condutimetria e titulações condutimétricas
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Condutimetria e Titulações
CondutimétricasAluna: Natacha Cacita
Responsável: Prof. Dr. José F. de Andrade
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Métodos Eletroanalíticos
Têm em geral certas vantagens relativamente a outros métodos instrumentais
As medidas eletroquímicas são na sua maioria específicas para um determinado estado de oxidação de um elemento
O equipamento é relativamente pouco dispendioso
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Tipos de Células Eletroquímicas
Células galvânicas: as reações ocorrem espontaneamente e a célula produz energia elétrica
Célula eletrolítica: consome energia elétrica, fornecida exteriormente por uma fonte de alimentação (power supply), de forma a ocorrerem as reações pretendidas
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A migração de íons dos eletrodos e para estes, constituí o fluxo da corrente elétrica através da solução
As espécies iônicas em solução são transportadas para a superfície dos eletrodos através de 3 mecanismos (convecção, migração e difusão) que dão origem a 3 tipos de correntes
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Tipos de correntes
Corrente de convecção: é o movimento dos íons através da solução provocado por agitação mecânica ou térmica
Corrente de migração: é o movimento dos íons através da solução como resultado da atração eletrostática entre estes e os eletrodos
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Corrente de difusão: é o movimento dos íons por um gradiente de concentração iônica entre a superfície do eletrodo e o seio da solução; › ou seja, devido ao gradiente de
concentração os íons e as moléculas movem-se do local onde a concentração é mais elevada (seio da solução) para o local onda a concentração é menor (superfície do eletrodo)
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Condutimetria
A grandeza medida é a condutância (ou condutividade elétrica) de uma solução
Traduz a maior ou menor facilidade com que uma solução conduz corrente elétrica
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Tipos de condutores
Metálicos – a corrente é assegurada por um fluxo de elétrons
Eletrolíticos – a corrente é assegurada por um fluxo de íons
Condutores
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Tanto para condutores metálicos como para eletrolíticos, verificam-se as leis de Ohm
A resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material do qual ele é feito
Para cada temperatura é constante o potencial aplicado (E) e correspondente valor de corrente (I)
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Condutância
É o inverso da resistência
Ω -1
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Na condutimetria a grandeza medida á a condutância
Utiliza-se corrente alternada Não existem reações eletródicas Não há variação da concentração
iônica junto aos eletrodos Não há correntes de difusão
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Fatores que interferem na condutividade específica e condutância de uma solução
Concentração iônica: a condutância e condutividade específica aumentam linearmente com o aumento da concentração iônica, pois o número de íons por unidade de volume aumenta
Tipo de íon em solução: íons mais condutores aumentam a condutividade
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Temperatura: com o aumento da temperatura a energia cinética dos íons aumenta, aumentado sua mobilidade e consequentemente aumentado a condutância e condutividade específica
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Célula Condutimétrica
Formada por duas lâminas de Pt de igual tamanho e forma, mantidas a uma distância fixa entre si e revestidas na face interior por um fina camada de negro de platina, este serve para aumentar a área dos eletrodos de modo a diminuir os efeitos de polarização quando da passagem da corrente elétrica
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Constante da Célula
É uma grandeza característica de cada célula
Com o uso o valor da constante da célula tende a aumentar pois a área dos eletrodos diminui ligeiramente, devido a desagregação do negro de platina da superfície dos eletrodos
d = distância dos eletrodosA = área dos eletrodos
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Métodos de Análise Condutimétrica
Existem dois tipos de análises condutimétricas: Condutimetria Direta e Titulação Condutimétrica
Nas Titulações condutimétricas segue-se a variação da condutância da solução em estudo à medida que ocorre uma reação química
Na Condutimetria direta a análise é feita sem reação química
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Limitações e Aplicações da Condutimetria Direta
As medidas não são seletivas, pois qualquer íon contribui para a condutância.
