Quando os químicos precisam encontrar a concentração de uma substância dissolvida em uma solução, eles geralmente usam uma técnica chamada titulação. Ao adicionar um produto químico que reage com o soluto até que todo o soluto tenha sido neutralizado, o químico pode determinar quanto estava originalmente presente - e, portanto, a concentração da solução. Problemas de titulação com ácidos e bases são tarefas comuns em trabalhos de casa e testes nas aulas de química.
Determine se o analito (o produto químico dissolvido na solução) e o titulante (o produto químico adicionado para neutralizar o soluto) são ácidos ou bases fortes. Um ácido é uma substância que distribui prótons, enquanto uma base é uma substância que absorve prótons. Se o soluto for uma base, o titulante será um ácido e vice-versa. Ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido bromídrico e ácido iodídrico são os mais comuns ácidos fortes, enquanto os hidróxidos de lítio, sódio, potássio, rubídio, cálcio, estrôncio e bário são bases fortes. Para obter uma lista de ácidos e bases comuns, consulte o link na seção Recursos.
Determine se o produto da reação de titulação será um sal neutro ou um sal básico / ácido. Quando uma base forte e um ácido forte reagem, o produto é um sal neutro (um sal com pH 7); a reação entre o ácido clorídrico e o hidróxido de sódio, por exemplo, dá origem ao cloreto de sódio, que não é nem básico nem ácido. Um ácido forte reagindo com uma base fraca, entretanto, produz um sal ácido, enquanto uma base forte reagindo com um ácido fraco produz um sal básico. As titulações dificilmente são realizadas com uma combinação de um ácido fraco e uma base fraca, pois seria mais difícil encontrar o ponto de equivalência para este tipo de titulação.
Escreva o que você sabe e descubra o que o problema está pedindo. Normalmente, um trabalho de casa ou problema de teste desse tipo fornecerá as identidades do titulante e do analito, o volume do analito e a concentração do titulante. O problema pode dar-lhe a quantidade de titulante necessária para atingir a equivalência (o ponto onde todo o soluto foi neutralizado) e pedir-lhe para encontrar o pH em equivalência e a concentração da solução original, ou pode dar-lhe a concentração de titulante e soluto e então pedir-lhe para encontrar o pH em cada estágio de a reação. Cada tipo de problema exigirá uma estratégia diferente.
Escreva a equação química balanceada para a reação entre o ácido e a base (isso também será fornecido a você no problema). Determine a proporção dos reagentes usando a equação química, ou seja, quantas moléculas de um produto químico são necessárias para reagir com uma molécula do outro.
Use os dados que você recebeu para calcular o pH em cada etapa da reação se o problema solicitar que você faça isso (se não, pule esta etapa e prossiga para a Etapa 6). Dependendo das identidades do analito e do titulante, existem quatro possibilidades.
1) Se o analito é um ácido forte e o titulante é uma base forte, o pH é apenas o logaritmo negativo da concentração do analito. Para encontrar a concentração do analito, subtraia o número de moles de titulante adicionado até este ponto, então divida pelo volume total (volume inicial de analito + volume de titulante adicionado).
2) Se o analito é uma base forte e o titulante é um ácido forte, as etapas que você segue são as mesmas como em (1), exceto que o log negativo da concentração de analito vai lhe dar o pOH em vez de pH. Para converter pOH em pH, subtraia de 14.
3) Se o analito for um ácido fraco e o titulante for uma base forte, use a equação de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([concentração de base conjugada] / concentração de ácido fraco restante). A quantidade de base conjugada é igual à quantidade de titulante que você adicionou até agora; divida-o pelo volume total para encontrar a concentração. Os valores de pKa para muitos ácidos fracos estão listados na tabela vinculada na seção Recursos.
4) Se o analito for uma base fraca e o titulante for um ácido forte, use a outra forma do Equação de Henderson-Hasselbalch, pOH = pKb + log ([concentração de ácido conjugado] / base fraca restante concentração ). Em seguida, converta de pOH para pH subtraindo de 14.
Encontre o pH em equivalência se o problema solicitar. Para um ácido forte emparelhado com uma base forte, o pH na equivalência é 7. Para um titulante de ácido forte e analito de base fraca, pegue o número de moles de base fraca originalmente presente e divida pelo novo volume total (volume original de analito + volume de titulante adicionado para atingir a equivalência) para encontrar a concentração, então tome o log negativo deste concentração. O procedimento para um titulante de base forte com um analito de ácido fraco é o mesmo, exceto que uma vez que você tomou o log negativo, você terá o pOH em vez do pH, então você precisa convertê-lo em pH subtraindo-o de 14.
Encontre a concentração original do analito se o problema solicitar. O volume de titulante adicionado para atingir a equivalência multiplicado pela molaridade ou concentração do titulante fornecerá o número de moles de titulante adicionado. O número de moles de titulante adicionado, multiplicado pela razão entre os reagentes que você encontrou na Etapa 4, é igual ao número de moles de analito originalmente presente. Divida o número de moles do analito pelo volume original do analito para encontrar a concentração do analito.
Pontas
Este procedimento assume uma proporção de 1 para 1 entre ácido e base na reação de neutralização - que é tipicamente o tipo de problema que você encontrará em um questionário de química geral.
Avisos
Ao encontrar as concentrações na ou antes da equivalência, leve em consideração o volume do titulante adicionado.