UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI CAMPUS ALTO PARAOPEBA
DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE ÁCIDO FOSFÓRICO POR VOLUMETRIA ÁCIDO-BASE
1. RESUMO No experimento realizado, foi analisado o ácido fosfórico, um ácido poliprótico que possui mais de um hidrogênio ionizável. Através da volumetria de neutralização foi determinada a concentração verdadeira do ácido em solução, utilizando-se primeiramente o indicador Verde de bromocresol 0,1 % (C 21H14Br 4SO5) e titulando com solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol L-1 padronizado, determinado-se a neutralização do primeiro H + dissociado, o experimento foi realizado em triplicata. Para determinar o segundo H + dissociado, utilizou-se do indicador Timolftaleína 0,1 % (C28H30O4), e para a titulação, solução de hidróxido de sódio 0,1 mol L -1, novamente em triplicata. Com os valores de NaOH consumidos e conhecimento em titulação volumetrica, calculou-se a concentração real de ácido fosfórico na amostra é 0,0987.
2. INTRODUÇÃO A volumetria de neutralização ou volumétrica ácido-base é um método de analise baseado na na reação entre os os íons H 3O+ e OH- (BACCAN, 2001). Muitos ácidos têm mais de um próton disponível. Estes ácidos são chamados dipróticos se houver dois prótons disponíveis por molécula, tripróticos se houver três prótons disponíveis (RUSSEL, 2004).
Um ácido diprótico dissocia-se em duas etapas, tripróticos se dissociam em três etapas, tendo em cada uma delas, uma própria constante de dissociação (RUSSEL, 2004). Estas etapas podem ser escritas como dissociações de Arrhenius: H3A
H+ + H2A-
K 1= [H+] [H2A-] [H3A]
H2 A-
H+ + HA2-
K 2 = [H+] [HA2] [H2 A-]
HA2-
H+ + A3-
K 3 = [ H+ ] [ A3-] [HA2-]
Ou como transferências de prótons segundo Brönsted-Lowry: H3A + H2O
H3O+ + H2A-
K 1= [H3 O+] [H2A-] [H3A]
H2 A- + H2O
H3O+ + HA2-
K 2 = [H3O+ ] [ HA2] [H2A-]
H A2-+ H2O
H3O+ + A3 -
K 3 = [H3O+] [A3-] [HA2-]
Para todos os ácidos polipróticos, K a2 é menor do que K a1. Isto é verdadeiro porque é necessário mais energia para separar um próton de um íon dinegativo do que para separá-lo de um íon mononegativo. (RUSSEL, 2004)
3. OBJETIVO O objetivo desta atividade experimental foi determinar a real concentração de ácido fosfórico de através de princípios da volumetria ácido-base utilizamos como titulante NaOH.
4. MATERIAIS E REAGENTES
Solução de ácido fosfórico 0,1 mol L -1
Solução de NaOH 0,1 mol L -1
Timolftaleína 0,1 %
Verde de bromocresol 0,1 %
Proveta de 50 mL
Béquer de 100 mL
Erlenmeyer de 250 mL
Bureta de 25 mL
Garra e mufa
Suporte universal
5. MÉTODOS Mediu-se 20 mL de ácido fosfórico 0,1 mol L -1 utilizando a pipeta em seguida foi transferido para um erlenmeyer de 250 mL adicionando cinco gotas de indicador verde de bromocresol 0,1 %. Titulou-se a solução com NaOH 0,1 mol L-1 padronizado, anotou-se o volume consumido. Realizou-se o experimento em triplicata. Repetiu-se o experimento com o indicador timolftaleína 0,1 % realizado também em triplicata.
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES H3PO4 (aq) + H2O (l) → H2PO4- (aq) + H3O+ (aq)
K 1 = 7,11 x 10-3
H2PO4- (aq) + H2O (l) → HPO42- (aq) + H3O+ (aq)
K 2 = 6,32 x 10-8
HPO42- (aq) + H2O (l) → PO43- (aq) + H3O+ (aq)
K 3 = 4,5 x 10-3
(K 1, K 2, K 3 são as constantes de ionização do ácido); Verificamos a primeira e a segunda ionização, pois os cálculos da terceira é desprezivel,
pois a ionizaçao é muito fraca.