Determinação da pureza da água destilada
Determinação da acidez real das salmouras ácidas
Determinação da salinidade da água do mar em oceanografia
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Titulações condutimétricas
Segue-se a variação da condutância da solução em análise à medida que o reagente titulante é adicionado
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O gráfico corresponde a duas retas com inclinações diferentes
Quando extrapoladas para o ponto de encontro fornecem o ponto de equivalência da titulação
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As titulações condutimétricas permitem a determinação da concentração de um íon em solução
1° Ramo: Reação química e substituição dos íon em solução (íon do titulado pelo íon do titulante)
2° Ramo: Excesso de titulante
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Vantagens
Não necessitam de indicador corado Permitem a localização do ponto final
mesmo em soluções coradas, fluorescentes ou turvas
Podem-se obter pontos de equivalência sucessivos de diferentes componentes em uma mistura
Podem-se realizar titulações em meio não aquoso
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Causa de Erro Aumento de volume causado pela
adição de titulante
Va=volume inicial de tituladoVb=volume de titulante adicionado
Para minimizar erro: Utilizar titulado muito diluido Titulante 10 a 20 vezes mais
concentrado que o titulado
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Titulação condutimétrica de ácidos/bases fortes
1° Ramo:
Substituição do H+ pelo Na+ G diminui
2° Ramo: excesso de íons Na+ e OH- G aumenta
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Contribuição individual dos íons para a condutância total da solução
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Ácido Forte/ Base Fraca 1° Ramo:
Substituição do H+ pelo NH4+ G diminui
2° Ramo:
G constante
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Ácidos/Bases Fracas
1° Ramo:
Substituição H+ pelo Na+ G diminui
2° Ramo: excesso íons Na+ e OH- G aumenta
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Curvas de Titulações Condutimétrica de vários ácidos com uma base forte
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Mistura de ácidos ou bases
1° Ramo:
Substituição H+ pelo K+ G diminui
2° Ramo: G aumenta
3° Ramo: Excesso de íons K+ e OH- G aumenta
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Titulações Condutimétrica de Precipitação
Principais fontes de erro› Adsorção do precipitado nas paredes do
eletrodo› Reação cineticamente lenta podendo levar
à precipitação incompleta Antes do ponto de equivalência
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Após o ponto de equivalência:› A condutância aumenta invariavelmente› São possíveis três tipos de curvas:
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Aplicação: Determinação do teor de água em etanol
Para a avaliação do teor de água em etanol foi utilizada a técnica condutimétrica,
O método consistiu em saturar misturas previamente preparadas de etanol e água com cloreto de sódio (NaCl) e a partir da condutividade, estabelecer uma relação com o teor de água da mistura.
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A condutividade elétrica do sistema etanol-água foi obtida para diferentes teores de água em peso (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12 %) e
Diferentes temperaturas (15, 25, 35 e 45 ºC).
Para isso, foram preparadas soluções em triplicata, contendo 5 g de NaCl e 220,5 mL de etanol anidro.
As soluções foram preparadas em um reator encamisado com temperatura controlada
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Em seguida, por meio de uma bureta, foram adicionadas quantidades exatas de água deionizada para compor as soluções com as 14 concentrações desejadas para cada temperatura e cada repetição.
A cada 1 % de água adicionada, registrou-se a condutividade elétrica
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A adição de sal ao etanol aumenta sua condutividade de aproximadamente 10 μS cm-1
para cerca de 200 μS cm-1 como pode ser observado no gráfico, no ponto
em que o teor de água é zero.
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Esse aumento pode ocorrer tanto devido a fraca dissolução do sal em etanol, liberando íons isolados, quanto à formação de íons triplos, que podem se apresentar na forma de NaCl2 - ou como Na2Cl+ , visto que a constante de formação é igual para ambos
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As curvas em diferentes temperaturas permitiram avaliar a influência da temperatura na condutividade da mistura.
O aumento da temperatura da mistura etanol-água implica em aumento da condutividade da solução
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Este comportamento é esperado, pois o aumento da temperatura reduz a viscosidade do líquido, facilitando a mobilidade dos íons na mistura.
Além disso, o aumento da temperatura aumenta também a energia cinética dos íons, intensificando o movimento dos mesmos e, por consequência, facilitando a condução de corrente no meio.
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Referências Bibliográficas Gonçalves, Maria de Lourdes; “Métodos
Instrumentais para análise de soluções”, 4ª edição, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2001.
Skoog; West; Holler; “Analytical Chemistry”, 7th edition, Saunders College Publishing, USA, 2000.
Harris, Daniel; “Quantitative Chemical Analysis”, W. H. Freeman and Company”, 6th edition, New York, 2003.
Leão et al, Gl. Sci. Technol., 03, 19 – 29, 2010.