Protocolos TL 2024-2025 Determinação da Acidez de Iogurte PDF

LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química Trabalho Nº 2 - DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DE UM IOGURTE LÍQUIDO NÃO CORADO 1. INTRODUÇÃO O princípio geral desta determinação consiste na neutralização dos ácidos livres de um iogurte, por uma solução alc...

LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química Trabalho Nº 2 - DETERMINAÇÃO DA ACIDEZ DE UM IOGURTE LÍQUIDO NÃO CORADO 1. INTRODUÇÃO O princípio geral desta determinação consiste na neutralização dos ácidos livres de um iogurte, por uma solução alcalina previamente padronizada. A localização do ponto de equivalência é feita, no primeiro método, pela viragem de cor do indicador de fenolftaleína e no segundo método pelo ponto de inflexão da curva de titulação traçada com os valores lidos no potenciómetro. A titulação potenciométrica permite a construção da curva de titulação do iogurte, lendo os vários valores de volume de titulante adicionado e do pH da solução nesses pontos e também a determinação do ponto de equivalência. A técnica de potenciometria envolve medidas do potencial de uma célula eletroquímica composta por uma solução contendo o analito, um elétrodo indicador, neste caso um elétrodo de vidro, sensível ao pH da solução, e um elétrodo de referência com um potencial estável e independente da composição da solução. No presente trabalho utilizou-se um elétrodo combinado de pH constituído por um elétrodo indicador de vidro e um elétrodo de referência de prata-cloreto de prata (Ag/AgCl). As variações de pH, que ocorrem durante a titulação ácido-base, são lidas no mostrador do potenciómetro o que permite construir graficamente a curva de titulação, pH em função do volume de titulante adicionado. A curva gerada por esta titulação potenciométrica pode ser usada para determinar o(s) ponto(s) de equivalência e também fornecer informações adicionais acerca do ácido. Todos os pontos estão afetados de erros e não é possível traçar uma curva regular que passe em todos, traçando assim uma curva que se pensa ser a mais provável, utilizando para isso um programa informático. O ponto de equivalência da titulação corresponderá ao ponto de inflexão desta curva, ou seja, ao zero da segunda derivada e ao máximo da primeira derivada. Como é difícil determinar uma equação matemática simples para a curva de titulação, a aplicação de derivadas exatas não é possível, sendo necessário recorrer a métodos de cálculo numéricos (ou gráficos). Descrevem-se seguidamente alguns métodos de análise dos valores experimentais para determinar o ponto de equivalência em curvas de titulação: Método da Primeira Derivada e Método da Segunda Derivada, que consistem no traçado de curvas diferenciais do tipo pH/V e 2pH/V2 em função do volume de titulante, V. Entrada em vigor: Outubro de 2024 8  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química 1.1 Métodos das Derivadas Dada a maior precisão dos Métodos Numéricos 1 (relativamente aos Métodos Gráficos) na localização do(s) ponto(s) de equivalência, estes são preferencialmente usados, uma vez que o resultado é menos afetado pela perícia com que os valores experimentais são analisados. Os métodos propostos consistem em traçar graficamente a curva da primeira derivada (pH/V versus V) e/ou a curva da segunda derivada [ (pH/V)/ V versus V], onde V é o volume de titulante adicionado. A curva da primeira derivada possui um máximo no ponto de inflexão da curva de titulação, ou seja, no ponto de equivalência, enquanto a curva da segunda derivada, tem o valor zero neste ponto. O método pode ser ilustrado através dos resultados obtidos na titulação potenciométrica de 100 mL de ácido acético 0,1 mol/L com hidróxido de sódio 0,1 mol/L. Os valores experimentais estão listados no Tabela 1 e a curva de titulação correspondente representada na Figura 1. A derivação a efetuar será uma derivação numérica (incrementos finitos), que consiste na determinação do declive da reta que une dois pontos experimentais adjacentes. Assim, em relação à primeira derivada: pH pH(2) - pH(1) = V(2) - V(1) V Os índices (1) e (2) referem-se ao primeiro e ao segundo pontos experimentais, respetivamente. O valor da primeira derivada calculado deste modo vai corresponder a um volume de titulante intermédio entre o primeiro e o segundo pontos experimentais: 1 V´ = 2 ( V(1) + V(2) ) O processo de cálculo das segundas derivadas é idêntico ao descrito anteriormente, sendo os valores de pH(1) e pH(2) substituídos pelo primeiro e segundos valores da primeira derivada e V(1) e V(2) pelos valores correspondentes de V' (a Tabela 2 ilustra numericamente estes cálculos). 