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Potenciometria

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Teoria

A potenciometria usa a diferença de potencial de uma célula eletroquímica para inferir a concentração de um analito em solução. Bora entender como isso funciona?!

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Células Eletroquímicas

Célula eletroquímica
Célula eletroquímica

Vamos entender o que esta acontecendo aqui!

Do lado direito temos o anodo onde acontece a oxidação da prata de para e do lado esquedo temos o catodo onde esta acontecendo a reação de redução do a . No catodo é onde temos o analito, mas como sua semi reação acontece na forma aquosa usamos um eletrodo inerte de platina para servir de superfície para essa reação, chamamos ele de eletrodo indicador.


Na prática ele não participa da reação, seu papel é receber os elétros vindos da oxidação da prata e entrega pro pra ele virar . O potencial do catodo pode ser calculado pela equação de Nernst, considerando a temperatura normal de ℃ ela fica assim:

No lado direito da célula a gente tem o eletrodo de referêcia que é um eletrodo de potencial conhecido e constante. Isso porque o excesso de mantêm a solução sempre saturada. O potencial do anodo é calculado usando a concentração de , afinal a prata vai sempre estar em estado sólido, seja na forma de ou de precipitado . Mas não vamos nos preocupar com essa parte da conta porque esse é o carinha que a gente sempre vai conhecer!

O potencial de redução da prata com saturado é de:

O potencial da célula é dada pela diferença de potencial das semi células, logo:

O potencial é medido pelo voltimetro e a partir dai a gente descobre a concentração do analito!

Titulação Potenciométrica

A titulação potenciométrica é uma aplicação bem interessante da potenciometria! O princípio é bem parecido com as outras titulações, temos um titulante eum titulado e o objetivo é determinar a concentração do titulado. Se liga no desenho esquemático de uma tittulação potenciométrica:

Desenho esquemático da titulação potenciométrica
Desenho esquemático da titulação potenciométrica

O que temos aqui é uma célula eletroquímica, o titulante é adicionado a partir da bureta e o potenciômetro da a resposta em Volts. A titulação potenciométrica também pode ser usada para titulações de neutralização, precipitação e complexação! E em muitos casos eletrodo de referência utilizado é um eletrodo íon-seletivo!

Eletrodos de Referência

Na potenciometria o eletrodo de referência é um eletrodo com potencial constante considerando o potencial do eletrodo indicador. No exemplo acima a reação que acontece no anodo é a reação do eletrododo de referência! Isso porque a reação de oxidação da prata terá um potencial sempre constante!

Na prática a célula eletroquimica que a gente viu não existe, imagina só a gente não vai precisar montar todo esse trambolho toda vez que for fazer uma medida potenciométrica! Os laboratórios costumam ter o eletrodo de referência prontinho, nesse caso a célula galvanica fica assim:

Célula eletroquímica com eletrodo de referêcia de prata-Cloreto de prata
Célula eletroquímica com eletrodo de referêcia de prata-Cloreto de prata

Essa barrinha ai onde esta escrito anodo é o equivalente a toda a meia célula anódica que a gente viu lá em cima e a sua ponta porosa permite o contato com o meio aquoso!

Eletrodo de Prata-Cloreto de prata

O eletrodo de prata-cloreto de prata é um eletrodo de referência bastante utilizado na eletroquímica. Se liga no seu desenho esquemático:

Eletrodo de prata-cloreto de prata
Eletrodo de prata-cloreto de prata

A seguinte semi reação de potencial constante acontece dentro da célula desse eletrodo de referência:

Eletrodo de Calomelano

Um outro eletrodo de referência muito utilizado é o eletrodo de calomelano. A figura abaixo mostra seu desenho esquemático:

Eletrodo de Calomelano
Eletrodo de Calomelano

Nele temos o mercúrio líquido, saindo do e oxidando a na forma de precipitado de cloreto de mercúrio I. O fio de platina serve como superfície pra essa reação e assim como o eletrodo de prata-cloreto de prata a solução saturada de mantém o potencial constante.
A sua semi reação é dada por:

Eletrodos Indicadores

A reação química de interesse acontece na superfície do eletrodo indicador. Temos dois tipos de eletrodos indicadores, os metálicos e os íons-seletivos. Já falamos rapidamente lá em cima da platina que é um eletrodo indicador metálico bastante utilizado, porque ele não participa da maioria das reações químicas, logo cumpre bem o seu papel de apenas transportar os elétrons!

Outros exemplos de eletrodos indicadores metálicos são, de outro e de carbono, também inertes. Existem também os eletrodos seletivos a determinadas espécies!

Agora vamos praticar com exercícios?

Titulação Potenciométrica

Eletrodos de Referência

Eletrodos Indicadores

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria.

Calcule o potencial da célula eletroquímica abaixo, considerando que a razão entre as concentrações de F e 2 + e F e 3 + seja igual a 2,5 × 10 - 3 .

A meia célula esquerda funciona como um eletrodo de referência, se ela fosse trocada por um eletrodo de calomelano saturado?

