Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CURSO DE ZOOTECNIA Prática 6: PROPRIEDADES FÍSICAS DA MATÉRIA: PONTO DE FUSÃO Prática 2: PROPRIEDADES FÍSICAS DA MATÉRIA: DENSIDADE DE UM SÓLIDO ACADÊMICOS: Arielle Roque Schaffer RA: 124413 Bruna Aparecida Moreira da Silva RA: 124733 Rafaela Dorne Bronzi RA: 124213 Luanen Salvadego Berto Luiz RA: 123946 Maria Fernanda Guimarães Pereira RA: 124065 Professora: Jheniffer Micheline Cortez Turma: 01 Maringá 2022 Sumário Prática 6: 1.Introdução……………...………………………………………………………………….. 3 2.Fundamentação teórica……………….............................................................…..… 3 3. Objetivo.............................................................................................................……. 6 4. Procedimentos................................................................................................…….. 6 4.1. Materiais...................................................................................................…….. 6 4.2. Experimento 6B: Propriedades físicas da matéria: ponto de fusão .....….. 6 5. Resultados..........................................................................................................…... 7 6. Discussões............................................................................................….........…… 8 7. Conclusão...........................................................................................................…... 8 8. Referências..................................................................…...............................……… 8 Prática 2: 1.Introdução………………………………………………………………………………….. 9 2. Fundamentação teórica...................................................................................……. 9 3. Objetivo.............................................................................................................……. 9 3.1 Procedimentos.................................................................................…….....… 10 3.1.2 Materiais.............................................................................................…....… 10 3.1.3 Experimento 6: Propriedades físicas da matéria: densidade de um sólido.......................................................................................................................… 10 4. Resultados......................................................................................................….… 11 5. Discussões.........................................................................................................…. 13 6. Conclusão...........................................................................................................…. 14 7. Referências........................................................................................................….. 15 3 Prática 6: PROPRIEDADES FÍSICAS DA MATÉRIA: PONTO DE FUSÃO 1. Introdução A química está envolvida com as propriedades da matéria, isto é, com suas características distintivas. E com este experimento pode ser lembrado, que a matéria pode ser líquida, sólida ou gasosa, e é tudo o que tem massa e ocupa espaço. Analisada qualitativamente, a matéria é chamada de substância, possuindo uma composição característica que é determinada por um conjunto definido de propriedades. As substâncias podem ser simples (formadas por um elemento químico) ou compostas (formadas por vários elementos químicos), e dentre as suas propriedades destacam-se as propriedades físicas, que são características de uma substância que podemos observar e medir sem mudar a identidade desta substância 2. Fundamentação teórica As propriedades físicas são aquelas que podem ser coletadas e analisadas sem que a composição química da matéria mude, ou seja, resultam em fenômenos físicos e não químicos. Por exemplo, se pegamos uma amostra de água de determinada massa, nós não mudamos a sua constituição, por isso a massa é uma propriedade física. Outro exemplo é a propriedade que a água passa do estado sólido para o estado líquido, mas continua com a mesma composição química. Assim, o ponto de fusão é uma propriedade física. Outros exemplos são: volume, densidade, estado físico (sólido, líquido e gasoso), ponto de ebulição, temperatura, cor e dureza. As propriedades físicas podem ser classificadas de acordo com a quantidade de amostra em duas categorias: a) Propriedades intensivas: São aquelas que não dependem da massa da amostra. Por exemplo, a temperatura é uma propriedade intensiva, pois imagine que coloquemos água para ferver. Se formos medir a