Relátorio do Experimento 5-Ácidos e Bases

Relátorio do Experimento 5-Ácidos e Bases

Universidade Federal de São João Del- Rei

Departamento de Ciências Naturais

Beatriz do Livramento Felicidade

Cristiane Marina de Carvalho

Jéssica Regina Romão Cabral

Ácidos e Bases

São João del-Rei

Novembro de 2010

Introdução

O conceito de ácidos e bases de Arrhennius é suficiente para explicar a maioria das reações ácido base encontradas na análise qualitativa inorgânica conduzidas em soluções aquosas. Não obstante, essa teoria apresenta limitações que se tornam evidentes quando se deve interpretar reações ácido-base em soluções não aquosas.1

Em 1923, o químico dinarmaquês Johannes Brønsted (1879-1954) e o químico inglês Thomas Lowry (1874-1936) propuseram uma definição mais geral de ácidos e bases. De acordo com a teoria de Brønsted e Lowry todos os tipos de reações podem ser consideradas comumente como simples reações protolíticas, ou seja, a teoria não é limitada apenas por reações ácido-base em soluções aquosas. Além disso, segundo a definição, um ácido é uma substância que pode doar um próton, enquanto uma base é uma substância que pode receber um próton. 1,2,5

Essa teoria permitiu o desenvolvimento de estudos de sistemas fortemente ácidos; sistemas sólidos; desenvolvimento de indicadores para este meio (Hammet, 1928); studo de catálise ácido-base, com respectiva equação de Brønsted (Brønsted, 1924) e estudos de próton afinidade em fase gasosa (proposta de Sherman, 1932 e medições iniciadas apenas nos anos 60). 4

Quando uma solução de um ácido e de uma base são misturados, ocorre uma reação de neutralização. Os produtos formados na reação podem ser solúveis ou insolúveis e não tem característica de soluções ácidas nem de básicas. Denotado um ácido por A e uma base por B, o equilíbrio ácido-base pode ser expresso por:

A ↔ B + H+

Um sistema como esse em equilíbrio é denominado sistema conjugado do ácido-base. A e B são denominados par conjugado ácido-base e o símbolo H+ nesta definição representa o próton livre (íon de hidrogênio não solvatado). Essa equação não representa uma reação que possa ocorrer independentemente, pois o próton livre, produto da dissociação não pode existir em qualquer concentração apreciável em solução, pois seu pequeno tamanho e intenso campo elétrico possuem grande afinidade com outras moléculas, principalmente aquelas com elétrons não compartilhados. O próton livre é aceito por uma base de um segundo sistema ácido-base, deste modo uma reação ácido-base pode ser representada da seguinte maneira:

Ácido1 + Base2 → Base1 + Ácido2

A transferência de um próton do Ácido1 para a Base2 é denominada reação protolítica. Um sistema como esse em equilíbrio, em alguns casos o equilíbrio é deslocado em qualquer uma das direções, sendo que a direção final depende da força relativa dos ácidos e bases envolvidas no sistema. 2

Alguns ácidos são melhores doadores de prótons e algumas bases são melhores receptoras de prótons que outras. Quanto mais facilmente um ácido doa um próton, menos facilmente sua base conjugada aceita. Analogamente, quanto mais facilmente uma base aceita um próton, menos facilmente seu ácido conjugado doa. Portanto, quanto mais forte for o ácido, mais fraca será a base conjugada e quanto mais forte for a base, mais fraco será seu ácido conjugado. 2,3

As soluções aquosas que contém íons são chamadas de soluções eletrolíticas. Os eletrólitos podem ser classificados em duas categorias, fortes e fracos, que diferem na extensão de condução de eletricidade. Os ácidos e bases fortes transferem completamente seus prótons para a água o que resulta em molécula dissociada. Os ácidos e bases fracos dissociam-se parcialmente em solução aquosa e consequentemente existem em uma mistura de moléculas constituintes. 3,5

Os ácidos e a bases que são completamente ionizados formam eletrólitos fortes enquanto os que são parcialmente ionizados em solução formam eletrólitos fracos. 5

Objetivos

O experimento tinha como objetivos acompanhar o efeito da condutibilidade elétrica durante uma reação ácido-base, testar a condutibilidade elétricas de soluções básicas e acompanhar a variação de pH de reações ácido-base.

