Relatório 4 - Medida Condutométrica da Constante de Dissociação de um Ácido Fraco - IQF367 Físico-Química Experimental EQ docx

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<p>1</p><p>IQF367 Físico-Química Experimental</p><p>09 de setembro de 2024</p><p>Medida Condutométrica da Constante de Dissociação de um Ácido Fraco</p><p>Arthur Santos1, Flavio Costa1 e Ighor Souza1</p><p>1 Graduando em Engenharia Química</p><p>Resumo</p><p>Nesse experimento, foi utilizada a técnica da condutometria (ou condutimetria) para obter a constante de dissociação</p><p>do ácido acético por intermédio da condutância equivalente de várias soluções desse ácido cujas concentrações</p><p>foram: 0,005N, 0,05N, 0,01N, 0,1N e 1,0N. Utilizando-se da solução de 1,0N, foram obtidas as demais através de</p><p>diluições e aferida a condutividade utilizando um condutivímetro calibrado com uma solução de KCl 0,1N. Dessa</p><p>forma, foi utilizada a expressão resultante da Lei da Diluição de Ostwald para determinar a constante de dissociação</p><p>clássica (K) para cada concentração.</p><p>Palavras-chave</p><p>Condutividade; Constante de dissociação;Soluções iônicas; Lei da Diluição de Ostwald.</p><p>Introdução</p><p>A condutometria ou condutimetria mede a</p><p>condutividade elétrica de soluções iônicas.</p><p>Geralmente, a condução da eletricidade através das</p><p>soluções iônicas se dá a partir da migração de íons</p><p>positivos e negativos com a aplicação de um campo</p><p>eletrostático. A condutividade de uma solução iônica</p><p>depende da natureza dos íons e movimento deste em</p><p>um solvente específico.</p><p>A natureza dos íons pode ser descrita pelas suas</p><p>propriedades, tais como tamanho, carga, mobilidade e</p><p>concentração. O movimento dos íons pode estar</p><p>diretamente relacionado com a temperatura da</p><p>solução e viscosidade do solvente. Um aumento na</p><p>temperatura faz com que os íons se movimentam mais</p><p>rapidamente e conduzem mais eletricidade; o aumento</p><p>da viscosidade reduz a velocidade de movimento dos</p><p>íons, formação de complexos efeitos do solvente. [1]</p><p>As medidas de condutividade também são usadas</p><p>para a determinação de constantes de ionização,</p><p>produtos de solubilidade e condutividades molares.</p><p>Segundo [2] pode se determinar a condutividade de</p><p>uma solução, de forma direta, ou seja, a partir da</p><p>medição de um eletrólito presente na solução. Por</p><p>isso, pode ser chamado de condutimetria direta.</p><p>Metodologia</p><p>Para ser realizada a análise de condutimetria foi</p><p>necessário limpar o eletrodo com água destilada e um</p><p>pedaço de papel, para certificar que não haja</p><p>possíveis contaminantes. Em seguida, antes de iniciar</p><p>de fato os experimentos, foi preciso calibrar o</p><p>condutivímetro com a solução padrão (KCl).</p><p>Primeiramente, foi preciso medir a condutividade da</p><p>solução branco, que nesse caso foi a água destilada.</p><p>Ao iniciar as análises de condutividade, foi</p><p>estabelecido como critério a leitura das medidas das</p><p>soluções mais diluídas para as soluções mais</p><p>concentradas, para fins de obter menos erros</p><p>analíticos, ou seja, diminuir a probabilidade de ter</p><p>resíduos no eletrodo.</p><p>Por conseguinte, foi preparado uma solução mãe de</p><p>HAc 1,0N e a partir do mesmo , foi preparado quatro</p><p>soluções dessa mesma solução por meio de diluição</p><p>sucessiva. Para iniciar o preparo foi preciso calcular o</p><p>volume necessário de HAc de cada solução, a partir</p><p>das informações dadas em laboratório.</p><p>As diluições foram feitas da seguinte forma:</p><p>1. solução HAc 0,1N</p><p>2. solução HAc 0,01N</p><p>3. solução HAc 0,005N</p><p>4. solução HAc 0,05N</p><p>Com o auxílio de uma pipeta volumétrica, foi</p><p>adicionado o valor do volume de HAc encontrado a</p><p>partir de cálculos para cada solução, usando a relação</p><p>. Dessa forma, os respectivos𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2</p><p>volumesde HAc a serem adicionados são: v1=10ml,</p><p>v2=10 ml, v3=50 ml e v4=50ml.</p><p>Em seguida, os volumes encontrados de HAc foram</p><p>inseridos em um balão volumétrico de 100ml e depois</p><p>foi adicionado água destilada até a altura do menisco.