Introdução

Ácido cítrico é um ácido carboxílico sólido cristalino de fácil utilização, barato e solúvel em água. Em comparação com o uso de soluções de ácido clorídrico, o uso de ácido cítrico sólido e suas soluções em água é mais seguro e conveniente. Para estudantes inexperientes, suas titulações contra bases fortes são mais fáceis de realizar. Este artigo apresenta uma titulação de neutralização de uma solução de ácido cítrico por solução de hidróxido de sódio num formato adequado para tituladores iniciantes. Um segundo artigo irá sugerir aplicações da mesma experiência que são adequadas para tituladores experientes.

Ácido cítrico

Ácido cítrico1 é produzido pela fermentação de açúcares (> 1 M tonelada por ano) para uso em bebidas e alimentos (70%); em detergentes (20%); e em cosméticos, produtos farmacêuticos e outros produtos químicos (10%). É produzido como um sólido cristalino, anidro ou mono-hidratado, e está disponível em qualquer uma das formas a baixo custo. O mono-hidrato sólido perde água abaixo de 100 °C quando aquecido, formando o sólido anidro, que se funde a 156 °C, e se decompõe a 175 °C. Ambos os sólidos são estáveis e permanecem em fluxo livre na garrafa após muitos anos de armazenamento. É muito solúvel em água. O ácido cítrico pode ser adquirido a baixo custo como um reagente químico de qualquer forma a vários níveis de pureza,2 ou ainda a baixo custo como uma substância de consumo de pureza não especificada e geralmente de forma não especificada.3

Titrating citric acid against strong base

Ácido cítrico tem três grupos de ácido carboxílico, três átomos de hidrogênio ácido ionizáveis e três valores Ka/pKa. A reação de neutralização com hidróxido de sódio tem 3 a 1 estequiometria, como ilustrado pela equação de neutralização completa equilibrada. A reação vai até a conclusão e é adequada para titulações analíticas:

3 NaOH (aq) + H3C6H5O7 (aq) –> Na2C6H5O7 (aq) + 3 H2O

Quando titulada por uma base forte como a solução de NaOH 0,1 M, uma solução de ácido cítrico atravessa uma região tampão durante a qual o pH da solução sobe gradualmente e depois mais acentuadamente. De cerca de uma gota adicionada da solução de NaOH 0,1 M antes do ponto de equivalência da titulação até cerca de uma gota adicionada após o ponto de equivalência, o pH da solução de titulação sobe de forma extremamente acentuada de ligeiramente abaixo de 7 para acima de 9,
Um indicador visual de base ácida escolhido para a titulação deve mudar de sua cor ácida para sua cor de base na faixa de 7 a 9. O indicador de fenolftaleína é uma excelente escolha para esta titulação, mudando de incolor para rosa para vermelho. Em comparação com titulações com um ácido forte como o ácido clorídrico, o ácido fraco diluído “mops up” a base nas gotas de titulante adicionado mais lentamente. O resultado é que à medida que o ponto de equivalência se aproxima, mesmo com o rodopio, a cor vermelho-rosado aparece onde as gotas de titulante entram no frasco de titulação e persistem, a princípio para fracções de segundo, depois cada vez mais longas, até se poder ver uma cor rosa ténue ao longo da solução que persiste pelo menos por um minuto (ver Pergunta 3). Este fenómeno torna estas titulações muito fáceis de realizar, e portanto muito adequadas para principiantes.

Segurança, eliminação de resíduos e armazenamento

Ácido cítrico é um ácido fraco relativamente forte, mas não são necessárias precauções especiais para a sua utilização. O ácido cítrico em pó é vendido para uso doméstico, sem restrições. O pH do ácido cítrico 0,033 M é cerca de 2,2, que é ligeiramente superior ao do suco de limão.4 O hidróxido de sódio 0,1 M e o indicador fenolftaleína são mais perigosos. Manuseie e limpe o ácido cítrico sólido como faria com o hidróxido de sódio sólido.

Soluções tituladas e o excesso de soluções reagentes podem ser descartados com segurança em uma pia. No Mohawk College nós armazenamos os frascos conta-gotas contendo a solução de hidróxido de sódio por longos períodos sem efeitos nocivos aparentes. O armazenamento de solução de ácido cítrico pode não ser aconselhável, uma vez que pode suportar bem a vida microbiológica.

DescriçãoExperimento

Aqui está um método simples, rápido e barato para realizar titulações de solução de ácido cítrico com solução de hidróxido de sódio. Assume-se que as titulações estão sendo realizadas gravimetricamente usando garrafas de aperto de polímero de 60 ml, inquebráveis, controladas por gota-a-gota.5a

Preparação, aparelhos e suprimentos

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*Um diâmetro de furo menor é melhor para precisão.

Faça os dois reagentes de forma aproximada, de modo a que as suas titulações de ensaio prévio indiquem que uma amostra de 5 ml da solução de ácido cítrico é neutralizada por cerca de 5 g da solução de hidróxido de sódio. Como cálculo da amostra, rotule um ou outro com um valor “fictício” para concentração e faça com que os alunos determinem a concentração da outra solução por titulação e cálculo. (Ver cálculos abaixo.)

O método completo e uma titulação de amostra devem ser demonstrados para os novatos. Especifique um critério de precisão de conclusão bem sucedida. Um padrão razoável seria “três massas de titulação dentro de ± 3% da massa média”. Se usar buretas de 50 ml, aumentar o volume das amostras de ácido cítrico de 5 mL para 10 mL para ter aproximadamente a mesma precisão nos resultados.

