Relatório-2-1-1 (1)

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INTRODUÇÃO AO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE E À POTENCIOMETRIA DE H + TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DE UM AMINOÁCIDO TERMODINÂMICA Mestrado integrado em Bioengenharia 2014/2015

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INTRODUO AO EQUILBRIO CIDO-BASE E POTENCIOMETRIA DE H+Titulao Potenciomtrica de um Aminocido Termodinmica

Mestrado integrado em Bioengenharia2014/2015

Ana Filipa Adonias Costa up201403759 Data do trabalho: 27/02/2015Maria Joo Ferreira Pacheco up201405251 Data do relatrio: 6/03/2015Mariana Mendes Martins Coelho up201405133 Grupo 3, MIB 2ndice

Introduo3Procedimento experimental4Cuidados a ter5Condies experimentais5Resultados experimentais6Dados obtidos experimentalmente 6Dados conhecidos 8Incertezas dos instrumentos de medida 8 Dados a retirar da titulao da glicina.9Formulrio 9Processamento dos dados experimentais10Clculos e respetivos erros 10Erros absolutos 15Erros relativos 16Compilao dos resultados17Discusso dos resultados21Concluso23Bibliografia24

IntroduoEsta atividade experimental teve dois objetivos principais: a calibrao do eltrodo de pH, e a titulao da glicina com a determinao da sua concentrao. A calibrao do eltrodo foi possvel atravs da medio do potencial eltrico de 3 solues diferentes (cida, bsica e neutra), todas de pH conhecido, o que nos permitiu traar a reta de calibrao do pH () e calcular a sensibilidade do aparelho, sabendo que, sendo F a constante de Faraday, e R a constante dos gases perfeitos. Este valor ser menor que um, sendo que quanto mais prximo deste valor, mais precisa ser a medio do potencial eltrico, uma vez que o aparelho mais sensvel passagem de eletres. A 2 parte consiste numa titulao potenciomtrica da glicina. A glicina um aminocido e, como tal, possui um grupo amina (-NH2, grupo bsico) e um grupo carboxilo (-COOH, grupo cido) sendo, por isso, necessrio recorrer a um cido forte, o HCl, e a uma base forte, o NaOH, para contrariar o efeito tampo produzido por ambas as espcies. Com a adio de HCl, a glicina fica sob a sua forma mais protonada, NH3+-CH2-COOH, sendo por isso titulada com o NaOH, base forte. O pH da soluo no ponto inicial da titulao ento determinado pela protlise da espcie NH3+-CH2-COOH. Com pequenas adies de NaOH, o grupo carboxilo vai perdendo os seus protes e, por isso at ao 1 ponto de equivalncia, o efeito tampo dado pelo par conjugado -COOH/-COO-. Isto significa que no 1 ponto de equivalncia, o grupo carboxlico encontra-se completamente desprotonado (NH3+-CH2-COO-). A partir deste momento, o grupo NH3+ que se vai encarregar de tamponar a soluo perante a adio de base forte (tampo -NH3+/- NH2). No 2 ponto de equivalncia, temos ento toda a glicina sob a forma de NH2-CH2-COO-. Neste 2 ponto de equivalncia, a variao de pH menos notria do que no 1 ponto devido fraqueza do cido NH3+. O objetivo principal da titulao ento determinar o volume de titulante (NaOH) para o qual esto presentes quantidades estequiomtricas do titulante e do titulado, Cglicina*Vglicina= Ctitulante* Vtitulante..Toda esta 2 parte foi acompanhada pela medio do potencial eltrico que foi possvel converter para valores de pH atravs da reta de calibrao obtida na 1 parte.

