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 (
) princípio de funcionamento, (
) arranjo de eletrodos, (
) passagem de corrente e (
) 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 ). Segundo a equação de Nernst,
Princípio de funcionamento: mede-se a diferença de potencial entre um eletrodo indicativo e um eletrodo de referência sem passar corrente significativa (corrente
onde
é a atividade do íon analisado.
Arranjo de eletrodos:
Eletrodo indicador (por exemplo, vidro para pH) sensível ao íon de interesse.
Eletrodo de referência (por exemplo, SCE ou Ag/AgCl) com potencial estável.
Passagem de corrente: próxima de zero (alta impedância do voltímetro).
Limitações analíticas:
Necessita sistema de baixa corrente de fuga e bom isolamento.
Sensível a fugas de junção do eletrodo de referência e interferentes de atividade.
Faixa de concentração típica: de
a
mol
, dependendo do íon.
Arranjo de eletrodos:
Passagem de corrente: próxima de zero (alta impedância do voltímetro).
Limitações analíticas:
Passo 3
Condutimetria
Princípio de funcionamento: mede-se a condutividade elétrica de uma solução, resultante da migração de todos os íons sob campo elétrico. A condutividade é
Princípio de funcionamento: mede-se a condutividade elétrica
onde
é a resistência medida entre dois eletrodos de área
separados por distância
.
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 (AC) e mede-se a queda de tensão; não é zero.
Limitações analíticas:
Resposta dependente da temperatura (precisa termostatar).
Influência simultânea de todos os íons; baixa seletividade.
Em soluções muito diluídas (
mol
) ou muito concentradas (
mol
) a curva
vs. concentração pode deixar de ser linear.
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
Limitações analíticas:
Passo 4
Coulometria
Princípio de funcionamento: quantifica analito pela carga elétrica consumida ou gerada na reação de interesse, usando a lei de Faraday:
Princípio de funcionamento: quantifica analito pela carga elétrica
onde
é massa de produto formado/consumido,
massa molar,
número de elétrons e
constante de Faraday.
Arranjo de eletrodos:
Eletrodo de trabalho onde ocorre a reação de geração/consumo do titulante.
Contra-eletrodo para fechar o circuito.
Eletrodo de referência (opcional, para controle de potencial em coulometria controlada por potencial).
Passagem de corrente: usa corrente controlada (galvanostática) e integra para obter
.
Limitações analíticas:
Requer reação eletroquímica bem definida e
% de rendimento.
Possível interferência de reações paralelas.
Necessita bom controle de massa de transporte e de geometria do eletrodo.
Arranjo de eletrodos:
Passagem de corrente: usa corrente controlada (galvanostática) e integra
Limitações analíticas:
Passo 5
Titulação ácido-base por potenciometria
Procedimento:
. Montar eletrodo de vidro (indicador de pH) e eletrodo de referência em becker com amostra de ácido ou base fraca/forte.
. Agitar constantemente e registrar
(ou pH) após cada adição de titulante padrão (por exemplo, NaOH ou HCl).
. Construir curva
vs. volume de titulante; o ponto de equivalência corresponde à maior inclinação (derivada máxima).
Procedimento:
Passo 6
Titulação ácido-base por condutimetria
Procedimento:
. Inserir dois eletrodos de platina em amostra contendo ácido ou base.
. Medir condutividade
inicial.
. Adicionar titulante em alíquotas e registrar
após cada adição, mantendo temperatura constante.
. A curva
vs. volume apresenta mudança de inclinação ou ponto mínimo/próximo ao ponto de equivalência, pois íons
/O
são consumidos e formam íons menos ou mais condutores.
Procedimento:
Passo 7
Titulação ácido-base por coulometria
Procedimento possível, mas menos usual:
. Gerar titulante (
ou O
) eletroliticamente em um eletrodo de trabalho imerso na amostra, usando corrente conhecida
.
. Integrar carga
.
. Calcular mols de
ou O
gerados:
Procedimento possível, mas menos usual:
considerando
.
. 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
Todas as técnicas podem ser usadas em titulações ácido-base, cada uma com seu procedimento de monitoramento (pH, condutividade ou carga elétrica).