos adversos à saúde humana. Causa branqueamento da pele; pode causar irritação e/ou queimaduras nos olhos e pele. O contato prolongado poderá causar vermelhidão e bolhas. A inalação causa irritação e inflamação do nariz e garganta. A súbita evolução do oxigênio poderá causar prejuízos no esôfago e estomago.Não é um veneno sistêmico, se vomitado. Efeitos Ambientais: O produto é um forte agente oxidante. Perigos físicos e químicos: Risco de decomposição quando em contato com impurezas, metais, álcalis, agentes redutores e substâncias incompatíveis.
4.4. Ácido sulfúrico (H 2SO4) O Ácido Sulfúrico é corrosivo podendo causar sérias irritações e queimaduras na pele, olhos, vias respiratórias e aparelho digestiva. Pode levar a inflamabilidade outros combustíveis. Manuseie o produto com segurança. Efeitos do produto: Provoca queimaduras graves. Efeitos adversos à saúde humana: O Ácido Sulfúrico é muito corrosivo para pele, olhos, aparelho digestivo e trato respiratório. O contato com os olhos causa graves queimaduras, que podem culminar com perda da visão. Em contato com a pele pode causar desde irritação moderada a serias lesões, em função da concentração e do tempo de ação. Na ingestão causa queimaduras graves. A inalação de vapores de Ácido Sulfúrico pode causar irritação. Efeitos ambientais: Pode contaminar cursos de águas, tornando-os impróprios para uso em qualquer finalidade. Perigos físicos e químicos: O Ácido Sulfúrico pode reagir violentamente com combustíveis orgânicos e bases fortes. É corrosivo para papéis e roupas, reage com água liberando calor. Perigos específicos: Evite a exposição do produto ao calor e materiais incompatíveis.
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5. METODOLOGIA 5.1. Padronização da solução 0.02 mol/L de permanganato de potássio Foram pesadas (utilizando-se uma balança analítica) três massas do oxalato de sódio. Em seguida, as massas foram colocadas em diferentes erlenmeyers e diluídas com 25 mL de água. Posteriormente, adicionou-se 1,5 mL de acido sulfúrico em cada solução. Finalizando com aquecimento de cada amostra a temperatura próxima ao ponto de ebulição. Iniciou-se a titulação da solução de oxalato de sódio.
5.2. Determinação de peróxido de hidrogênio. Em cada erlenmeyer foram adicionados 25 ml de água oxigenada diluída (1/10), 50 mL de água e 2 mL de acido sulfúrico concentrado. As soluções resultantes foram aquecidas próximo ao ponto de ebulição. Iniciou-se a titulação com o permanganato de potássio. Anotaram-se os ter volumes gasto para a obtenção do ponto estequiométrico, indicado pela mudança de coloração das soluções.
5.3. Determinação de nitrito em salitre do Chile Em um erlenmeyer de 500 mL, foram adicionados 25 mL de solução de permanganato de potássio (já padronizado), 300 mL de solução de acido sulfúrico 0,35 mol/L. A solução resultante foi aquecida próximo ao ponto de ebulição e titulada com solução de salitre ate o descoramento do meio titulado.