Parte Experimental

Materiais

  • 3 béqueres de 250mL;

  • Béquer de 100mL;

  • Funil;

  • Papel de filtro;

  • Proveta de 50mL;

  • Proveta de 100mL;

  • Potenciômetro;

  • Bureta de 50mL;

  • Garra metálica;

  • Pipeta Pauster;

  • Suporte universal;

  • Aparelho para testar a condutibilidade elétrica das soluções.

Reagentes

  • Hidróxido de bário (Ba(OH)2 a 0,2 mol/L)

  • Ácido sulfúrico (H2SO4 a 0,2 mo/L)

  • Hidróxido de sódio (NaOH a 0,1 mol/L)

  • Fenolftaleína (solução alcoólica a 1%)

Procedimento

Foi colocado aproximadamente 120 mL de água destilada em um béquer, em que foi adicionado 0,2 g de Hidróxido de bário. Filtrou-se a solução de Hidróxido de bário. Com o auxílio de uma proveta foi medido 100 mL da solução filtrada e essa foi colocada em um béquer de 250 mL. Em seguida foi feito o teste da condutibilidade elétrica e foi medido o pH.

Logo após, colocou-se 50 mL de ácido sulfúrico em um béquer em que foi feito o teste da condutibilidade elétrica e foi medido o pH. A solução de ácido sulfúrico foi transferida para uma bureta. Deixou-se o ácido escoar gota-a-gota sobre a solução de hidróxido de bário até que a lâmpada se apagasse, foi acompanhada a variação de pH

A adição de ácido retornou a ser feita até que a lâmpada se ascendesse novamente, assim foi feita outra medição de pH.

Foi colocado em um béquer 15 mL de solução de hidróxido de sódio e água até a metade do béquer, em que foi adicionado duas gotas de fenolftaleína. Foi feito o teste da condutibilidade elétrica e foi medido o pH. Deixo-se escoar gota-a-gota a solução de ácido sulfúrico da bureta sobre a solução de hidróxido de sódio. Foi observada a lâmpada e medido o pH.

Resultados e Discussão

Uma solução é uma mistura homogênea de duas substâncias, em que uma é geralmente considerada o solvente, o meio em que uma outra substância – o soluto – está dissolvida. A solução de ácido sulfúrico (H2SO4) é uma solução aquosa já que a água é o seu meio dissolvente, as soluções aquosas contêm partículas carregadas, isto é,  íons.

O ácido sulfúrico como todo ácido produz íons de H+, em solução aquosa e possui a característica de que a concentração deste íon na solução aumenta quando ele se dissolve.

A escala logarítmica de pH é uma forma de se expressar essa concentração de íons de hidrogênio, ela vai de 1 a 14, sendo que para as substâncias consideradas ácidas este pH deve ser menor que 7.Este foi o caso do ácido sulfúrico que ao ter seu pH medido com o auxílio de um potenciômetro verificou-se um valor de 1,32.

Ao se testar a condutibilidade elétrica desta solução através do dispositivo mostrado na figura 1, verificou-se que a luz da lâmpada se acendeu fortemente. Isso se deu devido à presença de íons livres na solução, estes íons transportam carga elétrica de um eletrodo para outro, fechando o circuito e fazem desta substância aquosa um eletrólito forte devido a sua completa ionização em solução.

Figura 1: Aparelho para testar a condutibilidade elétrica das soluções.

Os ácidos que são eletrólitos fortes são chamados ácidos fortes. O ácido sulfúrico é um ácido forte que possui a característica de ser bom condutor elétrico.

A solução de hidróxido de bário (Ba(OH)2) assim como a de ácido sulfúrico possui a presença de íons livres na solução. Como estes íons são completamente ionizados em solução, o hidróxido de bário também pode ser considerado um eletrólito forte.

Ao se medir seu pH observou-se um valor de 11,57. Este valor mostra que esta sustância é uma substância básica por possuir pH maior que 7.Uma substância básica é aquela que quando dissolvida em água, aumenta a concentração de íons hidróxido, OH‾, na água.

Assim, como os ácidos que são eletrólitos fortes são chamados ácidos fortes, as bases que são eletrólitos fortes são chamadas bases fortes. Portanto, o hidróxido de bário é uma base forte e também possui a característica de bom condutor elétrico.

Ao se realizar uma reação de neutralização entre o hidróxido de bário e o ácido sulfúrico através de um processo de titulação obteve-se um sal, o sulfato de bário, e água.