temperatura da água, o valor será o mesmo independentemente se colocarmos o termômetro direto na panela com a água ou se o colocarmos em um copo com um pouco dessa água. A densidade é outra propriedade intensiva. Por exemplo, a densidade de um cubo de gelo e de um iceberg é a mesma (0,92 g/cm3, em temperaturas abaixo de 0ºC ao nível do mar), que é menor que a da água (1,0 g/cm3, sob a temperatura de aproximadamente 4ºC e sob pressão ao nível do mar, que é igual a 1,0 atm). Por isso, tanto um cubo de gelo como um iceberg flutuam sobre a água. b) Propriedades extensivas: São aquelas que dependem da massa (“extensão”) da amostra. O volume é um exemplo de propriedade extensiva, pois a massa de 1 kg de algodão ocupará um volume muito maior do que a massa de 1 g desse mesmo material. 4 A energia liberada em combustões também é extensiva, pois a energia liberada na queima de um palito de fósforo é bem menor do que a energia liberada na queima de vários galhos numa fogueira. a densidade, uma propriedade intensiva, é um quociente de propriedades extensivas: o volume e a massa: Densidade = massa / volume A densidade é invariável, mesmo com a mudança na quantidade de amostra, porque o volume é extensivo. Assim, quando a massa aumenta, o volume aumenta proporcionalmente ou vice-versa. É por isso que a densidade é uma propriedade intensiva. Ponto de fusão O ponto de fusão pode ser definido como a temperatura em que o sólido passa ao estado líquido. A temperatura mantém- se constante durante todo o processo de fusão; a energia cedida ao sistema durante a fusão (calor de fusão) é utilizada para romper as interações intermoleculares que mantém as moléculas organizadas no cristal. Normalmente, o ponto de fusão é constituído por um intervalo de fu são, em que a temperatura inicial é aquela em que os primeiros cristais são liquefeitos. Os sólidos puros, geralmente, possuem um intervalo de fusão muito pequeno, ou seja, em torno de, no máximo, 2 °C. Uma pequena quantidade de impurezas na amostra é suficiente para aumentar, consideravelmente, seu intervalo de fusão. Sabe-se que uma substância é identificada por suas propriedades características. Quando essas propriedades assumem um valor constante, para qualquer porção de amostra de um material, diz-se que o material é uma substância pura. O ponto de fusão pode ser utilizado tanto para identificar sólidos orgânicos - comparando o seu valor numérico com dados de compostos conhecidos – quanto para definir a pureza desse composto, observando- se o intervalo da temperatura durante a fusão. O ponto de fusão pode ser determinado por: Detecção visual de fusão (figura 1): A determinação do ponto de fusão de uma substância pode ser efetuada no laboratório, em um tubo capilar, utilizando-se um tubo de Thiele como banho de aquecimento. A amostra a ser analisada é colocada em um tubo capilar preso ao termômetro por meio de um anel de borracha. A amostra deve estar próxima ao bulbo do termômetro e o anel de borracha deve estar acima do nível do líquido usado como banho. 5 Figura 1: Detecção visual de fusão utilizando o tubo de Thiele. Estado sólido No estado sólido, o corpo tem forma e volume definidos. A matéria em estado sólido pode se apresentar compacta, em pedaços ou em pó. As partículas que formam a substância possuem a menor energia cinética; elas permanecem praticamente imóveis, unidas por forças de atração e geralmente com um arranjo definido, ou seja, cada partícula se encontra uma posição certa. O arranjo das moléculas de água, na fase sólida, é o responsável pelo aumento do seu volume. Então, ao se congelar, a água se expande, formando o gelo que é menos denso que a água na fase líquida. Abaixo, é possível ver como as moléculas estão organizadas em cada estado físico: Figura 2: Organização das moléculas em cada estado físico. 6 Figura 3: Mudanças de fase (fusão, vaporização, liquefação, condensação e solidificação). 3. Objetivo Neste experimento (6.B.) objetivou-se determinar o ponto de fusão do m-nitro benzaldeído e verificar se está puro. 4. Procedimentos 4.1. Materiais Suporte universal; Bico de Bunsen; Tubo de Thiele; Termômetro; Anel de borracha, Capilar; Béquer; Tubo de vidro; Garras metálicas; Vidro de relógio; Água destilada; Pissete. 