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6. RESULTADOS E DISCUSSÕES No primeiro experimento o objetivo foi padronizar a solução 0,02 mol/L de permanganato de potássio utilizando o oxalato de sódio diluído em ácido sulfúrico. Para isso pesou-se na balança de precisão as seguintes massa de oxalato de sódio: m1= 0,1750g
m 2 = 0,1712g
m3 = 0,1752g
Em seguida, cada massa foi diluída em água até completar um volume de 250 mL. Para a adição do ácido, houve uma modificação no roteiro para diminuir a quantidade de resíduo formado, assim, acrescentou à solução de oxalato de sódio, diluído em água, 25mL de H 2SO4 a 35mol/L e 1,5mL de H2SO4 concentrado. Aqueceu-se a solução próximo ao ponto de ebulição, procedimento necessário para que a reação de titulação ocorra já que está é uma titulação a quente. E o permanganato de potássio foi adicionado até que a solução, inicialmente incolor, adquirisse coloração rosa. Os volumes gastos da solução padrão para titular as massas m 1, m2 e m3 são transcritos, respectivamente: V1-KMnO4 = 26,4 mL
V2-KMnO4 = 26,0 mL
V3-KMnO4 = 26,5 mL
Antes de realizar os cálculos para determinar se a concentração da solução condiz com a fornecida, é necessário verificar as reações que ocorrem durante os processos de adição das substâncias, verificando a correta proporção de mols entre o permanganato de potássio e o oxalato de sódio. Devido a adição do ácido sulfúrico na solução de oxalato de sódio em água, a seguinte reação ocorre: Na2C2O4 + oxalato de prata
H2SO4 ácido sulfúrico
H2C2O4
+
2Na+ +
SO4-2
Assim, o composto H 2C2O4 reagirá com o permanganato, através da reação:
5 Na2C2O4 + 2 KMnO4 + 8 H2SO4
5 Na2SO4 + K 2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O
2 MnO4-
2 Mn2+
+
5 H2C2O4 incolor
+
6H+
+
10 CO2 rosa
+
8H2O
Portanto dois mols do permanganato reagiu com 5 mols de oxalato de prata. Essa reação ocorre devido a oxidação do íon permanganato, que em meio ácido, o magnésio (VII) que entra no 8
KMnO4 é reduzido á cátions Mn 2+, formando-se assim um sal de magnésio (II) e do ácido usado. o íon Mn2+ e o dióxido de manganês MnO 2 transformam-se um no outro, de acordo com o esquema: MnO2 + 4 H+ + 2 e-
Mn2+ + 2 H2O
Vê-se pela equação que, com o aumento das concentrações dos íons H + na solução, o equilíbrio entre o MnO 2 e os íons Mn 2+ deve deslocar-se de modo a formarem-se os íons Mn 2+. Por essa razão, se, ao dar-se a oxidação de uma substância qualquer pelo permanganato em meio ácido, se começa a obter MnO 2 devido à concentração elevada dos íons H +, o dióxido será imediatamente reduzido, transformando-se em íons Mn 2+, de acordo com a equação acima.
Cálculos realizados para encontrar a concentração do permanganato: Média das massas de oxalato de sódio (m média):
mmédia = 0,1738g
mmédia = (m1 + m2 + m3) / 3 Média dos volumes de permanganato (V KMnO4méd):
VKMnO4méd = 26,3 mL x 10 -3
VKMnO4méd = (V1- KMnO4 + V2- KMnO4 + V3-KMnO4)
VKMnO4méd = 26,3 x 10 -3 L Calculo do número de mols de oxalato de sódio usado (n oxal), sabendo que a massa molar do oxalato (MMoxal) é de 134 g/mol: noxal = (mmédia / MMoxal)
noxal = 1,297 x 10 -3 mol
Calculo do número de mols de permanganato (n KMnO4): 5 x nKMnO4 = 2 x noxal
nKMnO4 = (2 x noxal) / 5
nKMnO4 = 5,188 x 10 -4 mol
Calculo da concentração de permanganato [KMnO 4]: [KMnO4] = nKMnO4 / VKMnO4méd
[KMnO4] = 0.01972 mol/L
O resultado obtido para concentração de permanganato está dentro de uma margem de erro considerada aceitável já que o valor encontrado, 0,01972 mol/L, está próximo ao valor real da concentração, 0,02mol/L. O peróxido de hidrogênio é normalmente encontrado em soluções que contêm cerca de 6%, 9
