Compare as técnicas de potenciometria, condutimetria e coulometria quanto aos princípios de funcionamento de cada técnica, arranjo de eletrodos necessários, passagem de corrente e limitações analíticas. Conseguiríamos realizar e/ou monitorar uma titulação ácido base com estas técnicas? Se sim, descreva os procedimentos necessários para cada caso.

Passo 1

Resumindo o enunciado: precisamos comparar três técnicas eletroquímicas – potenciometria, condutimetria e coulometria – quanto a ( 1) princípio de funcionamento, ( 2) arranjo de eletrodos, ( 3) passagem de corrente e ( 4) limitações analíticas. Depois, avaliar se cada técnica pode ser usada para uma titulação ácido-base e, em caso positivo, descrever o procedimento necessário.

Passo 2

Potenciometria
Princípio de funcionamento: mede-se a diferença de potencial entre um eletrodo indicativo e um eletrodo de referência sem passar corrente significativa (corrente \approx 0). Segundo a equação de Nernst,
E = E^\circ + \frac{RT}{nF}\ln a_{\text{espécie}},é
onde a_{\text{espécie}}é é a atividade do íon analisado.
Arranjo de eletrodos:
\bullet Eletrodo indicador (por exemplo, vidro para pH) sensível ao íon de interesse.
\bullet Eletrodo de referência (por exemplo, SCE ou Ag/AgCl) com potencial estável.
Passagem de corrente: próxima de zero (alta impedância do voltímetro).
Limitações analíticas:
\bullet Necessita sistema de baixa corrente de fuga e bom isolamento.
\bullet Sensível a fugas de junção do eletrodo de referência e interferentes de atividade.
\bullet Faixa de concentração típica: de 10^{-}^{1} a 10^{-}^{7} mol \cdot L^{-} ^{1}, dependendo do íon.

Passo 3

Condutimetria
Princípio de funcionamento: mede-se a condutividade elétrica \kappa de uma solução, resultante da migração de todos os íons sob campo elétrico. A condutividade é
\kappa = \frac{l}{R\,A},
onde R é a resistência medida entre dois eletrodos de área A separados por distância l.
Arranjo de eletrodos: eletrodos metálicos paralelos (Pt) imersos na amostra, ligados a um circuito que aplica tensão alternada de baixa amplitude (para evitar polarização) e mede corrente.
Passagem de corrente: há corrente de excitação I (AC) e mede-se a queda de tensão; não é zero.
Limitações analíticas:
\bullet Resposta dependente da temperatura (precisa termostatar).
\bullet Influência simultânea de todos os íons; baixa seletividade.
\bullet Em soluções muito diluídas ( <10^{-5} mol \cdot L^{-} ^{1}) ou muito concentradas ( >1 mol \cdot L^{-} ^{1}) a curva \kappa vs. concentração pode deixar de ser linear.

Passo 4

Coulometria
Princípio de funcionamento: quantifica analito pela carga elétrica Q consumida ou gerada na reação de interesse, usando a lei de Faraday:
m = \frac{Q\,M}{n\,F},
onde m é massa de produto formado/consumido, M massa molar, n número de elétrons e F constante de Faraday.
Arranjo de eletrodos:
\bullet Eletrodo de trabalho onde ocorre a reação de geração/consumo do titulante.
\bullet Contra-eletrodo para fechar o circuito.
\bullet Eletrodo de referência (opcional, para controle de potencial em coulometria controlada por potencial).
Passagem de corrente: usa corrente controlada (galvanostática) e integra I\,dt para obter Q.
Limitações analíticas:
\bullet Requer reação eletroquímica bem definida e 100 % de rendimento.
\bullet Possível interferência de reações paralelas.
\bullet Necessita bom controle de massa de transporte e de geometria do eletrodo.

Passo 5

Titulação ácido-base por potenciometria
Procedimento:
1. Montar eletrodo de vidro (indicador de pH) e eletrodo de referência em becker com amostra de ácido ou base fraca/forte.
2. Agitar constantemente e registrar E (ou pH) após cada adição de titulante padrão (por exemplo, NaOH ou HCl).
3. Construir curva pH vs. volume de titulante; o ponto de equivalência corresponde à maior inclinação (derivada máxima).

Passo 6

Titulação ácido-base por condutimetria
Procedimento:
1. Inserir dois eletrodos de platina em amostra contendo ácido ou base.
2. Medir condutividade \kappa inicial.
3. Adicionar titulante em alíquotas e registrar \kappa após cada adição, mantendo temperatura constante.
4. A curva \kappa vs. volume apresenta mudança de inclinação ou ponto mínimo/próximo ao ponto de equivalência, pois íons H^{+}/O H^{-} são consumidos e formam íons menos ou mais condutores.

Passo 7

Titulação ácido-base por coulometria
Procedimento possível, mas menos usual:
1. Gerar titulante ( H^{+} ou O H^{-}) eletroliticamente em um eletrodo de trabalho imerso na amostra, usando corrente conhecida I.
2. Integrar carga Q=\int I\,dt.
3. Calcular mols de H^{+} ou O H^{-} gerados:
\text{mol H^{+}} = \frac{Q}{F},
considerando n=1.
4. O ponto de equivalência é quando a carga total gerada iguala a quantidade de analito ácido ou básico original. Pode-se monitorar o pH em paralelo para confirmar.

Resposta

\bullet Potenciometria: mede potencial sem corrente; exige eletrodo indicador e referência; ótima seletividade; ideal para titulação pH.
\bullet Condutimetria: mede condutividade com corrente AC; bom para identificar equivalência em ácidos/fracos ou bases fortes; baixa seletividade.
\bullet Coulometria: quantifica via carga elétrica; precisa reação sem paralelas; pode gerar titulante in situ e determinar equivalência pela carga acumulada.
Todas as técnicas podem ser usadas em titulações ácido-base, cada uma com seu procedimento de monitoramento (pH, condutividade ou carga elétrica).

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