Padronização do NaOH e Determinação de Ácido Acético em Vinagre

Padronização do NaOH e Determinação de Ácido Acético em Vinagre

Universidade Estadual de Santa Cruz

Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas

Padronização de NaOH e Determinação de

Ácido Acético em Vinagre

Almiro Carvalho Franco

2008.111.91

Relatório apresentado como parte das exigências da disciplina CET 060 – Química Analítica Quantitativa – sob a orientação do professor Antônio Santana.

Ilhéus – Bahia

Março / 2010

. Introdução:

Existem muitas definições diferentes para “análise química”. Talvez seja mais favorável defini-la como a aplicação de um processo ou de uma série de processo para identificar ou quantificar uma substância, ou os componentes de uma solução ou mistura ou, ainda, para determinar a estrutura de compostos químicos (VOGUEL, 1992).

Quando o analista recebe uma amostra completamente desconhecida, a primeira coisa que deve fazer é estabelecer que substâncias estejam presentes. Essa questão pertence ao domínio da análise qualitativa (VOGUEL, 1992).

Uma vez conhecidas as substâncias presentes na amostra, o analista deve, freqüentemente, determinar quanto de cada componente, ou de determinado componente, está presente. Essas determinações pertencem ao domínio da análise quantitativa, e uma grande variedade de técnicas está à disposição do analista para esse fim(VOGUEL, 1992).

Um dos problemas do analista é selecionar uma dentre as várias possibilidades de análise de uma determinada amostra. Para escolher melhor, o analista deve conhecer os detalhes práticos das diversas técnicas e seus princípios teóricos. Ele deve estar familiarizado também com as condições nas quais cada método é confiável, conhecer as possíveis interferências que podem atrapalhar e saber resolver quaisquer problemas que eventualmente ocorram. O analista deve se preocupar com a acurácia e a precisão, o tempo de análise e o custo, principalmente(VOGUEL, 1992).

As principais técnicas usadas em análise quantitativa baseiam-se na reprodutibilidade de reações químicas adequadas, em medidas elétricas apropriadas, na medida de certas propriedades espectroscópicas, no deslocamento característica, sob condições controladas, de uma substância em um meio definido(VOGUEL, 1992).

O acompanhamento quantitativo das reações químicas é a base dos métodos tradicionais ou “clássicos” da análise química: gravimetria, titrimetria e volumetria(VOGUEL, 1992).

Na análise titrimétrica, efetuada na prática, às vezes chamada de análise volumétrica, trata-se a substância a ser determinada com um reagente adequado, adicionado na forma de uma solução padronizada, e determina-se o volume de solução necessário para completar a reação. As reações titrimétricas comuns são as de neutralização (reações ácido-base), a complexação, a precipitação e as reações de oxidação-redução(VOGUEL, 1992).

O termo “análise volumétrica” foi usado para denominar esta modalidade de determinação quantitativa, mas, hoje, refere-se à expressão análise titrimétrica. A razão para isto é que “analise titrimétrica” expressa melhor o processo de titulação(VOGUEL, 1992).

Nessa técnica, alguns produtos químicos são freqüentemente usados em determinadas concentrações como solução de referência. Estas substâncias são conhecidas com padrões primários ou padrões secundários. Um padrão primário é um substancia suficientemente pura para que se possa preparar uma solução padrão por pesagem direta e diluição até um determinado volume de solução(VOGUEL, 1992).

Um padrão primário deve satisfazer os seguintes requisitos (HARRIS, 2005),(VOGUEL, 1992):

  1. Deve ser fácil obter, purificar, secar (de preferência entre 110 e 220oC) e preservar em estado puro;

  2. A substância não deve se alterar no ar durante a pesagem;

  3. A substância deve poder ser testada para impurezas por ensaios qualitativos ou por outros testes de sensibilidade conhecida;

  4. O padrão deve ter massa molecular relativa elevada para que os erros de pesagem possam ser ignorados;

  5. A substância deve ser facilmente solúvel nas condições de trabalho;

  6. A reação com a solução padrão deve ser estequiométrica e praticamente instantânea.

Um padrão secundário é um composto que pode ser usado nas padronizações e cujo teor de substância ativa foi determinado por comparação contra um padrão primário. Em outras palavras, uma solução padrão secundária é aquela em que a concentração do soluto dissolvido não foi determinada por pesagem do composto dissolvido, mas pela titulação de um volume de solução com um volume conhecida de uma solução padrão primária (HARRIS, 2005).