Procedimento experimental

Como j foi referido anteriormente, esta atividade experimental pode ser divida em duas partes: a calibrao do eltrodo do pH e a titulao da glicina com a determinao da sua concentrao.Em ambas as partes o procedimento experimental foi de encontro ao protocolo dado pelo docente da parte prtica da unidade curricular, com apenas uma pequena alterao de relevncia pouco significativa: na 1 parte do protocolo o pH-metro j se encontrava configurado em modo de leitura para potencial eltrico em mV (1 parte, passo 5). Isto permitiu poupar tempo aos alunos, prosseguindo a experincia mais rapidamente.Para alm disto, relativamente s condies em que a experincia foi realizada, apesar de a temperatura prevista ser a temperatura padro (25 C ou 298 K), a temperatura do laboratrio rondava os 24 C, o que, obviamente, no produziu qualquer efeito significativo nos resultados obtidos.O restante procedimento experimental em nada diferiu do protocolo dado.

Cuidados a ter: importante referir alguns cuidados especiais que tivemos que ter em relao ao procedimento e manuseamento dos materiais ao longo desta experincia: Ao secar a membrana do eltrodo com papel absorvente, NO A FRICCIONAR. Ao mergulhar o eltrodo na soluo padro de pH ter em conta que a que a ponte salina se encontra abaixo da sua superfcie e IMPEDIR QUE O AGITADOR BATA NO ELCTRODO; No final da utilizao do eltrodo, proteg-lo, introduzindo-o, COM MUITO CUIDADO, na cpsula que foi retirada no passo 2 do Procedimento 1.

Condies experimentais: Tambm importante referir as condies em que o trabalho foi realizado: A temperatura do laboratrio no diferia muito de 25 C; Presso atmosfrica, aproximadamente 1 atm;

Resultados experimentais Dados obtidos experimentalmenteTabela 1 - Valores das medies das variveis experimentais do procedimento 1pH da soluo tampoE (mV)Temperatura ( C)

4,0117423,7

7,00-224,3

9,21-13023,9

Tabela 2 - Valores das medies das variveis experimentais do procedimento 2Volume adicionado (mL)E (mV)Temperatura ( C)

0,029124,3

0,528924,2

1,028624,2

1,528324,3

2,027924,3

2,527624,3

3,027324,3

3,526924,3

4,026524,3

4,526124,4

5,025724,4

5,525324,4

6,024824,4

6,524324,4

7,023524,4

7,523124,4

8,022324,4

8,521224,5

9,019524,5

9,515024,5

9,7-924,5

9,9-6224,5

10,1-8524,5

10,3-9124,5

10,5-10124,4

10,7-10324,4

10,9-11124,4

11,1-11324,4

11,6-12524,4

12,1-13324,4

12,6-13924,4

13,1-14524,4

13,6-15024,4

14,1-15524,4

14,6-16124,4

15,1-16624,5

15,6-17124,5

16,1-17524,5

16,6-18124,5

17,1-18924,5

17,6-19924,5

18,1-20124,5

18,6-21024,5

19,1-22124,5

19,6-23624,5

20,1-25124,5

20,7-26924,5

21,1-27024,6

21,6-27724,5

22,1-28224,5

22,3-28424,5

22,5-28624,5

22,7-28724,5

23,2-29024,5

23,7-29224,5

Dados conhecidosTabela 3 - Dados conhecidos das experincias 1 e 2SoluoConcentrao

NaOH0,250 M

HCl1,000 M

Glicina0,050 M

pKa1 terico2,34

pKa2 terico9,60

pH isoeltrico terico5,97

Incertezas dos instrumentos de medidaTabela 4 - Incertezas dos instrumentos de medidaInstrumentoIncerteza

