REO2 - Processos gerais de separação e forças intermoleculares-2021-1

Prévia do material em texto

ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
DADOS DO COMPONENTE CURRCULAR 
Código e nome: GQI161 – Química experimental 
Docentes Responsáveis: 
Guilherme Max Dias Ferreira, Evanise Silva 
Penido, Filippe Elias de Freitas Soares, 
Kalynka Gabriella do Livramento, Katia Júlia 
de Almeida, Mário César Guerreiro 
Período do REO: 23/08/2021 a 05/09/2021 
 
1. O que vamos estudar? 
Caros estudantes, infelizmente não poderemos manipular o aparato do laboratório, que 
sabemos ser fundamental para desenvolver uma série de habilidades importantes. 
Entretanto, vamos nos esforçar para fazer dessa experiência remota uma oportunidade 
de aprendizagem sobre o princípio de importantes técnicas de laboratório. Nesse 
segundo REO estudaremos os processos gerais de separação de substâncias e sua 
relação com as interações intermoleculares. 
 
2. O que já sabemos e por que precisamos aprender? 
Vimos que existem muitas vidrarias e materiais num laboratório de química, tendo cada 
uma sua função. Existem diversas dessas vidrarias e materiais que são utilizados em 
processos de separação de substâncias. Você deve saber que muitas substâncias que 
possuem importante valor econômico e industrial, como o ouro, o cloreto de sódio, ou 
mesmo a água, não são encontrados puros na natureza. Pelo contrário, na maioria das 
vezes encontramos essas substâncias constituindo misturas bastante complexas. Por 
exemplo, o ouro é extraído de formações rochosas e o cloreto de sódio, retirado da 
água do mar. Separar essas substâncias significa realizar uma série de processos 
físicos com as misturas que as contêm de forma que uma ou várias dessas substâncias 
possam, ao final, apresentar-se com elevado grau de pureza. Isso, entretanto, só pode 
ser pensado do ponto de vista prático se conhecermos quais são as forças que mantém 
as moléculas das diferentes substâncias unidas entre si formando a mistura, ou seja, as 
interações intermoleculares. 
Os conceitos de substâncias e misturas foram discutidos nas disciplinas de química 
geral. Você pode recordar esse e outros conceitos na apostila de Química Experimental, 
disponível no Campus Virtual (PRÁTICA 4 - PROCESSOS GERAIS DE SEPARAÇÃO E 
FORÇAS INTERMOLECULARES). Os conceitos de interações intermoleculares podem 
ser recordados em um livro de Química Geral. Sugerimos a referência [1] – Tópico 
sugerido: Tópico 3F: As forças intermoleculares. O livro está disponível em “Minha 
Biblioteca”, cujo link também está disponível na lista de referências desse REO. 
Diante do exposto, espero que tenha ficado claro para você que conhecer os processos 
de separação de substâncias são de importância fundamental para uma variedade de 
atividades industriais, as quais você poderá encontrar nas suas atividades profissionais 
futuras. 
 
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
 
3. O que devemos fazer para aprender? 
Como não seremos capazes de ir para o laboratório, a familiaridade com as técnicas e 
vidrarias, nesse momento remoto, se dará por meio de esquemas e vídeos. Nesse 
REO, avaliaremos 4 processos importantes dentro do contexto de separação de 
substâncias. Para cada um deles, elaboramos um pequeno roteiro com questões 
envolvendo os fundamentos por trás das técnicas que fundamentam esses processos, 
que se seguem nas seções A-D a seguir. Num primeiro momento, você fará uma leitura 
e reflexão, de forma individual, do roteiro de aprendizagem. Você verá que em cada 
seção há um conjunto de questões norteadoras e elas motivarão as discussões nos 
fóruns de discussões no Campus Virtual. Ao final do período de realização dessas 
discussões, as questões desse REO deverão ser entregues, na forma de um 
documento via Campus Virtual, por cada equipe. Os detalhes sobre o que fazer seguem 
resumidos na Tabela 1. 
Tabela 1. Tarefas e datas importantes a se observar para realização do REO2.* 
Dia Importante Participação 
23/08/2021 a 24/08/2021 Leitura e reflexão do REO, 
preparando-se para o fórum de 
discussão 
Individual 
25/08/2021 Video aula sobre o REO2 Anexada no Campus 
Vitual 
26/08/2021 a 29/08/2021 Participação no Fórum de 
discussão – Revisão dos 
conceitos 
Individual – Alunos 
respondem alunos e 
professor é mediador 
30/08/2021 a 05/09/2021 Enviar um documento com as 
respostas às questões do REO 
Grupo – o mesmo 
definido no REO1 
 
Pedimos que para cada tipo de processo de separação abordado nesse REO, você 
avalie cuidadosamente cada procedimento experimental descrito, prestando atenção às 
vidrarias e às técnicas utilizadas. 
 
