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Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociências Departamento de Engenharia Química Apostila do Aluno Química Geral e Inorgânica Engenharia de Alimentos Professora: Elisa Soares Leite (elisa.sleite@ufpe.com) Técnico(a): Aluno(a): Última revisão: 28 de janeiro de 2022. 2 SUMÁRIO Texto introdutório e experimentos transcritos na íntegra das seguintes apostilas e livros: *Química Geral Experimental da Área II, DQF-UFPE. *Química Geral para Engenheiros, IQ-UNICAMP. *Química Inorgânica, profs. Severino Alves Júnior e Ingrid Weber, DQF-UFPE. *Química no Laboratório, James M. Postma, Julian L. Roberts Jr., J. Leland Hollenberg, Editora Manole, 5ª edição, 2009. Introdução ao laboratório de Química Geral Elaboração de Relatório Exemplo de Relatório (Leia Com Atenção) Avaliação dos Relatórios Avaliação Geral da Parte Prática da Disciplina Equipamentos do laboratório de Química Experimental Algarismos significativos Experimento 1 – Aferição e teste de precisão e exatidão de vários instrumentos Experimento 2 – Cromatografia Experimento 3 – Perturbando o equilíbrio Experimento 4 – Separação de uma mistura Experimento 5 – Determinação de vitamina C Experimento 6 – Estudo cinético da reação do oxalato com permanganato em meio ácido Experimento 7 – Ciclo do cobre Experimento 8 – Nanotecnologia inorgânica: preparação de nanopartículas de prata Experimento 9 – Síntese e caracterização do [Ni(NH3)6]Cl2 Experimento 10 – Síntese e caracterização do [Ni(en)3]Cl2.2H2O 3 OBSERVAÇÕES DE SEGURANÇA IMPORTANTE: TRAZER O DIAGRAMA DE HOMMEL OU DIAMANTE DE RISCO DE TODOS OS REAGENTES E PRODUTOS OBTIDOS NO CADERNO DE LABORATÓRIO. TRAZER A FISPQ E ESTADOS DA MATÉRIA DE TODOS OS REAGENTES E PRODUTOS OBTIDOS NO CADERNO DE LABORATÓRIO. PODE TRAZER TAMBÉM O SDS DA SIGMA-ALDRICH (PESQUISAR COM O NOME DO COMPOSTO EM INGLÊS). NÃO PRECISA COLOCAR ESSAS INFORMAÇÕES NO RELATÓRIO. 4 INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO DE QUÍMICA GERAL Qualquer ciência tem os seus aspectos empíricos. Todo cientista precisa obter números que concordem com as observações. É natural, portanto que a educação de um aluno inclua alguns trabalhos experimentais. Na química a realização de experiências é fundamental: nenhum químico pode considerar-se adequadamente treinado sem ter dedicado muitas horas ao trabalho de laboratório. Em todos os ramos da química há técnicas específicas a aprender, princípios gerais a serem demonstrados na prática, reagentes com os quais deve familiarizar-se, e assim por diante. Qualquer que seja a especialização que você venha a seguir, você terá que aprender um certo número de técnicas básicas e sendo assim esse primeiro curso experimental tem o objetivo de introduzi-lo nestas práticas. Você terá a oportunidade de aplicar conceitos teóricos previamente estudados e discutir resultados experimentais. Como esta é a sua primeira disciplina experimental, comentaremos a seguir alguns itens relevantes com respeito ao laboratório e ao curso propriamente dito. Normas de Segurança no Laboratório Um laboratório de química é um lugar perigoso, e todo o cuidado é pouco na prevenção de acidentes. Adotaremos por isso algumas normas gerais, que deverão ser rigorosamente seguidas, não só para evitar acidentes, mas também para que o trabalho transcorra de forma segura e organizada. Os seguintes itens devem ser rigorosamente cumpridos: A. O uso da bata, calça comprida, sapato fechado, óculos de segurança (não usar lentes de contato) e cabelo amarrado são obrigatórios. B. Considere qualquer substância corrosiva e perigosa, merecendo, portanto, manipulação cuidadosa e evitando-se contato com o corpo. C. Se sua pele ou olhos forem atingidos lave a região atingida com água abundante e avise ao instrutor. D. Nunca prove nenhuma substância, nem aspire nenhum vapor diretamente. E. Antes de manipular qualquer reagente deve-se ter conhecimento de suas características com relação à toxicidade, capacidade de inflamar e capacidade de explodir. 