4.2. Experimento 6B: Propriedades físicas da matéria: ponto de fusão Inicialmente utilizou-se o suporte universal, tubo de Thiele, termômetro, anel de borracha, capilar, béquer, tubo de vidro, bico de Bunsen e garras metálicas. Introduziu-se pequenas amostras de m-nitro benzaldeído no tubo capilar, o qual era fechado em uma das extremidades e aberto na outra, até atingir uma coluna de aproximadamente 3 mm em seu interior. Em seguida colocou-se o capilar com a ponta 7 fechada para baixo dentro do tudo de vidro soltou, a intenção era que a amostra fosse empacotada dentro do capilar. Adicionou-se água dentro do tubo de Thiele até esta passar em 1 centímetro a segunda saída do seu braço lateral e fixou-o no suporte universal. Em seguida, o capilar foi fixado ao termômetro com o anel de borracha e o conjunto, termômetro e capilar, foi posicionado no interior do tudo de Thiele, de forma que o capilar ficasse o mais próximo da segunda saída do braço lateral do tubo. Aqueceu-se vagarosamente com o bico de Bunsen a água contida no sistema, até que a amostra ficasse líquida. Anotou- se as temperaturas de transição do estado físico do m-nitro benzaldeído e repetiu-se o processo mais duas vezes. Esse processo foi realizado mais uma vez, onde foi trocado a água do tubo de Thiele, utlizando outra nova amostra e outro tubo capilar. Ambos foram anotados seus pontos onde começam a se fundir e o ponto de fusão. 5. Resultados Uma substância é considerada pura quando a variação da temperatura entre o início e o final do processo de fusão for até 1ºC. Após os procedimentos realizados no experimento, ao fazer uso do termômetro, pôde- se notar que a temperatura inicial e final na primeira tentativa foram, respectivamente, 55±1 ºC e 62± 1ºC. Já para a segunda tentativa de experimentação, as temperaturas inicial e final obtidas foram, respectivamente, 50 ±1 ºC e 57± 1ºC. Assim, a faixa de variação foi calculada por meio da seguinte expressão algébrica: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙1ª𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎çã𝑜: 62º𝐶 − 55º𝐶 =△= 7º𝐶 2ª𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎çã𝑜: 57º𝐶 − 50º𝐶 =△= 7º𝐶 E, a partir dela, sabe-se que a faixa de variação foi de 7ºC na primeira vez em que o experimento foi efetuado e 7ºC na segunda. Além disso, a análise acerca da temperatura média também foi realizada, e utilizando- se das equações seguintes os resultados puderam ser encontrados: 1ª𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎çã𝑜 = 55 + 62 2 = 58,5º𝐶2ª𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎çã𝑜 = 50 + 57 2 = 53,5º𝐶 Após realizar tais operações, foi calculado também a temperatura de fusão média somando as duas temperaturas médias observadas e recém-calculadas e dividindo-as por 2, o que pode ser observado abaixo: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑒𝐹𝑢𝑠ã𝑜𝑀é𝑑𝑖𝑎 = 53,5º𝐶 + 58,5º𝐶 2 = 56º𝐶 8 6. Discussões Tf inicial (°C) Tf final (°C) T média (°C) 55 (°C) 62 (°C) 58,5 (°C) 50 (°C) 57 (°C) 53,5 (°C) Tabela 1.1 – Valores experimentais: temperatura de fusão inicial Tf inicial, temperatura de fusão final Tf final e o intervalo de fusão do m-nitro benzaldeído. Apesar de muito precisos, os cálculos efetuados, bem como os resultados obtidos precisam ser analisados sob a ótica de possíveis erros, principalmente quando entende-se que os operadores, os instrumentos e o ambiente utilizados na prática podem influenciar nos procedimentos e, consequentemente, nos resultados. Sendo assim, tem-se que: 55,5º − − − −−−−−−−100% 56º − − − −−−−−−−−−− 𝑥 x ≅ 100,9 %𝐸 = |100 − 𝑥| = |100 − 100,90| ≅ |0,9%| *Observação: 55,5ºC corresponde à Temperatura média de fusão ideal de acordo com as propriedades físico-químicas do componente analisado (n-nitro benzaldeído). Portanto, seguindo as análises, pode-se afirmar que a porcentagem de erro desta prática é de 0,9%. 7. Conclusão O procedimento realizado mostrou-se eficiente na determinação da temperatura de fusão e na determinação da pureza da amostra. Tendo sido analisada duas amostras da substância, a temperatura obtida para o ponto de fusão da amostra através do procedimento foi de 56℃, com erro percentual relativo em relação ao valor foi de 0,9%. A faixa de fusão obtida para a amostra teve uma variação de temperatura de 7±1℃, ocasionada por erros no experimento e pelo estado da amostra analisada. Assim, comparado a faixa de fusão do m-nitro benzaldeído puro e a faixa apresentada pela amostra, pode-se dizer que a amostra não se encontrava como substância pura. 8. Referências DIAS, Diogo Lopes. "Propriedades da matéria"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/propriedades-materia.htm. Acesso em 05 de Mar .de. 2022. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Propriedades intensivas e extensivas"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/propriedades-intensivas- extensivas.htm. Acesso em 05 de Mar. de 2022. 9 PRÁTICA 2: Propriedades físicas da matéria: densidade de um sólido 1. Introdução As propriedades da matéria são as informações que permitem que uma substância seja diferente da outra. Isto é, são características encontradas na matéria e que as compõem. Neste relatório será abordado a densidade de um sólido que é composto por massa, volume e densidade. 2. Fundamentação teórica As gerais são as propriedades encontradas em todo tipo de matéria, ou seja, independente da substância. São elas: Massa É uma grandeza que indica a medida da inércia ou da resistência de um corpo de ter seu movimento acelerado. Porém, podemos, de uma forma geral, associar a massa à quantidade de partículas existentes em uma matéria. Ela é uma medida direta de quanta matéria há na amostra. Os valores da massa são, geralmente, determinados utilizando- se balanças, as quais permitem que massas de valores desconhecidos sejam comparados com massas padrões de corpos, como pesos. Volume O espaço que é ocupado por alguma substância, é a determinação de qual volume pode ser ocupado dentro de um objeto ou de espaço, onde seu tamanho ou extensão pode se tridimensional. Se o material se tratar de um líquido, o volume pode ser medido em vários cilindros graduados, tais como pipetas e provetas. Se forem sólidos regulares, o volume pode ser calculado, por exemplo, se for um cubo ou um paralelepípedo, pela multiplicação da altura (h), comprimento (c) e largura (l). No caso de uma amostra de cúbica o valor do seu volume pode ser obtido determinando-se o comprimento 𝑙 de um de seus lados, pois o volume é igual a este comprimento ao cubo, istoé demonstrado na equação: 𝑉 = 𝑙3 = 𝑙 × 𝑙 × 𝑙 Densidade Densidade nada mais é do que um parâmetro que mensura o nível de concentração de massa presente em um determinado volume. Explicando de maneira simples, é o quanto de matéria (massa) compactada cabe dentro de um espaço (volume), com isso sendo uma propriedade intensiva da matéria, ou seja, seu volume independe da quantidade de matéria que há na amostra, significado que numa dada condição, se as porções da matéria de um mesmo tipo tem volumes diferentes, irá acarretar que possui massas diferentes. Diante disso, estas massas são diretamente proporcional ao volume e vice- versa, com isso quanto maior o volume de uma dada 10 porção de matéria, maior será sua massa, pois são grandezas diretamente proporcionais, onde: 𝑀 ∝ 𝑉 O símbolo de densidade é a letra do alfabeto grego ρ (pronuncia-se rô), que significa a constante entre duas grandezas, massa e volume, que por convenção pode ser considerada densidade. Portanto: 𝑚 = 𝑝 × 𝑣 ∴ 𝑝 = 𝑚 𝑣 ou 𝑑 = 𝑚 𝑣 Além disso, ela também está presente em nosso cotidiano. A densidade é capaz de explicar muitos acontecimentos. A densidade é uma unidade que leva em relação a massa e o volume de um determinado material. Através dessa relação, nós podemos determinar, por exemplo, qual objeto irá flutuar e qual irá afundar. 3. Objetivo Neste experimento, objetivou- se a determinação da densidade de um sólido irregular. 3.1. Procedimentos 3.1.2. Materiais Balança semi- analítica; Proveta (10,0 mL); Chumbo; Alumínio; 3.1.3. Experimento 06: Propriedades da matéria: densidade de um sólido Colocou- se cerca de 7 mL de água em uma proveta de 10,0 mL. Em seguínda, foi feito a leitura corretamente do volume de água contido na proveta. Após isso, utilizou-se uma balança semi- analítica, para determinar a massa de umas das amostras de sólido, onde foi repetido 3 amostras de chumbo e 3 para alumínio e assim anotou- se na tabela. Com isso, foi colocado com cuidado, a amostra de sólido na proveta de modo que o mesmo fique imerso na água, passado a observando- se a variação de água e registou- se na tabela. Desse modo, foi secundado para as demais amostras de chumbo e alumínio. Assim que obteve- se os resultados, foi feito duas tabelas para amostras 1, 2, 3 de metal A e metal B, calculando- se a massa + volume; massa – volume; massa x volume e alcançando- se seus respectivos resultados das amostras de sólido. Na sequência, foi calculado a média dos sólidos e com os resultando pesquisou- se metais que chegasse nesta densidade. 