A) Extração Líquido-Líquido - Determinação do teor de álcool na gasolina 
Você avaliará o processo de separação de substâncias conhecido como extração 
líquido-líquido. Nesse processo de separação, utiliza-se uma vidraria muito específica 
denominada de funil de separação, que permite, com bastante precisão, separar dois 
líquidos imiscíveis devido à diferença de densidade entre eles. Você pode verificar como 
essa vidraria funciona no seguinte vídeo, em que a separação entre uma mistura de 
água (water) e benzeno (benzene) foi realizada: 
https://www.youtube.com/watch?v=7oqLUIHpqOc. Baseado no que assistiu, tente 
responder às questões a seguir: 
https://www.youtube.com/watch?v=7oqLUIHpqOc
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
A1) No processo de separação realizado, qual o líquido de maior densidade? E o de 
menor densidade? 
A2) Qual líquido foi retirado primeiro através da válvula? Por que é importante esperar 
um tempo após os líquidos serem adicionados ao funil para só depois realizar a 
separação deles? 
Você deve ter percebido que a separação entre líquidos de diferentes densidades é um 
processo simples. O funil de separação, entretanto, é muito útil para realizar um outro 
tipo de separação baseado na capacidade que uma substância tem de se distribuir 
entre dois líquidos de diferentes densidades e que se encontram em contato. Esse 
fenômeno é chamado de partição líquido-líquido e pode ser usado em várias 
aplicações. Vamos pensar como analisando as questões abaixo: 
A3) Baseado no que você viu sobre interações intermoleculares, uma substância de 
baixa polaridade (como heptano) se solubilizaria em qual dos líquidos no vídeo que 
você assistiu?? Explique. 
A4) Baseado na resposta anterior, se o heptano fosse adicionada ao sistema bifásico 
mostrado no vídeo acima, em qual das fases líquidos ele se concentraria? Explique. 
Esse princípio pode ser utilizado, por exemplo, para determinar o teor de álcool em 
gasolina. Para entender como, você deve ler o procedimento A da apostila (Seção 5.3.2 
da Prática 4) [2]. As seguintes questões o ajudarão na compreensão do procedimento: 
A5) A gasolina é comercializada com um teor de etanol em sua composição. Entretanto, 
devido à elevada solubilidade do etanol na gasolina, ele costuma ser utilizado para 
adulterar a gasolina. Pesquise quanto é o limite para a adição de álcool na gasolina 
comercial. 
A6) O etanol é solúvel tanto na água quanto na gasolina. Qual das interações 
intermoleculares você julga que são mais intensas: entre as moléculas de etanol com as 
moléculas de água ou entre as moléculas de etanol com as moléculas da gasolina? 
Para ajudar a responder essa questão, pesquise qual é a composição da gasolina. 
A7) De acordo com sua resposta ao item anterior, você espera que numa mistura de 
água, gasolina e etanol sejam formadas quantas fases? Em qual das fases você espera 
que o etanol irá se concentrar? 
A8) No procedimento da apostila, é preciso “Transferir a mistura água-etanol-gasolina 
contida na proveta para um funil de separação e agitá-lo com cuidado para evitar a 
formação de emulsão”. O que é uma emulsão e por que ela deve ser evitada? 
A9) Qual líquido possui maior densidade: a água ou a gasolina? Esquematize como 
esses dois líquidos ficarão dentro do funil de separação. 
A10) Após realização dos procedimentos descritos (Seção 5.3.2A da Prática 4), osseguintes volumes de água e solução aquosa foram medidos de acordo com o 
esquema a seguir. Baseado nos valores obtidos, determine o teor de etanol na gasolina 
analisada. 
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
 
