VOLUMETRIA DE COMPLEXAÇÃO

A volumetria de complexação baseia-se em reações que envolvem um íon metálico M e um ligante L com formação de um complexo suficientemente estável. O caso mais simples é o de uma reação que origina um complexo do tipo 1:1, como exemplo:

M + L <--> ML

Os íons metálicos são ácidos de Lewis no qual recepta pares de elétrons de um ligante doador de elétrons que são base de Lewis. Já o Ligante é um íon ou molécula que forma uma ligação covalente com um cátion ou átomo metálico neutro por meio da doação de um par de elétrons que é compartilhado por ambos.

A curva de titulação pode ser construída representando pM em função da quantidade de agente complexante adicionado. Na titulação de metais com agentes complexantes monodentados os ligantes são adicionados seqüencialmente e cada etapa é representada por uma constante de equilíbrio que é definida como:

K=[ML]

[M ][L]

Essas constantes de formação normalmente são próximas uma das outras e não muito grandes de modo que uma das etapas não se completa antes que a seguinte se inicie; isto significa que não se pode fazer a titulação em etapas. Por outro lado, a constante global pode ser suficientemente grande para uma titulação, no entanto, a quantidade de íon metálico livre nesse ponto da titulação é muito pequena e o pM torna-se grande muito antes do ponto de equivalência. As poucas aplicações de sucesso com ligantes monodentados envolvem íons metálicos com número de coordenação 2. Os ligantes polidentados, que têm 2 ou mais grupos complexantes na molécula, são excepcionalmente úteis para titulações de íons metálicos. Tais ligantes, também chamados agentes quelantes, reagem com os metais em uma única etapa, evitando, assim, as complicações das reações em etapas. Além disso, são mais seletivos do que os ligantes monodentados. A seletividade é determinada pela geometria do ligante e pelo tipo do átomo doador que contém. A introdução do uso do ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), e outros ácidos aminocarboxílicos, posteriormente, ampliou notavelmente o campo da análise complexiométrica. A complexona mais importante é o EDTA. A grande maioria das aplicações da complexometria com ácidos aminocarboxílicos baseia-se no uso do EDTA.

A volumetria de complexação é bastante usada para determinar a dureza da água. A dureza da água é a propriedade relacionada com a concentração de íons de determinados minerais dissolvidos nesta substância, é predominantemente causada pela presença de sais de Cálcio e Magnésio, de modo que os principais íons levados em consideração na medição são os de Cálcio (Ca2+) e Magnésio (Mg2+).

RESULTADOS E DISCUSSÕES

A titulação é um método muito eficaz para fazer a volumetria de complexação. Todos os experimentos foram realizados em duplicata, para se obter uma boa reprodutibilidade.

Os resultados obtidos com suas respectivas reações e cálculos estão logo abaixo:

5.1-Experimento 1:

5.1.1-Parte 1: Preparo e diluição da Solução de etilenodiaminotetracético (EDTA)

Para se obter a solução de etilenodiaminotetracético (EDTA) 0,050 mol/L, realizou-se os seguintes cálculos:

M= mMM xV

0,050molL

= m0,25 Lx 372 ,24 g /mol

m=4,653g

Após realizados os cálculos necessários para a preparar a solução de etilenodiaminotetracético (EDTA), pesou-se uma massa de 4,6549g de EDTA. Em seguida lavou-se o béquer que continha a amostra três vezes e transferiu para um balão, adicionou-se água destilada e um pouco da solução tampão até a marca do menisco. Agitou-se a solução até a completa diluição da amostra.

5.1.2-Parte 2: Aferição de uma solução de ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) 0,050 mol/L com carbonato de cálcio 0,050 mol/L (padrão primário)

O EDTA é uma solução de padrão primário, então pode-se prepará-lo como descrito acima.

Na2H2Y + 2H2O 2Na+ + H2Y-2

Ca+2 + Ind-3 [CaInd]-1 Kf1

Ca+2 + H2Y-2 [CaY]-2 Kf2

Para que haja substituição Kf2 >> Kf1

[CaInd]-1 + HY-3 [CaY]-2 + HInd -2 (reação que indica o P.E.)

Vermelho de vinho azul

O experimento foi realizado em duplicata. No primeiro erlenmeyer, obteve-se um volume gasto de 2,2 mL. Já no segundo erlenmeyer, obteve-se um volume gasto de 2,5 mL. Encontrou-se um volume branco de 0,4 mL.

Neste experimento usa-se uma solução tampão, pois a mesma garante que não haja uma protonação do EDTA. Caso usa-se uma base, vai ocorrer uma diminuição do pH, ocorrendo assim uma protonação sem controle.

Fez-se as seguintes operações para encontrar o fator de correção.

Média dos volumes gastos:2,2+2,5

2−0,4=1,95mL

CaCO3: Insolúvel em água

CaCO3 + 2HCl Ca2+ + 2 Cl- + H2O + CO2

0,050 mol 0,050 mol

H2Y2- + Ca2+ CaH2Y

No ponto final: ηH2Y-2 = ηCa2+

MR x V=M xV

MR x 0,00195 L=0,050molL

x 0,002 L

MR=0,05128molL

fc= MRMT

fc=0,05128

molL

0,050molL

fc=1,0256

O resultado apresentado está de acordo com o esperado e proposto pela teoria. Pois quanto mais próximo de 1 o fator de correção, melhor.

