Volumetria de oxi-redução

Volumetria de oxi-redução

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Introdução

As reações que envolvem perda e ganho de elétrons são denominadas reações de oxi-redução. Algumas delas são muito importantes no mundo que nos cerca e estão presentes nos processos que permitem a manutenção da vida. Entendemos por número de oxidação, a carga que um átomo adquire quando participa de uma ligação e nos ajuda a entender como os elétrons estão distribuídos entre as espécies que participam de uma molécula de um composto iônico.

Reações de oxidação-redução (redox) constituem a base de vários métodos volumétricos aplicados à determinação de muitas espécies de interesse, como por exemplo, ferro e cobre em fertilizantes. Ela se aplica evidentemente a espécies que apresentam diferentes estados de oxidação. Neste processo ocorre o transporte de elétrons, sendo que uma substância é oxidada e outra reduzida.

As condições necessárias para que uma titulação por oxidação-redução ocorra são as mesmas do que para outro tipo de titulação. A saber, a reação entre o titulado e o titulante deve ser rápida e completa, e deve poder ser descrita através de uma reação química. Isto é, a cinética e o equilíbrio devem favorecer fortemente a formação dos produtos. Por outro lado, a solução do titulante deve ser estável, e a sua concentração deverá poder ser determinada com exatidão. Finalmente, deverão existir reagentes (indicadores) que permitam a detecção do ponto estequiométrico da titulação.

Parte 1 – Preparação e padronização das soluções KMnO4, Iodo e Na2S2O3

Objetivos

Adquirir conhecimentos específicos de alguns métodos titulométricos de óxido-redução, preparando e padronizando corretamente soluções de agentes oxidantes e agentes redutores.

Procedimentos

Preparo da solução de KMnO4 0,02 mol L-1 (meio ácido)

Primeiramente lavamos muito bem toda a vidraria que seria utilizada. Pesamos aproximadamente 1,70g de KMnO4, transferimos tal massa para um béquer de 1 litro. Adicionamos cerca de 500 mL de água deionizada e agitamos bem a solução. Cobrimos o béquer com o vidro de relógio e aquecemos até o ponto de ebulição, e deixamos em refluxo por cerca de 20 minutos. Deixamos esfriar até temperatura ambiente.

Após a solução atingir a temperatura ambiente, filtramos a solução a vácuo, e transferimos o filtrado do kitassato para um frasco escuro. Que foi armazenado em local escuro.

Padronização da solução de KMnO4 0,020 mol.L-1

Em uma balança analítica, pesamos três pequenas porções de oxalato de sódio (seco previamente em estufa à 110 ºC, por 1 h), com massas próximas de 0,120 a 0,140g. Transferimos as massas quantitativamente para os erlenmeyers de 250 mL. Adicionamos a cada erlenmeyer cerca de 150 mL de água deionizada, e acidificamos o meio com 10 mL de H2SO4 concentrado.

Agitamos manualmente até completo desaparecimento dos cristais do oxalato (padrão primário). Enxaguamos a bureta com uma pequena porção da solução de KMnO4, completamos a bureta com a solução de KMnO4 e iniciamos a titulação com o erlenmeyer contendo a menor massa.

Aquecemos à 55-60 ºC e terminamos a titulação, gota a gota, sob tal temperatura. Repetimos as etapas para os demais erlenmeyers até o ponto final da titulação ser alcançado, quando uma ligeira cor rosa pálida persiste por aproximadamente 30 segundos.

Preparo da solução de Na2S2O3 0,100 mol.L-1

Pesamos cerca de 6,30 g de cristais de Na2S2O3.5H2O, e transferimos o sal para um béquer de 500 mL, e acrescentamos cerca de 250 mL de água deionizada (previamente fervida e esfriada).

Padronização da solução de Na2S2O3 0,100 mol.L-1

Em uma balança analítica, pesamos cerca de 0,300 g de iodato de potássio (seco previamente em estufa à 120 ºC por 1 h). Transferimos essa massa para um balão volumétrico de 100,0 mL, e a dissolvemos em água deionizada (previamente fervida e esfriada) completando o volume.

