Titulação ácido-base - Acid–base titration

Titulação NaOH HCl PP.ogv

Uma titulação ácido-base é um método de análise quantitativa para determinar a concentração de um ácido ou base neutralizando -o exatamente com uma solução padrão de base ou ácido com concentração conhecida. Um indicador de pH é usado para monitorar o progresso da reação ácido-base . Se a constante de dissociação de ácido (p K _a ) da constante de dissociação de ácido ou base (p K _b ) de base na solução do analito for conhecida, sua concentração de solução ( molaridade ) pode ser determinada. Alternativamente, o p K _a pode ser determinado se a solução de analito tiver uma concentração de solução conhecida, construindo uma curva de titulação .

Alcalimetria e acidimetria

A alcalimetria e a acidimetria são um tipo de análise volumétrica em que a reação fundamental é uma reação de neutralização. A acidimetria é o uso analítico especializado da titulação ácido-base para determinar a concentração de substâncias básicas (sinônimas de alcalinas) usando ácido padrão. Alcalimetria é o mesmo conceito da titulação ácido-base analítica especializada, mas para uma substância ácida usando base padrão.

Escolha do indicador

Uma titulação ácido-base usando fenolftaleína como indicador. O frasco cônico continha a solução que acabou de atingir o ponto final.

Um indicador de pH adequado deve ser escolhido para detectar o ponto final da titulação. A mudança de cor ou outro efeito deve ocorrer próximo ao ponto de equivalência da reação para que o experimentador possa determinar com precisão quando esse ponto é alcançado. O pH do ponto de equivalência pode ser estimado usando as seguintes regras:

Um ácido forte reagirá com uma base forte para formar uma solução neutra (pH = 7).
Um ácido forte reagirá com uma base fraca para formar uma solução ácida (pH <7).
Um ácido fraco reagirá com uma base forte para formar uma solução básica (pH> 7).

Quando um ácido fraco reage com uma base fraca, a solução do ponto de equivalência será básica se a base for mais forte e ácida se o ácido for mais forte. Se ambos tiverem a mesma intensidade, o pH de equivalência será neutro. No entanto, os ácidos fracos não são frequentemente titulados em relação às bases fracas porque a mudança de cor mostrada com o indicador é frequentemente rápida e, portanto, muito difícil para o observador ver a mudança de cor.

O ponto em que o indicador muda de cor é chamado de ponto final . Um indicador adequado deve ser escolhido, de preferência um que experimente uma mudança na cor (um ponto final) próximo ao ponto de equivalência da reação.

Análise matemática: titulação de ácido fraco

$Titulação de ácido fraco com base forte$

O pH de uma solução de ácido fraco sendo titulado com uma solução de base forte pode ser encontrado em diferentes pontos ao longo do caminho. Esses pontos se enquadram em uma das quatro categorias:

pH inicial
pH antes do ponto de equivalência
pH no ponto de equivalência
pH após o ponto de equivalência

para um cálculo mais rigoroso, é necessário usar um gráfico RICE . Na verdade, as equações abaixo são uma simplificação do gráfico RICE.

Animação de titulação com titulante base

O pH inicial é aproximado para uma solução de ácido fraco em água usando a equação
${\ displaystyle {\ ce {pH}} = - \ log [{\ ce {H3O +}}] _ {0} = - \ log {\ frac {{\ sqrt {K_ {a} ^ {2} + 4K_ { a} C_ {a}}} - K_ {a}} {2}}}$
onde é a constante de dissociação, é a concentração do ácido e é a concentração inicial dos íons hidrônio (dividido por mol / L). ${\ displaystyle K_ {a}}$ ${\ displaystyle C_ {a}}$ ${\ displaystyle {\ ce {[H3O +] 0}}}$
O pH antes do ponto de equivalência depende da quantidade de ácido fraco remanescente e da quantidade de base conjugada formada. O pH pode ser calculado aproximadamente pela equação de Henderson-Hasselbalch :
${\ displaystyle {\ ce {pH}} = - \ log [{\ ce {H3O +}}] = - \ log K_ {a} - \ log {\ frac {C_ {a} V_ {a} -C_ {b } V_ {b}} {C_ {b} V_ {b}}}}$
com
${\ displaystyle C_ {a}}$ = concentração inicial do ácido, dividido por mol / L.

${\ displaystyle C_ {b}}$ = concentração da base adicionada, dividida por mol / L.

${\ displaystyle V_ {a}}$ = volume inicial do ácido.

