Por Dr. Murli Dharmadhikari e Tavis Harris
Observação: este artigo foi escrito a pedido da indústria . Foi escrito para trabalhadores de laboratórios de vinho sem formação em química.
Em um laboratório de vinhos, a análise de vinhos para TA, VA e S02 envolve o uso de um reagente de hidróxido de sódio (NaOH). Os produtores de vinho geralmente compram uma solução de hidróxido de sódio de uma concentração conhecida (geralmente 0,1 Normal). Este reagente é relativamente instável e sua concentração muda com o tempo. Para garantir a precisão dos resultados analíticos, é importante verificar periodicamente a concentração (Normalidade) de hidróxido de sódio. Se a concentração mudou, então ela deve ser reajustada para a concentração original ou o novo valor de concentração (Normalidade) precisa ser usado nos cálculos.
Às vezes, um vinicultor pode desejar fazer sua própria solução de NaOH de comprá-lo. Seja para fazer uma nova solução ou verificar a normalidade de uma solução antiga, é importante saber o procedimento para fazer uma solução padrão (concentração conhecida) de reagente de NaOH. No presente artigo, o procedimento de padronização junto com o conceito básico por trás do procedimento de titulação são explicados.
Expressando a concentração na solução
Uma solução consiste em um soluto e o solvente. Soluto é a substância dissolvida e solvente é a substância na qual o soluto é dissolvido. Um soluto pode ser sólido ou líquido. Na solução de NaOH, o hidróxido de sódio (sólido) é o soluto e a água (líquida) é o solvente. Observe que o soluto sendo um sólido é medido em termos de peso (em gramas) e o solvente água é medido em termos de volume. Este é um exemplo de solução expressa em peso por volume (w / v) base.
Em uma solução consistindo de dois líquidos, a concentração é expressa em volumes por volume base. Por exemplo, a concentração de álcool no vinho é expressa em volume por volume. Um vinho com 12% de álcool significa que contém 12 ml de álcool por 100 ml de vinho.
Geralmente, em muitas soluções, o peso é dado em gramas e o volume é dado em mililitros ou litros. Nesse ponto, é importante estabelecer a relação entre as unidades de peso e volume. Um quilograma (peso) de água a uma temperatura de densidade máxima e sob pressão atmosférica normal tem o volume de um litro. Isso significa que um quilograma (peso) de água equivale a um litro de volume e um grama de água por peso equivale a um mililitro de água por volume. Assim, as unidades de peso (grama) e volume (ml) são semelhantes e intercambiáveis.
O químico expressa a concentração de uma solução de várias maneiras. As expressões comuns incluem Porcentagem, Partes por milhão (ppm), Molar e Normal. É importante ter uma compreensão clara desses termos.
Porcentagem
Uma das formas mais simples de concentração é a porcentagem. Isso significa simplesmente unidades por 100 unidades ou partes por 100 partes. A concentração percentual pode ser usada de três maneiras. Pode ser peso por peso, volume por volume ou peso por base de volume.
Quando os produtores de vinho usam o hidrômetro ° Brix para medir os açúcares no suco de uva, eles medem essencialmente gramas de açúcar por 100 gramas de suco. Uma amostra de suco de 18 ° Brix significa 18 gramas de açúcar por 100 gramas de suco ou comumente referida como 18%. Ao descrever o teor de álcool de um vinho, o teor de álcool percentual é expresso em termos de volume por base de volume. Em muitos casos, inclusive em um laboratório, uma solução é feita dissolvendo um sólido em um líquido, geralmente água. Nesse caso, a concentração é expressa em peso por base de volume.
Partes por milhão
Ao lidar com uma quantidade muito pequena de uma substância em solução, a concentração é frequentemente expressa em termos de partes por milhão. Uma concentração de 20 ppm significa 20 partes de soluto dissolvidas para cada 1.000.000 partes de solução. A unidade de medida pode ser peso ou volume. Geralmente a concentração em ppm é usada para indicar miligramas de soluto por litro de solução.
