Titulação de ácido fraco e escolha de indicador
Em um laboratório didático da UFSC, 25,0 mL de solução de ácido acético (CH3COOH) de concentração desconhecida são titulados com NaOH 0,100 mol/L. O ácido acético tem Ka = 1,8 × 10⁻⁵. O ponto de equivalência é atingido após adição de 20,0 mL de titulante. Estão disponíveis os indicadores: alaranjado de metila (viragem em torno de pH 3,1–4,4), azul de bromotimol (pH 6,0–7,6) e fenolftaleína (pH 8,2–10,0). Um aluno propõe usar alaranjado de metila porque o ácido é fraco.
1. Calcule a concentração inicial do ácido acético e estime o pH no ponto de equivalência. Depois avalie a proposta do aluno.
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Concentração. No ponto de equivalência, mols de NaOH = mols de ácido: 0,100 × 0,0200 L = 2,00 × 10⁻³ mol. Volume do ácido = 0,0250 L. c = 2,00 × 10⁻³/0,0250 = 0,080 mol/L.
pH no ponto de equivalência. Todo o ácido foi convertido em acetato, cuja hidrólise é básica. Volume total = 45,0 mL. Concentração de acetato = 2,00 × 10⁻³/0,0450 ≈ 0,0444 mol/L. Kb = Kw/Ka = 1,0 × 10⁻¹⁴/1,8 × 10⁻⁵ ≈ 5,6 × 10⁻¹⁰. [OH⁻] ≈ √(Kb × c) = √(5,6 × 10⁻¹⁰ × 0,0444) ≈ √(2,5 × 10⁻¹¹) ≈ 5,0 × 10⁻⁶ mol/L → pOH ≈ 5,3, pH ≈ 8,7.
Indicador. A viragem deve ocorrer próxima do pH de equivalência. A fenolftaleína (8,2–10,0) é a escolha adequada; o alaranjado de metila vira em meio ácido, antes da equivalência, causando erro. A justificativa do aluno está invertida: ser ácido fraco é justamente o motivo para não usar indicador ácido.
2. Estime o pH após a adição de 10,0 mL de NaOH, antes do ponto de equivalência, e explique por que essa região é tamponada.
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Com 10,0 mL de NaOH, mols de base = 0,100 × 0,0100 = 1,00 × 10⁻³ mol. Mols iniciais de ácido = 2,00 × 10⁻³ mol.
Restam de ácido: 2,00 × 10⁻³ − 1,00 × 10⁻³ = 1,00 × 10⁻³ mol. Formaram-se 1,00 × 10⁻³ mol de acetato. Volume total = 35,0 mL.
Como ácido e base conjugada estão em quantidades iguais, pH = pKa. pKa = −log(1,8 × 10⁻⁵) ≈ 4,74. Portanto, pH ≈ 4,7.
A região é tamponada porque a solução contém simultaneamente CH3COOH e CH3COO⁻ em concentrações comparáveis. Adições moderadas de base consomem ácido e formam mais acetato, alterando pouco a razão [base]/[ácido] e, pela equação de Henderson-Hasselbalch, pouco o pH. O erro comum é tratar essa região como se todo o ácido já tivesse sido neutralizado.
3. O aluno repete a titulação usando um pHmetro e observa que, ao redor do ponto de equivalência, o pH muda rapidamente. Explique o significado dessa mudança abrupta e por que ela ajuda na escolha do indicador.
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Perto da equivalência, quase todo o ácido foi convertido em acetato. A solução deixa de ter o par ácido/base conjugada em quantidades comparáveis e perde a capacidade tamponante. Pequenos volumes de titulante passam a produzir variações grandes de pH.
Essa região vertical da curva de titulação define a faixa em que se deve estar a viragem do indicador. Um indicador cuja faixa de viragem contenha o pH de equivalência muda de cor com pouca adição extra de titulante, reduzindo o erro de titulação.
No caso, o pH de equivalência é ≈8,7. A fenolftaleína vira nessa vizinhança; o alaranjado de metila viraria em pH 3–4, muito antes da equivalência, indicando erroneamente o fim da titulação. A curva também mostra por que indicadores não são intercambiáveis entre titulações de ácidos fortes e fracos.