Curvas de titulação explicadas: pontos de equivalência, meia equivalência e escolha do indicador
Resposta curta: uma curva de titulação representa o pH em função do volume de titulante adicionado. Para um ácido fraco com NaOH, ela começa no pH do ácido, sobe devagar por uma região tampão em que pH = pKa na meia-equivalência e depois dá um salto íngreme no ponto de equivalência. O pH de equivalência só é 7,00 para ácido forte com base forte. Escolha um indicador cuja mudança de cor fique na parte íngreme. O simulador de curva de titulação gratuito desenha a curva, marca cada ponto e avalia os indicadores.
O que uma curva de titulação mostra
Em uma titulação ácido-base, uma solução de concentração conhecida (o titulante) é adicionada com uma bureta a um volume medido do analito. O ponto de equivalência é onde os mols de titulante igualam exatamente os mols de analito. O ponto final é onde o indicador muda de cor.
A curva tem quatro partes: o pH inicial, a região tampão (para um ácido ou base fraca), o salto íngreme em volta do ponto de equivalência e a região plana de excesso de titulante.
As fórmulas de cada região
Para um ácido fraco HA titulado com NaOH:
- Início: [H⁺] = √(Ka × C).
- Região tampão: pH = pKa + log(mols de A⁻ / mols de HA).
- Meia-equivalência: mols de A⁻ = mols de HA, então pH = pKa.
- Equivalência: só resta A⁻. [OH⁻] = √(Kb × C), em que Kb = Kw / Ka e C é a concentração do sal no volume total.
- Após a equivalência: [OH⁻] = mols de NaOH em excesso / volume total.
O simulador não alterna entre essas fórmulas. Ele resolve o balanço de carga completo, [H⁺] + [Na⁺] = [OH⁻] + [A⁻] + 2[A²⁻] + 3[A³⁻] + [Cl⁻], em cada volume. Isso dá valores corretos para ácidos polipróticos e soluções muito diluídas, em que os atalhos falham.
Como usar o simulador de curva de titulação
- Abra o simulador de curva de titulação.
- Escolha o Analito no frasco. Ácidos são titulados com NaOH e bases com HCl. Escolha Custom weak acid ou Custom weak base para digitar seu próprio pKa ou pKb.
- Digite a Concentração do analito (mol/L), o Volume do analito (mL) e a concentração do titulante na bureta.
- Leia o painel de resultados: pH inicial, cada ponto de equivalência e cada ponto de meia-equivalência.
- Escolha um indicador em Mostrar faixa de cor do indicador para ver sua faixa no gráfico. A tabela de indicadores lista o erro de ponto final do alaranjado de metila, do vermelho de metila, do tornassol, do azul de bromotimol e da fenolftaleína.
- Digite volumes em pH em volumes escolhidos para obter uma tabela de valores de pH.
- Salve o gráfico com Exportar PNG ou os dados com Exportar CSV.
Exemplos resolvidos
1. 25,00 mL de HCl 0,100 M com NaOH 0,100 M
Início: pH = −log 0,100 = 1,00. Após 10,00 mL: 2,50 − 1,00 = 1,50 mmol de H⁺ em 35,00 mL, então [H⁺] = 0,0429 M e pH = 1,37.
Em 25,00 mL o pH é 7,00. Em 30,00 mL há 0,500 mmol de OH⁻ em excesso em 55,00 mL, então pOH = 2,04 e pH = 11,96. O pH salta de 3,7 para 10,3 entre 24,90 e 25,10 mL.
2. 25,00 mL de ácido acético 0,100 M com NaOH 0,100 M
Início: [H⁺] = √(1,74 × 10⁻⁵ × 0,100) = 1,32 × 10⁻³ M, pH = 2,88. Em 12,50 mL, pH = pKa = 4,76. Em 20,00 mL, pH = 4,76 + log(2,00/0,50) = 5,36.
Em 25,00 mL o frasco contém acetato 0,0500 M. Kb = 5,75 × 10⁻¹⁰, [OH⁻] = 5,36 × 10⁻⁶ M, pH = 8,73. A fenolftaleína é o indicador certo.
3. 25,00 mL de NH₃ 0,100 M com HCl 0,100 M
Início: pH = 11,12. Na meia-equivalência, pH = pKa do NH₄⁺ = 9,25. Na equivalência o frasco contém NH₄⁺ 0,0500 M, então pH = 5,28. Use vermelho de metila.
4. 25,00 mL de H₃PO₄ 0,100 M com NaOH 0,100 M
Os valores de pKa são 2,15, 7,20 e 12,38. O primeiro ponto de equivalência fica em 25,00 mL, pH 4,70. O segundo fica em 50,00 mL, pH 9,67. Em 37,50 mL, pH = pKa₂ = 7,20.
O terceiro ponto de equivalência, em 75,00 mL, não mostra salto, porque o HPO₄²⁻ é um ácido fraco demais para ser titulado em água.