12% ou 30% de peróxido de hidrogênio em água, conhecidas como soluções de peróxido de hidrogênio a 20 volumes, 40 volumes e 100 volumes respectivamente. No caso do segundo experimento, utilizou-se uma porcentagem de 3% (10 volumes), sendo o objetivo do experimento confirmar, através da técnica de titulação, se essa porcentagem teórica condiz com a real presenta na solução. Para isso, a quantidade de H 2O2 usado foi de 25 mL (V H2O2 = 25 mL) nas três amostras tituladas sendo esse volume diluído em 10 vezes. No meio, também foi adicionado 50 mL de água e 2 mL de ácido sulfúrico concentrado. Após a titulação das três amostras os seguintes volumes de permanganato foram utilizados, respectivamente: V1-KMnO4 = 39,8 mL
V2-KMnO4 = 40,0 mL
V3-KMnO4 = 39,8 mL
Apesar do meio ácido, diferentemente do primeiro experimento, o titulante reage diretamente com o titulador, não havendo uma reação intermediária. Assim, a seguinte reação ocorre: 2 KMnO4 + 5 H2SO4 + 5 H2O2 2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ rosa
K 2SO4 + 2 MnSO4 + 2SO2 + 8H2O 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O incolor
Portanto, para cada 2 mols de permanganato são necessários 5 mols de peróxido de hidrogênio. Esse reação ocorre devido as propriedades oxidantes e redutoras do peróxido de hidrogênio que depende do potencial de oxidação das substâncias com que reage. Porém nesta reação o peróxido de hidrogênio é um agente redutor (passa a O2)
Cálculos realizados para encontrar a massa de peróxido de hidrogênio em porcentagem : Média do volume de permanganato (V KMnO4méd ): VKMnO4méd = (V1- KMnO4 + V2- KMnO4 + V3-KMnO4)
VKMnO4méd = 39,87 mL x 10-3
VKMnO4méd = 39,87 x 10 -3 L Calculo do número de mols do permanganato (n KMnO4), sabendo que sua concentração [KMnO 4] é de 0.01972 mol/L: nKMnO4 = VKMnO4méd x [KMnO4]
nKMnO4 = 7,862 x 10 -4 mol 10
Calculo do número de mol de peróxido de hidrogênio (n H2O2): 2 x nH2O2 = 5 x nKMnO4
nH2O2 = 1,965 x 10 -3 mol x 10
nH2O2 = (5 x nKMnO4) / 2
nH2O2 = 1,965 x 10 -2 mol Devido a diluição em 10 vezes do volume de peróxido de hidrogênio, no início do experimento, para se obter o valor real da concentração deste na solução, deve-se multiplicar o valor encontrado por 10, como foi feito acima. Calculo da massa de peróxido sabendo que sua massa molar (MM H2O2) é de 34 g/mol: mH2O2 = MMH2O2 x nH2O2
mH2O2 = 0,668 g
Calculo da porcentagem de massa do peróxido de hidrogênio (% H2O2) na solução: %H2O2 = (mH2O2 / VH2O2 ) x ( 100 mL/g )
%H2O2 = 2,672 %
Com o resultado obtido comprova-se que apesar do teor de peróxido de hidrogênio na amostra não ser exatamente o fornecido na teoria (3% massa), o valor aproximasse do esperado sendo ele de 2,672% massa de peróxido de hidrogênio. O terceiro experimento, no qual determinaria-se a quantidade de nitrito presente no salitre, ou seja, a sua pureza, não foi realizado devido à baixa quantidade desse na amostra utilizada, não permitindo a sua quantificação através do processo de titulação.
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7. CONCLUSÃO Através do primeiro experimento, padronização do permanganato de potássio com o oxalato de sódio, concluímos que a solução padrão de permanganato de potássio apresentou uma pequena variação de concentração levando em consideração à fornecida pela teoria, 0,02 mol/L, o resultado obtido foi de aproximadamente 0,019 mol/L, apesar dos valores não serem os mesmo o índice de variação é muito pequeno, assim a solução se mostra propícia para uso dela como solução padrão para os experimentos seguintes. No segundo experimento, determinação de peróxido de hidrogênio, o teor obtido dessa substância na solução foi de 2,67% estando próximo ao teor fornecido pela teoria que é de 3%, mostrando que a solução está dentro do padrão esperado. A respeito do terceiro experimento, determinação de nitrito no salitre, este não foi realizado devido a erros ocorridos na preparação das soluções que seriam utilizadas
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8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. OHLWEILER, Otto Alcides. Química analítica Quantitativa. Rio de Janeiro. Livros Técnicos e Científicos ; Brasília, INL, 1974.
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