5 F. Nunca trabalhe sem a presença do professor ou do técnico responsável no laboratório. G. Antes de manipular um aparelho qualquer no laboratório observe as instruções fornecidas pelo instrutor (manual ou técnico). H. Verificar se as vidrarias a serem utilizadas não estão trincadas ou rachadas e não utilize essas vidrarias trincadas ou rachadas. I. Nunca pipete com a boca. Utilizar pró-pipetas (peras) para auxiliá-lo. J. Qualquer substância derramada deve ser imediatamente enxugada seguindo as precauções para cada substância. Os ácidos devem ser neutralizados com bicarbonato de sódio, enquanto que bases com ácido acético diluído. K. Qualquer vidro quebrado deve ser imediatamente recolhido e colocado em local adequado indicado pelo instrutor ou técnico do laboratório. L. Na pia só devem ser desprezadas substâncias solúveis e inofensivas. Mesmo assim devem ser lavados abundantemente com água. Substâncias insolúveis ou perigosas devem ser colocadas em recipientes apropriados indicados pelo instrutor. M. É proibido comer, fumar ou beber no laboratório. Não leve a mão à boca ou aos olhos quando estiver manuseando produtos químicos. N. Todas as substâncias devem ser manipuladas na capela ligada. O. COMUNIQUE qualquer ocorrência indesejada ao instrutor. EM CASO DE ACIDENTES, mantenha a calma e chame o instrutor ou técnico responsável. P. Brincadeiras são absolutamente proibidas nos laboratórios. Q. Siga corretamente o roteiro de aula e não improvise, pois, improvisações podem causar acidentes, use sempre materiais e equipamentos adequados. R. NÃO USE CELULAR durante as aulas. Essas são algumas regras gerais que devemos seguir durante um trabalho no Laboratório. Durante o curso, em cada experimento serão relacionadas outras mais específicas, inclusive sobre os reagentes a serem manipulados. Limpeza Todos deverão deixar suas áreas de trabalho limpas., vidrarias lavadas e laboratório em perfeita ordem após cada experimento. O aluno só deverá se ausentar do laboratório após o instrutor ter se certificado de que a sua bancada esteja em ordem, inclusive áreas comuns como balança, capela, etc. Se necessário reserve 15 minutos finais para este fim. 6 Orientação para o preparo dos pré-laboratórios Uma apostila contendo todas as práticas a serem realizadas no semestre deverá ser adquirida. Leia-a, cuidadosamente, quantas vezes forem necessárias, antes de vir ao laboratório, certificando-se de que esteja entendendo perfeitamente o que será realizado. Feito isso, você estará apto a preparar o pré-laboratório, o qual consiste basicamente de: I. Fluxograma ou resumo das principais etapas do experimento. II. Cálculos e/ou tabelas que porventura constam na experiência. III. Respostas às perguntas (se existirem) inclusas no roteiro experimental. IV. Relato da periculosidade de cada reagente a ser administrado na prática. O pré-laboratório deve ser entregue antes do início da aula ao professor, do contrário não será permitida a participação do aluno na prática do dia. Você só deve começar a trabalhar quando tiver a noção exata do que fazer em todas as etapas da experiência. Caderno de laboratório Como seria de se esperar, todas as observações realizadas em um laboratório devem ser feitas de modo organizado e controlado. Além de se fazer medidas e observações, é necessário que as mesmas sejam anotadas de modo claro, completo e no instante que acontecem. Desse modo, seus resultados estarão disponíveis no futuro e o tempo passado no laboratório será aproveitado ao máximo. Você deve adquirir um caderno, que deverá sertrazido em todas as aulas práticas e de uso exclusivo para a disciplina experimental. Nele deverão constar suas observações, valores medidos, pesos de amostras, etc. As notas deverão ser feitas à tinta, e caso ocorra algum erro, nunca risque, rasgue ou danifique o mesmo. A