Pipeta volumtrica de 50 mL 0,05 mL

Pipeta graduada de 5 mL 0,03 mL

pH-metro 1 mV

Bureta graduada de 25 mL 0,05 mL

Dados a retirar da titulao da glicina (com base na Tabela 2)Tabela 5 Titulao da glicinaVolume de NaOHPotencial lidopH

pKa19,60/2=4,80 mL0,257 V2,58

1 Ponto de Equivalncia(9,50+9,70)/2=9,60 mL(0,15-0,009)/2=0,0705 V5,77=pHisoeltrico

pKa21,5*9,60=14,40 mL-0,161 V9,73

2 Ponto de Equivalncia19,10 mL-0,221 V10,76

Tabela 6 Formas mais comuns da glicinaFrmula condensadafrmula molecular

H2G+NH3+-CH2-COOH

HGNH3+-CH2-COO-

G-NH2-CH2-COO-

Formulrio

, onde n o nmero de moles (em mol) e V o volume da soluo (dm3), no ponto de equivalncia, onde o nmero de moles de cido (em mol) e o nmero de moles de baseE = Econstante (2,303 RT / F ) pHext, em que a corresponde a, aproximadamente, -2,303 RT / F, e b corresponde medio do Econstante do elctrodo

Processamento dos dados experimentais Clculos Na primeira parte deste trabalho, foi realizada a calibrao do eltrodo de pH, utilizando trs solues tampo a trs valores de pH diferentes, 4,01, 7 e 9,21, respetivamente, de modo a traar uma reta de regresso linear de E=f(pH), obtendo para isto os valores lidos no pH-metro do potencial eltrico de cada uma das solues. Assim sendo, ao linearizar os dados obtidos na Tabela 1 com uma calculadora grfica (CASIO), obteve-se a seguinte reta:

Figura 1 - Reta de regresso linear de E=f(pH)

Nesta primeira parte, pde determinar-se a sensibilidade do aparelho, atravs do quociente entre o declive obtido experimentalmente e o declive terico (a=-2,303RT/F):

Pde tambm determinar-se, nesta fase, o potencial de assimetria, ou seja, o valor de potencial lido pelo eltrodo quando pH=7, e que deve encontrar-se na gama dos 20 mV relativamente ao zero. O valor lido pelos utilizadores foi de -2 mV.

Quanto segunda parte da experincia, esta teve incio com uma soluo de glicina de concentrao 0,050 M. Depois de, com o pH-metro, se analisar o pH da soluo (pH=6,416, derivado de E=0,033 V), concluiu-se que a espcie da glicina mais abundante na soluo seria HG, ou NH3+ - CH2 - COO-, espcie anfiprtica, o que justifica o valor mais ou menos neutro de pH encontrado. Assim, para conseguir realizar a titulao potenciomtrica da glicina e analisar os seus dois pontos de equivalncia, sabendo que esta teria que estar na sua forma completamente protonada (H2G+), foi-lhe adicionado HCl, tal que:

pH inicial da soluo de H2G+:Einicial = 291 mV

pH da soluo de glicina ao atingir V(NaOH)=Vequivalente/2Quando o volume de hidrxido de sdio adicionado corresponde a metade do volume equivalente, tem-se

Incio: ,ou seja, n(HG)=n(H2G+), e segundo a equao de Henderson-Hasselbach:

pH no 1 ponto de equivalncia pH isoeltrico Vequivalente = 9,6 mL=Vpico 1 - Vpico 2(atravs dos picos da derivada do grfico da figura 2)E = 0,0705 V

pH quando V=1,5*Vequivalente (V = 1,5*9,6 mL = 14,4 mLE = -0,161 V

pH no 2 ponto de equivalnciaV total = (50,00+2,50+19,10) mL = 71,6 mLn(NaOH) = 0,25 M * 19,1*10-3 dm3 = 4,8*10-3 mol

Depois destes clculos, pode inferir-se acerca da concentrao da glicina, antes e depois da titulao.

