Definição de titulação, curva, equação de molaridade e muito mais
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Definição e Perguntas sobre Titulação – Equação de molaridade, curva, cálculo e mais

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Assista ao nosso vídeo: O que é titulação?

A titulação é uma técnica analítica que permite a determinação quantitativa de uma substância específica (analito) dissolvida em uma amostra. É baseada em uma reação química completa entre o analito e o reagente (titulante) de concentração conhecida que é adicionado à amostra:

Analito + reagente (titulante) → Produtos de reação

Encontre aqui as respostas para as suas dúvidas sobre titulação.

  • O que é titulação? A definição de titulação?
  • O que/como é uma curva de titulação?
  • O que é uma titulação ácida/básica?
  • Como calcular a molaridade/equação de molaridade/concentração molar?
  • Qual é a diferença entre titulação por ponto final e por ponto de equivalência?
  • O que significa retrotitulação?
  • Quais são as vantagens da titulação?
  • Quais tipos de reações químicas são usadas na titulação?
  • Quais são os métodos de indicação usados na titulação?
  • Em que indústrias ou segmentos a titulação é usada?
  • Como é possível acelerar a adição de titulante (incremental x dinâmica)?
  • Por que, ao realizar uma titulação de ponto de equivalência utilizando um titulador automático, obtenho um resultado diferente de quando realizo a titulação manualmente, utilizando um indicador de cor?
  • Qual eletrodo devo usar para titulações não aquosas?
  • Com que frequência preciso padronizar o meu titulante?
  • O que é um autotitulador?
  • Como um autotitulador funciona?
  • Qual é o desenvolvimento histórico dos autotituladores?

O que é titulação? A definição de titulação?

A titulação é uma técnica analítica que permite a determinação quantitativa de uma substância específica (analito) dissolvida em uma amostra. É baseada em uma reação química completa entre o analito e o reagente (titulante) de concentração conhecida que é adicionado à amostra:

Analito + reagente (titulante) = Produtos de reação

Um exemplo conhecido é a titulação de ácido acético (CH3COOH) no vinagre com hidróxido de sódio, NaOH:

CH3COOH + NaOH → CH3COO- + Na+ + H2O

O titulante é adicionado até que a reação seja concluída. Para que seja adequado para uma determinação, o fim da reação de titulação deve ser facilmente observável. Isso significa que a reação deve ser monitorada (indicada) por técnicas apropriadas, como potenciometria (medição de potencial com um sensor) ou com indicadores de cor. A medição do volume de titulante dispensado permite o cálculo do conteúdo do analito com base na estequiometria da reação química. A reação envolvida em uma titulação deve ser rápida, completa, inequívoca e observável.

O que/como é uma curva de titulação?

As curvas de titulação ilustram o progresso qualitativo de uma titulação. Elas permitem a rápida avaliação do método de titulação. Uma distinção é feita entre curvas de titulação lineares e logarítmicas.

A curva de titulação possui basicamente duas variáveis:

O volume do titulante, como a variável independente. O sinal da solução (por exemplo, o pH. g para titulações ácidas/básica) como a variável dependente, que depende da composição das duas soluções.

As curvas de titulação pode ter 4 formas diferentes e devem ser analisadas de acordo com os algoritmos de avaliação. Estas quatro formas são: a curva simétrica, a curva assimétrica, a curva máxima/mínima e a curva segmentada

Curva de titulação
Curva de titulação

O que é uma titulação ácida/básica?

A titulação ácida/básica é uma análise quantitativa usada para determinar a concentração de uma solução ácida ou básica desconhecida ao adicionar volumes medidos de um titulate ácido ou básico conhecido que neutralize o analito.

Na titulação de um ácido HA com base forte (por exemplo, NaOH), os dois equilíbrios químicos a seguir ocorrem:

Reação ácido/base
Reação ácido/base

As reações ácido/base são muito rápidas, e o equilíbrio químico é estabelecida muito rapidamente. Reações ácido/base em soluções aquosas são, portanto, ideais para titulações. Se as soluções usadas não forem muito diluídas, a forma da curva de titulação depende somente da constante de acidez acidez Ka.

