Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 332 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

Potenciometria

análise coulométrica com potencial controlado é mais seletiva do que a

coulometria com corrente constante. Assim, a determinação de íons de

metais que são normalmente difíceis de separar como, por exemplo, níquel

e cobalto (Seção 13.11), pode ser feita por análise coulométrica direta. As

análises coulométricas são muito demoradas, embora o processo possa ser

automatizado. O tempo de análise pode ser reduzido com a técnica de fluxo

(Seção 13.12). Uma desvantagem é que reações laterais podem ocorrer

antes que o processo eletroquímico se complete, inibindo a reação

quantitativa no eletrodo. O número de substâncias que podem ser

determinadas por métodos diretos é bastante limitado. Muitas outras

aplicações são possíveis com a coulometria com corrente constante.

Detalhes podem ser encontrados nas Seções 10.16 a 10.20, 10.74, 10.107 e

10.184 a 10.187.

 

Potenciometria

 

13.14 Fundamentos

 

Quando um metal M é colocado em uma solução que contém seu íon M +, n

um potencial de eletrodo se estabelece (Seção 2.28). O valor deste potencial

de eletrodo é dado pela equação de Nernst

 

A constante é o potencial de eletrodo padrão do metal M. O valor de E

pode ser determinado ligando a solução (um eletrodo) a um eletrodo de

referência, usualmente o eletrodo de calomelano saturado (Seção 13.16), e

medindo a f.e.m. da célula assim formada. Como o potencial do eletrodo de

referência, E r, é conhecido, é possível deduzir o potencial do eletrodo, E, e, além disso, como o potencial de eletrodo padrão do metal, é conhecido, é

possível calcular a atividade do íon + a na solução. Em soluções diluídas, a

Mn atividade dos íons é virtualmente igual à concentração do íon e, em

soluções concentradas, conhecido o valor do coeficiente de atividade, pode-

se converter a atividade medida em concentração.

O uso da medida do potencial de eletrodo para determinar a concentração

de uma espécie iônica em solução é chamado potenciometria direta. O

eletrodo cujo potencial depende da concentração do íon que está sendo

determinado é o eletrodo indicador. Quando o íon de interesse está

envolvido diretamente na reação do eletrodo, tem-se o eletrodo do

primeiro tipo + . É o caso do metal M em uma solução que contém íons M.

n

Em certos casos, também é possível medir por potenciometria direta a

concentração de um íon que não participa diretamente da reação do

eletrodo. O processo envolve um eletrodo do segundo tipo. Um exemplo é

o eletrodo prata–cloreto de prata, que se forma quando cloreto de prata se

deposita sobre um fio de prata, que pode ser usado para medir a

concentração de íons cloreto em solução.

O fio de prata é um eletrodo de prata cujo potencial é dado pela equação

de Nernst

 

Os íons prata vêm do cloreto de prata e o produto de solubilidade (Seção

2.14) mostra que a atividade destes íons está relacionada à atividade do íon

cloreto

 

Assim, o potencial de eletrodo pode ser expresso por

 

e é fortemente dependente da atividade dos íons cloreto. A equação permite

a obtenção da atividade dos íons cloreto a partir do potencial de eletrodo

medido no experimento.

O termo RT/nF da equação de Nernst envolve constantes de valor

conhecido e, usando logaritmos na base 10, vale 0,0591 V em 25°C, quando

n + = 1. Assim, no caso de íons M, o aumento da atividade iônica por um

fator de 10 altera o potencial do eletrodo por 60 mV e, no caso de um íon

M2+, por cerca de 30 mV. Por isso, para uma acurácia de 1% no valor

medido da concentração iônica por potenciometria direta, o potencial do

eletrodo deve ser capaz de medidas com erro menor do que 0,26 mV para o

íon M e 0,13 mV para o íon M2+.

O potencial de junção líquida que ocorre na interface entre as duas

soluções é uma fonte de incertezas nas medidas de f.e.m., algumas no

eletrodo de referência, outras no eletrodo indicador. O potencial de junção

líquida pode ser eliminado se uma das soluções contiver concentração

elevada de cloreto de potássio ou nitrato de amônio, eletrólitos em que as

condutividades iônicas do cátion e do ânion têm valores muito próximos.

Pode-se superar o problema do potencial de junção líquida substituindo o

eletrodo de referência por um eletrodo formado por uma solução que

contém o cátion da solução de interesse em concentração conhecida e um

bastão do metal usado no eletrodo indicador. Em outras palavras, uma

célula de concentração (Seção 2.29). A atividade do íon do metal na

solução é dada por

 

Diante destes problemas com a potenciometria direta, as atenções se

voltaram para a titulação potenciométrica. Como o nome já diz, trata-se

de um procedimento titrimétrico em que o ponto final é determinado

potenciometricamente. Aqui, o que interessa são as mudanças do potencial

de eletrodo e não o valor acurado do potencial de eletrodo de uma

determinada solução e, nestas circunstâncias, o efeito do potencial de

junção pode ser ignorado. As titulações deste tipo, em que ocorre mudança

rápida da f.e.m. da célula nas proximidades do ponto final, foram descritas

nas Seções 10.8 a 10.11. O procedimento requer o uso de eletrodos de referência e instrumentação para medir a f.e.m. da célula, descritos a seguir,