11 4. Resultado A partir dos procedimentos com as amostras coletadas, foi possível perceber que a densidade dos objetos metálicos, nos 8 mL de água considerada, sofreu variação de acordo com suas respectivas massas, como mostra a tabela abaixo: Tabela 1: Resultados do experimento para as amostras de metal A. Amostra n° Massa do sólido (g) Volume (mL) Massa + Volume Massa – Volume Massa × Volume Massa ÷ Volume 1 8,10 1,0 9,1 7,1 8,1 8,1 2 6,04 0,8 6,84 5,24 4,832 7,55 3 6,48 0,6 7,08 5,88 3,888 10,8 Tabela 2: Resultados do experimento para as amostras de metal B. Amostra n° Massa do sólido (g) Volume (mL) Massa + Volume Massa – Volume Massa × Volume Massa ÷ Volume 1 5,07 0,6 5,67 4,47 3,042 8,45 2 4,04 0,4 4,44 3,64 1,616 10,1 3 4,98 0,6 5,58 4,38 2,988 8,3 Assim, a densidade média para o metal A foi de: 8,1+7,55+10,8 3 = 26,45 3 ≅ 8,816 e para a amostra do metal B foi de: 8,45+10,1+8,3 3 = 26,85 3 ≅ 8,95. As seguintes imagens ilustram os valores da massa e volume de cada amostra: 12 Figura 01: Massa da amostra 1 do metal A Figura 02: Massa da amostra 2 do metal A Figura 03: Massa da amostra 3 do metal A 13 Figura 04: Massa da amostra 1 do metal 3 Figura 05: Massa da amostra 2 do metal B Figura 06: Massa da amostra 3 do metal B 5- Discussões Com as medias das amostras de metal A e metal B respectivamente, nota-se que alguns metais também podem chegar em uma densidade próxima das amostras analisadas: Amostra A 8,81 comparando com os metais: 14 - Cobalto 8,70 - Cádmio 8,64 - Nióbio 8,56 Amostra B 8,95 comparando com os metais: - Cobre 8,93 - Níquel 8,91 - Bismuto 8,90 Portanto, diante dos valores de densidade dos metais acima citados, aqueles que mais se aproximam ao que foi encontrado em ambas as amostras do experimento foram, respectivamente, Cobalto (para a primeira amostra) e Cobre (para a segunda). Sendo assim, contando que podem haver erros experimentais em meio aos procedimentos, bem como nos resultados, se faz necessário calcular a porcentagem de erro da prática realizada comparando os valores de densidade tabelados e aqueles que foram obtidos após o experimento. Para a amostra A: 8,70(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑑𝑜𝑐𝑜𝑏𝑎𝑙𝑡𝑜) − − − −−−−−−−100% 8,81(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎𝑑𝑎𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎) − − − −−−− 𝑥 x ≅ 101,264 %𝐸 = |100 − 𝑥| = |100 − 101,264| ≅ |1,264%| Para a amostra B: 8,93(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑑𝑜𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒) − − − −−−−−−−100% 8,95(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎𝑑𝑎𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎) − − − −−−𝑥 x ≅ 100,223 %𝐸 = |100 − 𝑥| = |100 − 100,223| ≅ |0,223%| Com os cálculos efetuados, pôde-se notar que a relação matemática, dentre as quais foram consideradas (soma, subtração, multiplicação e divisão), que apresentou resultados mais constante nas três amostras tanto no metal A quanto no B foi a de divisão. Isso se deve ao fato de que a relação entre volume e densidade é inversamente proporcional, enquanto a de massa e densidade é diretamente proporcional, onde calcula-se, então que 𝑑 = 𝑚 𝑣 . Em suma, quanto maior a massa de um metal, maior também será sua densidade. 6- Conclusão Diante do exposto, o cálculo da densidade é fundamental para compreender a relação de uma massa em um determinado fluido, sendo uma das propriedades físicas da matéria que a diferencia das demais, como pôde ser observado em relação aos diferentes metais existentes. Compreendendo que cada elemento possui suas próprias características particulares, é assim que eles são classificados e analisados, havendo formas de identificá-los como foi feito nessa prática por meio da densidade. Como existe uma certa porcentagem de erro para cada experimento realizado, cabe ao observador verificá-la de modo a corrigir possíveis equívocos ao identificar uma amostra com precisão, que se concluiu, nesse caso, foram amostras de Cobalto e Cobre com cerca de 1,264% e 0,223% de porcentagem de erro. 15 7- Referências Propriedades da matéria. Brasil Escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/propriedades-materia.htm>. Acesso em: 09 de Mar. de 2022. Propriedades Gerais e Específicas. Mundo Educação. Disponível em: < https://mundoeducacao.uol.com.br>. Acesso em: 09 de Mar. de 2022. Densidade: o que é, fórmula, unidade de medida. Brasil Escola. Disponível em:< https://brasilescola.uol.com.br/quimica/densidade.htm>. Acesso em: 09 de Mar. de 2022. Tabela densidade dos metais. Prof. Valdir. Disponível em: < http://files.professor- valdir.webnode.com.br>. Acesso em: 09 de Mar. de 2022. https://mundoeducacao.uol.com.br/ https://brasilescola.uol.com.br/quimica/densidade.htm
Compartilhar