H2SO4(aq) + Ba(OH)2(aq) → BaSO4(s) + 2 H2O(l)

Ao testar a condutibilidade elétrica durante a reação acima, verificou-se primeiramente a diminuição gradativa da luminosidade da lâmpada, depois seu apagamento e por último seu reacendimento com aumento gradativo de luminosidade.

Durante a realização da titulação foi medido também o pH da solução de acordo com a variação da intensidade de luminosidade da lâmpada. Assim, quando a intensidade da luminosidade da lâmpada estava fraca o pH medido foi 10,73, quando a lâmpada se apagou a pH medido foi 5,10 e quando a lâmpada se reacendeu com forte intensidade seu pH foi 2,6 como esta representado na tabela 1.

Tabela 1-Intensidade da luminosidade da lâmpada e variação de pH

Intensidade da luminosidade

pH

fraca

10,73

apagada

5,10

forte

2,6

A diminuição gradativa da luminosidade da lâmpada se deu devido à diminuição de íons livres contidos na solução de Hidróxido de bário a partir da reação entre ela e ácido sulfúrico, ou seja, à medida que o ácido sulfúrico foi sendo adicionado gota-a-gota seus íons (H+ e SO4‾) e os do hidróxido de bário (Ba²+ e OH‾) foram reagindo formando o sulfato de bário e água, reduzindo assim a quantidade de íons na solução e consequentemente seu poder de condutibilidade elétrica.

A lâmpada se apagou devido à adição de ácido sulfúrico necessário para que se completasse a reação entre ele e o hidróxido de bário, ou seja, a adição necessária de ácido para que todos os reagentes fossem consumidos. Como os produtos formados por essa reação foram um sólido, no caso o sulfato de bário, e água, neste momento não existia íons livres na solução e, portanto não havia condutibilidade elétrica.

O reascendimento da lâmpada se deu devido à adição contínua de ácido sulfúrico na solução, ou seja, a partir dessa adição houve a dissociação do ácido sulfúrico com a formação de íons livres (H+ e SO4‾) Estes íons fizeram com que a solução tivesse potencial condutivo e que, portanto fosse possível o reacendimento da lâmpada..

Ao se medir o pH do hidróxido de sódio junto a fenolftaleína observou-se um valor de 12,03, o qual classifica esta solução como de caráter básico.

O hidróxido de sódio assim como hidróxido de bário é considerado uma base forte por ser um eletrólito forte, devido a sua completa ionização em solução. Assim, após testar a condutibilidade da solução rósea de hidróxido de sódio junto à fenolftaleína, verificou-se o acendimento forte da lâmpada.

Após a realização da reação de neutralização entre o hidróxido de sódio e o ácido sulfúrico através do processo de titulação, obteve-se sulfato de sódio e água, conforme esta representado na seguinte equação:

H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O (l)

A fenolftaleína foi usada para que fosse possível a identificação do momento em que aconteceu a mudança do caráter da solução de básico para ácido, já que a fenolftaleína é um indicador ácido-base que se torna rosado em soluções básicas e incolor em soluções ácidas.

Durante o processo de titulação, foi realizado o teste de condutibilidade da solução e verificou-se primeiramente a diminuição gradativa da luminosidade da lâmpada e a seguir seu aumento gradativo.

A diminuição gradativa da luminosidade da lâmpada se deu devido à diminuição de íons livres contidos na solução de Hidróxido de sódio a partir da reação entre ela e ácido sulfúrico, ou seja, à medida que o ácido sulfúrico foi sendo adicionado gota-a-gota seus íons (H+ e SO4‾) e os do hidróxido de sódio (Na+ e OH‾) foram reagindo formando o sulfato de sódio e água, reduzindo assim a quantidade de íons livres na solução e consequentemente seu poder de condutibilidade elétrica.

Diferentemente da reação envolvendo hidróxido de bário e ácido sulfúrico, durante o processo de titulação envolvendo a reação acima a lâmpada não se apagou devido à presença contínua de íons livres na solução mesmo depois de ela ter se completado, ou seja, como a reação teve como produto uma solução aquosa de sulfato de sódio, a solução sempre teve íons. Neste caso o produto formado, sulfato de sódio, manteve seus íons Na+ e SO4‾ presentes na solução. Como estes íons se encontravam parcialmente ionizados na solução eles formavam um eletrólito fraco, não sendo, portanto, tão bons condutores elétricos. Isso pôde ser observado no teste, já que a lâmpada se manteve acesa, mas com intensidade de luminosidade muito fraca.

