Em química analítica, é possível determinar satisfatoriamente a concentração de metais em solução usando agentes complexantes. O agente quelante utilizado é o EDTA, visto que ele reage com os cátions metálicos em uma proporção bem definida de 1:1. O EDTA é um ácido poliprótico com quatro prótons ionizáveis, cuja estrutura pode ser simplificada pela fórmula H₄Y. Titulações com EDTA são feitas comumente em soluções tamponadas de pH = 10, para que não haja competição entre os íons metálicos e os íons H⁺, garantindo a formação de um complexo estável. Uma das grandes utilidades do uso de EDTA é para a determinação de cálcio e magnésio. As reações de complexação e suas respectivas constantes de equilíbrio são apresentadas abaixo.
No processo de titulação é utilizado o indicador negro de Ericromo T (H3In em sua forma protonada), que forma complexos de cor vermelho-vinho com os metais em solução. Em pH = 10, quando deslocado pelo EDTA, o indicador encontra-se na forma HIn- de cor azul. Logo, o final da titulação é tido quando a solução assume uma coloração azul indicando o excesso do indicador livre. O gráfico para a titulação complexométrica de cálcio e magnésio, em pH = 10, é apresentado a seguir.
Para se determinar a concentração de uma solução de Ca²⁺, foi preparada uma solução de EDTA dissolvendo Na₂H₂Y . H₂O em água e completando o volume do balão até 250 mL. Como a concentração de EDTA era desconhecida, foi usada uma solução de Mg²⁺ de concentração de 0,0050 M para padronização. O volume gasto na padronização de 25,0 mL da solução de EDTA foi de 18,5 mL da solução de Mg²⁺. Antes de iniciar a titulação da solução cálcio, 50,0 mL dessa solução foram misturados com 50,0 mL da solução de magnésio utilizada na padronização do EDTA. A nova solução foi diluída em balão volumétrica até o volume de 500 mL. Uma alíquota de 50 mL foi então tamponada em pH = 10 e titulada com a solução de EDTA gastando 9,7 mL para que a solução ficasse azul.
I) Explique analiticamente o porquê da adição de magnésio à solução de cálcio antes da titulação.
II) Calcule a concentração de Ca²⁺ da solução inicial. Expresse o resultado em mol/L e em ppm.