${\ displaystyle V_ {b}}$ = volume da base adicionada.
No ponto de equivalência , o ácido fraco é consumido e convertido em sua base conjugada. O pH será maior que 7 e pode ser calculado a partir de uma equação derivada das seguintes relações:
1. ${\ displaystyle C_ {a} V_ {a} = C_ {b} V_ {b}}$
2. ${\ displaystyle K_ {a} K_ {b} = K_ {w} = 10 ^ {- 14}}$
3. ${\ displaystyle {\ ce {pH}} _ {eq} = - \ log [{\ ce {H3O +}}] _ {eq} = 14 + \ log [{\ ce {OH -}}] _ {eq} }$
${\ displaystyle {\ ce {pH}} = 14+ \ log {\ frac {{\ sqrt {K_ {b} ^ {2} + 4K_ {b} C}} - K_ {b}} {2}}}$

com

${\ displaystyle C = {\ frac {C_ {a} C_ {b}} {C_ {a} + C_ {b}}} = {\ frac {C_ {b} V_ {b}} {V_ {a} + V_ {b}}}}$

${\ displaystyle K_ {b} = {\ frac {K_ {w}} {K_ {a}}}}$

Observe que quando um ácido neutraliza uma base, o pH pode ou não ser neutro (pH = 7). O pH depende da concentração do ácido e da base.
Após o ponto de equivalência , a solução conterá duas bases: a base conjugada do ácido e a base forte do titulante. No entanto, a base do titulante é mais forte do que a base conjugada do ácido. Portanto, o pH nesta região é controlado pela base forte. Como tal, o pH pode ser encontrado usando o seguinte:
${\ displaystyle {\ ce {pH}} = 14+ \ log [{\ ce {OH ^ -}}] = 14+ \ log {\ frac {C_ {b} (V_ {b} -V_ {b} eq )} {V_ {a} + V_ {b}}} = 14+ \ log {\ frac {C_ {b} V_ {b} -C_ {a} V_ {a}} {V_ {a} + V_ {b }}}}$
onde é o volume base adicionado até o equilíbrio. ${\ displaystyle V_ {b} eq}$

Fórmula única

Mais precisamente, uma única fórmula que descreve a titulação de um ácido fraco com uma base forte do início ao fim é fornecida abaixo:

{\ displaystyle \ phi = {\ frac {C_ {b} V_ {b}} {C_ {a} V_ {a}}} = {\ frac {\ alpha _ {{\ ce {A ^ -}}} - {\ frac {{\ ce {[H +] - [OH ^ -]}}} {C_ {a}}}} {1 + {\ frac {{\ ce {[H +] - [OH ^ -]}} } {C_ {b}}}}}}

{\ displaystyle \ alpha _ {{\ ce {A ^ -}}} = {\ frac {K_ {a}} {[{\ ce {H +}}] + K_ {a}}}}

onde "φ = fração de conclusão da titulação (φ <1 é antes do ponto de equivalência, φ = 1 é o ponto de equivalência e φ> 1 é após o ponto de equivalência)

{\ displaystyle C_ {a}, C_ {b}}

= as concentrações do ácido e da base, respectivamente

{\ displaystyle V_ {a}, V_ {b}}

= os volumes do ácido e da base, respectivamente

{\ displaystyle \ alpha _ {{\ ce {A ^ -}}}}

= a fração do ácido fraco que é ionizado

{\ displaystyle K_ {a}}

= a constante de dissociação para o ácido

{\ displaystyle {\ ce {[H +], [OH ^ -]}}}

= concentrações dos íons H ⁺ e OH ^- respectivamente

Galeria

Métodos gráficos

O processo de titulação cria soluções com composições que variam de ácido puro a base pura. Identificar o pH associado a qualquer estágio do processo de titulação é relativamente simples para ácidos e bases monopróticos. A presença de mais de um grupo de ácido ou base complica esses cálculos. Métodos gráficos, como o equilígrafo, há muito tempo são usados para explicar a interação de equilíbrios acoplados. Esses métodos de solução gráfica são simples de implementar, mas raramente são usados.

Veja também

Equação de Henderson-Hasselbalch
Gran plot (também conhecido como Gran titulação ou método Gran)

Referências

links externos

Fórmulas analíticas simples para a titulação de ácidos N-próticos. Válido para qualquer número de N: 1-monoprótico, 2-diprótico até N = 6 (por exemplo, EDTA).

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