Solução molar
Uma solução molar implica concentração em termos de moles / litro. Uma solução molar (1 M) significa um mole de uma substância (soluto) por litro de solução. Uma mole significa grama de peso molecular ou peso molecular de uma substância em gramas. Portanto, o peso molecular de um produto químico também é seu peso molar. Para calcular o peso molecular, é necessário adicionar os pesos atômicos de todos os átomos na unidade da fórmula molecular. Por exemplo, a molécula de NaOH consiste em um átomo de sódio (Na), oxigênio (0) e hidrogênio (H). Seus respectivos pesos atômicos são: Na – 23,0 – 16 e H – 1, então o peso molecular é 23 + 16 + I = 40. Assim, 40 gramas de NaOH é igual a um mole de NaOH e uma solução 1 molar de NaOH conterá 40 gramas do produto químico NaOH.
Solução normal / normalidade
A outra forma de concentração usada com relativa frequência é a normalidade, ou N. A normalidade é expressa em termos de equivalentes por litro, o que significa o número de pesos equivalentes de um soluto por litro de solução. O termo normalidade é freqüentemente usado na química ácido-base. O peso equivalente de um ácido é definido como o peso molecular dividido pelo número de hidrogênios reagentes de uma molécula de ácido na reação.
Compreender os equivalentes requer saber algo sobre como uma reação funciona, então vamos comece aí. Abaixo está uma equação básica para um ácido e uma base.
Em nossa equação simples acima, você pode ver que temos o ácido e a base reagindo para formar um sal e água, e que reagem igualmente. O ácido dá 1 H + para cada -OH fornecido pela base. Portanto, para cada mole de H +, é necessário um mole de
-OH. Essa reação é um a um em uma base molar. Um mole de ácido tem uma unidade de reação e um mole de base também tem uma unidade de reação, portanto, tanto o ácido quanto a base têm, no exemplo acima, unidades de reação iguais a 1: 1. Como afirmado acima, para ácidos definimos um peso equivalente como o molecular peso dividido pelo número de H + doado por molécula. Acima, o HCI cedeu 1 H + (próton) à reação.
Peso molecular de H2SO4 = 98,08 g = 49,04 gramas por equivalente
# de prótons dados 2 prótons
Normalidade é o peso molecular dividido pelos gramas por equivalente (tudo isso resulta no número de equivalentes) em um determinado volume. Para uma solução 1 N, precisamos de 1 equivalente / litro. Para ácido clorídrico (HCl), o peso equivalente é de 36,46 gramas. Portanto, para fazer uma solução 1 Normal, 36,46 g / litro de HC1 são necessários. Observe que uma solução de 1 M também é 36,46 g / L. Para moléculas que podem emitir ou aceitar apenas um próton por molécula, a Normalidade é igual à Molaridade.
Tabela 1. Pesos moleculares e equivalentes de alguns compostos comuns.
No caso em que uma molécula pode se desprender ou aceitar mais de um próton, você precisa ajustar seu cálculo. Por exemplo, o ácido sulfúrico com a fórmula H2SO4 doa 2 prótons separados. Usando a massa molar do ácido sulfúrico, e sabendo que uma molécula pode doar 2 prótons, podemos encontrar o peso equivalente.
Com uma massa molar de 98,08 gramas, uma solução contendo 98,08 g em 1 litro teria um Molaridade de 1 M e normalidade de 2 N. Isso ocorre porque cada mole de ácido sulfúrico (H2SO4) tem 2 moles de átomos de H +.
A Tabela 1 lista os pesos moleculares e pesos equivalentes de ácidos importantes e bases usadas em um laboratório de vinho.
Fazendo solução 1 N de NaOH
A partir da discussão acima, deve ficar claro que para fazer 1 solução normal, precisamos saber o equivalente a NaOH, que é calculado dividindo o peso molecular por 1, que é 40 dividido por 1 = 40. Portanto, o peso equivalente de NaOH é 40. Para fazer uma solução 1 N, dissolva 40,00 g de hidróxido de sódio em água para fazer o volume de 1 litro. Para uma solução 0,1 N (usada para análise de vinho), 4,00 g de NaOH por litro são necessários.
