Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 341 de 495

Páginas do PDF

Vogel: Análise Química Quantitativa

13.23 Determinação do pH

Medidores de leitura direta, apropriados para o uso com eletrodos seletivos

para íons são oferecidos no mercado por vários fabricantes. Eles são, às

vezes, conhecidos como medidores de atividade iônica. Estes instrumentos

são muito semelhantes aos medidores de pH comuns e muitos deles podem

ser usados com este objetivo, porém, devido à faixa de uso muito extensa

(ânions e cátions, assim como íons de carga única e de carga dupla), os

circuitos são necessariamente mais complexos e é preciso incluir a

expansão da escala. A leitura destes instrumentos é comumente feita em

milivolts.

Como no caso do medidor de pH, o eletrodo apropriado deve ser

calibrado em soluções de concentração conhecida do íon a ser determinado.

Pelo menos duas soluções de referência, tendo entre elas uma diferença de 2

a 5 unidades de pM, devem ser usadas, de acordo com o caso particular. A

Seção 13.24 descreve o procedimento geral para o uso correto destes

instrumentos.

 

Potenciometria na prática

 

O uso de um medidor de pH ou um medidor da atividade de íons para medir

a concentração de íons hidrogênio ou outras espécies iônicas é um bom

exemplo do uso prático da potenciometria direta. O uso de eletrodos deve

seguir procedimentos razoavelmente padronizados, a começar pela

manutenção e padronização dos sistemas de acordo com as recomendações

dos fabricantes. Os exemplos práticos dados adiante, com ênfase particular

na determinação do pH, enfatizam as condições essenciais para a obtenção

de resultados aceitáveis.

 

13.23 Determinação do pH

 

A definição original, pH = –log cH (devida a Sørensen, 1909, e que pode ser escrita como pcH), não é exata e não pode ser obtida diretamente por

métodos eletrométricos. É a atividade e não a concentração do íon que

determina a f.e.m. de uma célula galvânica do tipo comumente usado na

medida do pH, portanto, o pH deve ser definido como

pH = –log + a

H

 

onde + a é a atividade do íon hidrogênio. Porém, mesmo esta quantidade,

H

como está definida, não permite a medida precisa, porque qualquer célula

do tipo

 

H + ,Pt | H (desconhecido) ponte salina eletrodo de referência usada

2

para a medida envolve inevitavelmente um potencial de junção líquida de

magnitude pouco conhecida. Entretanto, o valor de pH obtido pelo método

da f.e.m. dá valores mais próximos da atividade do que a concentração de

íons hidrogênio. Pode-se mostrar que o valor de pcH é aproximadamente

igual a –log 1, 1 + a, logo

H

 

pH = pcH + 0,04

 

Esta equação é útil, na prática, para a conversão de tabelas de pH baseadas

na escala de Sørensen em valores aproximados de atividade, de acordo com

a definição prática de pH dada a seguir.

A definição moderna de pH é prática e baseia-se no trabalho de

padronização e recomendações do Escritório Nacional de Padrões (NBS)

dos Estados Unidos. Pela definição da IUPAC de 1987 [22], a diferença em

pH entre duas soluções S (um padrão) e X (um desconhecido) na mesma

temperatura, com o mesmo eletrodo de referência, e eletrodos de hidrogênio

na mesma pressão de hidrogênio é dada por

 

onde EX é a f.e.m. da célula

 

H2,Pt | solução X KCl 3,5 M | eletrodo de referência

 

e ES é a f.e.m. da célula

 

H2,Pt | solução S KCl 3,5 M | eletrodo de referência Os dois eletrodos de hidrogênio podem ser substituídos por um eletrodo de

vidro que é transferido de uma célula para a outra. Assim, a diferença entre

os pH pode ser medida como um número. A escala de pH é, então, definida

especificando-se a natureza da solução padrão e atribuindo a ela um valor

de pH.

A definição de pH da IUPAC [22] baseia-se em uma solução 0,05 M de

hidrogenoftalato de potássio como padrão de pH de referência (RVS). Além

disso, outras seis soluções padrões primárias que cobrem a faixa de 3,5 a

10,3 unidades de pH na temperatura ambiente foram também definidas.

Elas são ainda suplementadas por um certo número de soluções padrão

práticas que estendem a faixa de pH para 1,5 a 12,6 na temperatura

ambiente. A Tabela 13.8 dá a composição da solução RVS, de três das

soluções padrões primárias e de duas das soluções padrões práticas.

Observe que as concentrações estão na base molal, isto é, moles de soluto

por quilograma de solução.

O padrão britânico (BS1647:1984 Partes 1 e 2) também se baseia no

hidrogenoftalato de potássio e um certo número de soluções de referência

dá resultados muito semelhantes aos da Tabela 13.8. Quando aplicados a

soluções diluídas (< 0,1 M) em pH entre 2 e 12, correspondem

aproximadamente à equação

 

pH = —log ( + cy } ± 0,02

H 1:1

 

onde y1:1 é o coeficiente de atividade médio que um eletrólito 1:1 típico teria na solução.

