Analitica-1-Calculo-de-Concentracao-de-Fosfatos-em-Efluente-Aquoso

Trabalho de Analítica 1 Em uma amostra de efluente aquoso foi determinado que a concentração total de fosfatos foi de 150 mgL determinado via método espectrofotométrico O pH dessa amostra foi medido com eletrodo combinado de pH previamente calibrado sendo medido o valor de 567 Determine a concentração molar em mmolL e em mgL das espécies H3PO4 H2PO4 HPO42 e PO43 nessa amostra 2 Deduza a equação que relaciona o grau de dissociação de um ácido genérico fraco HA como função da sua concentração analítica Em seguida plote no mesmo gráfico uma família de curvas cada uma com um pKa diferente 3 7 e 11 Compare as curvas e explique as diferenças Por exemplo numa mesma concentração o que ocorre com a dissociação para cada curva Qual o valor limite da dissociação no limite da diluição infinita para cada curva 3 Escolha dois exemplos reais não genéricos usando a tabela de pKas e concentrações da base à sua escolha em que cada uma das três equações simplificadas são usadas com êxito Comprove que o resultado obtido é exato com uma diferença máxima de 002 unidades de pH comparando com o resultado da equação completa resolvida com o atingir meta 4 Temse fosfato de sódio dodecahidratado sólido no laboratório e soluções de HCl 6 molL e NaOH 6 molL Precisase preparar 250 mL de tampão de concentração total de fosfatos de 0500 molL e pH 250 Calcule as quantidades a serem pesadaspipetadas para a preparação desse tampão 5 Considere um ácido diprótico 01 molL ou mesmo uma mistura de dois ácidos monopróticos com a mesma concentração sendo titulado com NaOH 01 molL Determine a máxima aproximação entre os pKas seja pKa1 e pKa2 no caso de ácido diprótico ou entre os pKas dos dois ácidos monopróticos que produzirão um ηeq10 nos dois casos a pKa1 2 ou seja um ácido forte e pKa2 b pKa1 e pKa2 90 6 Observe a figura abaixo Proponha uma explicação para o pH mais baixo dado na figura Suponha que nessa solução uma titulação de neutralização tenha sido realizada e determinouse que a concentração do íon hidrogênio proveniente de ácidos fortes tenha sido de 126 molL Determine o coeficiente de atividade do íon hidrogênio nessa solução e proponha uma explicação para o valor calculado 4 Trabalho de Analítica 1 Em uma amostra de efluente aquoso foi determinado que a concentração total de fosfatos foi de 150 mgL determinado via método espectrofotométrico O pH dessa amostra foi medido com eletrodo combinado de pH previamente calibrado sendo medido o valor de 567 Determine a concentração molar em mmolL e em mgL das espécies H3PO4 H2PO4 HPO 2 e PO43 nessa amostra Utilizar a expressão de pH para descobrir qual será a H a ser utilizada no alfa das espécies envolvidas Temos 𝑝𝐻 log𝐻 567 log𝐻 𝐻 10567 𝐻 214𝑥106𝑚𝑜𝑙𝐿 H3PO4 proveniente de um sistema triprótico Assim vamos utilizar o valor de α correspondentes para as espécies para aplicar a H encontrada por meio do pH e assim descobrir a concentração em mgL das espécies H2PO4 HPO42 PO42 αH3PO4 αH3A αH2PO4 αH2A αHPO4 2 αHA2 αPO4 3 αA3 Temos αH3A 204x104 αHA2 955x108 αPO4 3 209x108 αH2A 672x1012 Substituindo os alfas calculados e multiplicando por Ca 150mgL temos H3A 306x102mgL HA2 143x105mgL H2A 101x1015mgL A 3 313437x106mgL Para encontrar a concentração das espécies em mmolL utilizarse a massa molar de cada espécie em seguida basta transformar em mmol H3A 001020 mmolL HA2 001042 mmolL H2A 001031 mmolL A 3 001053 mmolL 2 Deduza a equação que relaciona o grau de dissociação de um ácido genérico fraco HA como função da sua concentração analítica Em seguida plote no mesmo gráfico uma família de curvas cada uma com um pKa diferente 3 7 e 11 Compare as curvas e explique as diferenças Por exemplo numa mesma concentração o que ocorre com a dissociação para cada curva Qual o valor limite da dissociação no limite da diluição infinita para cada curva A reação para HA não se completa por se tratar de um ácido fraco monoprótico pois uma característica de um ácido fraco é que ele não se dissocia completamente Com isso temos HA H 2O H A Onde Ka Balanço de Cargas Relação da reação com o grau de dissociação α α A α Ka Kaα α Substituindo Substituindo Utilizando o balanço de carga para obter a relação do grau de dissociaçãodo ácido como função de Ca temos KaαKa α Kwα KaαKaαCa Desenvolvendo a equação Ka1α α Kwα Ka1ααCa Ka1α α Kwα Ka1ααCa Ka 1α Ka 1α Kwα α αCaα Ka 1α Ka 21α 2Kw α 2α 2CaKa 1α Ka 21α 2Kw α 2α 2CaKaα 3CaKa Ka 21α 2Kw α 2Ca α 2Kaα 3 Ka Isolando em função de Ca Ca Ka 21α 2Kw α 2 α 2 Kaα 3Ka Ca Ka 21α 2 α 2Kaα 3 Ka Kw α 2 α 2 Kaα 