As primeiras titulações foram feitas a partir do século XVIII, e a técnica foi aperfeiçoada no século XIX por Gay-Lussac e Mohr.

Titulação é uma das técnicas universais de química e é geralmente usada para determinar a concentração de um soluto. As titulações podem ser do tipo ácido – base, na qual um ácido reage com uma base, ou titulação redox, na qual a reação é entre um agente redutor e um agente oxidante (ATKINS; JONES, 2006).

Em uma titulação, pequenos volumes da solução de reagente – o titulante, são adicionados ao analito (titulado) até que a reação termine (HARRIS, 2005).

O ponto de equivalência, ou ponto estequiométrico, ocorre quando a quantidade de titulante adicionado é a quantidade exata necessária para uma reação estequiométrica como analito. Neste ponto, o número de mols de OH- (ou H+) adicionados como titulante é igual ao número de mols de H+ (ou OH-) inicialmente presente no analito. O sucesso da técnica de titulação está em detectar esse ponto (HARRIS, 2005), (ATKINS; JONES, 2006).

O ponto final de uma titulação é indicado por uma mudança súbita em alguma propriedade física da solução que pode ser indicada, mais simplesmente, pelo uso de um indicador adequado, que é um composto com uma propriedade física (normalmente a cor) que muda abruptamente quando próximo ao ponto de equivalência. A mudança é causada pelo desaparecimento do analito ou pelo aparecimento de um excesso de titulante (HARRIS, 2005).

Em alguns casos, o ponto final de uma titulação não é exatamente igual ao ponto de equivalência, pois às vezes é preciso a adição de mais solução, para que ocorra o aparecimento da cor, do que a necessária para reagir com o analito. Essa diferença é o inevitável erro analítico, pois com a escolha de uma propriedade física apropriada, cuja mudança é facilmente observada (tal como a cor de um indicador apropriado ou o pH), é possível que o ponto final fique muito próximo ao ponto de equivalência (HARRIS, 2005).

Em muitas áreas, os procedimentos titrimétricos são insubstituíveis. Suas principais vantagens são(VOGUEL, 1992):

  1. A precisão (0,1%) é melhor do que na maior parte dos métodos instrumentais.

  2. Os métodos são normalmente superiores às técnicas instrumentais na análise dos principais componentes.

  3. Quando o número de amostras é pequeno como, por exemplo, no caso de uma análise eventual, as titulações simples são comumente preferíveis.

  4. Ao contrário do que ocorre com os métodos instrumentais, o equipamentos não requer recalibração constante.

  5. Os métodos são relativamente baratos, com baixo custo unitário por determinação.

  6. Os métodos são comumente empregados para calibrar ou validar análises de rotina feitas com instrumentos.

  7. Os métodos podem ser automatizados.

Para poderem ser empregados em análise titrimeticas, as reações devem preencher os seguintes requisitos(VOGUEL, 1992):

  1. A reação deve ser simples e pode ser expressa por uma equação química. A substância a ser determinada deve reagir completamente como o reagente em proporções estequiométricas ou equivalentes.

  2. A reação deve ser relativamente rápida. (A maior parte das reações iônicas satisfaz esta condição). Em alguns casos, pode ser necessária a adição de um catalisador para aumentar a velocidade da reação.

  3. Deve ocorrer no ponto de equivalência, alteração de alguma propriedade física ou química da solução.

  4. Deve-se dispor de um indicador capaz de definir claramente, pela mudança de uma propriedade física (cor ou formação de precipitado) o ponto final da reação.

O ácido acético (CH3OOH) é um acido fraco, tendo um Ka de 1,8 x 10-5. Ele é amplamente usado em química industrial na forma de ácido acético glacial 99,8% (m/m) (densidade de 1,051) ou em soluções de diferentes concentrações. Na indústria alimentícia é consumido com vinagre, que é uma solução diluída do acido acético glacial (3,5 a 8% m/v).

Os vinagres são geralmente coloridos, mas após as diluições a cor não é suficientemente intensa que possa prejudicar a valorizações do ponto final da titulação. Também, as pequenas quantidades de outros ácidos presentes são simultaneamente tituladas com o ácido acético e a acidez total é expressa em termo do ácido acético.