Dados: E = 0,197 V - A g / A g C l

E = 0,241 V - c a l o m e l a n o   s a t u r a d o

Passo 1

Vamos nessa!!

Para calcular o potencial de uma célula galvânica, fazemos:

E = E r e d m a i o r - E r e d m e n o r

Se a meia célula esquerda é o anodo, então é onde esta acontecendo a oxidação..como esse processo acontece naturalmente, então o potencial dessa célula é E r e d m e n o r , beleza?!

O potencial da redução do ferro pode ser escrito utilizando a equação de Nernst:

E F e 2 + / F e 3 + = E ° F e 2 + / F e 3 + - 0,05916 1 log ⁡ F e 2 + F e 3 +

Consultando uma tabelinha de E ° r e d , achamos:

E ° F e 2 + / F e 3 + = 0,771   V

Se o potencial da meia célula da esqueda é 0,197   V , então podemos escrever a equação da célula:

E = 0,771 - 0,05916 log ⁡ F e 2 + F e 3 + - 0,197   V

O problema nos da a razão das concentrações de ferro:

F e 2 + F e 3 + = 2,5 × 10 - 3

Então:

E = 0,771 - 0,05916 log ⁡ 2,5 × 10 - 3 - 0,197   V

Calculando, achamos:

E = 0,728   V

Passo 2

Vamos do início de novo:

E = E r e d m a i o r - E r e d m e n o r

A meia célula da esqueda continuaria sendo o anôdo e a da direita continua nas mesmas condições, então a gente repete o potencial da redução de ferro e substitui E r e d m e n o r pelo potencial de redução do calomelano saturado:

E = 0,771 - 0,05916 log ⁡ F e 2 + F e 3 + - 0,241 V

Arrumando, temos:

E = 0,530 - 0,05916 log ⁡ F e 2 + F e 3 +

Substituindo a razão das concentrações:

E = 0,530 - 0,05916 log ⁡ 2,5 × 10 - 3

Calculando:

E = 0,684   V

Prontinho!!!

Resposta

E = 0,728   V

E = 0,684   V

Exercício Resolvido #2

Lista de Química analítica instrumental-UFMT

Uma amostra de 0,5788   g de um ácido orgânico purificado foi dissolvido em água e titulada potenciometricamente. Um gráfico de dados revelou um único ponto final alcançado após a introdução de 23,29   m L   de N a O H   0,0994   m o l   L - 1 . Calcule a massa molar do ácido.

Passo 1

Vamos entender o que o enunciado ta dizendo pra a gente!

A gente tem um ácido orgânico desconhecido, titulamos ele e queremos descobrir sua massa molar!

Ai eu te pergunto, como a gente descobre a massa molar de um composto sem conhecer sua fórmula química?!

Bem, o problema nos diz que o gráfico plotado a partir dos dados da titulação mostrou pra a gente que esse ácido tem apenas um hidrogênio ionizável, ou seja, a reação é 1 : 1 , logo:

1   m o l   d e   N a O H = 1   m o l   d e   á c i d o   d e s c o n h e c i d o

Então vamos descobrir quantos mols de N a O H foram usados!

Passo 2

Show, podemos calcular n N a O H :

n N a O H = N a O H × V N a O H

Sabendo que, M M N a O H = 39,997   g / m o l e o problema diz que no ponto de equivalência V N a O H = 23,29 × 10 - 3 L , então:

n N a O H = 0,0994 m o l L × 23,29 × 10 - 3 L

Calculando:

n N a O H = 2,31 × 10 - 3 m o l

Passo 3

Achamos o número de mols de N a O H , logo:

n á c i d o = 2,31 × 10 - 3 m o l

O nosso objetivo era descobrir a massa molar do ácido, certo?

M M á c i d o = m á c i d o n á c i d o

O enunciado nos diz que a massa da amostra de ácido é 0,5788   g , então:

M M á c i d o = 0,5788   g 2,31 × 10 - 3 m o l

Calculando:

M M á c i d o = 250   g / m o l  

Aweee, achamos!!!

Resposta

M M á c i d o = 250   g / m o l  

Exercício Resolvido #3

Lista de Química analítica instrumental-UFMT

A titulação de um comprimido de AAS infantil realizada potenciometricamente com N a O H   0,100   m o l   L - 1 , gera os dados abaixo. Determine a massa de ácido acetilsalicílico no comprimido. Dados: M M A A S = 180,168   g / m o l .

Passo 1

Queremos descobrir a massa de ácido acetilsalicílico em um comprimido de AAS infantil e para isso fizemos uma titulação ácido-base potenciométrica!

O problema nos da uma tabela com os dados com os volumes de titulante N a O H   0,0100   m o l   L - 1 e o potencial E em m V para cada adição de titulante. Nas colunas seguintes temos a primeira derivada e a segunda derivada.