medida correta é passar um traço sobre o erro (de modo que ainda fique legível), colocando acima a versão corrigida. Um dos objetivos desse curso é ajudá-lo a desenvolver sua habilidade em descrever adequadamente experiências analíticas. Deixe algumas folhas no início do caderno, de modo que você possa construir um sumário das experiências realizadas. Cada experiência nova deve começar em uma página limpa, contendo data e título da mesma. Inclua todos os dados observados e essenciais, tendo em mente que qualquer pessoa seja capaz de repetir o procedimento. Procure sempre deixar um bom espaçamento entre anotações. Procure manter seu caderno sempre atualizado e organizado. A avaliação do mesmo será feita e todas as aulas e será baseada na riqueza de detalhes que você incluir no mesmo. 7 Faltas Alunos com número de faltas superior a 2 dias (ou 8 horas) serão reprovados por falta. Horário Uma questão que deve merecer especial atenção é o horário de início da aula. Fica estabelecido que acima de 15 minutos de atraso o aluno não poderá realizar a prática. 8 ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO O desenvolvimento correto da prática, a precisão dos dados empíricos e o domínio teórico do assunto relacionado com a prática são alguns fatores essenciais para um bom desenvolvimento das disciplinas experimentais. No entanto é necessário apresentá-los em forma de texto organizado e lógico. Esse é o papel do relatório. Depois de realizada a prática você terá que prepará-lo, em letra legível ou digitada, e entregá-lo ao instrutor na aula seguinte. O relatório deve apresentar uma folha de rosto (capa) com os elementos de identificação (unidade de ensino, número do experimento, título, nome completo do aluno, turma, nome do professor, local e data) e ser dividido em 04 seções básicas, conforme mostramos nos exemplos 1 e 2. Exemplo 1: Capa do relatório. UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA EXPERIMENTO NO1 TITULAÇÃO ÁCIDO-BASE ALUNO: TURMA: PROFESSOR: RECIFE, 25 DE ABRIL DE 2018. 9 Exemplo 2: Seções do relatório. 10 Título da prática 1. Introdução Deve situar o leitor no assunto a ser abordado. Faça uma breve descrição dos aspectos teóricos ou princípios envolvidos, fazendo referência à fonte consultada seguindo a norma NBR-6023/2002, da ABNT, preocupando-se em inserir nessa seção os seguintes aspectos: Princípios teóricos em que se baseia a prática. Relevância da prática. Objetivos da prática. 2. Seção Experimental 2.1. Materiais Especifique quais os reagentes utilizados no experimento, seu grau de pureza (ex: se houve necessidade de purificação) e as concentrações das soluções (ou como foram preparadas as soluções, caso tenham sido preparadas pelos alunos). 2.2. Equipamentos Especifique os materiais utilizados nas operações realizadas (tipo, marca, modelo, etc). 2.3. Procedimento Descreva como o experimento foi feito incluindo, se for o caso, qualquer modificação no procedimento apresentado no roteiro. Escreva nessa seção apenas o que você executou “usando as mãos”. No relatório você deve apresentar o procedimento realizado de modo bem mais sucinto e objetivo do que o apresentado no roteiro, mas sem suprimir fatos ou atividades importantes. 3. Resultados e Discussão Trata-se da parte essencial do relatório. Descreva todas as observações feitas, os dados coletados e os cálculos, se necessário. Deve-se também discutí-los, baseando-se nos princípios teóricos envolvidos. Sempre que possível apresente as equações químicas relacionadas, explicando-as a partir de suas observações. Na medida do possível, tente agrupar seus dados em tabelas, facilitando dessa maneira a compreensão e organização dos resultados. Nos cálculos devem ser mostradas todas as equações envolvidas e aproximações se forem feitas. Os gráficos devem seguir algumas normas: Coloque o título no gráfico, p. ex., Temperatura x Pressão. Explicite as unidades de medidas nos eixos cartesianos. Use escala apropriada de modo que os dados fiquem adequadamente espaçados. 