1 Por Método Numérico entende-se o processo de cálculo que envolve a manipulação numérica dos resultados experimentais. Entrada em vigor: Outubro de 2024 9 LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química Tabela 1 - Neutralização de 100 mL de ácido acético (CH3COOH) 0,1 mol/L com hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 mol/L. Volume de titulante adicionado (mL) pH da solução do ácido 0,0 2,9 10,0 3,8 25,0 4,3 50,0 4,7 90,0 5,7 99,0 6,7 99,5 7,0 99,8 7,4 99,9 7,7 100,0 8,7 100,2 10,0 100,5 10,4 101,0 10,7 110,0 11,7 125,0 12,0 150,0 12,3 200,0 12,5 Figura 1 - Curva de Titulação Potenciométrica de 100,0 mL de CH3COOH 0,1 mol/L com NaOH 0,1 mol/L. Entrada em vigor: Outubro de 2024 10  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química 12,0 10,0 1ª Derivada (pH/V) 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 99,0 99,5 100,0 100,5 101,0 Volume de Titulante /mL Figura 2 - Aplicação do Método da Primeira Derivada aos valores experimentais da curva de titulação de 100,0 mL de CH3COOH 0,1 mol/L com NaOH 0,1 mol/L. 80,0 60,0 40,0 2ª D erivad a 20,0 0,0 99,0 99,5 100,0 100,5 101,0 -20,0 -40,0 Volume de Titulante /mL Figura 3 - Aplicação do Método da Segunda Derivada aos valores experimentais da curva de titulação de 100,0 mL de CH3COOH 0,1 mol/L com NaOH 0,1 mol/L. A análise dos resultados torna claro que, através destes métodos, para a localização do ponto de equivalência só são necessários os valores experimentais na vizinhança do ponto final. É conveniente, e simplifica os cálculos, se forem adicionados pequenos e sempre iguais volumes de titulante à solução perto do ponto de equivalência, embora este procedimento não seja essencial. O incremento de volume ótimo depende da magnitude do declive da curva de titulação no ponto de equivalência. De um modo geral, quanto maior for o declive no ponto de equivalência menor deverá ser o incremento do volume de titulante, embora deva ser suficientemente grande para permitir variações mensuráveis de pH. Entrada em vigor: Outubro de 2024 11  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química Tabela 2 - Titulação potenciométrica de CH3COOH com NaOH. Aplicação de Métodos Analíticos para a localização do ponto de equivalência. V (mL) pH V' (mL) pH V" (mL)   pH  V V'  V  0,00 2,90 5,00 0,090 10,00 3,80 11,25 - 0,004530 17,50 0,033 25,00 4,30 27,50 - 0,000870 37,50 0,016 50,00 4,70 53,75 0,000277 70,00 0,025 90,00 5,70 82,25 0,003515 94,50 0,111 99,00 6,70 96,875 0,102924 99,25 0,600 99,50 7,00 99,45 1,833333 99,65 1,333 99,80 7,40 99,75 8,333333 99,85 3,000 99,90 7,70 99,90 70,00 99,95 10,000 100,00 8,70 100,025 -23,33333 100,1 6,500 100,20 10,00 100,225 -20,66667 100,35 1,333 100,50 10,40 100,55 -1,833333 100,75 0,600 101,00 10,7 103,125 - 0,102920 105,50 0,111 110,00 11,70 111,50 - 0,00759 117,5 0,020 125,00 12,00 127,50 - 0,00040 137,5 0,012 150,00 12,30 156,25 - 0,00021 175,00 0,004 200,00 12,50 1.2 Métodos da Primeira e da Segunda Derivadas O ponto de equivalência, do exemplo apresentado, é atingido quando já foram adicionados 100,00 mL de titulante, uma vez que as concentrações do titulante e do titulado são iguais. O Método da Primeira Derivada indica, no entanto, que o ponto de equivalência é alcançado depois de se adicionarem 99,95 mL da base (máximo da curva da primeira derivada), enquanto que pelo Método da Segunda Derivada o valor encontrado é de 99,90 mL (zero da segunda derivada). Os desvios dos resultados produzidos por estes métodos, em relação ao valor verdadeiro do ponto de equivalência, são de 0,05 mL e de 0,01 mL, para os métodos da primeira e da segunda derivadas respetivamente, os quais se traduzem em erros relativos de 0,05 % e 0,01 %. Entrada em vigor: Outubro de 2024 12  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química Nos tituladores automáticos estes métodos (nomeadamente o da 2ª derivada) são aplicados com o auxílio de um computador que processa os dados durante a titulação, sendo o ponto de equivalência obtido automaticamente. O presente trabalho tem como objetivo a determinação da acidez de um iogurte por neutralização dos ácidos livres com uma base forte, NaOH com a concentração de 0,1 mol/L. Esta determinação é feita por dois métodos de análise: titulação clássica usando como indicador a fenolftaleína e titulação potenciométrica. 