Neste exercício, devemos considerar indicadores e capacidade de neutralização de ácidos e responder às questões relacionadas.

Um indicador (como ácido-base) é usado para determinar o ponto de equivalência de reações químicas específicas (como reações ácido-base).

A capacidade de neutralização de ácido de um corpo de água é geralmente assumida como a quantidade de bicarbonato que neutraliza o ácido que pode vir de uma fonte externa.

1. Nesta parte, devemos responder por que os indicadores são usados ​​apenas em pequenas quantidades. Os indicadores também exibem suas próprias propriedades. Por exemplo, um indicador ácido-base - enquanto adicionado a uma solução - também contribui para o pH da solução. No entanto, os indicadores também mostram mudança de cor mesmo em pequenas quantidades. Portanto, não é necessário adicionar muitos deles a uma solução, pois isso não resultaria em maior precisão. Além disso, a contribuição de um indicador para o pH global se tornaria não desprezível no caso de grandes quantidades. Como resultado, se a concentração do indicador se tornar muito grande, será mais difícil para nós transformar todo o indicador de uma forma para outra (por exemplo, ácido para básico acompanhado de uma mudança de cor). Isso também levaria à diminuição da precisão da determinação do ponto final.

Resumidamente:

pequenas quantidades são suficientes para observar a mudança de cor

grandes quantidades contribuiriam apreciavelmente para o pH da solução

2. Nesta parte, devemos determinar a capacidade de neutralização de ácido (em mg/L bicarbonato de cálcio) de uma amostra de água de um lago. Para a titulação, foi utilizado 0,25 \text{ mL}0,25 mL de indicador vermelho de metila 0,1\%0,1%. A mudança de cor do indicador ocorreu após a adição de 4,74 \text{ mL}4,74 mL de ácido clorídrico 0,01072 \text{ M}0,01072 M. Durante a titulação, assume-se que não houve erro do indicador. Vamos indicar primeiro a equação química da reação de titulação:

A faixa de transição do vermelho de metila é 4.2-6.3. Isso significa que o HCl deve reagir com todos os . Vamos determinar o número de mols de HCl necessários para exceder a faixa de transição, completando a primeira reação com ácido fosfórico (para atingir a magnitude do um valor). Como visto na equação química, um mol de bicarbonato reage com dois mols de ácido clorídrico. Portanto, o número de mols de bicarbonato deve ser duas vezes menor que o de ácido clorídrico. Vamos calcular os valores necessários a partir da concentração inicial e do volume inicial.

Este valor de número de moles é o teor de bicarbonato de uma amostra de 100 mL. O conteúdo de uma amostra de litro deve ser, portanto, o valor dez vezes deste:

Conhecendo o número de moles e a massa molar do carbonato de cálcio, podemos determinar sua massa.

Isso significa que a capacidade de neutralização de ácido da amostra de água é de 41,2 mg/L de bicarbonato de cálcio.

Passo 2

3. c) Nesta parte, devemos determinar o erro do indicador como uma porcentagem da capacidade de neutralização do ácido quando o indicador está inicialmente em sua forma ácida.

A forma ácida do indicador também reage com o bicarbonato de acordo com a seguinte reação:

Isso significa que precisamos determinar quanto indicador se transformou para a forma básica da forma ácida também no valor de pH mais baixo.

Em primeiro lugar, vamos calcular a massa do indicador. O indicador tem uma concentração de 0.1%. o que significa que 100 mL de solução contém 0.1 g de indicador vermelho de metila. No nosso caso, o volume do indicador está em torno de 0.25 mL

Como próximo passo, vamos determinar o número de mols de vermelho de metila:

Como próximo passo, vamos determinar o pH no ponto de equivalência assumindo que a contribuição do indicador para o pH é desprezível devido à sua baixa concentração relativa. No ponto de equivalência, ambos os reagentes foram totalmente consumidos. Consequentemente, como visto pela estequiometria, o número de mols de ácido carbônico deve ser o mesmo que o número inicial de mols de ácido clorídrico:

A partir do número de mols e do volume, podemos determinar a concentração de no ponto de equivalência:



Conhecendo esse valor, podemos prosseguir para determinar o valor do erro relativo percentual:



Em suma, o erro relativo percentual é de 0.718%.

