Química Geral e Orgânica.
Quem pesa mais: um quilo de ferro ou um quilo de algodão? Isso mesmo, ambos têm massas iguais, porém 1 kg de algodão ocupa um volume muito maior quando comparado ao ferro. Essa relação de massa e volume de um corpo é conhecida como densidade.
d = m / V
A massa de um corpo pode ser determinada por diversas unidades diferentes, como quilograma, grama, tonelada etc. Isso também se aplica para determinar o volume utilizando as unidades de cm3, m3, L, mL, dentre outros. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, deveríamos usar as unidades quilograma (kg) e metro cúbico (m3) para determinar a densidade, porém nem sempre essas unidades são as mais convenientes. Logo, pode-se usar as seguintes combinações de unidades para determinação da densidade: g/cm3, g/L, kg/mL etc.
A densidade é uma propriedade muito importante nas rotinas de laboratório, pois, a partir dela, pode-se caracterizar e identificar substâncias, bem como avaliar seu grau de pureza, promover a separação de misturas baseando-se na densidade dos materiais, dentre vários outros processos.
Considere a seguinte situação hipotética:
Você está concorrendo a uma vaga em um grande laboratório de pesquisa e precisará passar por um teste prático. O teste recebido consiste na determinação da densidade do vinagre e a acidez total de uma amostra de vinagre. Para tal processo, você utilizou os materiais: balão volumétrico de 25 mL, balança semi-analítica, vinagre comercial, conta-gotas, um Erlenmeyer de 250 mL, bureta de 25 mL, solução padrão secundário de NaOH, garra metálica, suporte universal, pipeta de 2 mL, pipetador, fenolftaleína, béquer de 50 mL e água destilada.
Você começou o experimento e, inicialmente, constatou que o balão volumétrico de 25 mL vazio possuía uma massa de 24,834 g e, com a amostra de vinagre, sua massa passou a ser de 49,872 g. Em seguida, com todos os aparatos montados, você preencheu a bureta de 25 mL com a solução titulante (padrão secundário de NaOH) de concentração 0,098 mol/L. Transferiu 2,00 mL da amostra de vinagre para um Erlenmeyer de 250 mL, acrescentou 50 mL de água destilada e três gotas de indicador de fenolftaleina e homogeneizou a solução. Colocou o Erlenmeyer sob a bureta e escoou a solução titulante, gota a gota até a mudança de coloração. O volume de titulante gasto na solução foi 14,15 mL.
Obs.: de acordo com o rótudo do vinagre, o teor de ácido acético é 4,2% (m/m).
DESENVOLVENDO O TRABALHO
Com os dados em mãos, você é capaz de determinar o que se pede no teste. Mostre todos os cálculos.
1. QUAL é a massa do vinagre?
2. QUAL é a densidade da solução (vinagre), em g/mL?
3. ESCREVA a reação química balanceada que ocorre durante o processo de titulação.
4. QUAL é a massa experimental de ácido acético no vinagre?
5. QUAL é a porcentagem (m/m) experimental de ácido acético encontrado no vinagre?
6. QUAL é a função da fenolftaleína no experimento?
Quem pesa mais: um quilo de ferro ou um quilo de algodão? Isso mesmo, ambos têm massas iguais, porém 1 kg de algodão ocupa um volume muito maior quando comparado ao ferro. Essa relação de massa e volume de um corpo é conhecida como densidade.
d = m / V
A massa de um corpo pode ser determinada por diversas unidades diferentes, como quilograma, grama, tonelada etc. Isso também se aplica para determinar o volume utilizando as unidades de cm3, m3, L, mL, dentre outros. De acordo com o Sistema Internacional de Unidades, deveríamos usar as unidades quilograma (kg) e metro cúbico (m3) para determinar a densidade, porém nem sempre essas unidades são as mais convenientes. Logo, pode-se usar as seguintes combinações de unidades para determinação da densidade: g/cm3, g/L, kg/mL etc.
A densidade é uma propriedade muito importante nas rotinas de laboratório, pois, a partir dela, pode-se caracterizar e identificar substâncias, bem como avaliar seu grau de pureza, promover a separação de misturas baseando-se na densidade dos materiais, dentre vários outros processos.
Considere a seguinte situação hipotética:
Você está concorrendo a uma vaga em um grande laboratório de pesquisa e precisará passar por um teste prático. O teste recebido consiste na determinação da densidade do vinagre e a acidez total de uma amostra de vinagre. Para tal processo, você utilizou os materiais: balão volumétrico de 25 mL, balança semi-analítica, vinagre comercial, conta-gotas, um Erlenmeyer de 250 mL, bureta de 25 mL, solução padrão secundário de NaOH, garra metálica, suporte universal, pipeta de 2 mL, pipetador, fenolftaleína, béquer de 50 mL e água destilada.
Você começou o experimento e, inicialmente, constatou que o balão volumétrico de 25 mL vazio possuía uma massa de 24,834 g e, com a amostra de vinagre, sua massa passou a ser de 49,872 g. Em seguida, com todos os aparatos montados, você preencheu a bureta de 25 mL com a solução titulante (padrão secundário de NaOH) de concentração 0,098 mol/L. Transferiu 2,00 mL da amostra de vinagre para um Erlenmeyer de 250 mL, acrescentou 50 mL de água destilada e três gotas de indicador de fenolftaleina e homogeneizou a solução. Colocou o Erlenmeyer sob a bureta e escoou a solução titulante, gota a gota até a mudança de coloração. O volume de titulante gasto na solução foi 14,15 mL.