- Concentrao inicial da glicina completamente protonada, H2G+:

Erro associado concentrao inicial da glicina:

- Concentrao da glicina aps a titulao, na sua forma mais bsica, G-:

Todos estes clculos podem ser ilustrados pelo grfico obtido com os dados da Tabela 2, e respetiva derivada destes valores:

Figura 2 - Grfico pH em funo do volume equivalente de NaOH e derivada

Erros absolutos:De seguida, so apresentados os erros absolutos relativamente a cada valor obtido experimentalmente.V equivalente:

pKa 1:

pKa 2:

[glicina]:

pH isoeltrico:

Erros relativos:Calculou-se, tambm, os erros relativos para, assim, avaliar melhor a exatido dos valores obtidos.~

V equivalente:

pKa 1:

pKa 2:

[glicina]:

pH isoeltrico:

Compilao dos resultadosNesta seco, feito um confronto entre os valores obtidos pelos restantes grupos e os que foram apresentados anteriormente. Para avaliar a preciso, e, uma vez que o grupo apenas efetuou um ensaio, procedeu-se ao clculo da mdia dos resultados obtidos pela turma, calculando-se, de seguida, o desvio padro.

Tabela 7 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao volume equivalente

Grupo 110,1 mL

Grupo 210,2 mL

Grupo 39,60 mL

Grupo 49,90 mL

Grupo 510,1 mL

Grupo 69,80 mL

Preciso (desvio padro):

Tabela 8 - Resultados obtidos pela turma relativamente concentrao da glicinaGrupo 10,0505 M

Grupo 20,0510 M

Grupo 30,0460 M

Grupo 40,0495 M

Grupo 50,0510 M

Grupo 60,0460 M

Preciso (desvio padro):

Tabela 9 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao 1 ponto de equivalnciaGrupo 12,45

Grupo 22,46

Grupo 32,58

Grupo 42,39

Grupo 52,29

Grupo 62,45

Preciso (desvio padro):

Tabela 10 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao 2 ponto de equivalnciaGrupo 19,75

Grupo 29,78

Grupo 39,73

Grupo 49,65

Grupo 59,59

Grupo 69,69

Preciso (desvio padro):

Tabela 11 - Resultados obtidos pela turma relativamente ao ponto isoeltrico

Grupo 16,60

Grupo 26,17

Grupo 35,77

Grupo 46,02

Grupo 55,94

Grupo 66,07

Preciso:

VarivelValorIncertezaResultadoErro relativoDesvio padro

Vequivalente9,60 mL0,05 mL(9,60 0,05) mL4,00%0,226

[glicina]0,0460 M0,00001 M(0,046000,00001) M10,30%2,39*10-3

pka12,58---2,581,35%0,095

pka29,73---9,738,60%0,07

pI5,77---5,773,35%0,282

Tabela 12 - Resultados obtidos pelo grupo* - No existe uma incerteza associada aos valores de pH, visto que estes foram calculados com base na reta de regresso linear