O aumento gradativo da luminosidade da lâmpada se deu devido à adição contínua de ácido sulfúrico na solução, ou seja, a partir dessa adição houve a dissociação do ácido sulfúrico com a formação de íons livres (H+ e SO4‾). Estes íons fizeram com que a solução tivesse potencial condutivo e que, portanto fosse possível o reacendimento da lâmpada.

A medição do pH durante a titulação mostrou que quanto mais ácido ficava o pH maior era a intensidade de luminosidade da lâmpada.

Tabela 2-Variação do pH e variação da intensidade da luminosidade da lâmpada.

pH

Intensidade de luminosidade

3,30

mais forte

3,00

mais forte

2,75

mais forte

2,60

mais forte

2,30

mais forte

Quando se mede o pH de uma substância verifica-se a concentração de íons de hidrogênio presente. Percebe-se então, neste caso, que quanto maior é o caráter ácido ou básico do pH, ou seja, quanto maior é a concentração de íons de hidrogênio ou de hidróxido presentes, maior será a intensidade da luminosidade lâmpada.

Ao compararmos aos resultados obtidos para reação envolvendo a solução de hidróxido de bário e a de hidróxido de sódio, verifica-se uma diferença importante na condutibilidade elétrica durante a formação dos produtos, ou seja, na primeira reação não houve a condução de eletricidade no momento em que o produto se formou enquanto que na segunda houve. Isso se deu ao fato de que a substância formada na primeira reação (BaSO4) era insolúvel enquanto a que foi formada na segunda reação (Na2SO4) era solúvel. Essa diferença de solubilidade influencia na condutibilidade elétrica de uma solução, pois se uma substância é sólida, insolúvel, ela não se dissociada em íons, ao contrario da aquosa, solúvel, que em solução se dissociará.

Conclusão

Conclui-se que substâncias que são completamente ionizadas em solução aquosa são bons condutores elétricos, já que formam eletrólitos fortes. Os ácidos e as bases fortes são eletrólitos fortes e, portanto são bons condutores elétricos.

Ao se realizar uma reação entre um ácido forte e uma base forte acontece uma reação de neutralização com a formação de um sal e de água. Este sal pode ser solúvel ou insolúvel e isso influenciará na condutibilidade elétrica da solução.

Uma substância insolúvel não se dissocia em íons enquanto as solúveis se dissociam. Como a condutibilidade se dá devido à presença de íons livres na solução, é possível concluir que a condutibilidade não se dá em substâncias insolúveis onde não existe a presença de íons.

Durante um processo de titulação envolvendo equações ácido-base verifica-se uma variação da condutibilidade elétrica de acordo com a variação da presença de íons livres.

A escala logarítmica de pH é uma forma de se expressar a concentração de íons de hidrogênio, assim durante a realização de reações ácido-base utilizando um processo de titulação verifica-se uma variação grande do pH.

Verifica-se também que a condutibilidade é maior em soluções de PH ácido e básico fortes, devido a presença maior de íons de hidrogênio (H+) e de hidróxido (OH‾), respectivamente.

Bibliografia

1-Brown, T.L.; Lemay, H.E.; Bursten, B.E.; Burdge, J.R. Química: A ciência central, 9ª Ed., Pearson Prentice Hall, São Paulo, 2005.

2-Vogel, A.I. Química Analítica Qualitativa, 5ª Ed., Mestre Jou, São Paulo, 1981.

3-Atkins, P.; Jones, J. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, 3ª Ed., Bookman, Porto alegre, 2006.

4-Química Nova, vol.23 n°.1, São Paulo Jan./Fev, 2006.

5-Schiavon, M.A.; Santos, J.M.S; Mano, V.Química Geral Experimental I, São João Del Rei,2005

6- Kotz, J.C.; Treichel Jr, P.M. Química geral e reações químicas. Cengage Learning, São Paulo, 2009.

Questionário

1-O que são eletrólitos fracos e fortes?

Eletrólitos fortes são solutos que existem em solução totalmente ou quase total como íons. Já os eletrólitos fracos são solutos que existem em solução na maioria das vezes na forma de moléculas com apenas uma pequena fração na forma de íons.

2- De quais fatores depende a condução de corrente elétrica por uma solução?

A condução de corrente elétrica por uma solução depende da presença de íons, pois os íons transportam carga elétrica de um eletrodo para outro fechando o circuito.

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