A acidez volátil corresponde ao teor de ácido acético que é o componente mais importante do vinagre. Ele provém da oxidação do álcool do vinho no processo de acetificação. O vinagre para consumo deve ter entre 4% e 6% de ácido acético. A legislação brasileira estabelece em 4% o teor mínimo de ácido acético para vinagre, como demonstrado na tabela 1:

Tabela 1: Características Analíticas de Acidez do Vinagre

Variáveis

Vinagre (Branco)

Vinagre (Tinto)

Intervalo de Confiança

Média

Intervalo de Confiança

Média

Acidez total (g % em ácido acético)

4,34 - 4,63

4,49

4,40 - 4,79

4,59

Acidez volátil (g % em ácido acético)

4,24 - 4,44

4.34

4,20 - 4,62

4,40

Acidez fixa (g % em ácido acético)

0,10 - 0,20

0,15

0,14 - 0,23

0,18

. Objetivo:

Introduzir algumas técnicas básicas de preparo e padronização de soluções, análise volumétrica e ainda, buscar a familiarização com o uso de material volumétrico.

. Materiais e Métodos

. Materiais e Reagentes:

- NaOH comercial

- Bureta de 50 mL

- Biftalato de Potássio

- Pipetas Volumétricas de 1 e 25 mL

- Vinagre Comercial

- Béqueres

- Fenolftaleína a 1% em etanol

- Balão Volumétrico

- Suporte Universal

- Erlenmeyer de 125 ou 200mL

- Garras

- Balança Analítica

- Espátulas

- Água Destilada

. Metodologia:

  • Padronização de NaOH 0,1M com Biftalato de Potássio (KHC8H4O4)

I. Para preparação de uma solução de NaOH 0,1M, pesou-se 1,0g de NaOH (pastilhas), dissolvendo essa massa em água destilada, completando o volume para 250mL.

II. Em outro recipiente foi pesada 0,5g de biftalato de potássio, seco em estufa a 110 ºC, considerando o valor da pesagem até a quarta casa decimal.

III. O biftalato foi adicionado a um erlenmeyer, juntando cerca de 50mL de água destilada, sob agitação até a completa dissolução do sal.

IV. À solução de biftalato foram adicionadas duas gotas do indicador fenolftaleína.

V. A bureta foi lavada com a solução de NaOH e, em seguida, o volume foi acertado no zero, com a solução titulante, sem a presença de bolhas.

VI. Foi iniciada a adição da soluça ode NaOH ao erlenmeyer contendo a solução de biftalato de potássio, sob agitação, observando o aparecimento de uma leve coloração rosada que persista por mais de 30 segundos, indicando o fim da titulação.

VII. O volume de NaOH consumido foi anotado. O Procedimento foi realizado em triplicata

  • Determinação de Ácido Acético em Vinagre

I. Para proceder a titulação foi utilizada a solução 0,1M de NaOH, padronizada, como titulante.

II. Com uma pipeta foram adicionados 2mL de vinagre comercial em um erlenmeyer, completando o volume com 25mL de água destilada e ainda, três gotas do indicador fenolftaleína.

III. Após a titulação, foi anotado o valor de NaOH consumido no processo com o objetivo de calcular, posteriormente, a quantidade de ácido acético presente no vinagre comercial.

IV. O procedimento foi feito em triplicata.

. Resultados e Discussão:

Na titulação, de diferentes massas, da solução de Biftalato, foram consumidos os seguintes volumes, da solução de NaOH:

mBif. 1 = 0,5052g mBif. 2 = 0,5030g mBif. 3 = 0,5035g

vNaOH = 25,8mL vNaOH = 24,4mL vNaOH = 23,4mL

Logo, pôde-se calcular a quantidade de mols de Biftalato que eram existentes em cada amostra, pelos seguintes cálculos:

nBif 1 = 0,5052 / 204,23 = 2,4737 x 10-3 mol

nBif 2 = 0,5030 / 204,23 = 2,4629 x 10-3 mol

nBif 3 = 0,5035 / 204,23 = 2,4643 x 10-3 mol

Em seguida, foi possível calcular a concentração da solução de NaOH a partir do processo de titulação da seguinte forma:

