Volumetria de Complexação, Provas de Química Analítica

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Universidade Federal do Espírito

Santo

Centro de Ciências Exatas – Departamento de Química

Turma 04

VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

Vitória, Espírito Santo

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Muitas aminas terciárias que contém grupos ácidos carboxílicos formam quelatos muito estáveis com diversos íons metálicos. O ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) é o titulante masi versátil. A molécula tem 6 potenciais locais para formar uma ligação com um íon metálico: os 4 grupos carboxílicos e os 2 grupos aminas. Por isso, dizemos que o EDTA é hexadentado. Em sua forma completamente protonada, tem a seguinte estrutura

(figura 1) (^) :

FIGURA 1

Esse composto é um valioso titulante pois ele se combina com íons metálicos em uma proporção de 1:1 (metal:EDTA) independente da carga do cátion. A importância do EDTA não é proveninete apenas da sua capacidade de formar quelatos com todos os cátions, mas também porque estes quelatos são estáveis durante a titulação. Tal estabilidade se deve aos distintos sítios de complexação que existem dentro da molécula, o que lhe confere uma estrutura em forma de jaula que engloba o cátion e o separa das moléculas do solvente (Figura 2)

FIGURA 3

O EDTA decompõe-se na presença de agentes oxidantes fortes, como soluções de Cr (VI) e de Ce (IV) a quente, mas seus complexos metálicos são mais resistentes. O EDTA pode ser obtido com alta pureza, na forma do ácido propriamente dito ou na forma do sal dissódico dihidratado. As duas formas possuem alta massa molar, mas o sal dissódico tem a vantagem de ser mais facilmente solúvel em água.

3. PROCEDIMENTOS [1/3]

3.1. Preparo da solução padrão de EDTA

Pesou-se em um béquer 3,7224g do sal de EDTA suficiente para preparar 1,00 L de solução 0,01mol/L. Transferiu-se quantitativamente a massa de EDTA para um balão volumétrico de 1,00 L, completou-se com água destilada e fez-se a homogeneização da solução. Em função da massa pesada de EDTA, calculou-se a concentração exata da solução.

3.2. Preparo da solução tampão pH=

Pesou-se 17,040 g de Cloreto de Amônio e, com auxílio de uma proveta, cerca de 143 mL de Hidróxido de Amônio foram recolhidos. Transferiu-se quantitativamente essas duas substâncias para um balão volumétrico de 250,00 mL e completou-se o volume com água destilada e fez-se a homogeneização.

3.3. Preparo e padronização de sulfato de zinco

Pesou-se 1,4377 g de Sulfato de Zinco suficiente para preparar 500,00mL de solução 0,01mol/L. Dissolveu-se a massa pesada com água destilada, efetuou-se a transferência para um balão volumétrico e completou-se o volume até a marca do menisco. Com uma pipeta, transferiu-se 25,00mL desta solução preparada para um erlenmeyer, adicionou-se 10,00mL do tampão e o indicador Eriocromo-T. Em seguida,

efetuou-se a titulação com o EDTA preparado anteriormente, obtendo-se uma média de volumes correspondente a 24,95 mL. Com os dados obtidos, efetuou-se os cálculos e encontrou-se a molaridade da solução de Sulfato de Zinco preparada.

3.4. Determinação do teor de magnésio em amostra desconhecida

Pipetou-se 25,00 mL de uma amostra de concentração desconhecida e transferiu-a para um erlenmeyer, ao qual adicionou-se 10,00 mL da solução tampão e uma pequena quantidade de indicador Eriocromo-T. Efetuou-se a titulação com o EDTA padronizado, obtendo uma média de 23,79 mL gastos do titulante. Com os dados obtidos, efetuou-se os cálculos e encontrou-se a molaridade da solução em estudo

vezes e, em seguida, calculou-se a % P/ P de carbonato de magnésio na amostra. A média do volume de titulante gasto foi de 37,00 mL.