Damos a seguir os detalhes das preparações das soluções da tabela

(observe que as concentrações estão expressas em molalidade). Todos os

reagentes devem ter a maior pureza possível. Use água recentemente

destilada, protegida do CO 2 durante o resfriamento, com pH entre 6,7 e 7,3, principalmente para as soluções padrões. Água desionizada também pode

ser usada. Guarde as soluções-tampão padrões em frascos de Pyrex bem

fechados ou em garrafas de polietileno. Se houver formação de mofo ou de

sedimento, a solução deve ser rejeitada.

Tabela 13.8 pH de padrões IUPAC de 0 a 90°C

 

Temperatura RVS Primário Operacional

(°C)

 

P1 P2 P3 O1 O2

 

0 4,000 – 3,863 9,464 – 13,360

 

5 3,998 – 3,840 9,395 – 13,159

 

10 3,997 – 3,820 9,332 1,638 12,965

 

15 3,998 – 3,802 9,276 1,642 12,780

 

20 4,001 – 3,788 9,225 1,644 12,602

 

25 4,005 3,557 3,776 9,180 1,646 12,431

 

30 4,011 3,552 3,766 9,139 1,648 12,267

 

35 4,018 3,549 3,759 9,102 1,649 12,049

 

40 4,027 3,547 3,754 9,068 1,650 11,959

 

50 4,050 3,549 3,749 9,011 1,653 11,678

 

60 4,060 3,560 – 8,962 1,660 11,423

70 4,116 3,580 – 8,921 1,671 11,192

 

80 4,159 3,610 – 8,885 1,689 10,984

 

90 4,21 3,650 – 8,850 1,720 10,800

 

RVS: hidrogenoftalato de potássio 0,05 m. Dissolva 10,21 g do

sólido (seco abaixo de 130°C) em água e dilua até 1 kg. O pH não é afetado

pelo dióxido de carbono da atmosfera e a capacidade como tampão é muito

baixa. A solução deve ser substituída após 5 ou 6 semanas, ou antes, se

houver crescimento de mofo.

 

P1: solução saturada de hidrogenotartarato de potássio O pH é

pouco sensível às mudanças de concentração e a temperatura de saturação

pode variar entre 22 e 28°C. Remova o excesso de sólido. A solução só se

mantém estável por alguns dias, a menos que seja adicionado um

preservativo (um cristal de timol).

 

P2: tampão de fosfato 0,025 m Dissolva 3,40 g de KH 2PO4 e 3,55 g de

Na 2HPO4 (seco por duas horas em 110–113°C) em água livre de CO2 e dilua até 1 kg. A solução é estável se não for exposta à atmosfera.

 

P3: bórax 0,01 m Dissolva 3,81 g de tetraborato de sódio

Na 2B4O7·10H2O em água livre de CO2 e dilua até 1 kg. A solução deve ser

protegida do CO2 da atmosfera e substituída após um mês da preparação.

 

O1: tetraoxalato de potássio 0,05 m Dissolva 12,70 g do di-hidrato

em água e dilua até 1 kg. A temperatura de secagem do sal

KHC2O4·H2C2O4·2H2O não deve exceder 50°C. A solução é estável e sua capacidade como tampão é relativamente alta.

O : solução saturada de hidróxido de cálcio Agite vigorosamente 2

em água, a 25°C, hidróxido de cálcio finamente dividido e em excesso.

Filtre em vidro sinterizado (porosidade 3) e guarde a solução em uma

garrafa de polietileno. Evite que dióxido de carbono entre em contato com a

solução. Substitua a solução se ocorrer turbidez. A solução tem

concentração 0,0203 M a 25°C, 0,0211 M a 20°C e 0,0195 M a 30°C.

 

Pastilhas para tampão Muitas vezes não é necessário seguir os

procedimentos dados anteriormente para a preparação de soluções-tampão

padrões. As pastilhas para tampão comerciais dissolvidas em um volume

determinado de água destilada (desionizada) produzem soluções

apropriadas para a calibração de medidores de pH.

 

Medida do pH de uma solução

 

O procedimento usual é usar um eletrodo de vidro e um eletrodo de

calomelano saturado como referência e medir a f.e.m. da célula com um

medidor de pH. O procedimento para usar o medidor de pH foi dado na

Seção 13.22. Consulte, porém, o manual de instruções do aparelho para os

detalhes de operação dos controles. O eletrodo de vidro fornecido com o

instrumento deve estar imerso em água destilada. Se for necessário utilizar

um eletrodo novo, deixe-o imerso em água destilada por pelo menos 12

horas antes do uso. Nunca toque o bulbo do eletrodo — a espessura do

vidro tem apenas ~0,1 mm de espessura. Lembrese de que a montagem é

frágil e trate-a com cuidado. O eletrodo, em particular, deve estar sempre

suspenso no vaso de medida (os medidores de pH têm, usualmente, suportes

especiais de eletrodos) e nunca apoiado no fundo do vaso.

Prepare as soluções-tampão para a calibração do medidor de pH. O

tampão de hidrogenoftalato (pH 4) e o tampão de tetraborato de sódio (pH

9,2) são os mais comumente usados para a calibração.

Verifique se o instrumento dispõe de compensação automática da

temperatura. Neste caso, verifique se o sensor de temperatura (um

termômetro de resistência) está operacional. Se o instrumento não fizer a compensação automática, meça a temperatura das soluções que serão