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16.7:

Cálculos de Titulação: Ácido Fraco - Base Forte

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Chemistry
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Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

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O pH em diferentes fases de titulação do ácido ou de base fraca é calculado utilizando diferentes métodos durante vários pontos da titulação. Se um ácido ou base fraca for o principal determinante do pH, o Ka ou Kb e uma tabela ICE, ou a equação Henderson-Hasselbalch é utilizada. Se o ácido ou base forte está presente depois da reação de neutralização, a concentração do hidrónio restante ou íons hidróxidos é utilizada para calcular o pH.O pH inicial de 50 mililitros de 0, 10 molar de uma solução de ácido acético é de 2, 87 e é calculado utilizando o Ka e uma tabela ICE, sendo o ácido acético é o principal contribuinte. Se esta solução contiver 0, 0050 mols de acetato é titulado com 0, 10 molar de hidróxido de sódio, os íons hidróxidos reagem com o ácido acético para produzir acetato, resultando num amortecedor. Portanto, quando 10 mililitros do hidróxido de sódio contendo 0, 0010 mols de íons hidróxidos são adicionados formam-se 0, 0010 mols de acetatos, e 0, 0040 mols de ácido acético permanece.O pH do amortecedor pode ser calculado substituindo estes valores na equação Henderson-Hasselbalch sendo igual a 4, 14. Quando são adicionados 25 mililitros de hidróxido de sódio, metade das mols iniciais do ácido acético são convertidos em acetato. Neste momento, o pH é igual ao pKa, como a quantidade de ácido acético e o íon de acetato são iguais.A adição adicional de sódio hidróxido até 50 mililitros converte todo as moléculas acéticas ácidas em acetato, e o ponto de equilibrio é alcançado. Uma vez que os íons de acetato são básicos, o ponto de equilibrio situa-se na regíon da base. A concentração do íon acetato é calculado por divisão do número de mols pelo volume total da solução.O pH é determinado utilizando o Kb para íons de acetato e uma tabela ICE, uma vez que o íon acetato é o principal contribuinte para o pH no ponto de equilibrio. O Kb para o acetato é calculado utilizando a fórmula Kw que é igual a Ka vezes Kb e igual a 5, 6 10-¹⁰. A substituição da expressão de equilíbrio na expressão para Kb dá a concentração de hidróxidos, 5, 3 10-⁶ molar.O pOH e o pH da solução são 5, 28 e 8, 72, respectivamente. A adição adicional de hidróxido de sódio na solução resulta numa mistura de íons de acetato e hidróxido de sódio. No entanto, a concentração final de hidróxido de sódio determina o pH da solução, pois é uma base mais forte que o acetato.Portanto, se for adicionado 70 mililitros de hidróxido de sódio na solução, a concentração final dos íons hidróxidos pode ser calculada subtraindo o total das mols de ácido acético, 0, 0050 mols, ao total de mols de íons de hidróxidos adicionado, 0, 0070 mols, e dividindo-o pelo volume total da solução, 120 mililitros ou 0, 12 litros. Como a concentração de íons hidróxidos é de 0, 017 molar, o pOH e pH de as soluções são calculados para ser 1, 78 e 12, 22, respectivamente.

16.7:

Cálculos de Titulação: Ácido Fraco - Base Forte

Cálculo do pH para Soluções de Titulação: Ácido Fraco/Base Forte

Para a titulação de 25,00 mL de CH3CO2H a 0,100 M com NaOH a 0,100 M, a reação pode ser representada como:

Eq1

O pH da solução de titulação após a adição dos diferentes volumes de solução titulante de NaOH pode ser calculado da seguinte forma:

(a) O pH inicial é calculado para a solução de ácido acético na abordagem ICE habitual:

Eq2

(b) O ácido e o titulante são ambos monopróticos e as soluções de amostra e titulante estão igualmente concentradas; assim, este volume de titulante representa o ponto de equivalência. Ao contrário do exemplo de ácido forte, a mistura de reação neste caso contém uma base de conjugado fraca (acetato iónico). O pH da solução é calculado considerando a ionização básica do acetato, que está presente em uma concentração de

Eq3

A ionização básica do acetato é representada pela equação

Eq4

Assumindo que x << 0,0500, o pH pode ser calculado através da abordagem ICE habitual:

Eq5

Tenha em atenção que o pH no ponto de equivalência desta titulação é significativamente superior a 7, conforme esperado quando se titula um ácido fraco com uma base forte.

(c) Volume de titulante = 12,50 mL. Este volume representa metade da quantidade estequiométrica de titulante, pelo que metade do ácido acético foi neutralizada para produzir uma quantidade equivalente de ião acetato. As concentrações desses pares conjugados ácido-base são, portanto, iguais. Uma abordagem conveniente para o cálculo do pH é o uso da equação de Henderson-Hasselbalch:

Eq6

(pH: pKa no ponto de meia equivalência em uma titulação de um ácido fraco)

(d) Volume de titulante = 37,50 mL. Este volume representa um excesso estequiométrico de titulante, e uma solução de reação que contém tanto o produto de titulação, iões acetato, como o titulante forte em excesso. Em tais soluções, o pH da solução é determinado principalmente pela quantidade da base forte em excesso:

Eq7

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-base Titrations.