Titulação gravimétrica com gota controlada por polímero e balança digital de 2 posiçõesTitulação gravimétrica com gota controlada por polímero.dispensando uma garrafa e uma balança digital de 2 lugares

Instruções aos alunos

1. Transferir cerca de 10 mL da solução de ácido cítrico para um pequeno copo (100 ou 250 mL). Utilize esta porção de solução para enxaguar a superfície interna do pequeno copo, o cilindro graduado de 10 mL e a pipeta conta-gotas. Esta porção de enxágüe é um resíduo. Repita o enxágüe mais duas vezes. NÃO RINSE o Erlenmeyer de 125 mL, pode ser deixado molhado, mas apenas com água destilada. (Ver Pergunta 1.)

1. Transfira cerca de 50 mL da solução de ácido cítrico para o béquer pequeno enxaguado. Esta quantidade será necessária para as três tentativas. Para a prova 1 transfira parte da solução com o maior cuidado possível para o cilindro graduado de 10 mL, até à linha de 5,0 mL, utilizando o pipeta conta-gotas para ajustar o fundo do menisco à linha.

1. Transfira a amostra de 5,0 mL da solução de ácido cítrico para a prova 1 do cilindro para um Erlenmeyer de 125 mL. Esvaziar totalmente o cilindro, esperando até que as últimas gotas caiam. Adicionar água destilada do frasco para que o volume total no frasco fique entre 20 mL e 30 mL. Adicionar de 4 a 5 gotas de solução indicadora de fenolftaleína ao frasco. Enrole o frasco suavemente para misturar completamente o conteúdo.

1. Pressione o botão zero/tara no balanço digital de 2 posições. Coloque o frasco doseador contendo a solução de NaOH na balança. A balança, o exterior do frasco conta-gotas e os seus dedos devem ser mantidos sempre secos. (Ver Pergunta 2.)

1. Recordar a massa do frasco e o seu conteúdo.
2. Titrar a solução no frasco Erlenmeyer adicionando gotas de solução do frasco doseador de gotas. Segure o frasco de cabeça para baixo sobre a boca do frasco. Contagem de gotas. Rodar suavemente o frasco. O ponto final é alcançado quando, ao adicionar uma gota da base, a solução no frasco muda de incolor para rosa ou vermelho e a cor permanece por pelo menos um minuto.

Se, após a adição de múltiplas gotas da base a solução estiver profundamente vermelha, o ponto final pode ter sido passado e o resultado da titulação não deve ser usado para cálculos. Se você “perder” uma gota durante uma titulação, a titulação não deve ser usada para cálculos.

1. Repetir os passos 4 e 5. Registe a nova massa da garrafa e o seu conteúdo. Subtraia os seus valores de massa para obter a massa da titulação da solução de NaOH 0,1 M.

1. Repetir o procedimento de titulação. A contagem de gotas pode servir como guia para acelerar a repetição das titulações. Continue até o critério de conclusão com sucesso.

Cálculos

A densidade de uma solução de NaOH 0,125 M a 20 °C é de 1,0039 g/mL.6 Para os cálculos dos alunos a densidade de uma solução de NaOH 0,1 M é tão próxima da unidade em unidades g/mL que os valores de massa das titulações em g unidades podem ser usados como volumes em unidades mL sem erro significativo.

O meu método preferido para alunos introdutórios é um cálculo em 3 partes. Suponha que titulações repetidas de amostras de 5 ml de solução de ácido cítrico produziram um resultado médio de titulação de 4,87 g de NaOH 0,0989 M (= 4,87 mL de NaOH 0,0989 M):

Questões para alunos

1. Você foi instruído a enxaguar o copo, o cilindro graduado e o pipeta conta-gotas, mas não o Erlenmeyer, com a solução de ácido cítrico. Explique.

1. Que erros ocorrem se os seus dedos, a balança ou o exterior do frasco conta-gotas estiverem molhados com água?

1. O desvanecimento muito lento da cor do indicador de fenolftaleína é imputado ao dióxido de carbono no ar que reage com o ião hidróxido na solução. Escreva uma equação química equilibrada para esta reação e explique por que ela causa o desbotamento da cor.

Agradecimentos

O autor agradece Randy Travis, tecnólogo do Departamento de Química, Meio Ambiente e Biotecnologia do Mohawk College, por sua inestimável ajuda.

1. http://www.wikipedia.org para constantes de dissociação ácida do ácido cítrico.

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1. Ácido cítrico Sigma-Aldrich (99 %), ácido cítrico monohidratado (98 %)

3. Ciência Boreal: Ácido cítrico mono-hidratado (não especificado %):

Fibre Garden: Ácido cítrico (não especificado ou %)

4. Caixa de ferramentas de engenharia: Ácidos – valores de pH A referência 4 lista valores de pH para soluções cujas concentrações são dadas em unidades de Normalidade. Para uma solução de ácido cítrico 0,033 M = 0,100 N. Há algumas áreas da tecnologia onde a normalidade ainda está em uso. Os consultores industriais dos programas universitários insistem que este tópico é importante para os nossos graduados.

5. Artigos disponíveis na página Web:

• Titulação Gravimétrica 3:
• Titulação Gravimétrica 2:

Entre em contato com David Cash para versões editáveis do Word® destes artigos.

6. CRC Handbook (1973-74): Propriedades concentradoras da aquosa
soluções – hidróxido de sódio. ∎