3Ka Ca 1 αKa 1α Kw α 2 Ka1α 000 020 040 060 080 100 120 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 α Log Ca α x Log Ca pKa3 000 020 040 060 080 100 120 5 4 3 2 1 0 1 α Log Ca α x Log Ca pKa3 000000 000002 000004 000006 000008 000010 000012 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 α Log Ca Alfa X Log Ca pKa 11 3 Escolha dois exemplos reais não genéricos usando a tabela de pKas e concentrações da base à sua escolha em que cada uma das três equações simplificadas são usadas com êxito Comprove que o resultado obtido é exato com uma diferença máxima de 002 unidades de pH comparando com o resultado da equação completa resolvida com o atingir meta Exemplo 1 pKa7 Ácido Bórico Ca 001 molL pKa 898 pHlog pH549 Comparando com o atingir metas do Excel Ka 105E09 Kw 100E14 FHA 00100 FA 00100 501E06 H 500E06 HFAHOHFHAHOH OH KwH 00000 pH log H 53010 Exemplo 2 pKa7 Ácido Cítrico Ca 001 molL pKa 29 pHlog pH20 Comparando com o atingir metas do Excel Ka 00013 Kw 100E14 FHA 00100 FA 00100 400300 H 00100 HFAHOHFHAHOH OH KwH 00000 pH log H 19998 4 Temse fosfato de sódio dodecahidratado sólido no laboratório e soluções de HCl 6 molL e NaOH 6 molL Precisase preparar 250 mL de tampão de concentração total de fosfatos de 0500 molL e pH 250 Calcule as quantidades a serem pesadaspipetadas para a preparação desse tampão Na3PO412 H 2O HCl NaNaOH Na3PO43Na aq PO4 3 aq NaOH Na aq OH aq HCl H aq Cl aq Tampão em meio Ácido PO4 2aqH 3O aq H PO4 2aq H2O l HPO4 2aq H 3O aq H 2 PO4 aq H2O l H2PO4 aqOH aqH 2PO4 aq H 2O l Tampão em meio Básico H 2PO4 aqOH aq H PO4 2aq H2O l H PO4 2aq OH aq PO4 3 aqH2O l Para concentração de NaPO412 H2O 05 moll MM NaPO412 H2O 37994 gmol Tampão pH 250 utilizase solução de HCl PO4 3aq H3O HPO4 2aq H2Ol I 05 x x M 05 x x x F 05 x x x pHpKa pKb 14pKa133 pKa1267 pHpKalog 251267 log 05x x 251267log 05x x 1029log 05x x 10 10 29 05x x 10 10 29x05x 10 10 29xx05 512x 10 11 x x05 x05 mol l de HClconsumido C1V 1C2V 205 mol l 6 mol l 1l05 mol l V 2 V 212l Concentração de HCl muito concentrada necessitando uma diluição grande para atingir 05 moll de HCl MM NaPO412 H2O 37994 gmol C n MMV 1 n05 mol l 37994 g mol 0250l n4750 gde Na3PO412 H 2O Procedimento 1 Pesar 4750g de Na3PO412 H2O dissolvendo 150 ml de água 2 Colocar um eletrodo de pH puramente calibrado na solução e monitorar o pH 3 Adicionar a solução de HCl 05 moll até o pH 250 4 Transferir a solução para um balão volumétrico e lavar o beckervárias vezes com a solução Adicionar a água de lavagem para o balão volumétrico 5 Considere um ácido diprótico 01 molL ou mesmo uma mistura de dois ácidos monopróticos com a mesma concentração sendo titulado com NaOH 01 molL Determine a máxima aproximação entre os pKas seja pKa1 e pKa2 no caso de ácido diprótico ou entre os pKas dos dois ácidos monopróticos que produzirão um ηeq10 nos dois casos a pKa1 2 ou seja um ácido forte e pKa2 Ácido diprótico H 2 A H H A K a1 H A H A K a2 10 2 Onde x log log K a2 log log 10 2logK a2 01 log 01 l ogK a208 K a263 p K a208 b pKa1 e pKa2 90 H A H A K a2 Onde x log log K a2 log H 2 A H H A K a1 K a1 101 01 K a11 6 Observe a figura abaixo Proponha uma explicação para o pH mais baixo dado na figura Suponha que nessa solução uma titulação de neutralização tenha sido realizada e determinouse que a concentração do íon hidrogênio proveniente de ácidos fortes tenha sido de 126 molL Determine o coeficiente de atividade do íon hidrogênio nessa solução e proponha uma explicação para o valor calculado Embora o pH geralmente se situe no intervalo de 0 a 14 esses não são os limites de pH Um pH de 1como mstrado na escala de pH significa que logH 10MEsta concentraçãp é atingida em uma solução concentrada de um ácido forte como por exemplo o HCl HA H 2O H A A força iônica do ácido é dada por μ1 2 i cizi 2 C 126 μ1 2 μ1 2 126 1 2126 1 2126molL Para o cálculo do coeficiente de atividade será utilizada a equação de DebyeHuckel logγ051z 2μ 1α μ305 Considerase para H α900pm logγ0511 2126 1900 126305 00098 A equação de DebyeHuckel fornece resultados satisfatórios para μ01M as tabelas de forças ionicas apresentam para o H valores que variam de 0001 a 01M ou seja soluções diluidas No caso de soluções concentradas utilizamse as correlações de Pitzer A correlação de Pitzer não foi utilizada em função da disponibilidade dessa correlação no capítulo 7 Harris 8 ed que aborda o coeficiente de atividade para soluções diluídas Independente disso foi realizada a estimativa encontrando valor de 00098 isso se deve ao fato de que o coeficiente de atividade diminui com o aumento da força ionica