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relatorio de TITULOMETRIA DE COMPLEXAÇÃO analítica experimental II...

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA – CAMPUS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INDUSTRIAL DOCENTE: MÁRCIA IZABEL C. FRANÇA DISCENTE: RENATA BARBOSA GUIMARÃES

PRÁTICA Nº 03 TITULOMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

14.03.2019 CAMPINA GRANDE – PB

I

1. INTRODUÇÃO

Dureza: é a concentração dos íons multimetálicos em uma solução ou na água. Os cátions mais frequentemente associados à dureza são os cátions bivalentes Ca +2 e Mg+2. Em condições de supersaturação esses cátions reagem com ânions na água formando precipitados. Existem outros elementos que também podem causar dureza, dentre eles, é possível destacar:

• Cátions: Ca+2, Mg+2, Sr+2, Fe+2, Mn+2, Zn+2, Ba+2, Cd+2, Pb+2; • Ânions: HCO3-, SO4-2, Cl-1, NO3, SiO3-. Tipos de dureza: • Dureza total: expressa as equivalências em mg/L como CaCO3 de sais de Ca e Mg (explicado através das constantes de estabilidade dos complexos formados estarem muito próximos). • Dureza parcial: expressa a equivalência; em mg/L como CaCO3 de Ca ou Mg. A água pode ser dita carbonada onde apresenta dureza temporária. Neste caso os íons Ca+2 e Mg+2 estão ligados a CO32- e HCO3-. A dureza "carbonato" é sensível ao calor, precipitando-se em elevadas temperaturas. A água também pode ser dita não carbonada onde apresenta dureza permanente. Isso acontece quando os íons Ca+2 e Mg+2 estão ligados a outros íons diferentes do CO32- e HCO3-. A dureza "não carbonato" é eliminada com tratamento químico. Quanto à origem dos íons causadores da dureza: • Natural: dissolução de minerais contendo Ca+2 e Mg+2; • Antropogênica: produzida pelo homem através dos despejos (industriais e domésticos). A seguir são mostrados alguns exemplos de problemas ocasionados pela dureza da água: • As águas duras formam crostas em caldeiras de vapor, ocasionando com isso elevadas perdas de calor e causam explosões; • Não há evidência de que a dureza cause problemas sanitários e em estudos realizados em áreas com maior dureza indicaram uma menor incidência de doenças cardíacas; • Em determinadas concentrações causam sabor desagradável e pode ter efeito laxativo (principalmente devido a elevada concentração de Mg2+);

• Reduz a formação de espuma, implicando num maior consumo de sabão;  Causa incrustações nas tubulações de água quente, caldeiras e aquecedores (devido à maior precipitação nas temperaturas elevadas). Métodos usados na remoção de dureza: A cada dia é observado uma nova tecnologia em tratamentos de águas e efluentes. Para a remoção ou diminuição da concentração de dureza, é possível destacar as seguintes tecnologias: • Processo Cal e Soda (CaO e NaOH); • Processo dos Zeólitos (ou pemutitas) que são silicatos complexos de Na e Al, que tem propriedade de trocar o Na por íons metálicos como Ca e Mg. Os zeólitos são semelhantes às resinas trocadoras de íons podendo ser naturais e sintéticos; o Ex: Na2 . Z(zeólilo)

• Resina de troca iônica; Eletrodiálise; Dessalinização por osmose reversa. 2. OBJETIVO Determinar a dureza total de uma amostra de água do laboratório e da água da torneira tratando-a pelo método da titulometria de complexação.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A titulação de complexação, é uma técnica de análise volumétrica na qual a formação de um complexo colorido entre o analito e o titulante é usado para indicar o ponto final da titulação. Titulações complexométricas são particularmente úteis para a determinação de diferentes íons metálicos em solução. Um indicador capaz de produzir uma mudança de cor não ambígua é usado para detectar o ponto final da titulação. A quantificação da dureza parcial ou total pode ser realizada através da titulação com base em reações de complexação, utilizando-se como reagente titulante uma solução padrão de ácido etilenodiamintetracético dissódico (EDTA-Na2), na presença de indicadores metalocrômicos. Na prática, o uso de EDTA como um titulante está bem estabelecido. Vários métodos gravimétricos tradicionalmente utilizados na quantificação de muitos íons metálicos, já foram substituídos por titulações com EDTA-Na 2. Algumas aplicações deste método:

• • • •

Dureza da água; Ca no leite; Ca e Mg em calcário (análise de cimento); Ni em ligas metálicas e outros. O EDTA possui em sua estrutura quatro grupos carboxila e dois grupos amina que fazem parte da reação de complexação. O EDTA é um ligante hexadentado, ou seja, possui a capacidade de formar quelatos com até 6 ligações. O sal do EDTA no lugar de dois hidrogênios possui dois Na.