3.6. Determinação do cálcio no leite em pó

Utilizando erlenmeyers, fez-se três pesagens da amostra com massa aproximada de 1,0000 g. Dissolveu-se o leite em pó num pequeno volume de água (cerca de 20,00 mL) e aqueceu-se brandamente. Adicionou-se com uma bureta volumétrica 50,00 mL de solução padrão de EDTA; 10,00 mL de soução tampão pH 10; 3,00 mL de trietanolamina e indicador Erio-T. Titulou-se com solução padronizada de sulfato de zinco, obtendo-se uma concentração média de 1,42% m/m de cálcio na amostra.

3. PROCEDIMENTOS [3/3]

3.7. Determinação de cádmio (+2) e mercúrio (+2) em amostra desconhecida

Pipetou-se 10,00 mL da amostra desconhecida e tranferiu-a para um erlenmeyer. Utilizando uma bureta, adicionou-se 30,00 mL de solução de EDTA padrão e deixou-se o sistema em repouso por 5 minutos. Posteriormente, adicionou-se 10, mL de solução tampão pH 10 e uma pequena quantidade de indicador Erio-T.

Titulou-se o excesso de EDTA com solução de sulfato de zinco padronizada até que a viragem do indicador pudesse ser observada, que ocorreu quando gastou-se em média 20,72 mL deste titulante.

Adicionou-se 0,2 g de iodeto de potássio e submeteu-se o erlenmeyer a uma ligeira agitação para a ocorrência da dissolução do sal. Continuou-se a titulação com o sulfato de zinco e a média dos novos volumes obtidos foi de 24,25 mL.

1 mol de ZnSO 4 ----- 287,54 gramas 0,05 mol de EDTA ----- M (^) teórica Mteórica = 1,4317 gramas Mpesada = 1,4377 gramas Foram realizados três ensaios na titulação da solução de ZnSO 4 .7H 2 O, com EDTA padrão, conforme a tabela a seguir:

Titulação V (^) EDTA (mL) 1 25, 2 24, 3 24, Média 24,

Na complexação do zinco com EDTA, temos a seguinte reação:

De acordo com o volume de EDTA adicionado podemos saber o número de mols de EDTA utilizados. Logo, n (^) EDTA = 0,02495L x 0,0100 mol/L = 2,49.10-4^ mol

Como a proporção é de 1:1 (Zn2+^ : EDTA) então o número de mols médio de Zn2+^ presente em 25,00mL de solução é 2,49.10 -4^ mol. Assim, a concentração de Zn 2+ em solução é: [Zn 2+^ ] = 2,49.10-4^ mol ÷ 0,025L = 0,0100 mol/L

4.4. Determinação do teor de magnésio em amostra desconhecida

Foram realizados três ensaios na titulação da amostra desconhecida, com EDTA padrão, conforme a tabela a seguir:

Titulação V (^) EDTA (mL) 1 24, 2 23, 3 23, Média 23,

De acordo com o volume de EDTA adicionado podemos saber o número de mols de EDTA utilizados. Logo, nEDTA = 0,02379 L x 0,0100 mol/L = 2,38.10 -4mol Como a proporção é de 1:1 (Mg 2+^ : EDTA) então o número de mols médio de Mg2+^ presente em 25,00mL de solução é 2,38.10 -4^ mol. Assim, a concentração de Mg2+ em solução é: [Mg2+^ ] = 2,38.10 -4mol ÷ 0,025L = 0,0095 mol/L

4.5. Determinação de Cálcio e Magnésio em Calcário

4.5.1. Determinação do cálcio

A adição de cloreto de hidroxilamônio 10% à amostra é necessária para que houvesse a redução de possiveis cátion interferentes {(Fe 3+F 0 E 0Fe 2+^ ) e Mn4+F 0 E 0Mn 2+^ )}. A trietanolamina foi adicionada por atuar como um agente complexante e o hidróxido de potássio elevou o pH da solução a 12. Após três repetições de titulação da amostra com EDTA 0,0100 mol/L, conforme procedimento descrito, os volumes de EDTA foram anotados e feito os cálculos determinou-se o conteúdo de cálcio na amostra.