Como calcular a molaridade/equação de molaridade/concentração molar

A concentração de quantidade de substância de uma solução de uma entidade X (símbolo c(X)) é a quantidade de substância n dividida pelo volume V da solução.

N é o número de moléculas presentes no volume V (em litros), a proporção N/V é o número de concentração C e NA é a constante de Avogadro, cerca de 6,022×1023 mol−1.

Como calcular a molaridade
Como calcular a molaridade

As unidades normalmente empregadas na análise são mol/L e mmol/L.

Qual é a diferença entre titulação por ponto final e por ponto de equivalência?

Modo de titulação de ponto final (EP):

O modo de ponto final representa o procedimento clássico de titulação: o titulante é adicionado até que o fim da reação seja observado, por exemplo, por uma mudança de cor de um indicador. Com um titulador automático, a amostra é titulada até que um valor predefinido seja alcançado, ex. pH = 8,2.

 

 

Titulação de ponto final
Titulação de ponto final

Modo de titulação por ponto de equivalência (EQP):

O ponto de equivalência é o ponto no qual o analito e o reagente estão presentes exatamente nas mesmas quantidades. Na maioria dos casos, ele é virtualmente idêntico ao ponto de inflexão da curva de titulação, ex. curvas de titulação obtidas a partir de titulações ácido/base. O ponto de inflexão da curva é definido pelo valor de pH ou potencial (mV) e pelo consumo do titulante (mL) correspondentes. O ponto de equivalência é calculado a partir do consumo do titulante da concentração conhecida. A concentração do produto e o consumo de titulante fornecem a quantidade de substância que reagiu com a amostra. Em um autotitulador, os pontos medidos são avaliados conforme procedimentos matemáticos específicos, que resultam na curva de titulação avaliada. O ponto de equivalência é então calculado a partir da avaliação desta curva.

Titulação de ponto de equivalência
Titulação de ponto de equivalência

O que significa retrotitulação?

Em uma retrotitulação, usamos dois reagentes – um que reage com a amostra original (A) e um segundo que reage com os primeiros reagentes (B).

Primeiro, uma medição precisa de um reagente A é adicionada à amostra. Depois da reação terminar, o excesso restante do reagente A é titulado então com um segundo reagente B. A diferença entre a quantidade adicionada no primeiro e no segundo reagente então informa a quantidade equivalente do analito. A retrotitulação é usada principalmente em casos em que a reação de titulação da titulação direta é muito lenta, ou a indicação direta do ponto de equivalência é insatisfatória. Por exemplo, para a determinação do teor de cálcio usando reagentes EDTA (A) e ZnSO4 (B)

Retrotitulação
Retrotitulação

Quais são as vantagens da titulação?

  • Técnica analítica clássica e bem conhecida
  • Rápido
  • Técnica muito exata e precisa
  • Alto grau de automação é possível
  • Boa relação custo/benefício em comparação com técnicas mais sofisticadas
  • Pode ser usada tanto por operadores treinados quanto pouco capacitados
  • Não há necessidade de conhecimento químico extremamente especializado

Quais tipos de reações químicas são usadas na titulação?

Existem várias reações de ensaio usadas na titulação:

Reações ácido/base:

Exemplos: Teor de ácido em vinho, leite. Teor de ácido em ketchup. Teor de ácidos inorgânicos, como ácido sulfúrico.

Reações de precipitação:

Exemplos: Teor de sal em batatas fritas, ketchup e alimentos; Teor de prata em moedas, Teor de sulfato em água mineral; Teor de sulfato no banho de galvanoplastia

As reações Redox:

Exemplos: Teor de cobre, cromo e níquel em banhos de galvanoplastia

Reações complexométricas:

Exemplos: Dureza total da água (Mg e Ca); Teor de cálcio no leite e queijo; Análise de cimento

Reação de precipitação coloidal:

Exemplos: Teor de tensoativo aniônico em detergentes; Teor de tensoativo aniônico em sabão em pó; Teor de tensoativo aniônico em produtos de limpeza líquidos;

Encontre sua aplicação.

