potenciométrica e condutimetria
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Potenciométrica e condutimetria
Trabalho realizado por:André Rocha nº2João Maia nº7Maria Inês Teixeira nº8
Eletroanalítica
• Eletroanalítica compreende um grupo de métodos analíticos baseado nas propriedades elétricas de um analito em solução.
Propriedades elétricas:• Corrente• Resistência• Diferença de Potencial• CargaEm alguns casos as propriedades elétricas são
medidas em função do tempoVantagens: Baixos limites de deteção, especiação
química, instrumentação barata e pequenos volumes de amostra de analito.
Células eletroquímicas
Uma célula eletroquímica é um dispositivo que permite a conversão de energia química em energia eléctrica através de reacções de oxidação – redução que ocorrem na interface eléctrodo / solução. As reacções redox que ocorrem são espontâneas.
• Uma célula eletroquímica consiste em dois condutores chamados elétrodos, cada um deles imerso numa solução eletrolítica
Oxidação Redução
Tipos de células eletroquímicas
• GalvânicasArmazenam energia elétrica
Ocorrem nos elétrodos tendem a prosseguir espontaneamente e produzem um fluxo de eletrões através de um condutor externo
• EletrolíticasRequerem uma fonte externa de energia para
a sua operação.Podem ser reversíveis ou irreversíveis
A inversão da corrente reverte a reação da célula
A inversão da corrente provoca a ocorrência de uma semi-reação diferente em um ou ambos os elétrodos.
O potencial de uma célula eletroquímica
• O potencial da célula (E célula) de uma célula eletroquímica é calculado a partir dos potenciais de eletrodo (potenciais de redução) das semi-reação respectivas. Assim sendo:
E célula = E cátodo – E ânodo
POTENCIOMETRIA
O que é?
• A potenciometria ou método potenciométrico de análise química.• Baseia-se na medida da diferença de
potencial de uma célula eletroquímica na ausência de corrente.
Em que se Baseia?
• Baseia na medida da força eletromotriz de uma célula galvânica.
• Este processo utiliza uma única medida do potencial de elétrodo para determinar a concentração de uma espécie iónica em solução designa-se como potenciometia direta.
A análise potenciométrica engloba duas técnicas analíticas:
• A potenciometria direta
• A titulação potenciométrica
Potenciométria direta
• È determinada a atividade de uma
dada espécie iónica a partir da
medida da f.e.m (força eletrometriz)
de uma célula galvânica que contém
um elétrodo indicador ou elétrodo de
trabalho (normalmente um elétrodo
seletivo) e um eléctrodo de
referência.
Vantagens
• Uma das vantagens da
potenciometria direta é que as
medidas são feitas sem que as
soluções sejam afeta.
Desvantagens / limitações
• Forte dependência com a força iónica do
meio
• Requer um maior tempo de análise
• Interferências e envenenamento de
elétrodos
• Maior custo de análises
• Obstrução por proteínas e outros
Titulação potenciométrica
• Mede-se a variação do potencial do
eléctrodo indicador em relação ao
eléctrodo de referência em função do
volume do titulante adicionado na
solução.
Titulação potenciometrica de neutralização
• Geralmente o elétrodo de vidro é utilizado
como elétrodo indicadores combinado com
o elétrodo de referencia.
• Podem ser usados outros elétrodos como o
de hidrogénio entre ouros associados a
elétrodos de referencia.
Titulação potenciometrica de Redox
• Reação de redox entre o analito e o titulante.• As reações:
Devem ser rápidasQuantitativasApresentam espectrometria definida invariável
Para se realizar uma potenciometria necessita-se de …
• Um eléctrodo de referência;
• Um eléctrodo indicador ou de trabalho;
• Um dispositivo para medir os
potenciais, ou seja, um potenciômetro.
• São dispositivos elétricos têm a sua
resistência elétrica alterada
mecanicamente.
• São muito usados para controlar ou alterar
as características de entrada ou saída de
aparelhos eletrônicos.
• São também conhecidos como resistores
variáveis, ou ainda, reóstatos.
Potenciometro
Eléctrodo indicador ou de trabalho
• Muito usado em análises químicas, sendo o mais
comum o eletrodo de pH.
• Consiste basicamente em uma pequena câmara,
contendo um eletrodo inerte, envolto num
eletrólito e que se comunica com a solução
externa por uma membrana que permite a
passagem apenas do ião que será analisado.
Tipos de indicadores
• Indicadores metálicos
• Indicadores de membrana
• Eletrodos de Membrana de Íon-Seletivo
• Eletrodo de vidro para medida de pH
• Eletrodo Combinado de Vidro
Eléctrodo de referencia
• Consiste numa semi-pilha, ligada à solução em
medição por uma membrana porosa ("ponte
salina"), e que é capaz de, através de uma reação
química ,conhecida a concentração, fornecer um
potencial elétrico padrão para uma medida de
diferença de potencial.
• Os mais comuns são calomelano e prata-cloreto
de prata.