Titulação V (^) EDTA (mL) 1 25, 2 25, 3 25, Média 25,

Cálculo do número de mols de cálcio: 0,0100 mol de EDTA ----- 1000,00 mL de solução nEDTA ----- 25,90 mL de EDTA nEDTA = 2,59 x 10-4^ mol

Como a reação é 1:1, temos que n (^) EDTA = n (^) CaCO3, logo: n (^) CaCO3 = 2,59 x 10-4^ mol

Cálculo da quantidade de cálcio na amostra em uma alíquota de 10,00 mL

0,0100 mol de EDTA ----- 1000,00 mL de solução nEDTA ----- 37,00 mL de EDTA n (^) EDTA = 3,70 x 10 -4^ mol

Neste caso temos 3,70 x 10-4^ de mols de EDTA e 2,59 x 10 -4^ mols de Ca 2+ (calculado anteriormente) e, portanto 1,11 x 10-4^ mol de magnésio.

Cálculo da quantidade de magnésio na amostra

1,11 x 10 -4^ mol de Mg2+^ ----- 10,00 mL da amostra X ----- 250,00 mL X = 2,775 x 10-3^ mol de Mg 2+

Cálculo do número de mols de magnésio:

1 mol de MgCO 3 ----- 84,313 g 2,775 x 10 -3^ ----- mMg MMg = 0, 2339 g de Mg 2+

0,9676 g amostra ----- 0,2339 g de CaCo (^3) 100,0 g da amostra ----- Y Y = 24,18 g de MgCO 3

Então, temos 24,18 g de CaCO 3 em 100 g de amostra.

4.6. Determinação do cálcio no leite em pó

Para que tal experimeto pudesse ser feito, baseou-se no método indireto onde a quantidade de cálcio é determinada pelo excesso de EDTA, que é titulado com ZnSO 4 , encontrando o ponto final da titulação com o indicador Eriocromo. O tampão foi adicionado antes do indicador para que, caso tivesse pequenas quantidades de ferro, ele precipitasse na forma de hidróxido. Adicionou-se cloridrato de trietanolamina para reduzir, caso estiver presente, Cu(II) para Cu(I).

EDTA + Ca2+^ F 0 E 0CaEDTA + EDTAexcesso Zn 2+^ + EDTA F 0 E 0 ZnEDTA Ind-^ + Zn 2+ F 0 E 0 ZnInd

Quantidade de EDTA = Quantidade de Ca2+^ + Quantidade de Zn 2+ Quantidade de Ca2+^ = Quantidade de EDTA - Quantidade de Zn2+

Cálculo do número de mols de EDTA: 0,0100 mol de EDTA ----- 1000,00 mL de solução nEDTA ----- 50,00 mL de EDTA nEDTA = 5,00 x 10-4^ mol Como descrito no procedimento, foram realizadas três pesagens e os valores encontrados estão tabelados a seguir, junto com o volume de sulfato de zinco gasto na titulação:

Ensaio Massa da amostra(g) VZnSO4 (mL) 1 1,0109 13, 2 1,0000 14, 3 1,0054 15,

Cálculo do número de mols de Zinco (solução padrão)

0,0100 mol ----- 1000 mL X ----- 13,80 mL X = 1,38 x 10-4^ mol de Zn 2+

Cálculo do número de mols de cálcio Quantidade de Ca2+^ = (5,00 - 1,38) = 3,62 x 10 -4^ mols de Ca 2+

1 mol de Ca2+^ ----- 40,078 g 3,62 x 10-4^ mol ----- m (^) Ca m (^) Ca = 0,01451 g de Ca2+

Cálculo do número de mols de EDTA 0,0100 mol de EDTA ----- 1000,00 mL de solução nEDTA ----- 30,00 mL de EDTA n (^) EDTA = 3,00 x 10 -4^ mol

Cálculo do número de mols de EDTA em excesso nEDTA = V1 x Concentração do sulfato de zinco nEDTA = 20,72 .10-3^ x 0,0100 mol/L n (^) EDTA = 2,072 x 10 -4^ mol

Cálculo do número de mols de mercúrio nHg = (V2 – V1) x Concentração do sulfato de zinco nEDTA = 3,53 .10-3^ x 0,0100 mol/L n (^) EDTA = 3,53 x 10 -5^ mol

Cálculo do número de mols de cádmio nCd = n° de mols de EDTA (^) total – n° de mols de EDTA (^) excesso – n° de mols de mercúrio nCd = (3,00 – 2,072 – 0,353) x 10-4^ mol nCd = 5,75 x 10-5^ mol