 
B) Separação de um soluto presente em solução aquosa por meio de adsorção 
Outro processo de separação de substâncias envolve o fenômeno de adsorção. É um 
processo de grande importância em processos de remediação ambiental em indústrias 
têxteis para remoção de corantes em efluentes aquosos. 
Você deverá ler o procedimento experimental descrito no procedimento B da apostila 
(Seção 5.3.2 da Prática 4). No vídeo a seguir algumas das etapas desse procedimento 
foram omitidas, mas é possível visualizar o fenômeno de adsorção: 
https://www.youtube.com/watch?v=UvQMQVd5sz0. 
A partir da leitura do procedimento e do vídeo assistido, você deverá analisar e tentar 
responder às seguintes questões: 
B1) Faça uma pesquisa rápida e descubra o estado físico de agregação do corante azul 
de metileno. Diante da sua descoberta, como você justifica o fato de a solução aquosa 
de azul de metileno estar no estado líquido? Que interações intermoleculares existem 
entre a água e o azul de metileno na solução aquosa? 
B2) Qual a cor da solução aquosa de azul de metileno antes da mistura dela com o 
carvão ativado? E após a mistura? 
B3) No vídeo assistido, o processo de filtração simples não foi realizado, como sugerido 
no procedimento da apostila. Pesquise quais vidrarias e materiais são utilizados numa 
filtração simples e explique para que ele é utilizado. 
B4) Baseado no tipo de separação que pode ser realizado no processo de filtração 
simples, o que ficaria retido no papel de filtro após a filtração da mistura da solução de 
azul de metileno e do carvão ativado? 
B5) Faça uma pesquisa sobre as propriedades físico-químicas do carvão ativado e tente 
explicar o que ocorreu no fenômeno sob investigação. É possível afirmar que todo o 
azul de metileno foi removido da fase aquosa? 
B6) Pense e descreva uma condição experimental que possa ser repetida em sua casa 
que aplique o mesmo princípio químico sob investigação. 
B7) Conclua sobre que tipos de substâncias podem ser separadas por meio do 
processo de adsorção. 
https://www.youtube.com/watch?v=UvQMQVd5sz0
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
C) Dissolução fracionada 
Para trabalharmos esse processo de separação de misturas, vamos imaginar uma 
situação prática simplificada. Quando a água do mar molha a areia da praia e evapora, 
parte do sal dissolvido na água (principalmente o cloreto de sódio) se cristaliza e se 
mistura com a areia. Essa mistura de sólidos (sal + areia) pode ser separada baseado 
no princípio de diferença de solubilidade do sal e da areia em água. Vamos construir 
juntos esse conceito, analisando e respondendo às questões: 
C1) Você acha que seria possível separar os dois sólidos (sal e areia) utilizando algum 
tipo de peneira? Por quê? 
C2) O que você entende sobre solubilidade? O que isso tem a ver com interações 
intermoleculares? 
C3) Por que você acha que o sal se solubiliza na água e a areia não? 
C4) Veja o esquema seguir que mostra as etapas de separação do sal e da areia. 
Baseado nas respostas anteriores, o que é o filtrado mostrado no esquema? E o que 
fica retido no papel de filtro no funil? 
 
C5) Quais condições são importantes para que o papel de filtro consiga reter o sólido? 
C6) Pense e descreva uma outra condição experimental que possa ser repetida e que 
aplique o mesmo princípio químico de separação. 
C7) Conclua sobre que tipos de substâncias podem ser separadas por meio do 
processo de dissolução fracionada. 
 
D) Filtração a vácuo 
Os procedimentos acima falaram sobre a utilização da filtração simples. Entretanto, 
muitas vezes esse tipo de filtração não é eficiente dependendo do tamanho das 
partículas a serem filtradas. Você pode assistir no vídeo a seguir como funciona esse 
tipo de filtração: https://www.youtube.com/watch?v=mjv0Ca9npqw. Vamos entender a 
vantagem desse tipo de processo analisando e respondendo às questões: 
D1) O que você julga ser um fator determinante na velocidade de filtração de uma 
mistura sólido-líquido em um processo de filtração simples? 
https://www.youtube.com/watch?v=mjv0Ca9npqw
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO2 
 
D2) Pesquise quais as características são importantes para escolha de um filtro de 
papel. Como essas características vão determinar a velocidade de filtração? 
D3) Conclua sobre que filtração você espera que seja mais rápida: a filtração simples ou 
a filtração a vácuo? Explique o que diferencia o tempo de filtração nesses dois tipos de 
processo. 
D4) Descreva os cuidados que você deve ter ao realizar uma filtração à vácuo. 
 
4. Que produto/s devem ser gerados e como serão avaliados? 
Como produto de avaliação, vocês deverão participar dos fóruns de grupo de discussão 
que envolverão as questões desse REO. Esses fóruns consistirão em perguntas que o 
professor deixará como norteadoras para a discussão. Novas perguntas poderão ser 
realizadas por cada estudante. A partir das discussões realizadas, cada equipe deverá 
enviar um documento pdf por grupo com as respostas detalhadas de cada questão 
após cada um dos seus enunciados, indicando todos os cálculos quando for necessário. 
Na capa desse arquivo pdf deve conter a turma, grupo e nome dos componentes do 
grupo, que participaram da resolução das questões do REO2. Esse arquivo deve ser 
enviado até o dia 05/09/2021 às 23:59. A nota desse REO é dividida em 20% para o 
fórum de discussão e 80% para o questionário. 
 
5. Referências 
[1] - Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente [recurso 
eletrônico] / Peter Atkins, Loretta Jones, Leroy Laverman; tradutor: Félix José 
Nonnenmacher; revisão técnica: Ricardo Bicca de Alencastro. – 7. ed. – Porto Alegre: 
Bookman, 2018. 
Link: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582604625/pageid/316 
[2] – Apostila de Química Geral Experimental – Universidade Federal de lavras - 
Semestre 2021/1 – Disponível no Campus Virtual. 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582604625/pageid/316