Titulação
Cientista 1: Ei, você sabe a concentração dessa solução de ácido forte X?
Cientista 2: Não. Mas eu sei como podemos descobrir!
Cientista 1: Como?
Cientista 2: Misturando-o estrategicamente com uma base forte.
Cientista 1: Como isso poderia nos dizer algo útil sobre a concentração de X? A realização de uma reação pode alterar as propriedades da substância!
Cientista 2: Não se preocupe, meu amigo! Preste atenção e eu lhe direi.
Vamos pensar nas reações entre ácidos e bases fortes. Essas reações são freqüentemente chamadas de reações de neutralização . Qualquer adivinha por quê? Bem, quando você adiciona ácidos fortes a bases fortes, os íons de hidrogênio do ácido reagem com os íons de hidróxido da base para criar um produto neutro: água!
H + + OH- -> H2O
Ácidos e bases reagem na proporção de 1: 1. Quando você adiciona base ao ácido (ou vice-versa), uma vez que o pH é neutro (7), você sabe que tem partes iguais de ácido e base presentes. Se você acompanhar a quantidade de solução que adicionou para atingir o pH neutro, poderá determinar a concentração do desconhecido! Este processo é chamado de titulação . A titulação ocorre quando uma solução de propriedades conhecidas (chamada titulante ) é usada para analisar as propriedades de uma solução desconhecida. As titulações são frequentemente utilizadas na química ácido-base para determinar a concentração de uma solução desconhecida.
Em uma titulação, como a proposta por nossos cartoon cientistas, pegamos uma amostra de nosso ácido forte de concentração desconhecida. Em seguida, adicionamos alguma base forte, apenas um pouco de cada vez, até que a concentração dos íons hidrogênio seja igual à concentração dos íons hidróxido. Este ponto, conhecido como ponto de equivalência , é quando a quantidade de íons hidrogênio e íons hidróxido são iguais e o pH = 7. Encontramos este ponto monitorando o pH com uma sonda ou adicionando solução indicadora , um produto químico especial que muda de cor dentro de uma faixa de pH específica.
Idealmente, o ponto de equivalência ocorre quando a titulação para. O ponto em que a titulação para é chamado de ponto final . Como sabemos quanto titulante adicionamos, podemos inferir a concentração da solução desconhecida. Veremos isso com mais detalhes posteriormente.
Curvas de Titulação
Os dados coletados durante a titulação podem ser usados para criar uma curva de titulação ou um gráfico de pH versus volume de titulante adicionado. As curvas de titulação começam com o pH da solução desconhecida e terminam com o pH do titulante. Todas as curvas de titulação têm características semelhantes; para mim, todos parecem slides. Como muitos slides, as curvas de titulação começam com uma inclinação que é suave e gradual inicialmente, dramática no meio e depois suave no final. O ponto de equivalência ocorre no meio da encosta dramática.
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Uma titulação na qual um ácido forte é titulado usando uma base forte terá uma curva de titulação semelhante ao Gráfico 1 acima. Um slide modelado a partir dessa curva certamente seria um passeio intenso, se não assustador. Inicialmente, o pH da solução é baixo, mudando muito gradualmente até que, de repente, ocorre um aumento acentuado do pH. Conforme observado anteriormente, o ponto de equivalência está localizado no meio desta inclinação. Para titulações de ácido-base forte, o ponto de equivalência é sete. Se a titulação continuar além do ponto final, os valores de pH continuam a subir até os da base pura.
Você consegue imaginar como seria a curva de titulação quando uma base forte fosse titulada com um ácido forte? Deve ser o oposto da curva de titulação que acabamos de ver. Inicialmente, o pH está alto, mudando muito gradualmente até que haja uma diminuição repentina e acentuada do pH. Conforme a titulação continua, a diminuição do pH torna-se mais gradual.
Determinando a concentração de uma substância desconhecida a partir da titulação
A maneira de determinar a concentração da substância desconhecida a partir dos dados de titulação é usando a equação: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -).
A concentração de íons de hidrogênio vezes o volume de íons de hidrogênio é igual à concentração de íons hidróxido vezes o volume de íons hidróxido. Certifique-se de que a concentração é em termos de molaridade, ou mol / L, e o volume é em termos de litros.
- Reúna as informações. Você precisa saber a concentração e o volume de ácido / base que adicionou e a quantidade da substância desconhecida com a qual começou.
- Configure sua equação e preencha todos os valores conhecidos.
- Faça os cálculos.
Aqui está um exemplo: uma solução de HCl de 40 mL é titulada com 24,64 mL de uma solução de KOH 0,55 M. Qual é a concentração da solução de HCl?
Etapa um: reúna as informações
O volume dos íons de hidrogênio é de 40 mL. Nós convertemos isso em litros dividindo por 1000.
- VH ^ + = 40 mL = 40 mL * 1 L / 1000 mL = 0,04 L
- cOH ^ – = 0,55 mol / L
- VOH ^ – = 24,64 mL = 24,64 mL * 1 L / 1000 mL = 0,02464 L
- cH ^ + =?
Etapa dois: configurar a equação e preencher os valores conhecidos
Aqui está nossa equação novamente: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -). Podemos reorganizar para resolver a concentração de íons de hidrogênio dividindo ambos os lados pelo volume dos íons de hidrogênio: cH ^ + = (cOH ^ -) (VOH ^ -) / VH ^ +.
