Volumetria de Neutralização

É essencial saber a concentração de espécies químicas em solução para que sua utilização prática tenha valor significativo. A volumetria de neutralização é uma técnica bastante utilizada em Química Analítica para quantificação de ácidos ou bases em soluções. Essa técnica também é chamada volumetria ácido-base.

O termo volumetria é decorrente do fato de utilizar-se o volume das substâncias para se conhecer a concentração real de um ácido ou uma base tendo auxílio de uma solução titulante padrão, a qual é conhecida a molaridade e tem-se nota do volume utilizado para completar a reação de neutralização.

A solução titulante é a que será adicionada a uma bureta e gotejada à substância com concentração desconhecida que estará presente em um erlenmeyer, o sistema conta com auxílio de um suporte universal e garras para fixação da bureta.

A solução padrão é a qual tem-se conhecimento de sua molaridade real (concentração em mol.L-1) esta será adicionada à bureta e deve ser atentado o volume total utilizado para completar a reação com a solução de concentração desconhecida que estará presente no erlenmeyer.
Quando a solução titulante é um ácido, a solução desconhecida a ser titulada será uma base, este tipo de volumetria de neutralização é dita acidimetria, em casos em que a espécie titulante é uma base, tem-se uma alcalimetria.
Esta técnica de volumetria baseia na reação entre os íons H3O+ e OH-, conforme a reação (1).

                       H3O+ + OH- <----> 2 H2O                   (1)

Visto a relação entre os íons característicos de ácidos e bases a formar água, é neces-sário considerar a relação estequiométrica ácido-base, isto é necessário pelo fenômeno poliprótico de alguns ácidos, como ácido sulfúrico,H2SO4, ácido fosfórico, H3PO4 e o ácido sulfídrico, H2S, e pelo caráter polibásico (mais de uma unidade de hidroxílas), como trihidróxido de aluminho, Al(OH)3.
Outro fato a ser considerado é a força das espécies envolvidas, ácidos e bases. Para volumetria de neutralização entre ácidos fortes e bases fortes, pode-se calcular o pH antes, durante e depois do ponto de equivalência molar, isto significa o ponto em que a quantidade de mols de ácido e base são exatamente a mesma, logo a reação cessa e a solução titulada está totalmente neutralizada. A seguir um explicação matemática para o ponto de equivalência.

                                n ácido = n base

Onde n é o número de mols, considerando que

                                      n = M . V

Onde M é molaridade e V o volume da solução ácida ou básica tem-se que

                     na = Ma . Va     e    nb = Mb . Vb

Logo o ponto de equivalência entre ácido e base será:

                               Ma . Va = Mb . Vb            (2)

Assim, para determinar a concentração de solução titulada (de concentração desconhe-cida) a partir da volumetria de neutralização, utiliza-se a equação (2).

Um exemplo é a titulação de 25 mL de ácido clorídrico, HCl, de concentração desconhe-cida, com a utilização de meia bureta de 100 mL de solução de hidróxido de sódio, NaOH, de molaridade igual a 1,0 M. Utilizando a equação (2) tem-se a descoberta da concentra-ção de HCl.

                                Ma . Va = Mb . Vb

                       Ma . 25 mL = 1 mol/L . 50 mL

                    Ma = (50 mol/L . 1 mL) / 25 mL

                                 Ma = 2 mol/L

Vale atentar-se ao fato de a proporção estequiométrica ácido-base é de 1:1, posto que o ácido é monoprótico e a base é um monohidróxido.
Para calcular o pH antes do início da titulação basta calcular o a função logarítma negativa na base 10 da concentração de H+ (-log10 [H+]), mas neste caso é necessário conhecer a concentração do ácido previamente.
Após o início da titulação, mas ainda antes do ponto de equivalência o pH é calculado a partir da quantidade de ácido que ainda não fora neutralizado pela quantidade de base já adicionada, assim tem-se:

                           [H+] = (na - nb) / (Va + Vb)  

                        ou          (3a)

                     [H+] = (Ma.Va - Mb.Vb) / (Va + Vb)

Quando a solução a ser titulada for a base e não o ácido como mostrado no exemplo supracitado, basta troca os lados da subtração da seguinte forma, e acharás a [OH-]:

                          [OH-] = (nb - na) / (Vb + Va)  

                           ou          (3b)

                     [OH-] = (Mb.Vb - Ma.Va) / (Vb + Va)

No ponto de equivalência, como a quantidade de mols de ácido e base serão iguais, o pH será 7, visto que toda [H+] reagirá com toda a [OH-] formando água, a qual possui uma Kw = 1.10-14, que confere uma [H+] = 1.10-7, o que implica em pH = 7,00.

Após o ponto de equivalência o pH será dado após a descoberta da [OH-] que será dado pela divisão da subtração dos número de mols da base (excesso) pelo número de mols do ácido (consumidos totalmente) pelo volume total da solução. Isto pode ser descoberto pela equação supracitada (3b).

Este estudo é sobre a Volumetria de Neutralização para ácidos e bases fortes a se neutralizarem, o processo teórico e prático para a explicação da volumetria de neutralização para ácidos e/ou bases fracos são diferentes e serão explicados em outro artigo.