Definições de titulação / volumetria:
“Uma titulação é um procedimento para a determinação da quantidade de uma substância pela adição de uma quantidade medida de outra substância.”
D. Reger, S. Goode, E. Mercer, “Química: Princípios e Aplicações”, 2ª edição, Fundação Calouste Gulbenkian, 2010, Lisboa.
ou
“Uma volumetria envolve a reação entre duas soluções cujas espécies constituintes reagem entre si até reação completa ou próxima de completa (ponto de equivalência).
Na prática, uma volumetria, consiste na medição de dois volumes (ou um volume e uma massa).”
M. M. Vidal, O. Filipe, M. C. Costa, “Química no Laboratório”, 100 Luz, 2ª edição, Castro Verde, 2010.
Na prática, uma titulação é usada para determinar a concentração de uma solução X, cujo soluto é conhecido, através da reação com outra solução Y, de concentração bem conhecida, cuja soluto irá reagir com a substância presente na primeira solução, X.
A solução de concentração desconhecida é denominada titulado e a solução que se irá usar na titulação, de concentração conhecida, é denominada titulante.
Ou seja, numa titulação:
Temos uma solução X, que sabemos conter a substância, X, mas desconhecemos a sua concentração, \({c}_{X}\), portanto, também não sabemos a quantidade química de X presente, \({n}_{X}\), nessa solução;
Vamos usar uma outra solução, solução Y, que iremos preparamos com rigor. Como sabemos a quantidade de substância Y que vamos usar, \({n}_{Y}\), e o volume de solução preparada, \({V}_{Y}\), sabemos com rigor a sua concentração, \({c}_{Y}\).
Solução X
Concentração desconhecida, \({c}_{X}\), a determinar Volume utilizado, \({V}_{X}\) |
Solução Y
Concentração conhecida, \({c}_{Y}\) Volume a utilizar, \({V}_{Y}\) |
Para que a titulação resulte temos que:
- Conhecer bem a reação química que irá decorrer, entre a substância X e a substância Y, ou seja, conhecer os reagentes, os produtos e a estequiometria da reação. A reação deve ser completa e rápida.
- Há necessidade da medição rigorosa de volumes (das soluções envolvidas) e de massas (de substâncias a usar na preparação de soluções usadas).
- Tem de existir a capacidade de detetar uma alteração de uma propriedade (física ou química), evidenciada durante a reação, para determinar o ponto de equivalência ou o ponto final da titulação.
Ponto de equivalência
O ponto de equivalência de uma titulação ocorre quando a quantidade de substância \(Y\), \({n}_{Y}\), é a suficiente para reagir toda a quantidade de substância \(X\), \({n}_{X}\), tendo em conta a estequiometria da reação.
Nem sempre é possível determinar o ponto de equivalência, sendo, por vezes, determinado o ponto final da titulação.
Ponto final
O ponto final da reação é determinado pela verificação da alteração de uma propriedade física (cor, aspeto...) ou química (medição do \(\text{pH}\)...), da reação a decorrer, para tentar determinar o ponto de equivalência. Este ponto pode ser determinado por meio visual (método colorimétrico), com indicadores, ou medição instrumental (método potenciométrico).
A diferença entre o ponto de equivalência e o ponto final é chamado erro da titulação, que pode não ser conhecido.
Material utilizado
Na Figura 1 estão identificados os materiais de laboratório usados numa titulação.
O balão volumétrico é usado para preparar a solução de titulante (solução Y) com concentração conhecida. Se a solução for preparada a partir de uma substância sólida também será necessário o uso de uma balança para determinar a massa necessária de substância a usar.
É na bureta que irá ser medido o volume de titulante necessário para atingir o ponto final da titulação (através de diferença entre volume final lido e o volume inicial, antes do início da titulação). Para transferir o titulante do balão volumétrico, onde se preparou a solução titulante, pode ser usado um funil.
A medição de titulado (solução X) a colocar no erlenmeyer, ou num gobelé, é realizada com pipeta (volumétrica ou graduada) de modo a obter um volume o mais exato possível de solução a titular.
O erlenmeyer e o gobelé são materiais de laboratório que facilitam a agitação da solução, para uma correta homogenização durante o processo de adição de titulante.
O indicador ou o instrumento de medição são exemplos de métodos de determinação de uma alteração física ou química para determinar o ponto final da titulação.
Cálculos
Depois de concluir a titulação, ficamos a conhecer o volume de solução Y (titulante) usada, \({V}_{Y}\).
Como sabíamos a concentração desta solução, \({c}_{Y}\), ficamos a saber a quantidade química de Y usada na titulação, \({n}_{Y}\):
$${n}_{Y}={c}_{Y} \; {V}_{Y}$$
Como conhecemos a reação que ocorreu, sabemos a estequiometria da mesma.
Reação com estequiometria 1:1
No caso de a estequiometria ser de 1 mol de reagente X (titulado) para 1 mol de reagente Y (titulante) (relação 1:1), o ponto de equivalência acontece quando a reação se completa, pelo que
$${n}_{X}={n}_{Y}$$
Sabendo o volume inicial de solução X usado na titulação, \({V}_{X}\), calcula-se a concentração pretendida da solução titulada
$${c}_{X}=\frac{{n}_{X}}{{V}_{X}}$$
ou
$${c}_{X}=\frac{{c}_{Y} \; {V}_{Y}}{{V}_{X}}$$
Reação com estequiometria diferente de 1:1
Nos casos gerais em que a estequiometria não é 1:1, a reação é do género
$$\text{xX (aq) + yY (aq)}\rightarrow \text{Produtos}$$
pelo que se estabelece a relação para o ponto de equivalência (reação é completa)
$$\frac{n_{X}}{x}=\frac{n_{Y}}{y}$$
por isso, a concentração \({c}_{X}\) é igual a
$$\frac{{c}_{X} \; {V}_{X}}{x}=\frac{{c}_{Y} \; {V}_{Y}}{y}$$
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$${c}_{X}=\frac{x \; {c}_{Y} \; {V}_{Y}}{y \; {V}_{X}}$$
Podem ser realizadas titulações / volumetria de vários tipos: ácido-base; oxidação-redução, precipitação, complexação...
Para um exemplo consulta a Titulação (ou Volumetria) ácido-base.
Bibliografia
D. Reger, S. Goode, E. Mercer, “Química: Princípios e Aplicações”, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 2010.
M. M. Vidal, O. Filipe, M. C. Costa, "Química no laboratório", 100luz, 2ª edição, Castro Verde, 2010.