</p><p>Após essa etapa, foi necessário homogeneizar as</p><p>soluções diluídas. Sendo assim, iniciou-se as análises</p><p>das soluções.</p><p>A condutividade de uma solução depende</p><p>principalmente do tipo de íon e da quantidade</p><p>presente em solução, por isto, sofrerá variação de</p><p>acordo com a concentração do eletrólito. As medições</p><p>e valores encontrados são em torno dos íons</p><p>presentes em solução, portanto é conveniente utilizar</p><p>Prof. Ronald W. P. Ortiz</p><p>2</p><p>o termo condutividade molar Λm, também chamado de</p><p>condutividade equivalente.</p><p>Há duas classes de eletrólitos: quando a</p><p>condutividade molar depende pouco da concentração</p><p>do íon em solução, é dito que a mesmo é um eletrólito</p><p>forte. Já o eletrólito fraco possui uma dependência</p><p>maior do efeito da concentração, sua condutividade</p><p>molar é muito maior em valores de concentração</p><p>próximos de zero. Isto se deve ao fato de sua</p><p>ionização incompleta em solução, então a</p><p>condutividade depende do grau de ionização (α) do</p><p>eletrólito. Para o caso de ácidos fracos, grau de</p><p>desprotonação, que pode ser calculado da seguinte</p><p>forma:</p><p>[H3O+] = α*c (1)</p><p>[A-] = α*c (2)</p><p>[HA] = (1- α)*c (3)</p><p>(4)</p><p>Em uma diluição infinita, a condutividade molar</p><p>consegue ser obtida para ácidos fracos a partir da</p><p>relação com o coeficiente de atividade:</p><p>Λm= α*Λºm (5)</p><p>A constante é a condutividade molar limite, onde a</p><p>concentração tende a zero e os íons estão separados</p><p>infinitamente de modo que um não interage com o</p><p>outro.</p><p>Relacionando a equação 4 e 5, obtém-se a lei de</p><p>diluição de Ostwald:</p><p>(6)</p><p>Tabela 1. Condutividade Equivalente em diluição infinita do</p><p>ácido acético.</p><p>Tabela 2. Valores experimentais de condutividade a partir</p><p>das concentrações do ácido.</p><p>Para o cálculo da condutividade do eletrólito, mediu-se</p><p>a condutividade do eletrólito em solução (χ sol) a partir</p><p>das soluções diluídas de ácido acético e mediu-se a</p><p>condutividade da água destilada (2,3 S/cm) usada</p><p>para diluição. Após a obtenção dos valores, aplicou-se</p><p>na fórmula abaixo para encontrar a condutividade</p><p>eletrolítica:</p><p>(7)</p><p>Tabela 3. Valores calculados de condutividade do eletrólito</p><p>acetato.</p><p>Prof. Ronald W. P. Ortiz</p><p>Concentração (N) Xsol (µS/cm)</p><p>0,005 94,0</p><p>0,01 133,6</p><p>0,05 296,0</p><p>0,1 426,0</p><p>1 1162,0</p><p>Concentração (N) Xsol (µS/cm) X (µS/cm)</p><p>- 2,3 0,0</p><p>0,005 94,0 91,7</p><p>0,01 133,6 131,3</p><p>0,05 296,0 293,7</p><p>0,1 426,0 423,7</p><p>1 1162,0 1159,7</p><p>3</p><p>Para calcular a condutividade molar de cada solução</p><p>acética, basta obedecer a relação entre condutividade</p><p>do eletrólito e concentração da solução a partir da</p><p>fórmula a seguir:</p><p>(8)</p><p>A partir dos valores encontrados da condutividade</p><p>molar e utilizando a tabela 1 na temperatura de 25°C é</p><p>possível estabelecer o valor para a constante de</p><p>dissociação das soluções diluídas de ácido acético</p><p>utilizando a Lei de Ostwald (6).</p><p>Tabela 4. Valores da constante de dissociação para as</p><p>respectivas soluções ácidas.</p><p>De fato, é possível observar através das tabelas 2 e 4,</p><p>que os valores encontrados experimentalmente de</p><p>condutividade aumentam conforme a constante de</p><p>dissociação diminui, já que a concentração do íon</p><p>também está diminuindo.</p><p>Conclusão</p><p>A utilização da expressão decorrente da Lei de</p><p>Diluição de Ostwald, forneceu, de um modo geral,</p><p>uma boa aproximação para o valor da constante de</p><p>dissociação do ácido acético (K), uma vez que o</p><p>mesmo demonstrou-se praticamente constante em</p><p>todas as concentrações, exceto para a concentração</p><p>de 1,0 N .</p><p>Referências</p><p>[1] Atkins, P. W. Paula, J. de. Fundamentos de</p><p>Físico-Química. v.3, 7 edição,. Rio de Janeiro: LTC,</p><p>2003.</p><p>[2] Skoog; D.A.;Holler,F.J.;Nieman,T.A.; Princípios de</p><p>Análise instrumental, vol. Único, 5ª ed, Bookman,</p><p>2006.</p><p>Prof. Ronald W. P. Ortiz</p><p>Concentração (N) K</p><p>- -</p><p>0,005 0,0000116</p><p>0,01 0,0000117</p><p>0,05 0,0000115</p><p>0,1 0,0000119</p><p>1 0,0000089</p>