5.1.3-Parte 3: Determinação da dureza da água

O nome dado a água que contém sais de Ca+2, Mg+2 e outros metais é “água dura”. A dureza da água é expressa em termos da concentração de CaCO3, em ppm (mg/L), que geralmente excede a concentração dos demais íons metálicos.

Durante o experimento obteve-se as seguintes reações:

Ca+2 + Ind [CaInd]+2

[CaInd]+2 + H2Y-2 [CaY]-2 + 2H+ + Ind (reação que indica o P.E.)

O experimento foi realizado em duplicata. No primeiro erlenmeyer depois da titulação encontrou-se um volume gasto de 3,2 mL. E no segundo encontrou-se um volume gasto de 3,1 ml.

Fez-se as seguintes operações para determinar a dureza da água.

Média dos volumes gastos: 3,2+3,1

2−0,4=2,75mL

No ponto final: ηH2Y-2 = ηCa2+ ou ηH2Y2- = ηCaCO3

fc x MT x Vg= mMM

1,0256 x 0,050molL

x2,75mL= m100g /mol

m=14,102mg

m50mL

x1000mL

1L

14,102mg50mL

x1000mL

1 L=282.04

mgL

Diante o resultado apresentado, pode-se perceber que o valor de 282,04 mg/L a água se apresenta como uma água dura.

5.2-Experimento 2: Determinação do teor de Cálcio e Magnésio no leite

No presente experimento, pretendia determinar o teor de cálcio e magnésio no leite. Mas o experimento para determinar o teor de magnésio não foi eficaz. Então fez-se somente a determinação do teor do cálcio presente no leite.

O experimento foi realizado em duplicata. Em ambos erlenmeyers depois das titulações necessárias encontrou-se um volume gasto de 26,3 mL.

Fez-se as seguintes operações para encontrar o teor de cálcio no leite.

ηreagiu=η inicial−ηexcesso

η inicial=MR xV

η inicial=0,050molL

x 0,010L

η inicial=0,0005mol

ηexcesso=M xVg

ηexcesso=0,025molL

x 0,0263 L

ηexcesso=0,0006575mol

η reagiu=0,0006575mol−0,0005mol

η reagiu=0,0001575mol

η= mMM

m=ηx MM

m=0,0001575 mol x40g

mol

m=0,0063 gou6,3mg

m5mL

x 200mL

6,3mg5mL

x200mL=252mg /200mL

O resultado apresentado de 252/200 mL está relativamente próximo do valor padrão apresentado na embalagem do produto que é de 238 mg/ 200 mL.

5.3- Experimento 3: Determinação da dureza total, dureza parcial (Ca e Mg) da água de abastecimento

Primeiro determinou a dureza total de cálcio e magnésio na água de abastecimento. O experimento foi realizado em duplicata. No primeiro erlenmeyer, obteve-se um volume gasto de 6,3 mL. Já no segundo erlenmeyer, obteve-se um volume gasto de 6,0 mL. Encontrou-se um volume branco de 0,4 mL.

Média dos volumes gastos: 6,3+6,0

2−0,4=5,75mL

η EDTA=ηCa+ηMg=η total

η EDTA=ηT CaCO3

M xV= mMM

0,010molL

x 5,75mL= m100 g/mol

m=5,75mgCaCO3

5,75mgde CaCO325mL

x1000mL=230mgL

ou230 ppm

Diante do resultado apresentado de 230 ppm, pode-se perceber que a água de abastecimento é dura.

Logo em seguida, determinou a dureza parcial de cálcio e magnésio na amostra. O experimento foi realizado em duplicata. No primeiro erlenmeyer encontrou-se um volume gasto de 10,3 mL. Já no segundo encontrou-se um volume gasto de 10,0 mL.

Dureza de Cálcio

Média dos volumes gastos: 10,3+10,0

2−0,4=9,75mL

ηH 2Y 2−¿ηCa2+¿ηCaCO3

M xV= mMM

0,010molL

x 9,75mL= m100g /mol

m=9,75mgCaCO3

9,75mg50mL

x1000mL=195mgL

ou195 ppm

Dureza de Magnésio

DurezaTotal−Dureza deCálcio=DurezadeMagnésio

Dureza deMagnésio=230 ppm−195 ppm

Dureza deMagnésio=35 ppm

Diante das durezas de cálcio e magnésio apresentadas, pode-se perceber que a água de abastecimento possui uma dureza de cálcio de 195 ppm relativamente maior do que a de magnésio que é de 35 ppm.

CONCLUSÃO

A prática foi realizada conforme o roteiro. Logo, os resultados obtidos foram alcançados com sucesso. Assim, foi determinada a dureza da água, utilizando os métodos de volumetria de complexação.

REFERENCIAS

1- Alcalinidade e Dureza de Água Naturais. Disponível em: http://revistadae.com.br/artigos/artigo_edicao_28_n_1033.pdf. Acesso em: 04 junho 2015

2- Bacan, Nivaldo et al. Química Analítica quantitativa elementar. 3ª Edição. São Paulo: Edgard Blucher- Instituto Maua de Tecnologia, 2001.

3- Volumetria de Precipitação. Disponível em: http://www.ufjf.br/baccan/files/2011/05/Aula_pratica_10.pdf. Acesso em: 04 junho 2015.