Cálculo da concentração de mercúrio

3,53 x 10-5^ mol ----- 10,00 mL X ----- 1000 mL Hg = 0,0035 mol/L

Cálculo da concentração de cádmio

5,75 x 10-5^ mol ----- 10,00 mL X ----- 1000 mL Cd = 0,0057 mol/L

5. CONCLUSÃO

A análise de íons metálicos pode ser feito, com sucesso, mediante o uso da complexometria. O EDTA é o complexante mais utilizado, principalmente devido suas caracteristicas como: ser hexadentado, formar complexos em proporção conhecida e gerar compostos estáveis. Um dos indicador, o que foi utilizado amplamente, é o eriocromo-T. Algumas observações minunciosas devem ser feitas ao querer submeter uma amostra a esse tipo de análise; é necessario ter um conhecimento prévio dos componentes que a contituem, para que possa ser feita adequadamente a redução dos interferentes e o ajuste do pH, qe é um fator determinante no sucesso da complexometria.

Foi possivel perceber que soluções padrão de EDTA e sulfato de zinco podem ser feitas sem grandes problemas e pode-se obter concentrações satisfatórias e compatíveis com o esperado.

Todas as análises feitas mostraram resultados bons quando levados em consideração a facilidade do métdodo e a não necessidade de utilizar recursos demasiadamente elevados para efetuar as análises, sendo utilizados apenas vidrarias básicas de laboratório.

A análise do calcário permite que aprofundemos um pouco mais na volumetria de complexação, pois mostra claramente a importancia do controle adequado do pH. A análise do leite em pó mostra os outros métodos que estão envolvidos, como a titução indireta. Os resultados obtidos estão simplificados abaixo:

Amostra desconhecida: 0,0095 mol/L de Mg 2+

Calcário = 24,18 g de MgCO 3 Calcário = 66,98 g de CaCO 3

Porcentagem de cálcio no leite em pó = 1,43 % p/p

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BACCAN, N.; ANDRADE, J. C. de; GODINHO, O. E. S.; BARONE, J. S.;

“Química Analítica Quantitativa Elementar”, 2ª edição, Editora Edgard Blücher

LTDA, Campinas, 1979

SKOOG, D.A.; wets, D.M. and Holler, F.J. Analytical Chemistry, an Introduction,

Ed. Saundersa College Publishing. Philadelfia, 6ªed.,1993.

questionário

1. Por que na titulação do magnésio é preciso manter o pH igual a 10?

Existe um gráfico (abaixo) que mostra qual é pH mínimo necessário para que a titulação de diversos íons metálicos tenha um ponto final satisfatório na ausência de agentes comlexantes. Ao observá-lo, vemos que o meio ácido é satisfatório para muitos cátions divalentes de metais pesados. Quando o pH = 10, pode-se garantir que todo o magnésio presente vai estar complexado. [PS: aparentemente é necessário adicionar duas unidades a todos os pontos na escala de pH desse gráfico]

Por que o pH na titulação do magnésio não pode ser 12? Caso o pH esteja em um ponto tão elevado asism, poderá ocorrer a formação de hidróxido de magnésio, que irá precipitar e não será possivel fazer a análise complexometrica adequadamente.

Como ocorre a detecção do ponto final na titulação de complexação com EDTA? Assim como numa volumetria ácido-base, a detecção do ponto final pode ser observada mediante uso de indicadores. Na complexometria, utilizamos o negro de eriocromo. A coloração caracteristica da viragem está ligada ao metal em que o EDTA vai se ligar, pH e ions que ficarão na solução.

Por que o indicador Negro de Eriocromo T (Ërio T) não pode ser usado na titulação de cálcio na ausência de magnésio? Para que o ponto final da titução para complexar cálcio seja satisfatório, o pH do meio deve estra acima de 8. Mas, a constante de formação do cálcio é maior do que a constante de formção do magnésio e ele precipitaria melhor em meio ácido. Logo, é necessário que a titulação do cálcio se faça em presença de magnésio pois assim é um meio de garantir a total complexação dos ions cálcio.

Qual a função de tampões e agentes mascarantes?