As curvas de titulação ácido-base

3I.3aAs titulações ácido forte-base forte

Quando um ácido forte é adicionado a uma base forte, ocorre uma reação de neutralização para a qual a equação iônica simplificada é: $\ce{ H3O^+(aq) + OH^-(aq) -> 2 H2O(l) }$ Contudo, para garantir a estequiometria correta no trabalho com titulações, é melhor usar a equação química completa. Por exemplo, se o ácido clorídrico for usado para neutralizar $\ce{Ca(OH)2,}$ temos de levar em conta que a fórmula unitária do $\ce{Ca(OH)2}$ corresponde a dois íons $\ce{OH^-}$ : $\ce{ 2 HCl(aq) + Ca(OH)2(aq) -> CaCl2(aq) + 2 H2O(l) }$

Uma curva de pH é um gráfico do pH da solução do analito em função do volume do titulante adicionado durante a titulação. A forma da curva de pH na Fig. 1 é típica de titulações em que um ácido forte é adicionado a uma base forte. Inicialmente, o pH cai lentamente. Então, próximo ao ponto estequiométrico ocorre um decréscimo repentino do pH, passando pelo valor 7. Neste ponto, um indicador muda de cor ou um titulador automático responde eletronicamente à rápida mudança de pH. As titulações em geral terminam neste ponto. Entretanto, se a titulação prosseguir, o pH cai lentamente na direção do valor do pH do ácido, à medida que a diluição decorrente da solução original do analito se torna cada vez menos importante.

Variação do pH durante a titulação de uma base forte, \pu{50 mL} de uma solução \pu{0,1 M} de \ce{NaOH}, com um ácido forte, em concentração \pu{0,1 M} de \ce{HCl.} O ponto estequiométrico ocorre em \mathrm{pH} = 7.

A Fig. 2 mostra a curva de pH de uma titulação em que o analito é um ácido forte e o titulante é uma base forte. Essa curva é a imagem no espelho da curva da titulação de uma base forte com um ácido forte.

Variação do pH durante uma titulação típica de um ácido forte (o analito) com uma base (o titulante). O ponto estequiométrico ocorre em \mathrm{pH} = 7.

Exemplo 1

Cálculo de pontos da curva de pH de uma titulação ácido forte-base forte

Você precisa avaliar a precisão de um medidor de pH usado para titulações e, assim, calcular o valor esperado do pH em vários pontos durante uma titulação.

Em muitos casos, o pH muda abruptamente próximo ao ponto estequiométrico em uma titulação ácido-base.

Na titulação de um ácido forte com uma base forte ou de uma base forte com um ácido forte, o pH muda lentamente no início, depois muda rapidamente, passando por $\mathrm{pH} = 7$ no ponto estequiométrico e, então, muda lentamente de novo.

Curva de pH da titulação de um ácido fraco com uma base forte: \pu{50 mL} de uma solução \pu{0,1 M} de \ce{CH3COOH} com uma solução \pu{0,1 M} de \ce{NaOH.} O ponto estequiométrico ocorre em \mathrm{pH} > 7 porque o ânion \ce{CH3CO2^-} é uma base. O pH após a adição de metade do volume de base necessário para atingir o ponto estequiométrico é igual ao \mathrm{p}K_\mathrm{b} da base conjugada do ácido. — Curva de pH da titulação de um ácido fraco com uma base forte: $\pu{50 mL}$ de uma solução $\pu{0,1 M}$ de $\ce{CH3COOH}$ com uma solução $\pu{0,1 M}$ de $\ce{NaOH.}$ O ponto estequiométrico ocorre em $\mathrm{pH} > 7$ porque o ânion $\ce{CH3CO2^-}$ é uma base. O pH após a adição de metade do volume de base necessário para atingir o ponto estequiométrico é igual ao $\mathrm{p}K_\mathrm{b}$ da base conjugada do ácido.

Curva típica de pH da titulação de uma base fraca com um ácido forte. O ponto estequiométrico ocorre em \mathrm{pH} > 7 porque o sal formado na reação de neutralização tem um cátion ácido. O pH após a adição de metade do volume de ácido necessário para atingir o ponto estequiométrico é igual ao\mathrm{p}K_\mathrm{a} do ácido conjugado da base.