Quais são os métodos de indicação usados na titulação?

As titulações podem ser classificadas de acordo com os princípios de indicação e a reação química ocorridos:

Potenciometria:

A medição direta do potencial galvânico criado por um conjunto de eletrodo é chamada de potenciometria, enquanto o desempenho de uma titulação através do uso deste método é chamada de titulação potenciométrica.

 

medição direta do potencial galvânico
medição direta do potencial galvânico

 

O potencial U gerado deve ser medido, se possível, com a corrente zero com um amplificador de sinal de alta impedância pelas seguintes razões:

  • A base de potenciometria é a equação de Nernst, derivada para sensores em um equilíbrio químico e elétrico. Um fluxo de corrente excessivo nas superfícies do limite de fase em questão afetaria esse equilíbrio.
  • Outra razão para o uso de uma entrada de medição de alta impedância é a construção especial de eletrodos seletivos de íons e pH. O circuito de medição inclui a membrana de íon seletiva cuja resistência elétrica pode ser facilmente entre 100 a 1.000 MΩ. Se o erro experimental devido ao efeito divisor de tensão precisar ser mantido abaixo de 0,1%, a impedância de entrada do dispositivo de medição deve ser de no mínimo 1.000 vezes maior. Isso pode ser visto na equação a seguir:

 

 

Para sensores de resistência muito elevada, amplificadores de sinal com uma impedância de entrada de 1012 Ω são, portanto, necessários.

 

Voltametria:

Essa técnica de indicação envolve a medição da diferença potencial entre dois eletrodos de metal que são polarizados por uma pequena corrente. No caso de potenciometria, a curva de titulação voltamétrica é uma curva potencial-volume.

O seguinte equipamento de medição é necessário:

 

 

A fonte de alimentação estável proporciona a corrente. A resistência R conectada no circuito deve ser selecionada de modo que uma corrente Ipol possa ser gerada na faixa de 0,1 – 20 μA. O potencial U que é gerado entre os eletrodos é medido exatamente como na potenciometria. Uma das principais aplicações de indicação voltamétrica é a determinação de água pelo método Karl Fischer.

 

Fotometria:

A base da indicação de fotometria é a redução da intensidade em um determinado comprimento de onda de um feixe de luz que passa através de uma solução. A transmissão é a variável primária medida na fotometria e é dada por

 

transmissão
transmissão

 

T: Transmissão

I0: Intensidade de luz incidente

I: Intensidade da luz transmitida

Se toda a luz for absorvida, então I = 0 e, portanto, T = 0. Se nenhuma luz for absorvida,

I = I0 e T = 1 (ou %T = 100%).

Na fotometria, o trabalho frequentemente é executado usando a absorção como a variável medida. A relação entre a transmissão e a absorção é descrita pela lei de Bouguer-Beer-Lambert:

A = − log T = A = ε · b · c

A: Absorção

ε: Coeficiente de extinção

c: Concentração da substância de absorção

d: Comprimento do caminho da luz através da solução

Através da relação acima, pode-se ver que há uma relação linear entre a absorção A e a concentração C.

Em comparação com sensores potenciométricos, os sensores fotoelétricos têm uma série de vantagens na titulação:

  • elas são mais fáceis de usar (sem recarga de soluções de eletrólito, sem entupimento da junção)
  • período de vida (ou vida útil) mais longo (são virtualmente inquebráveis)
  • eles podem ser usados para realizar todas as titulações para uma mudança de cor (nenhuma alteração de padrões e procedimentos tradicionais).