Enxaguamos a pipeta volumétrica de 25,00 mL com uma pequena alíquota da solução de iodato de potássio. Em seguida, pipetamos 25,00 mL da solução de iodato e a transferimos para um erlenmeyer de 500 mL. Adicionamos ao erlenmeyer 2-3 g de KI, e 3,00 mL de H2SO4 1 mol.L-1.

Colocamos a solução de Na2S2O3 na bureta e titulamos a solução do erlenmeyer (agitando) até coloração amarela pálida (I3-). Coloração causada pelo iodo ou íon I3-, que quando liberado em solução aquosa reage com a solução de Na2S2O3 que está sendo padronizada (titulação indireta), conforme reações:

KIO3 + 5KI + 3H2SO4 → K2SO4 + 3I2 + 3H2O

2S2O32- + I2 → S4O62- + 2I-

I- + I2 ⇄ I3-

Adicionamos cerca de 200 mL água deionizada e 2,00 mL de solução de amido, continuamos a titulação até o desaparecimento da cor azul. Pipetamos outras duas alíquotas de 25,00 mL da solução de iodato, e transferimos para outros dois erlenmeyers, repetimos todas as etapas até o término da titulação (desaparecimento da cor azul).

Preparação da solução de Iodo 0,015 mol.L-1

Pesamos aproximadamente 0,9500 g de iodo puro em um vidro de relógio e transferimos para um béquer de 100 mL contendo 10,0 g de iodeto de potássio dissolvido previamente em 25 mL de água deionizada. Agitamos cuidadosamente até dissolver todo o iodo. Transferimos quantitativamente a solução do béquer para um frasco de vidro escuro de 250 mL com tampa. E diluímos a solução até aproximadamente 250 mL com água deionizada, agitamos bem para homogeneizar.

Padronização da solução de Iodo 0,015 mol.L-1

Pipetamos 25,00 mL (utilizando pipeta volumétrica) da solução de iodo e transferimos para um erlenmeyer de 250 mL. Colocamos a solução de Na2S2O3 na bureta e titulamos a solução do erlenmeyer até aparecer uma coloração amarela pálida (I3-).

Adicionamos 10,0 mL de água deionizada e 1,0 mL de solução de amido 1 % ao erlenmeyer. Titulamos com a solução de Na2S2O3 até o aparecimento de uma coloração azul. Realizamos a titulação em triplicata, pipetando a solução de iodo somente quando iríamos realizar a titulação.

Equações matemáticas

M = n

V(L)

M1V1 = M2V2

E= X-Xv

Parte experimental

Materiais

1 Frasco escuro com tampa esmerilhada de 500 mL

1 Frasco escuro de 250 mL

3 Erlenmeyers de 250 mL

3 Erlenmeyers de 500 mL

1 Vidro de relógio grande (para béquer de 1 L)

1 Béquer de 1 L

1 Béquer de 500 mL

1 Balão volumétrico de 100,0 mL

1 Bureta de 25,00 mL

1 Bureta de 10,00 mL

2 Funis grandes de vidro sinterizado (poroso)

2 Kitassatos de 1 L com borrachas de adaptação

2 Bombas de vácuo para filtração

1 Chapa de aquecimento

Reagentes utilizados

Permanganato de potássio PA

Tiossulfato de sódio PA

Oxalato de sódio PA

Iodato de potássio PA

Iodeto de potássio PA

Iodo puro

Ácido sulfúrico concentrado

Solução de ácido sulfúrico 1,00 mol.L-1

Solução indicadora de amido solúvel

Detalhes técnicos

Como esse procedimento envolve o manuseio de reagentes perigosos, é de extrema importa o uso dos EPIs, principalmente jaleco e luvas.

Na padronização das soluções é muito importante que as vidrarias utilizadas estejam sempre limpas, qualquer impureza pode interferir nos resultados. Inclusive após a padronização, durante o manuseio das soluções qualquer tipo de contaminação pode despadronizar a solução, todo o excesso de solução que não foi utilizado tem que ser descartado em local apropriado.

O armazenamento das soluções deve ser feito em local apropriado, afim de garantir sua concentração padronizada. O H2SO4 tem que ser descartado num recipiente apropriado para descarte de ácidos e bases, que posteriormente será neutralizado pelo técnico. A solução de KIO3 e os resíduos das titulações com S2O32- podem ser descartados diretamente na pia. Os resíduos das titulações com MnO4- devem ser descartados num recipiente apropriado para posterior tratamento pelo técnico.