Discusso dos resultadosAps a realizao de ambas as partes do protocolo fornecido na aula prtica-laboratorial 2, e o respetivo clculo dos erros experimentais associados execuo do trabalho, podemos refletir acerca da preciso e exatido dos valores obtidos:- quanto primeira parte da experincia, que consistiu na calibrao do eltrodo de pH, obtivemos uma reta de calibrao, cujo declive pode ser relacionado com a sensibilidade do aparelho, que foi calculada anteriormente e da qual se obteve o valor de 0,9888876, o que bastante satisfatrio, pois, sabendo que este parmetro tem de ser sempre menor que a unidade, mas to prximo deste valor quanto possvel, o valor que resultou dos clculos apresentados muito prximo da idealidade, o que revela a exatido do aparelho em posteriores medies. Para alm disso, pode tambm discutir-se o resultado obtido para o potencial de assimetria, potencial medido pelo aparelho quando pH=7 (neste caso em especfico), e que deve ser to prximo quanto possvel do valor nulo, o que prova do seu bom funcionamento. O valor obtido foi de -2 mV, e sabendo que este valor no deve afastar-se do zero mais que 20 mV, este foi tambm um resultado muito satisfatrio;- quanto ao valor do volume equivalente de hidrxido de sdio gasto para titular a soluo de glicina at ao 1 ponto de equivalncia, que calculado pela diferena entre os volumes do segundo e primeiro picos da derivada, obtivemos o valor de 9,6 mL, que quando comparado com o valor terico encontrado (10 mL), apresenta um erro relativo de 4,00%. Disto conclui-se que o valor obtido relativamente exato. No entanto, reconhece-se que podero ter ocorrido alguns erros ao longo da realizao do protocolo, como por exemplo na medio dos volumes de base a adicionar de cada vez, visto que se tratava de quantidades muito pequenas (de 2 mL ou 5 mL), o que dificultava a medio acurada destes volumes. Para alm disso, o facto de apenas termos realizado adies de 2 mL de NaOH quando a soluo se aproximava dos seus pontos de equivalncia leva-nos a pensar que, principalmente relativamente ao segundo ponto, a adio de base no ter sido feita nos momentos mais corretos, pelo que podero surgir alguns fatores de erro deste facto. Para alm disto, o facto de os instrumentos de medida utilizados serem analgicos limita bastante a preciso das medidas, visto que estas so dotadas de uma quantidade reduzida de algarismos significativos, o que acaba por ser tambm um fator de incremento do erro.- quanto preciso do valor obtido para o volume equivalente, comparando o resultado obtido pelo grupo com os resultados da turma, pode dizer-se que estes tm todos a mesma ordem de grandeza, o que indica que foram razoavelmente bem calculados, o mesmo acontecendo com as variveis pKa1, pKa2, pH isoeltrico e concentrao de glicina, pois em todas estas se verificou, aps o clculo da mdia e do desvio padro, que no houve erros de maior relevncia em nenhum dos grupos; apesar de existirem algumas discrepncias, que tero surgido das diferentes formas de adicionar a base glicina, pois este ter sido o fator de maior influncia nos resultados obtidos, no se verificam erros muito grandes;- por ltimo, quanto exatido dos restantes valores, os quais ainda no foram mencionados, verifica-se que a maior percentagem de erro encontrada ter sido para o caso do pKa 1, o que se percebe facilmente, visto que esta fase da titulao a mais brusca, e por isso mais difcil de captar exatamente. Todos os erros das restantes variveis (excetuando o Volume equivalente, o qual j foi discutido), sofreram influncia direta precisamente deste volume, pois todos estes advm de clculos realizados a partir dos valores do volume obtido.

ConclusoAps a realizao deste trabalho podemos concluir que, tal como previsto por ns antes da realizao do trabalho, a glicina, sendo um aminocido que, dissolvido em gua, pode adquirir diversas formas, apresenta dois pontos de equivalncia numa titulao com uma base forte se estiver na forma H2G+. Como inferido pelo grupo, esta encontrava-se na sua forma HG, anfiprtica, tendo sido essa a razo da adio de cido clordrico soluo ainda antes de a titularmos, para a glicina ficar completamente protonada (H2G+) e, assim, podermos cumprir o objetivo do trabalho. Depois de analisarmos o grfico obtido a partir destes clculos, podemos concluir tambm que a glicina na sua forma completamente protonada apresenta dois pares tampo, que criam duas zonas em que o pH varia muito lentamente, o que resultou em que houvesse apenas dois picos na derivada, respetivos s duas subidas mais bruscas do pH, que correspondem ao fim da capacidade tampo de cada um dos pares conjugados, nomeadamente, H2G+/HG e HG/G-.Este trabalho contribuiu no s para que os alunos pudessem contactar com um aminocido e com o seu funcionamento, mas tambm com a tecnologia prpria da potenciometria, que o eltrodo de pH, neste caso, e com todas as bases tericas associadas a este.

Bibliografia PEREIRA, Jos Augusto, Introduo ao equilbrio cido-base e potenciometria de H+, em Documentos da unidade curricular Termodinmica do Instituto de Cincias Biomdicas Abel Salazar, pp. 5-6, 16-20

http://www.qo.fcen.uba.ar/quimor/wp-content/uploads/AA_alumnos_v2.pdf - valores tericos sobre a glicina [Consultado em 4/03/15]

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