A indicação de fotometria é possível para muitas reações analíticas:

  • Titulações ácido/base (aquosas e não aquosas)
  • Complexometria
  • Titulações Redox
  • Titulações de precipitação
  • Titulações turbimétricas

Na fototitulação, um comprimento de onda deve ser selecionado, o que fornece a maior diferença na transmissão antes e depois do ponto de equivalência. Na região visível, tais comprimentos de onda normalmente ficam na faixa de 500 até 700 nm.

Exemplos de uso: Reações complexométricas e turbidimétricas.

 

Condutividade:

A condutividade é a capacidade de uma solução deixar uma corrente passar. A unidade de medição de condutividade é µS/cm (microssiemens/centímetros) ou mS/cm (millisiemens/centímetros). Um alto valor indica um grande número de íons. A quantidade de corrente que flui em uma solução é proporcional à quantidade de íons. Se soubermos qual é a condutividade de uma solução, podemos obter uma ideia do teor total de íons. Além disso, se os íons forem conhecidos, até mesmo uma afirmação sobre sua concentração pode ser feita.

Para medir a condutividade, é aplicada uma tensão através de duas placas imersas na solução. As placas são metálicas, podendo também ser usados polos de grafite. Enquanto os íons dissolvidos começam a se mover em direção às placas, a corrente elétrica irá fluir entre as placas.

corrente elétrica
corrente elétrica

O princípio de titulação condutométrica.

Durante a titulação, um dos íons é substituído por outro e, invariavelmente, esses dois íons se diferem na condutividade iônica com o resultado que a condutividade da solução varia durante o curso da titulação. Portanto, se você adicionar uma solução de um eletrodo a outra, a condutância final irá depender do ocorrência da reação. Porém, se não houver reação química em soluções de eletrólitos, haverá um aumento no nível de condutância. O ponto de equivalência pode estar localizado graficamente ao representar a mudança na condutância como uma função do volume de titulante adicionado.

princípio de titulação condutométrica
princípio de titulação condutométrica

Titulação termométrica:

A afirmação elementar, que toda a reação química é acompanhada por uma mudança de energia, é exatamente o que constitui a base da titulação termométrica. Durante as reações endotérmicas, a energia é absorvida e uma queda de temperatura é observada. O oposto é verdadeiro para reações exotérmicas nas quais a energia é liberada. O ponto de equivalência (EQP) de uma titulação pode ser detectado no monitoramento da mudança da temperatura (Figura 1). Ao longo de uma titulação exotérmica, a temperatura aumenta até o EQP ser alcançado. Depois disso, a temperatura inicial se estabiliza, seguida por uma queda de temperatura subsequente. O oposto acontece para a titulação endotérmica

Visão esquemática de uma titulação exotérmica e uma titulação endotérmica
Visão esquemática de uma titulação exotérmica e uma titulação endotérmica

Conforme descrito acima, a queda de temperatura é observada durante o curso da reação de titulação endotérmica. Uma vez que o ponto de equivalência é atingido, a temperatura se estabiliza. O ponto final é determinado ao calcular a segunda derivativa da curva (avaliação segmentada).

As únicas exigências de uma titulação termométrica são: uma reação química com uma grande mudança de energia, um termômetro preciso e rápido e um titulador capaz de realizar uma avaliação segmentada da curva de titulação.

 

Titulação coulométrica

A técnica de titulação coulométrica foi originalmente desenvolvida por Szebelledy e Somogy [1] em 1938. O método apresenta uma diferença em relação à titulação volumétrica no sentido que o titulante é gerado localmente pela eletrólise e reage de forma estequiométrica com a substância a ser determinada. A quantidade de substância reagida é calculada a partir da carga elétrica total aprovada, Q, em coulombs, e não, como na titulação volumétrica, do volume consumido de titulante.

 

Em que indústrias ou segmentos a titulação é usada?