Padronização
Antes de começarmos a titulação dessa amostra de vinho, temos mais uma etapa importante, a padronização de solução de NaOH. A padronização é simplesmente uma forma de verificar nosso trabalho e determinar a concentração exata de nosso NaOH (ou outro) reagente. Talvez nossa diluição seja imprecisa ou talvez a balança não tenha sido calibrada e, como resultado, a normalidade de nossa solução de hidróxido de sódio não seja exatamente 1 N como pretendíamos. Portanto, precisamos verificar isso. Isso é obtido titulando a solução de NaOH com um ácido de força conhecida (Normalidade). Geralmente 0,1 N HCI é usado para titular a base. O reagente, solução de HCI 0,1 N é adquirido de um fornecedor de produtos químicos certificado em concentração. Isso significa que foi padronizado para uma base de concentração conhecida. “Mas isso não está andando em círculos?”, Você pergunta. Não, porque os ácidos são padronizados em uma base em pó chamada KHP, ou ftalato de hidrogênio de potássio. Isso pode ser pesado com muita precisão porque é um pó fino, e então é titulado com o ácido.
Para padronizar o NaOH, comece pipetando 10,0 ml de ácido clorídrico 0,1 N. (HC1) em um frasco. Adicione aproximadamente 50 ml de água (lembre-se, não água da torneira) e três gotas de metil indicador vermelho. Encha uma bureta de 25 ml com a solução de hidróxido de sódio 0,1 N e registre o volume inicial. Titule o ácido clorídrico até o ponto em que uma cor amarelo limão apareça e permaneça constante. Registre o volume final.
Subtraia o volume inicial do final para obter o volume de NaOH usado e insira-o na equação abaixo.
Normalidade do NaOH = Volume de HCI x Normalidade de HCI
Volume de NaOH usado
Técnicas de titulação
Antes de conquistar totalmente a análise volumétrica, precisamos discutir algumas técnicas de titulação ques. Em primeiro lugar, manuseie a bureta com cuidado.Evite danificar a ponta e o conjunto da válvula de retenção, pois danos e vazamentos nessas áreas podem e irão alterar o desempenho. Além disso, certifique-se de sempre registrar suas leituras de volume final e inicial com precisão, lendo a parte inferior do menisco da solução. Não tente espremer a última amostra e drenar a bureta além de sua marca mais baixa; reserve um tempo para reabastecê-la adequadamente. Para obter ajuda na leitura de uma bureta, pegue uma ficha branca e pinte um quadrado preto como mostrado. Segure isso atrás da escala da bureta ao fazer leituras para ajudar a ver o menisco. Algumas buretas, na verdade, vêm com uma faixa pintada nelas por esse motivo.
Em seguida, lembre-se de mexer a amostra enquanto titula. Seja usando um mexa a placa (recomendado) ou agitando girando o frasco manualmente, é imperativo que a solução seja misturada. Certifique-se de não espirrar a amostra para fora do copo / frasco e não permita que o conteúdo da bureta caia para fora do copo. Além disso, abaixe a bureta o suficiente para que respingos da amostra não saiam do frasco enquanto você titula. Isso não é apenas uma prática de laboratório ruim, mas também pode ser perigoso.
A segurança é uma consideração importante ao trabalhar com buretas, ácidos e bases. Perceba que você está lidando com produtos químicos corrosivos e delicados A taça, trate-a como um vinho insubstituível na taça mais saborosa. Isso significa deliberadamente e com respeito. Use óculos de segurança e pelo menos um jaleco, e luvas também são recomendadas. Ao encher uma bureta, retire-a do suporte e segure-a em um ângulo com a ponta acima da pia. Dessa forma, qualquer respingo irá escorrer para a pia e você poderá ficar em pé com segurança no chão, não em um banquinho. Inclinar-se sobre a bureta enquanto ela está na bancada é perigoso.
Certifique-se de ter acesso a uma estação de lavagem dos olhos ou algo que possa fornecer um jato de água para seu corpo e / ou olhos por 15 minutos, o Tratamento recomendado pela OSHA para derramamentos de produtos químicos nos olhos e no corpo. Lembre-se de que você terá hidróxido de sódio na bureta no nível dos olhos e acima dele, então certifique-se de que seu equipamento esteja conectado a uma base estável.
Boas práticas de laboratório podem ajudá-lo a monitorar a qualidade de seus vinhos com mais precisão e eficiência. A análise volumétrica por titulação é uma das técnicas mais comuns que o enólogo utiliza para analisar seu produto. Melhorar suas habilidades nesta área é importante na busca por vinhos excelentes em uma base consistente.
* Publicado anteriormente em Vineyard and Vintage View, Mountain Grove, MO.