Os eletrodos de referência devem:
Ser reversíveis e obedecer a equação de Nernst;
Exibir um potencial constante com o tempo;
Retornar ao seu potencial original após ser
submetido a pequenas correntes;
Tipos de eletrodos de referencia
• Eletrodo de prata/cloreto de prata
• Eletrodo de calomelano
• Eletrodo de hidrogénio
Aplicações
• Laboratórios clínicos determinam gases sanguíneos
como indicadores no diagnostico de doenças.
• Os oceanógrafos determinam dióxido de carbono e
outras propriedades relacionadas em água do mar
• Estudos fundamentais para se determinar
constantes de equilíbrio termodinâmicas, tais como
Ka, Kb e Kps.
CONDUTIMETRIA
• Baseiam-se nos fenômenos que ocorrem no seio da solução.• A condutimetria mede a condutância
de soluções iônicas.• A condução da eletricidade através
das soluções iônicas é devida à migração de íons positivos e negativos com aplicação de um campo eletrostático.• A condutância da solução iônica
depende do número de íons presentes, bem como das cargas e das mobilidades dos íons.• A condutância elétrica de uma
solução é a soma das condutâncias individuais da totalidade das espécies iônicas presentes.
Métodos condutimétricos
• A Condutimetria pode ser dividida em:
Condutividade iónica equivalente
Condutividade electrolítica
•
Condutividade iónica equivalente
• Depende da temperatura, sendo que o seu valor
aumenta em aproximadamente 2% conforme o
aumento de temperatura, de modo que, em
trabalhos de precisão, deve-se imergir as celas
em na solução à temperatura constante.
• Qualquer temperatura é satisfatória desde que se
mantenha constante durante a experiência.
Condutividade eletrolítica
• É uma importante propriedade dos iões que
fornece informação quantitativa em relação às
contribuições relativas dos iões às medidas de
condutância.
• Podemos também dividir a condutimetria em:
• Condutimetria direta
• Titulação condutimétrica
Condutimetria direta
• Correlaciona a condutância específica com a concentração de um eletrólito. Tem aplicação muito limitada devido à falta de especificidade da medida de condutância.
Titulação condutométrica
• As curvas são traçadas através da condutância em função
do volume do titulante adicionado.
• As curvas consistem em regiões lineares antes e depois do
ponto final.
• As duas partes lineares são extrapoladas para os seus
pontos de intersecção no ponto final.
• Assim como em outras titulações, o ponto final do volume
é usado para calcular a quantidade ou a concentração da
análise que foi inicialmente apresentado.
Aplicações da titulação condutimétrica
• Ácido forte com base forte
• A condutância inicialmente diminui, em
virtude da substituição do iao hidrogénio pelo
cátião do titulante e depois do ponto de
equivalência cresce rapidamente com a
adição de excesso de álcali forte, em virtude
do grande valor de do ião hidróxido.
Ácido forte com base fraca
A titulação de um ácido forte por uma base moderadamente fraca (Kb = 10-5) pode ser ilustrada pela neutralização do ácido sulfúrico diluído por uma solução diluída de amonia.O primeiro segmento da curva reflete o desaparecimento dos ião hidrogénio durante a neutralizaçãoNo ponto final, o gráfico fica quase horizontal, pois o excesso de amonia aquosa não está apreciavelmente ionizado na presença de sulfato de amonio.
Ácido fraco com base forte
• Neste caso, a forma da curva dependerá da concentração do ácido e da sua constante de ionização Ka.
• Assim, na neutralização do ácido acético (Ka 1,8 . 10-
5) com solução de hidróxido de sódio, o sal formado na primeira parte da titulação (acetato de sódio) tende a reprimir a ionização do ácido acético ainda presente na solução, de modo que a condutância diminui. A elevação da concentração do sal, no entanto, tende a provocar um aumento da condutância.
Condutivímetros
• Material de laboratório que permite a medição de condutividade de diversas amostras;
• Muito utilizado em medições que necessitam de precisão;
• Vantagem: indica a compressão automática da temperatura (de 0Cº a 100Cº)
Células de condutância
Condutivímetro Solução de
calibração
Sensor de temperatura
Célula de condutância
Condutivímetro
Lei de Ohm
• Designada em homenagem ao seu formulador
Georg Simon Ohm.
• Indica que a diferença de potencial (V) entre dois
pontos de um condutor é proporcional à corrente
elétrica (I).
É a diferença de potencial elétrico medida em Volts
É a intensidade da corrente elétrica medida em Ampères
É a resistênc
ia elétrica
do circuito medida
em Ohms
• A lei de Ohm afirma que a corrente i
(em Ampères) que passa por um
condutor é diretamente proporcional
à força eletromotriz E (em volts) e
inversamente proporcional à
resistência R (em ohms) do condutor:
• O inverso da resistência é a condutância (G);
• Esta grandeza é medida em inverso de ohm
(mho ou -1) e tem o nome, recomendado no
SI, de siemens (S).
• A resistência de uma amostra de material
homogêneo, de comprimento l e área de
secção reta a constante, é dada por:
a
lR
.
é uma propriedade característica do material, a resistividade
FIM