Observações sobre o procedimento de trabalho

É extremamente importante muita atenção no ponto de viragem do indicador durante a titulação. A titulação tem que ser feita com muita calma, gota a gota, afim de que o indicador não ultrapasse o ponto de viragem e interfira nos resultados.

Resultados

Padronização da solução de KMnO4

Na padronização da solução de KMnO4, foram pesadas as seguintes massas de oxalato de sódio (Na2C2O4 → 133,99 g.mol-1)

Erlenmeyer

Nº de mol

A 0,1351 g

1,00.10-3

B 0,1398 g

1,04.10-3

C 0,1245 g

9,29.10-4

Os volumes da solução de KMnO4 utilizados na titulação foram:

Erlenmeyer

Volume da solução (KMnO4)

A

2,7 ml

B

3,0 ml

C

2,5 ml

Para facilitar os cálculos, foram utilizadas as médias aritméticas do número de mol de oxalato de sódio e do volume da solução de KMnO4 que foram utilizados.

Sendo assim:

O Nº de mol de Na2C2O4 utilizado foi → 9,93.10-4 mol

O volume de solução de KMnO4 utilizado foi → 2,73 ml

A reação do KMnO4 com Na2C2O4 tem a proporção de 2:5, como mostrado nas reações abaixo.

Durante a adição do ácido:

Na2C2O4 + H2SO4 ↔ H2C2O4+ 2Na+ + SO42-

Durante a titulação:

5 H2C2O4 + 2 KMnO4 + 6H+ ↔ 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O

Geral:

2KMnO4 + 8H2SO4 + 5 Na2C2O4 ↔ 5Na2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4(aq) + 10CO2 (g) + 8H2O(l)

Agora dividindo 1/5 do número de mols de oxalato de sódio utilizados, por ½ do volume da solução de permanganato utilizado, temos a concentração final da solução de KMnO4.

Seguem os cálculos:

Concentração = 1/5 nº de mol (oxalato de sódio) / ½ volume (solução KMnO4)

C = (1/5 . 9,93.10-4) / (1/2 . 2,73.10-3) = 0,0145 mol.l-1

O resultado final para a concentração da solução de KMnO4 foi de 0,0145 mol.l-1.

Padronização da solução de Na2S2O3

Os volumes da solução de Na2S2O3 utilizados foram:

Erlenmeyer

Volume da Solução (Na2S2O3)

X

13,2 ml

Y

13,3 ml

Z

13,1 ml

Para facilitar os cálculos, será utilizada a média aritmética dos volumes da solução de Na2S2O3. Assim o volume de solução de Na2S2O3 utilizado é → 13,2 ml.

A massa de iodato de potássio (KIO3 → 214 g.mol-1) pesada foi de 0,3040 g.

Assim o número de mols de KIO3 utilizados foram:

Nº mol = (0,3040 g) / (214 g.mol-1) = 0,00142 mols de KIO3 em 100 ml.

Com uma regra de três simples é possível saber o número de mols de KIO3 utilizados nos erlenmeyers (25,00 ml pipetados).

0,00142 → 100 ml X = 3,55.10-4 mol de KIO3 em 25,00 ml pipetados

X → 25 ml

Seguindo a estequiometria da reação:

IO3- + 5I- + 6H+ ↔ 3I2 + 3H2O

nº de mol de IO3- = 1/3 nº de mol de I2

nº de mol de I2 = 3 . 3,55.10-4 mol = 0,001065 mol de I2

2S2O32- + I2 ↔ S4O62- + 2I-

nº de mol de S2O3- = 2 . nº de mol de I2

nº de mol de S2O3- = 2 . 0,001065 = 2,13.10-3 mol de S2O3-

Portanto → Concentração (solução Na2S2O3) = (nº mol S2O3-) / (Volume Solução Na2S2O3)

C = (2,13.10-3 mol) / (0,0132 l) = 0,1613 mol.l-1 da solução de Na2S2O3.