Obs.: de acordo com o rótudo do vinagre, o teor de ácido acético é 4,2% (m/m).
DESENVOLVENDO O TRABALHO
Com os dados em mãos, você é capaz de determinar o que se pede no teste. Mostre todos os cálculos.
1. QUAL é a massa do vinagre?
2. QUAL é a densidade da solução (vinagre), em g/mL?
3. ESCREVA a reação química balanceada que ocorre durante o processo de titulação.
4. QUAL é a massa experimental de ácido acético no vinagre?
5. QUAL é a porcentagem (m/m) experimental de ácido acético encontrado no vinagre?
6. QUAL é a função da fenolftaleína no experimento?
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Lista de comentários
1. Massa do vinagre = 25,038 g
2. Densidade (g/mL) = 1,00152 g/mL (aproximadamente 1,00 g/mL)
3. CH3COOH (ácido acético) + NaOH (hidróxido de sódio) → CH3COONa (acetato de sódio) + H2O (água)
4. Massa do ácido acético (g) ≈ 0,08326 g (aproximadamente 0,083 g)
5. Porcentagem (m/m) de ácido acético no vinagre ≈ 0,3317% (aproximadamente 0,33%)
6. A fenolftaleína é um indicador ácido-base utilizada no experimento para indicar o ponto de equivalência da titulação (quando toda a quantidade de ácido acético reage com o hidróxido de sódio).
Densidade e titulação
Resolvendo cada item do teste prático:
1. Para determinar a massa do vinagre, deve-se subtrair a massa do balão vazio da massa do balão com o vinagre:
Massa do vinagre = Massa do balão com vinagre - Massa do balão vazio
Massa do vinagre = 49,872 g - 24,834 g
Massa do vinagre = 25,038 g
2. Para calcular a densidade da solução de vinagre, deve-se usar a fórmula da densidade: densidade (g/mL) = massa (g) / volume (mL). Neste caso, a massa do vinagre já é conhecida (25,038 g). Falta calcular o volume do vinagre no balão volumétrico.
O balão volumétrico possui capacidade de 25 mL. Portanto, o volume do vinagre é 25 mL. Com essa informação, é possível calcular a densidade:
densidade (g/mL) = 25,038 g / 25 mL
densidade (g/mL) = 1,00152 g/mL (aproximadamente 1,00 g/mL)
3. A reação química balanceada que ocorre durante o processo de titulação é a seguinte:
CH3COOH (ácido acético) + NaOH (hidróxido de sódio) → CH3COONa (acetato de sódio) + H2O (água)
4. Para determinar a massa experimental de ácido acético no vinagre, deve-se usar a equação da reação química balanceada:
1 mol de CH3COOH reage com 1 mol de NaOH.
Primeiro, calcula-se a quantidade de NaOH gasto na titulação:
Quantidade de NaOH (mol) = Concentração (mol/L) × Volume de titulante (L)
Quantidade de NaOH (mol) = 0,098 mol/L × 0,01415 L
Quantidade de NaOH (mol) ≈ 0,0013871 mol
Como a reação é 1:1, a quantidade de mol de CH3COOH presente no vinagre é igual à quantidade de mol de NaOH gasto na titulação.
Quantidade de CH3COOH (mol) ≈ 0,0013871 mol
Agora, calcula-se a massa de ácido acético no vinagre:
Massa do ácido acético (g) = Quantidade de CH3COOH (mol) × Massa molar do ácido acético (g/mol)
Massa molar do ácido acético (CH3COOH) ≈ 60,05 g/mol (C = 12,01 g/mol, H = 1,01 g/mol, O = 16,00 g/mol)
Massa do ácido acético (g) ≈ 0,0013871 mol × 60,05 g/mol
Massa do ácido acético (g) ≈ 0,08326 g (aproximadamente 0,083 g)
5. Agora, podemos calcula-se a porcentagem (m/m) experimental de ácido acético encontrada no vinagre:
Porcentagem (m/m) de ácido acético no vinagre = (Massa do ácido acético / Massa do vinagre) × 100%
Porcentagem (m/m) de ácido acético no vinagre ≈ (0,083 g / 25,038 g) × 100%
Porcentagem (m/m) de ácido acético no vinagre ≈ 0,3317% (aproximadamente 0,33%)
6. A fenolftaleína é um indicador ácido-base que muda de cor em uma faixa de pH específica. Ela é utilizada no experimento para indicar o ponto de equivalência da titulação, que ocorre quando toda a quantidade de ácido acético reage com o hidróxido de sódio. Quando a solução de vinagre neutraliza completamente a solução de NaOH, a fenolftaleína muda de incolor para rosa, sinalizando o fim da reação. Assim, ela ajuda a identificar o ponto exato em que a quantidade estequiométrica de NaOH foi adicionada, permitindo calcular a quantidade de ácido acético presente no vinagre.
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