5. 25,00 mL de Na₂CO₃ 0,0500 M com HCl 0,100 M
O carbonato recebe dois prótons. O primeiro ponto de equivalência (CO₃²⁻ → HCO₃⁻) fica em 12,50 mL, pH 8,34. O segundo (HCO₃⁻ → H₂CO₃) fica em 25,00 mL, pH 3,98. O alaranjado de metila marca o segundo ponto final, mais nítido.
Tabela-resumo
| Titulação | pH inicial | pH na meia-equivalência | pH na equivalência | Indicador |
|---|---|---|---|---|
| HCl 0,1 M + NaOH | 1.00 | nenhuma | 7.00 | Fenolftaleína, vermelho de metila, azul de bromotimol, alaranjado de metila |
| CH₃COOH 0,1 M + NaOH | 2.88 | 4.76 | 8.73 | Fenolftaleína |
| NH₃ 0,1 M + HCl | 11.12 | 9.25 | 5.28 | Vermelho de metila, alaranjado de metila |
| H₃PO₄ 0,1 M + NaOH | 1.63 | 2,29 e 7,20 | 4,70 e 9,67 | Nenhum ideal; use um pHmetro ou um indicador mais próximo |
| Na₂CO₃ 0,05 M + HCl | 11.50 | 10,32 e 6,35 | 8,34 e 3,98 | Alaranjado de metila para o segundo |
Faixas de cor dos indicadores: alaranjado de metila 3,1 a 4,4 (vermelho a amarelo), vermelho de metila 4,4 a 6,2 (vermelho a amarelo), tornassol 4,5 a 8,3 (vermelho a azul), azul de bromotimol 6,0 a 7,6 (amarelo a azul), fenolftaleína 8,2 a 10,0 (incolor a rosa).
Erros comuns
- Supor que todo ponto de equivalência fica em pH 7.
- Esquecer de somar o volume de titulante ao volume de analito antes de calcular as concentrações.
- Usar Henderson-Hasselbalch em 0 mL ou no ponto de equivalência, onde só há uma das formas.
- Escolher um indicador porque sua faixa inclui 7, e não porque ela fica na parte íngreme.
- Esperar um salto visível para cada próton de um ácido poliprótico.
- Tratar o ponto final e o ponto de equivalência como a mesma coisa.
Dicas para provas
- AP Chemistry: muitas vezes pedem para esboçar a curva e rotular o ponto de meia-equivalência. Diga "pH = pKa porque [HA] = [A⁻]".
- A-level: aprenda as quatro formas de curva e os dois indicadores. Fenolftaleína para ácido fraco com base forte; alaranjado de metila para ácido forte com base fraca.
- Vestibular: no ponto de equivalência de um ácido fraco com uma base forte, pH = 7 + ½(pKa + log C). Para acetato 0,05 M: 7 + ½(4,76 − 1,30) = 8,73.
- O volume de titulante na equivalência depende só dos mols, não da força do ácido. O pH ali depende da força.
Perguntas e respostas
Qual é o pH no ponto de equivalência da titulação de um ácido fraco com uma base forte?
Fica acima de 7 porque a base conjugada sofre hidrólise. Para 25,00 mL de ácido acético 0,100 M titulado com NaOH 0,100 M, o ponto de equivalência fica em 25,00 mL e pH 8,73.
Por que o pH é igual ao pKa no ponto de meia-equivalência?
Metade do ácido fraco foi convertida em sua base conjugada, então [HA] = [A−]. Em pH = pKa + log([A−]/[HA]), o termo logarítmico é log 1 = 0, então pH = pKa.
Como escolho um indicador para uma titulação?
Encontre o pH no ponto de equivalência e escolha um indicador cuja mudança de cor fique na parte íngreme da curva em volta dele. A fenolftaleína serve para ácidos fracos com bases fortes, o vermelho de metila e o alaranjado de metila servem para bases fracas com ácidos fortes, e a maioria dos indicadores funciona para ácido forte com base forte.
Por que o ácido fosfórico mostra só dois pontos de equivalência?
Seu terceiro pKa é 12,38. O HPO4 2− é um ácido tão fraco que a terceira etapa se confunde com o pH do excesso de NaOH, então não há salto nítido no terceiro ponto de equivalência.
O que é a região tampão de uma curva de titulação?
É a parte plana em que o ácido fraco e sua base conjugada estão presentes em quantidades úteis, mais ou menos de 10% a 90% do caminho até o ponto de equivalência. Ali o pH fica a cerca de uma unidade do pKa.
Por que o tornassol não é usado como indicador de titulação?
Sua cor muda gradualmente em uma faixa ampla, de pH 4,5 a 8,3, então é difícil ver um ponto final nítido.
Qual é a diferença entre ponto final e ponto de equivalência?
O ponto de equivalência é onde os mols de titulante igualam os mols de analito. O ponto final é onde o indicador muda de cor. Um bom indicador faz os dois coincidirem com uma fração de porcentagem do volume de titulante.