O resultado final da concentração da solução de Na2S2O3 foi de 0,1613 mol.l-1.

Padronização da solução de Iodo

Na padronização da solução de Iodo, foram utilizados os seguintes volumes da solução de Na2S2O3 (0,1613 mol.l-1).

Erlenmeyer

Volume da Solução (0,1613 mol.l-1)

1

6,7 ml

2

6,3 ml

3

7,2 ml

Para facilitar os cálculos, será utilizada a média aritmética dos volumes da solução de Na2S2O3 (0,1613 mol.l-1). Assim o volume de solução de Na2S2O3 (0,1613 mol.l-1) utilizado é → 6,75 ml.

Para saber o número de mols de Na2S2O3 utilizados, basta multiplicar o volume pela concentração. Assim temos:

nº de mols Na2S2O3 = (Concentração de Na2S2O3) x (Volume)

nº de mols Na2S2O3 = (0,1613 mol.l-1) x (6,75.10-3 l) = 1,0887.10-3 mols

Seguindo a estequiometria da reação temos:

2S2O32- + I2 ↔ S4O62- + 2I-

nº de mol de S4O62- = 2 . nº mol de I2

nº de mols de I2 = (1,0887.10-3) / (2) = 5,4438.10-4 mols de I2 em 25,00 ml.

A concentração fica = (nº mols I2) / (volume)

C = (5,4438.10-4 mols) / (0,025 l) = 2,177.10-2 mol.l-1

O resultado final da concentração da solução de Iodo foi de 2,177.10-2 mol.l-1.

Resultados Finais

Concentração da solução de KMnO4 = 0,0145 mol.l-1

Concentração da solução de Na2S2O3 = 0,1613 mol.l-1

Concentração da solução de Iodo = 2,177.10-2 mol.l-1

Discussão dos resultados

A concentração da solução de KMnO4, ficou muito diferente da esperada (0,020 mol.l-1) com erro relativo de 27,5%. Um erro deste tamanho pode ser explicado por erro do operador, já que a solução passa por um processo de filtragem, alterando a concentração desejada devido a perdas. Também pode ter acontecido do béquer ficar muito tempo no fogo, alterando assim a concentração da solução devido a perdas por ebulição. Apesar da grande diferença do esperado, a solução está padronizada corretamente, assim quando for utilizada, os resultados serão confiáveis.

A concentração da solução de Na2S2O3, ficou muito diferente da esperada (0,100 mol.l-1) com erro relativo de 61,3%. O erro calculado foi muito grande, assim a concentração encontrada ficou muito longe do esperado, mas como a solução agora está padronizada corretamente, os valores obtidos utilizando esta solução são confiáveis. Esta grande diferença nos valores pode ter sido causada na preparação da solução por parte do operador.

A concentração da solução de Iodo também ficou diferente da esperada (0,015 mol.l-1), com erro relativo de 45,1%. Este erro é reflexo do erro obtido na padronização da solução de Na2S2O3, que foi utilizada para titular a solução de Iodo. Como a solução de Iodo foi titulada com uma solução padronizada corretamente, o valor obtido é confiável.

Portanto como as três titulações foram feitas corretamente, as soluções podem utilizadas normalmente, pois os resultados serão confiáveis, apesar dos valores serem muito diferente do esperado.

Parte 2 – Aplicações (Volumetria de óxido-redução)

Objetivos

Aplicar o método titrimétrico de óxido-redução usando os métodos de

permanganometria e iodimetria. Determinar a concentração de peróxido de

hidrogênio e ácido ascórbico em amostras reais.

Procedimentos

Determinação de Peróxido de Hidrogênio em Água Oxigenada 10 volumes

Transferimos uma alíquota de 15,00 mL de água oxigenada para um balão volumétrico de 200 mL e completamos o volume com água deionizada. Agitamos até homogeneizar a solução, em seguida transferimos uma alíquota de 15,00 mL da solução para um erlenmeyer. Adicionamos cerca de 50 mL de água destilada e 20 mL de H2SO4 1:8 v/v. Titulamos com a solução padronizada de KMnO4, até o aparecimento de uma coloração levemente rósea, persistente por 30 s. Repetimos o procedimento para outros dois erlenmeyers.

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