4. Nesta parte, devemos decidir o valor correto para a capacidade de neutralização do ácido. Em valores de pH maiores (como no caso de água contendo íons bicarbonato), a suposição de que o indicador está totalmente em sua forma ácida deve estar correta, pois o indicador não tem o impulso de perder seus prótons em condições básicas. Isso significa que o cenário especificado na parte c) é verdadeiro, e os prótons derivados do indicador também devem ser considerados durante a titulação. Consequentemente, a capacidade correta de neutralização de ácido é 41.49 mg, conforme determinado na parte c)

Passo 3

5. Nesta parte, devemos listar mais quatro espécies que podem contribuir para a capacidade de neutralização de ácidos além dos íons carbonato e bicarbonato.

Como a capacidade de neutralização ácida é uma característica das águas naturais, devemos considerar as substâncias que apresentam atividade ácido-base e podem ser encontradas em fontes naturais de água. Por exemplo:

sódio: o sódio é um dos íons mais prevalentes em qualquer fonte de água

íons hidróxido: aumenta o pH, devendo considerá-lo como uma espécie que contribui para a capacidade de neutralização do ácido, pois também reage durante a titulação.

íons ácidos orgânicos: também altera o pH, devendo considerá-lo como uma espécie que contribui para a capacidade de neutralização do ácido, pois também reage durante a titulação.

alumínio: contaminante geral, que também pode apresentar atividade ácido-base.

6. Nesta parte, devemos especificar quando a suposição de que apenas íons carbonato e bicarbonato contribuem para a capacidade de neutralização do ácido não está correta. Conforme mencionado na parte anterior, a presença de íons com atividade ácido-base em água pode afetar a capacidade de neutralização de ácidos. Isso significa que, quando estão em grande concentração, a suposição é incorreta. Por exemplo, água doce altamente poluída (íons metálicos) ou qualquer tipo de água do mar (íons de sódio e cloreto) contém muitos desses íons.
7. Nesta parte, devemos assumir que um material particulado tem uma contribuição significativa para a capacidade de neutralização de ácidos, e responder como este problema deve ser tratado. Depois que o material particulado é filtrado (a escolha do filtro certo é importante), podemos realizar a determinação normalmente.

h) Nesta parte, devemos propor um método para determinar separadamente a contribuição do material particulado e das espécies solúveis para a capacidade de neutralização do ácido. Para isso - após a filtração - devemos determinar normalmente a capacidade de neutralização ácida das espécies solúveis. No entanto, a titulação da matéria sólida pode não ser precisa devido à homogeneidade da amostra. Portanto, após a filtração, podemos tentar o seguinte na ordem listada para dissolver as espécies particuladas:

Tente dissolver a espécie em água quente (pode ocorrer mesmo antes da filtração)

Tente dissolver as espécies em solvente orgânico frio (não ácido)

Tente dissolver as espécies em solvente orgânico quente (não ácido)

Tente dissolver a espécie em ácido frio. Devemos ter cuidado com as quantidades durante a determinação adicional. Depois disso, a titulação de volta pode ser necessária para determinar a capacidade de neutralização do ácido.

Tente dissolver a espécie em ácido quente. Devemos ter cuidado com as quantidades durante a determinação adicional. Depois disso, a titulação de volta pode ser necessária para determinar a capacidade de neutralização do ácido.

Quando um deles for bem sucedido, podemos realizar a titulação. No final, a soma dos dois valores de capacidade de neutralização de ácido (particulado e solúvel) será a capacidade global de neutralização de ácido.