Figura 4.3. Estrutura do EDTA.

Em soluções fortemente básicas (pH > 12) todos os grupos carboxílicos estão desprotonados e o EDTA forma complexos estáveis, do tipo 1:1, com quase todos os metais multivalentes. Além de ser um ligante hexadentado o EDTA é um ácido tetraprótico e pode existir em várias formas protonadoas representadas por H4Y, H3Y-, H2Y2-, HY3- e Y4-. Todas essas formas podem reagir com um dado metal para levar ao complexo metal-EDTA e a cada reação será representada por uma constante de equilíbrio diferente. Os químicos escolheram arbitrariamente usar a reação com o tetraânion (Y4-) e sua respectiva constante de equilíbrio para descrever a formação do complexo metal-EDTA:

No entanto, deve-se considerar que a concentração do íon hidrogênio afetará a posição do equilíbrio pela influência na concentração do Y4- na solução. Para o EDTA reagir com o íon metálico os íons de hidrogênio ligados aos grupos carboxilatos devem ser removidos. Em soluções fortemente básicas esses hidrogênios são removidos por reação com o íon hidróxido. Em soluções mais ácidas os íons metálicos devem ser capazes de deslocar os íons hidrogênio. Uma vez que os íons metálicos diferem significativamente na sua habilidade para deslocar esses íons, a acidez da solução pode ser usada para “regular” a reatividade do EDTA com os íons metálicos. Por exemplo, muitos íons metálicos reagem quantitativamente com uma quantidade

estequiométrica de EDTA em pH 10, mas apenas poucos, como o Fe3+ e o Hg22+, também reagem quantitativamente em pH 2. Normalmente, as soluções a serem tituladas com EDTA são tamponadas de modo que o pH permaneça constante mesmo com a liberação de íons hidrogênio à medida que o complexo vai sendo formado. O pH é normalmente ajustado no valor mais baixo que torna possível a complexação. Em valores altos de pH muitos íons metálicos tendem a hidrolisar e até mesmo a precipitar como hidróxidos. Em muitas titulações a concentração do cátion é mantida tão baixa quanto 0,010 mol/L a 0,0010 mol/L para diminuir as chances de precipitação. Outras vezes, para minimizar esse problema, são adicionados agentes complexantes auxiliares que reagem com o íon metálico evitando a sua precipitação quando o meio se tornar básico. O complexo formado deve ter estabilidade intermediária entre o hidróxido metálico e o complexo metal-EDTA. Dessa forma, ele se formará preferencialmente ao hidróxido, mas o íon metálico será liberado à medida que o EDTA for sendo adicionado. A amônia é especialmente usada para esse propósito porque forma complexos solúveis com a maioria dos metais de transição e quando misturada com o seu ácido conjugado o íon amônio forma um tampão básico. 4.

METODOLOGIA

Na primeira etapa - titular a amostra (Dureza total), foi colocado a solução titulante de EDTA-Na 2 na bureta e aferiu-se, depois foi pipetado 25 mL da solução da amostra feita no laboratório, sendo transferida para dois erlenmeyer, 25 ml em cada. Mediu-se em uma proveta 2 mL da solução tampão pH=10 adicionando a cada amostra e agitou-se. Logo após, foi adicionado uma “pitada” do indicador em pó negro de eriocromo à amostra, titulando-a com a solução padrão EDTA-Na 2, até mudança de coloração para azul claro, anotando o volume da solução de EDTA-Na2 gasto. Repetiu-se o procedimento com a segunda amostra. Na segunda parte – determinação de cálcio (dureza parcial), foi pipetado 25 mL da solução amostra feita no laboratório e transferido para um erlenmeyer sendo feito em duplicata, juntando a cada amostra 2 mL de Hidróxido de Potássio a 10%, depois foi adicionado uma pitada de murexida e em seguida titulado com EDTANa2 0,025 N até a mudança de coloração para roxo claro, anotando o volume de EDTA-Na2 gasto. Na terceira etapa, repetiu-se todo o experimento de dureza total e dureza parcial na água da torneira vindo de boqueirão. Na quarta etapa, foi feito os cálculos do volume médio das duas titulações, o cálculo das concentrações de Ca2+ + Mg2+ (dureza total) pela fórmula do Princípio da Equivalência, tanto da amostra do laboratório tanto da água da torneira, expressando os resultados em ppm de CACO 3. 5.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Tanto na amostra do laboratório quanto na amostra da água da torneira, ao adicionar o indicador negro de ericromo a amostra apresentou uma coloração vinho arroxeada indicando um meio alcalino devido a adição da solução tampão e a presença dos íons Ca 2+ e Mg2+ de forma conjunta, pois o indicador forma um complexo com esses íons apresentando essa cor. Esse indicador na titulação com EDTA o característico ponto final azul é reconhecido, indicando um meio ácido e a quebra do complexo formado. Nas duas amostras ao adicionar a murexida, tanto a amostra do laboratório quanto a da água da torneira apresentaram uma coloração vermelho purpura e ao titular virou para uma coloração violeta, indicando a formação do complexo com o cálcio. Volume médio das titulações Amostra do laboratório