Agora, inserimos nossos valores: cH ^ + = (0,55 mol / L) (0,02464 L) / 0,040 L.
Etapa três: faça os cálculos
Litros irão cancelar:
- cH ^ + = (0,55 mol / L) (0,02464 L) / 0,040 L.
- cH ^ + = 0,3388 mol / L
A concentração da solução de HCl é 0,3388 mol / L.
Determinando o pH durante a titulação
Titulações entre ácidos e bases fortes sempre resultarão em um pH de 7 no ponto de equivalência. Quão legal é isso? Esse fenômeno ocorre porque ácidos e bases fortes se dissociam 100% em solução. Além disso, os ácidos e bases conjugados produzidos por ácidos e bases fortes não afetam o pH.
Se você precisar determinar o pH durante a titulação em pontos diferentes do inicial ou ponto final / ponto de equivalência, você precisará fazer algumas contas! É fácil determinar o pH em qualquer ponto de uma titulação para um ácido e uma base fortes. Para determinar o pH, precisaremos da concentração e do volume da substância que está sendo titulada e da concentração e do volume do titulante adicionado no intervalo de interesse. Faremos um pouco de estequiometria para descobrir o pH. Nosso processo é melhor resumido em três etapas fáceis:
- Determine os moles de cada reagente presente.
- Determine qual reagente está em excesso.
- Calcule o pH com base na concentração do reagente em excesso.
Imagine que estamos titulando uma amostra de 10 mL de HCl 2 M com KOH 0,5 M e queremos saber o pH depois de adicionar 20 mL de KOH. Sabemos que HCl e KOH reagem na proporção de 1: 1 para produzir H2O e KCl.
HCl + KOH -> H2O + KCl
Nenhum desses produtos influencia o pH, portanto, não precisamos considerar sua presença em nossos cálculos estequiométricos.
Etapa um: determinar o número de moles de cada reagente presente
100% dos íons de hidrogênio vêm do HCl, então precisamos determinar o número de moles de HCl na solução. Para fazer isso, multiplicamos a molaridade de HCl pelo volume de HCl em litros: 2 M HCl x 0,010 L = 0,020 moles de HCl = 0,020 moles H ^ + íons.
Em seguida, determinamos o número de mols de OH ^ – que foram adicionados. Da mesma forma, 100% dos íons OH ^ – em solução vieram do KOH. Multiplicamos a molaridade de KOH pelo volume que foi adicionado: 0,5 M KOH x 0,020 L = 0,010 moles KOH = 0,010 moles OH ^ -.
Etapa dois: determinar qual reagente está em excesso
Temos 0,020 moles de íons H ^ + e 0,010 moles de íons OH ^ -. Essas espécies reagem na proporção de 1: 1, o que nos deixará sobrando íons H ^ +. Assumindo que 100% do OH ^ – reage com os íons H ^ +, 0,010 moles de íons H ^ + permanecerão: 0,020 moles H ^ + inicialmente – 0,010 moles reagindo com OH ^ – = 0,010 moles H ^ +.
Etapa três: calcular o pH com base na concentração de reagente em excesso
Como sabemos o número de mols de íons H ^ + que permanecerão na solução, podemos dividir pelo volume total da solução para determinar a concentração de íons H ^ + e, então, determinar o pH.
- 0,010 moles H ^ + / (0,010 L + 0,020 L) = 0,010 moles / 0,030 L = 0,33 MH ^ +
- pH = -log (H ^ +) = -log (0,33) = 0,48
Esse é o nosso pH!
Resumo da lição
A titulação ocorre quando uma solução de propriedades conhecidas (chamada titulante ) é usada para analisar as propriedades de uma solução desconhecida. As titulações são frequentemente utilizadas na química ácido-base para determinar a concentração de uma solução desconhecida.
As reações de neutralização ocorrem quando íons de hidrogênio de ácidos fortes e íons de hidróxido de bases fortes reagem para formar água. O ponto de equivalência de uma titulação ocorre quando quantidades iguais de íons hidrogênio e íons hidróxido estão em solução. Para ácidos e bases fortes, o pH no ponto de equivalência é 7.
A curva de titulação , ou um gráfico de pH versus mL de titulante adicionado, pode ser feita a partir de dados de titulação. As curvas de titulação para ácidos e bases fortes apresentam inclinações dramáticas. Para determinar a concentração de um desconhecido usando dados de titulação, use esta equação: (cH ^ +) (VH ^ +) = (cOH ^ -) (VOH ^ -). Certifique-se de que a concentração é em termos de molaridade, ou mol / L, e o volume é em termos de litros.
Para determinar o pH durante a titulação em qualquer outro ponto diferente do ponto de equivalência, siga estas três etapas:
- Determine os moles de cada reagente presente.
- Determine qual reagente está em excesso.
- Calcule o pH com base na concentração do reagente em excesso.
Resultados de Aprendizagem
O conteúdo desta lição pode fornecer o conhecimento necessário para:
- Dê as definições de titulação, titulante, reação de neutralização e ponto de equivalência
- Realize uma titulação e interprete uma curva de titulação
- Identifique a equação para determinar a concentração de uma solução desconhecida usando dados de titulação
- Descreva as etapas para determinar o pH de uma solução durante a titulação