2. TÉCNICA 2.1. Reagentes Água destilada recentemente fervida e arrefecida (isenta de dióxido de carbono)2. Solução padrão de hidróxido de sódio 0,1 mol/L previamente preparada e padronizada. Solução alcoólica de fenolftaleína 0,1 % 3 - dissolver 0,1 g de indicador em 50 mL de álcool etílico adicionando com agitação, 50 mL de água destilada. Filtrar se necessário. 2.2. Material de vidro Erlenmeyer de 250 mL Buretas de 25,0 e 50,0 mL (escala de 0,05 e 0,1 mL, respetivamente) Copos de precipitação de 150 mL 2.3. Equipamento Placa de agitação magnética Balança analítica Potenciómetro com elétrodo combinado de pH (membrana de vidro + elétrodo de referência: Ag/AgCl). 2.4. Procedimento Experimental 2.4.1 Preparação da amostra Agitar a amostra até obtenção de uma mistura homogénea. Entrada em vigor: Outubro de 2024 13  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química 2.4.2 Titulação Potenciométrica a) Ensaio Prévio - Pesar rigorosamente num copo de precipitação 10 g ± 0,01 de iogurte e diluir com água destilada até perfazer aproximadamente o volume de 100 mL, homogeneizar lenta e continuamente usando uma placa de agitação magnética. - Introduzir os elétrodos do potenciómetro na mistura e ler o valor inicial de pH. Atenção: as leituras de pH devem ser feitas com o agitador desligado. - Adicionar incrementos de 1,00 mL de hidróxido de sódio até se atingir o volume de 15 mL tendo o cuidado de agitar a solução após cada adição de titulante. b) Ensaio Rigoroso - Repetir o ensaio anterior adicionando incrementos de NaOH de 0,50 mL, diminuindo para 0,20 mL próximo do ponto de equivalência. 2.4.3 Titulação Clássica usando fenolftaleína como indicador - Pesar rigorosamente num Erlenmeyer 10 ± 0,01 g de iogurte e diluir com água destilada, no máximo até 100 mL. Adicionar três gotas da solução alcoólica de fenolftaleína e titular com a solução de hidróxido de sódio contida na bureta até ao aparecimento da primeira coloração rosa persistente. - Repetir mais 2 ou 3 vezes esta titulação de modo que os resultados sejam concordantes, sendo a diferença máxima admissível 0,1 mL (2 gotas). 3. CÁLCULOS E RESULTADOS - Anote todos os valores experimentais na Folha de Resultados, assim como o resultado dos cálculos efetuados. - A determinação do ponto de equivalência é feita a partir da curva de titulação calculando o seu ponto de inflexão pelo método da segunda derivada, utilizando para isso um programa informático. - O resultado da acidez do iogurte deve ser apresentado em mL de solução de NaOH 1 mol/L por 100g de iogurte. 4. BIBLIOGRAFIA 1 Skoog, A., West, D. M., Holler, F. J., Crouch, S. R., Analytical Chemistry - An Introduction, Saunders, 7th ed., 2000. 2 Harris, D. C., Quantitative Chemical Analysis, 9th ed., W. H. Freeman, USA, 2015. 3 NORMA PORTUGUESA NP - 701, 1982. Entrada em vigor: Outubro de 2024 14  LICENCIATURA ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA TÉCNICAS LABORATORIAIS - Análise Química 5. FOLHA DE RESULTADOS - Determinação da Acidez de um Iogurte Líquido Não Corado Data: ____________ Turma: __________ Nº: _________ Nome: _____________________________________________________________ Nº: _________ Nome: _____________________________________________________________ Nº: _________ Nome: _____________________________________________________________ 1. Resultados Experimentais Concentração da Solução de Hidróxido de Sódio: ________________ mol/L. Identificação do Iogurte: 1.1 Técnica Clássica Volume de titulante (NaOH)/mL Massa de iogurte/g Acidez do Iogurte (média): ______________ mL de solução de NaOH 1mol/L por 100 g de iogurte 1.2 Técnica Potenciométrica 1.2.1 Ensaio Prévio Massa de iogurte: _________ g Volume de titulante/mL pH Volume de titulante/mL pH Entrada em vigor: Outubro de 2024 15