Dureza total - Vm= 10,5 mL Dureza parcial - Vm= 3,1 mL

Amostra da água da torneira

Dureza total - Vm= 1,7 mL Dureza parcial - Vm= 0,8 mL

Determinação da dureza de Ca2+ e Mg2+ Dureza total= 525 ppm de CaCO3 [Ca2+] = 155 ppm de CaCO3 [Mg2+] = 370 ppm de CaCO3 Dureza total= 85 ppm de CaCO3 [Ca2+] = 40 ppm de CaCO3 [Mg2+] = 45 ppm de CaCO3

A reação ocorrida na titulação do EDTA com a amostra titulada é: +¿ ¿ 2−¿+ 2 H ¿ 2−¿ ↔ CaY ¿ 2+¿+H 2 Y Ca¿ +¿ ¿ 2−¿+2 H ¿ 2−¿ ↔ Mg Y ¿ 2+¿+H 2 Y ¿ Mg 6.

CONCLUSÃO

Por meio da titulometria de complexação na amostra d’água de laboratório, obteve-se uma dureza total de 525 ppm de CaCO3 e uma dureza parcial de [Ca2+]= 155 ppm de CaCO3 e [Mg2+]= 370 ppm de CaCO3. Na amostra d’água da torneira obteve-se uma dureza total de 85 ppm de CaCO 3 e uma dureza parcial de [Ca2+]= 40 ppm de CaCO3 e [Mg2+]= 45 ppm de CaCO3. Esta prática reforça a teoria da extrema importância do EDTA e dos indicadores metalocrômicos em titulações de complexação, pois além de indicador de pH, eles formam complexos com os metais que resultam em uma cor indicando visivelmente a formação do complexo, auxiliando em várias aplicações como: a dureza da água e determinação de cálcio em vários outros experimentos. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS  BASSET, J., DENNEY, R. C., JEFFERY, G. H. e MENDHAM, J.;(1981);Vogel;Análise Inorgânica Quantitativa; Guanabara Dois, RJ.  ALEXEEV, V.; (1972).; Análise Quantitativa; Livraria Lopes da Silva Editora; Porto.  OHLWELER, O. A.; (1981); Química Analítica Quantitativa, 3a Edição; Livros Técnicos e Científicos Editora S/A; Rio de Janeiro.  Apostila de Química Analítica Experimental II – Universidade Estadual da Paraíba.

8.

ANEXO



Amostra do laboratório:

1.

Dureza total:

V méd =10,5 mL

=0,0105

 Princípio da equivalência:

N T V T =N t V t 0,025

eq × 10,5 mL=N t × 25 mL L

eq L

=N × EQ × 1000 T =0,0105

mg g

eq mg g ×50 × 1000 g eq L

T =525 ppmde CaCO 3

2.

Dureza parcial – Determinação do Cálcio:

V méd =3,1 mL

N × EQ × 1000

N T V T =N t V t

eq 0,025 × 3,1mL=N t × 25 mL L

0,0031

mg g

eq mg g ×1000 ×50 g eq L

155 ppm de CaCO 3

eq N t =0,0031 L Dureza do Magnésio=525−155 =370 ppm de CaCO 3 

Amostra da água da torneira: 1.

Dureza total:

V méd =¿ 1,7 mL

=N × EQ × 1000

NT V T =Nt V t

eq 0,025 × 1,7 mL=N t × 25 mL L eq N t =0,0017 L

T =0,0017

mg g

eq mg g ×50 ×1000 g eq L

T =85 ppm de CaCO3

2. Dureza parcial – Determinação do Cálcio:

V méd =0,8 mL

=N × EQ × 1000

NT V T =Nt V t

eq 0,025 × 0,8 mL=N t × 25 mL L eq N t =0,0008 L

P=0,0031

mg g

eq mg g ×1000 ×50 g eq L

P=40 ppm de CaCO 3

Dureza do Magnésio=85 −40 =45 ppm de CaCO 3...