Lista não completa de indústrias que usam a titulação:

  • Indústria automotiva, cerâmica, indústria química, produtos de carvão, revestimentos, cosméticos
  • Detergentes
  • Eletrônicos, galvanoplastia, energia, explosivos
  • Alimentos e Bebidas
  • Vidro, governamentais
  • Saúde
  • Couro
  • Maquinário
  • Materiais de embalagem, tintas, pigmentos, celulose e papel, petróleo, farmacêuticos, fotos, produtos plásticos, impressão e publicação
  • Ferrovias, borracha
  • Pedra (argila, cimento)
  • Têxteis, tabaco
  • Água
  • Zeólito

Como é possível acelerar a adição de titulante (incremental x dinâmica)?

Adição de titulante incremental (INC)

O titulante é adicionado em incrementos dV de volume constante. A adição incremental de titulante é usada em titulações não aquosas, que às vezes possuem um sinal instável, e também em redox e titulações de fotometria, onde o salto potencial no ponto de equivalência ocorre de forma repentina. Observe que na parte mais íngreme da curva há relativamente poucos pontos medidos.

Adição dinâmica de titulante (DYN)

Uma mudança de potencial ou pH- constante por incremento permite a variação do incremento de volume entre incrementos de volume máximo e mínimo.
Assim, a análise pode ser acelerada usando grandes incrementos nas regiões retas da curva de titulação. Além disso, são obtidos mais pontos de medição na região mais íngreme da curva, gerando uma avaliação mais precisa.

Titulação de ponto final x Ponto de equivalência
Titulação de ponto final x Ponto de equivalência

Por que, ao realizar uma titulação de ponto de equivalência utilizando um titulador automático, obtenho um resultado diferente de quando realizo a titulação manualmente, utilizando um indicador de cor?

Essa discrepância nos resultados é notável principalmente ao realizar titulações ácido/base usando um dos indicadores de pH. A primeira razão para isso é que esses indicadores de pH mudam de cor de acordo com um intervalo de pH, e não conforme um valor fixo. O ponto real no qual ocorre a mudança de cor é muito dependente da amostra e pode não coincidir com o ponto de equivalência químico. Isso pode resultar em uma pequena discrepância no resultado, que é facilmente anulado pela padronização do titulante usando um método semelhante ao usado para amostras.

A segunda razão para essa diferença é devido principalmente à sensibilidade do olho humano à mudança de cor. Embora a mudança de cor possa já ter começado a ocorrer, o olho humano pode não ter sido capaz ainda de detectar qualquer mudança. Isso pode ser demonstrado usando um sensor de fotometria, como os photovores DP5 da METTLER TOLEDO. Ao utilizar um desses sensores, há uma clara alteração na transmitância de luz muito antes do olho humano detectar qualquer mudança de cor. Na titulação típica de ácido/base, usando indicação potenciométrica com um sensor de pH, a mudança brusca no sinal ocorre no primeiro vestígio de excesso de ácido (ou base) e é, portanto, uma indicação mais verdadeira do ponto final.

Qual eletrodo devo usar para titulações não aquosas?

Geralmente, há três problemas principais de eletrodos ao realizar uma titulação não aquosa. A primeira é o problema de ter um eletrólito aquoso com um solvente não aquoso. Substituir o eletrólito no eletrodo resolve o problema facilmente. O segundo problema refere-se ao fato de que a amostra não é condutora, resultando em um circuito elétrico deficiente entre meia células de medição e de referência ou partes do eletrodo se combinado. Isso resulta em um sinal ruidoso, especialmente ao usar um sensor com uma junção padrão de cerâmica na referência. Uma solução parcial para esse problema é usar um sensor com uma junção com luva, como o eletrodo DG113. Esse sensor tem LiCl no etanol como eletrólito padrão e, em vez de uma junção de cerâmica, tem uma luva de polímero, resultando em uma maior área de contato entre as partes de funcionamento e de referência e, portanto, menos ruído.

O terceiro problema não é um problema do próprio eletrodo, mas da manipulação do sensor. Para que um sensor de vidro (pH) funcione corretamente, é necessário hidratar membrana de vidro (lâmpada do eletrodo). Isso é obtido pelo condicionamento do eletrodo em água deionizada. Durante a titulação não aquosa, essa membrana é gradualmente desidratada, reduzindo a resposta do eletrodo. Para evitar isso ou corrigir esse problema, o eletrodo deve ser regularmente reacondicionado por imersão em água.