C1NaOH = 2,4737 x 10-3mol/ 0,0258L = 0,0958 mol/L

C2NaOH = 2,4629 x 10-3mol/ 0,0244L = 0,1009 mol/L

C3NaOH = 2,4643 x 10-3mol/ 0,0234L = 0,1053 Mol/L

Calculando a média, dessas concentrações, têm-se:

(0,0958 mol/L + 0,1009 mol/L + 0,1053 Mol/L) / 2 = 0,1006 mol/L

Sendo o desvio padrão, correspondente ao processo, igual a +- 0,004755, determinando a precisão da solução utilizada, pôde-se considerá-la de bom nível de precisão.

Com os dados obtidos a partir dos cálculos referentes ao processo titrimétrico, foi possível determinar a porcentagem de ácido acético presente no vinagre comercial, da seguinte forma:

. 1ª titulação:

Em 12,5mL de NaOH consumido temos:

0,01250L x 0,1006mol/L = 1,2575 x 10 -3 mols

Sabendo que esse valor de mol é igual para o ácido acético titulado, pôde-se determinar a quantidade de ácido acético em gramas, presente na amostra do vinagre:

1 mol ---------------------------60,05g x = 0,0755g de ácido acético

1,2575 x 10 -3 mols------------ x g

. 2ª titulação:

Em 12,9mL de NaOH consumido temos:

0,01290L x 0,1006mol/L = 1,29774 x 10 -3 mols

Calculando a quantidade de ácido acético presente na amostra, temos:

1 mol ---------------------------60,05g x = 0,0779g de ácido acético

1,2977 x 10 -3 mols------------ x g

. 3ª titulação:

Em 12,7mL de NaOH consumido temos:

0,01270L x 0,1006mol/L = 1,29774 x 10 -3 mols

Assim, a quantidade de ácido acético contido na amostra é dada por:

1 mol ---------------------------60,05g x = 0,0767g de ácido acético

1,2776 x 10 -3 mols------------ x g

A partir das três titulações realizadas, calculando-se a média temos:

(0,0755 + 0,0779 + 0,0767) / 3 = 0,0767g de ácido acético

Para calcularmos a porcentagem de ácido acético no vinagre foi necessário transformar o volume total da solução (em mL) para massa da solução (em gramas):

d = m / v 1,051g / mL = m / 2mL m = 2,102g de solução

Por fim, foi possível determinar a porcentagem de ácido acético, no vinagre comercial, a partir dos seguintes cálculos:

%Ác.Acét. = (mac.Acét. / mtotal) x 100 > %Ác.Acét. = (0,0767 / 2,102) x 100

%Ác.Acét. = 3,65 % de ácido acético na amostra

. Conclusão:

Vê-se então que no estudo analítico quantitativo é imprescindível que o analista tenha conhecimento prévio sobre as condições da amostra e da análise a ser feita, e ainda sobre qual método de quantificação dos elementos ou compostos trariam resultados mais exatos e precisos, que possa ser realizado em menos tempo e também com baixo custo, dentre outros fatores.

Assim foi possível perceber algumas vantagens que a análise volumétrica tem sobre outras técnicas, como tempo gasto, nível de dificuldade e o baixo custo.

Logo a titulação volumétrica é ideal para quantificações desse tipo, pois, determina, por meio de posteriores cálculos, relativamente simples, quanto de cada composto existe numa determinada amostra.

No caso do vinagre, pôde-se determinar a porcentagem de ácido acético contido no produto comercial que foi de 3,65%.

Com isso, considerando de bom nível a precisão e exatidão do processo e da metodologia utilizada, foi possível afirmar que no vinagre utilizado a quantidade de ácido acético está um pouco abaixo dos padrões exigidos pela legislação brasileira, que estima como valor mínimo uma porcentagem de 4% de ácido acético no vinagre comercial.

. Referências Bibliográficas:

ATKINS, P. W.; JONES, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 914 p.

HARRIS, D. C. “Análise Química Quantitativa”. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. 876p.

VOGEL, A. I. Análise química quantitativa. 5. ed Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1992. 712 p.

BACCAN, N. Química analítica quantitativa elementar. 3. ed. rev.,ampl. e reest. São Paulo: E. Blucher, 2005. 308p.

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