Determinação Da Alcalinidade Parcial E Total De Uma Amostra De Água Residual

Objetivo

Determinação da alcalinidade total e parcial de uma amostra de água residual por volumetria ácido-base e potenciometria.

Introdução

A análise volumétrica refere-se a todo procedimento em que se mede o volume de um reagente, que é usado para reagir com um analito. Em uma titulação, pequenos volumes da solução de reagente (titulante) são adicionados ao analito (titulado) até que a reação termine. A partir da quantidade que foi usada de titulante, podemos calcular a quantidade de analito que está presente. O ponto de equivalência ocorre quando a quantidade de titulante adicionado é a quantidade exata que é necessária para uma reação estequiométrica com o analito.

Para titulantes que não são padrões primários, utiliza-se uma substância padrão para calcular sua concentração exata. Tais padrões tem que ter certas características, como: alta pureza, não ser higroscópico, estável, solúvel em meio aquoso, possuir alta massa molecular e estar em estado sólido. Para titulantes ácidos geralmente utiliza-se como padrão primário o Na2B4O7.10H2O (Borato de sódio) e para bases o KHC8O4H4 (Hidrogenoftalato de potássio)¹.

A titulação do íon B4O7-2 (tetraborato) com HCl é considerado como titulação por deslocamento. O ácido bórico comporta-se como monoprótico fraco (Ka = 6.4x10-10) e a adição de excesso de HCl leva à diminuição brusca do pH, podendo-se utilizar indicadores ácido-base que estejam na faixa de pH 3,7-5,1, como o alaranjado de metila (pH = 3,1-4,4); vermelho de metila (pH= 4,4-6,2) e azul de bromo-fenol (pH= 3,0-4,6).

B4O72-(aq) + 2H+(aq) + 5H2O(l) 4H3BO3(aq) pH = 4,4

A alcalinidade total de uma água é dada pelo somatório das diferentes fontes alcalinas existentes na amostra. Os principais contribuintes, para a alcalinidade, são os hidrogenocarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO32-) e hidróxidos (HO-). Outros íons, como cloretos, nitratos e sulfatos não contribuem para alcalinidade. A distribuição entre as três formas de alcalinidade na água é em função do pH.

Para a titulação do íon CO3-2 com um ácido forte (HCl) há dois pontos de equivalência (PEQ), onde o primeiro ponto ocorre em pH = (pK1/2 + pK2/2), tendo valor de pH=8,3 e o segundo PEQ pode ser deduzido por meio da constante de dissociação e da concentração do ácido fraco, tendo pH aproximado a 3,7. Para o primeiro PEQ pode-se utilizar como indicador o azul de timol (pH = 8,0-9,6) ou a fenolftaleína (pH = 8,2-9,8) e para o segundo o alaranjado de metila (pH = 3,1-4,4) ou o vermelho do Congo (pH = 3,0-5,2)².

CO32- (aq) + H+ (aq) HCO3- (aq) pH = 8,3

HO- (aq) + H+ (aq) H2O (l) pH = 8,3

HCO3- (aq) + H+ (aq) H2CO3(aq) pH = 3,7

Método potenciométrico trata-se de uma técnica de localização do ponto final na análise volumétrica, aplicável sempre que se dispuser de um eletrodo indicador para a espécie desejada. São realizadas sucessivas medições da f.e.m.(força eletromotriz da célula), sendo cada uma delas após a adição de um certo volume de solução titulante. As medições realizadas no decorrer da titulação potenciométrica são relativas e informam sobre as variações ocorridas no potencial da célula. Através delas, pode-se estabelecer com precisão o ponto de equivalência que determinará a concentração da espécie sobre análise.

A titulação potenciométrica é mais trabalhosa do que a técnica volumétrica com indicadores visuais e requer equipamento especial, mas apresenta uma série de vantagens sobre a técnica convencional como: maior sensibilidade, pode ser aplicada a soluções diluídas; pode ser empregada para soluções coloridas ou turvas, pois dispensa o uso de indicadores visuais e pode-se determinar sucessivamente vários componentes.

Metodologia

Preparo de Soluções

• Solução de HCl 0,025 M: Pipetou-se 1,53 mL de HCl 25% e preparou-se a solução em um balão de 500 mL com água destilada.

• Solução padrão de boráx 0,0125 M: Pesou-se 0,4767g de bórax e preparou-se a solução em um balão de 100 mL com água destilada.

• Tampão pH = 4,0: Pesou-se 0,5108 g de KH2PO4 e preparou-se a solução em um balão de 50 mL com água destilada.

• Tampão pH = 6,88: Pesou-se 0,1695 g de KH2PO4 e 0,1767 g de Na2HPO4.7H2O e preparou-se a solução em um balão de 50 mL com água destilada.

Procedimento Experimental

Determinação de CO3-2 e HCO3-

Parte 2: Potenciometria

Calibração do potenciômetro

Utilizando as soluções tampões de pH = 4,0 e pH = 6,88, calibrou-se o potenciômetro.

Titulação com HCl padronizado

Titulou 25 mL de amostra de água residual com HCl e tomou nota dos valores de pH no intervalo de 1mL para valores distantes do ponto de equivalência ou 0,2mL para valores próximos do ponto de equivalência. Repetiu-se a análise três vezes.

Resultados e discussão

Parte 1: Volumetria

Padronização do ácido clorídrico

O titulante é uma solução de ácido clorídrico e ele por não ser um padrão primário, é necessário realizar sua padronização, com uma solução de bórax, de acordo com a reação abaixo (1):

B4O72- (aq) + 2H+ (aq) + 5H2O (l) 4H3BO3(aq) (1)

Fez-se a padronização do ácido clorídrico em quadruplicata. Os valores medidos nas titulações estão apresentados na Tabela 1, cuja concentração real do ácido é de 0,02265 mol.L-1.

Tabela 1: Volume de HCl, gasto para padronização com solução de bórax (Vbórax = 20,00 mL).

Ensaios VHCl gasto (mL)

1° 21,90

2° 21,90

3° 21,90

4° 22,00