Com que frequência preciso padronizar o meu titulante?

Naturalmente, isso depende da estabilidade do titulante e das medidas tomadas para proteger o titulante dos contaminantes típicos que podem causar uma redução na concentração. Os exemplos mais comuns dessa proteção de titulante são o armazenamento de titulantes sensíveis à luz em frascos escuros, como soluções de iodo, a proteção dos titulantes Karl Fischer contra umidade, usando, por exemplo, uma peneira molecular ou gel de sílica, e a proteção de algumas bases fortes, como hidróxido de sódio, contra a absorção de dióxido de carbono.

O que é um autotitulador?

Os tituladores automatizados são instrumentos controlados por microprocessador, que permitem a automação de todas as operações envolvidas na titulação:

  1. Adição de titulante
  2. Monitoramento da reação (aquisição de sinal)
  3. Reconhecimento do ponto final
  4. Armazenamento de dados
  5. Cálculo
  6. Armazenamento de resultados
  7. Transferência de dados para impressora ou computador/sistema externo

Como um autotitulador funciona?

Os tituladores automatizados seguem uma determinada sequência de operações. Essa sequência é basicamente a mesma para todos os modelos e marcas diferentes. Ela é realizada e repetida várias vezes até que o ponto final ou o ponto de equivalência da reação da titulação reação seja atingido (ciclo de titulação). O ciclo de titulação consiste principalmente de 4 passos:

  1. Adição de titulante
  2. Reação de titulação
  3. Aquisição de sinal
  4. Avaliação

Cada etapa tem diferentes parâmetros específicos (como o tamanho da dosagem) que precisam ser definidos de acordo com a aplicação específica da titulação. Aplicações mais complexas requerem mais etapas, por exemplo, dispensação de um reagente adicional para titulações inversas, diluição, ajuste do valor de pH. Essas etapas e os parâmetros correspondentes estão resumidos em um método de titulação.

Qual é o desenvolvimento histórico dos autotituladores?

A forma clássica:

Titulação é uma técnica analítica clássica amplamente utilizada. Originalmente, ela era realizada pela adição do titulante usando um cilindro de vidro graduado (bureta). Com um toque, a adição do titulante era regulada manualmente. Uma alteração nas cores indicava o final da reação de titulação (ponto final). No início, apenas as titulações que mostravam uma mudança de cor significativa ao alcançar o ponto final eram realizadas. Depois, as titulações foram coloridas artificialmente com um corante indicador. A precisão alcançada dependia principalmente das habilidades do químico e, principalmente, de sua percepção das cores diferentes.

A forma moderna:

A titulação passou por um desenvolvimento sólido: buretas de pistão manual e -posteriormente- motorizadas permitiram a adição do titulante de forma reproduzível e precisa. Eletrodos para medição potencial substituíram os indicadores de cor, obtendo maior precisão e exatidão dos resultados. Uma representação gráfica de volume potencial versus volume titulante permite uma afirmação mais exata sobre a reação do que a mudança de cor no ponto final. Com microprocessadores, a titulação pode ser controlada e avaliada automaticamente. Isso representa um passo relevante para uma completa automação.

Hoje e amanhã:

O desenvolvimento ainda não está concluído. Autotituladores modernos permitem a definição de sequências completas de análise, alcançando máxima flexibilidade no desenvolvimento do método. Para cada aplicação, o método específico pode ser definido combinando funções operacionais simples, como "Dose", "Mexer", "Titular", "Calcular" em determinada sequência. Instrumentos auxiliares (trocadores de amostras, bombas) ajudam na redução e simplificação da carga de trabalho em laboratórios. Uma outra tendência é a conexão a computadores e a Sistemas de gestão de informações laboratoriais (LIMS).

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