K 1 = [H2PO4-] [H3O+] [H3PO4] K 2 = [HPO42-] [H3O+] [H2PO4-] K 3 = [H2PO43-] [H3O+] [HPO42-] O experimento 1 foi realizado utilizando o indicador verde de bromocresol, e o experimento 2 com timolftaleína. TABELA 1- Volume (mL) de NaOH 0,1 mol L -1 gasto na Titulação do H 2PO4-
Experimento
Prática 1
Prática 2
Prática 3
1
20,1 ml
19,2 ml
20,0 ml
2
39,7 ml
38,5 ml
40,3 ml
Experimento 1 (Indicador verde de bromocresol)
1
C1. V1=C2.V2 0,1. 20,1 x 10 -3= C2. 20 x 10-3 C2= 0,1005 mol L-1
2
C1. V1=C2.V2 0,1. 19,2 x 10 -3= C2. 20 x 10-3 C2= 0,0960 mol L-1
3
C1. V1=C2.V2 0,1. 20 x 10 -3= C2. 20 x 10-3 C2= 0,100 mol L-1
̅
Erro:
= 0,0988 mol L-1
√ ∑( ( ( 2,43 x 10 -3
C1 = 0,099 ± 0,002 mol L -1
Experimento 2 (Usando indicador timoftaleína)
Considerando o segundo próton dissociado, 2 mols de H 3PO4 reage com 1 mol de NaOH então :
1
C1. V1=C2.V2 0,1. 39,7 x 10 -3= 2. C2. 20 x 10-3 C2= 0,0993 mol L-1
2
C1. V1=C2.V2 0,1. 38,5 x 10 -3= 2. C2. 20 x 10-3 C2= 0,0963 mol L-1
3
C1. V1=C2.V2 0,1. 40,3 x 10 -3= 2. C2. 20 x 10-3 C2= 0,1007 mol L-1
̅ √ ∑( ( ( 0,0987 mol L-1
2,29 x 10 -3
C2 = 0,099 ± 0,002 mol L -1
Com o indicador verde de bromocresol foi possível determinar a concentração do primeiro H ionizável por ter um ponto de viragem em torno do pH 3,8 a 5,4, já que por apresentar um ponto de viragem superior o indicador timolftaleína, entre o pH 9,3 e 10,5, conseguiu determinar o segundo próton dissociado. A concentração média das duas titulações foi igual, como esperado, pois o volume consumido na segunda titulação, a qual determinava a concentração do segundo próton, foi o dobro da primeira, que determinava apenas a concentração do primeiro próton, apresentando uma estequiometria de 2:1 de NaOH para ácido fosfórico. É possivel determinar todos os três H ionizáveis do ácido fosfórico porque as razões entre K a1/K a2 e K a2/K a3 são maiores que 10 4, 1,125 x 105 e 1,404 x 10 5 respectivamente. A dissociação do segundo hidrogênio é muito inferior à dissociação do primeiro hidrogênio, sendo a do terceiro próton um valor muito baixo, tornando a titulação deste dificil em solução.
7.
CONCLUSÃO
A partir da prática realizada e com os conhecimentos de volumetria ácido-base da teoria, foi possível através de cálculos, determinar a verdadeira concentração do ácido fosfórico, apresentado inicialmente com concentração 0,1 mol L -1 , este é um acido poliprótico. Após a titulação com hidróxido de sódio, com os indicadores verde de bromocresol e timolftaleína, a concentração encontrada foi de 0,0987 com um erro de aproximadamente 0,002, e que no ponto de equivalência o volume de NaOH utilizado é aproximadamente o dobro do volume inicial.
8.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. BACCAN, N.; ANDRADE, J.C.; GODINHO, O.E.S.; BARONE, J.S. Química.
Analítica Quantitativa Elementar. 2ª edição, Campinas: Edgar Blücher, 2001. 2. RUSSEL John B. Química geral Vol.2 São Paulo: Makon Books, 2004.