Podemos desenhar o gráfico da segunda derivada onde vai ser mais fácil visualizar o ponto de equivalência:

Passo 2

O ponto de equivalência acontece quando a curva corta o eixo x , nesse momento:

V N a O H = 23,2   m L

Beleza! E como a gente chega na massa de ácido na amostra?!

No ponto de equivalência, temos:

n A A S = n N a O H

Logo:

n A A S = N a O H × V N a O H

A massa de AAS pode ser calculada por:

m A A S = M M A A S × n A A S

Substituindo, ficamos com:

m A A S = M M A A S × N a O H × V N a O H

O problema diz que M M A A S = 180,168   g / m o l , então:

m A A S = 180,168 g m o l × 0,100 m o l L × 23,2 × 10 - 3 L

Calculando, achamos:

m A A S = 0,418   g

Prontinho!!!

Resposta

m A A S = 0,418   g

Exercício Resolvido #4

Lista de Química analítica instrumental-UFMT

Uma amostra de 0,5788   g de um ácido orgânico purificado foi dissolvido em água e titulada potenciometricamente. Um gráfico de dados revelou um único ponto final alcançado após a introdução de 23,29   m L   de N a O H   0,0994   m o l   L - 1 . Calcule a massa molar do ácido.

Passo 1

Vamos entender o que o enunciado ta dizendo pra a gente!

A gente tem um ácido orgânico desconhecido, titulamos ele e queremos descobrir sua massa molar!

Ai eu te pergunto, como a gente descobre a massa molar de um composto sem conhecer sua fórmula química?!

Bem, o problema nos diz que o gráfico plotado a partir dos dados da titulação mostrou pra a gente que esse ácido tem apenas um hidrogênio ionizável, ou seja, a reação é 1 : 1 , logo:

1   m o l   d e   N a O H = 1   m o l   d e   á c i d o   d e s c o n h e c i d o

Então vamos descobrir quantos mols de N a O H foram usados!

Passo 2

Show, podemos calcular n N a O H :

n N a O H = N a O H × V N a O H

Sabendo que, M M N a O H = 39,997   g / m o l e o problema diz que no ponto de equivalência V N a O H = 23,29 × 10 - 3 L , então:

n N a O H = 0,0994 m o l L × 23,29 × 10 - 3 L

Calculando:

n N a O H = 2,31 × 10 - 3 m o l

Passo 3

Achamos o número de mols de N a O H , logo:

n á c i d o = 2,31 × 10 - 3 m o l

O nosso objetivo era descobrir a massa molar do ácido, certo?

M M á c i d o = m á c i d o n á c i d o

O enunciado nos diz que a massa da amostra de ácido é 0,5788   g , então:

M M á c i d o = 0,5788   g 2,31 × 10 - 3 m o l

Calculando:

M M á c i d o = 250   g / m o l  

Aweee, achamos!!!

Resposta

M M á c i d o = 250   g / m o l  

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria.

Afim de se determinar a porcentage de ácido acético em uma amostra de   20,00   m L vinagre foi realizada uma titulação ácido-base potenciométrica utilizando um eletrodo sensível a H + e N a O H   0,5   m o l   L - 1   como titulante. Para isso a amostra foi diluída, adicionando 40,00   m L   de água destilada . O titulante foi adicionado em m L por m L e gerou a seguinte tabela:

Qual é a porcentagem ( % m / m ) de ácido acético presente na amostra?

Dados:

d = 1,05   g / m L ;

M M H A c = 60,052   g / m o l ;

Passo 1

Vamos começar desenhando o gráfico da derivada segunda pra a gente achar o ponto de equivalência!

Beleza, o ponto de equivalência acontece em V N a O H = 32,00   m L , nesse momento temos:

n N a O H = n H A c

Passo 2

O número de mols do titulado pode ser calculado:

n H A c = N a O H × V N a O H

A gente quer descobrir a porcentagem de H A c presente na amostra, mas pra isso primeiro temos que achar a massa de H A c :

m H A c = M M H A c × n H A c

Substituindo, ficamos com:

m H A c = M M H A c × N a O H × V N a O H

Se M M H A c = 60,052   g / m o l e N a O H = 0,5   m o l   L - 1 , então:

m H A c = 60,052 g m o l × 0,5 m o l L × 32,00 × 10 - 3 L = 0,961   g

Passo 3

Para calcularmos a % m / m de ácido acético no vinagre, fazemos:

% H A c = m H A c m a m o s t r a × 100 %

O problema é que não conhecemos a massa da amostra, apenas seu volume!

Maaaas o enunciado diz que d = 1,05   g / m L , então:

m a m o s t r a = d × V a m o s t r a

Esse volume da amostra é 20,00   m L , antes dele ser diluído!!

m a m o s t r a = 1,05 g m L × 20,00   m L = 21,0   g

Finalmente podemos calcular:

% H A c = 0,961   g 21,0 × 100 %

Achamos:

% H A c = 4,58 %   d e   H A c

Aweee!!!

Resposta

% H A c = 4,58 %   d e   H A c

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