4. Conclusões Aqui você deve, como o próprio nome sugere, concluir o relatório. Relacione suas conclusões com o objetivo apresentado na introdução. Comente sobre os pontos positivos e a eficiência da prática. Tente levantar possíveis erros e sugestões para otimização do experimento. 5. Referências Bibliográficas As referências bibliográficas devem seguir a norma NBR-6023/2002 da ABNT. 6. Questões Responder as questões. ATENÇAO PARA ESTES ERROS COMUNS: Todo o texto deve ser escrito em tempo verbal passado e impessoal, pois o experimento já foi realizado e não é um texto pessoal. Respeite a concordância verbal (do verbo com o sujeito). Ex: Realizou-se a pesagem de 1 g, realizaram-se a pesagem de 2 g, gotejaram-se 5 gotas de água, 5 gotas foram pesadas, anexaram-se os arquivos, os arquivos foram anexados, venderam-se flores, flores foram vendidas. 11 As seções devem ser construídas de modo que exista uma sequência lógica unindo- as. Não existe uma lógica padrão, você deve criar sua própria lógica para cada relatório, não fugindo, no entanto, do modelo proposto. O tempo verbal deve ser padronizado num texto. Uma vez passado, sempre passado. Tente usar a terceira pessoa e evitar “no nosso experimento”, “meus resultados” “pipetamos” .... Prefira “no experimento realizado”, “os resultados obtidos”, “foi pipetado“... Defina os itens do seu relatório com clareza. Agrupe assuntos semelhantes e separe assuntos não relacionados. Use subitens para organizar melhor os assuntos; sempre procure numerar os itens para facilitar o acompanhamento da hierarquia dos itens (se a hierarquia for importante, evite marcadores). Use termos técnicos. Respeite a grafia corretas de nomes científicos. Padronize a formatação: tamanhos e tipos de letras, tanto no texto quanto nos títulos; procure usar parágrafos alinhados pelas duas margens (esquerda e direita); mantenha sempre a mesma quantidade de espaços entre parágrafos e títulos, etc. Não enfeite demais seu relatório. Ele é um texto técnico e deve ter aspecto profissional. RESULTADOS E DISCUSSÃO A seção RESULTADOS E DISCUSSÃO consiste na apresentação de todos os dados colhidos em laboratório ou calculados a partir deste e discuti-los à luz da teoria exposta, ou seja, comparando-os com os dados da literatura. A discussão é a parte do relatório que exige maior maturidade do aluno. Nos trabalhos científicos, a discussão dos resultados é feita comparando-se os resultados encontrados com outros já obtidos anteriormente por outros trabalhos. O objetivo da discussão dos resultados é mostrar se estes foram os esperados ou não, se atenderam ao objetivo inicial do trabalho ou não, se trouxeram novas informações ao que já se conhecia ou não, se são suficientes para definir o assunto de que tratam ou se há necessidade de trabalhos complementares e quais são eles. Num relatório de aula prática, a discussão deve ser relacionada aos problemas encontrados durante a realização da prática e aos seus possíveis reflexos nos resultados, assim como a providências para minimizar esses problemas. Normalmente os resultados são apresentados em figuras, esquemas, tabelas ou gráficos que apresentam legendas próprias. Você deve considerar que a pessoa que está lendo o relatório nãoconhece o assunto, não fez o procedimento e não tem a menor ideia do que está sendo apresentado 12 nos resultados. O segredo é ser o mais direto e sintético possível, sem omitir nenhum tido de informação que ajude a compreensão dos resultados. As questões do final do relatório podem ser repetidas na seção de resultados e discussão para enriquecer o texto e deixá-lo mais completo TABELAS, GRÁFICOS E FIGURAS Em geral, uma tabela é composta de um título, uma legenda e um corpo. Pense em como dispor a tabela para que ela contenha toda a informação necessária da forma mais simples e organizada possível, mas completa. Isso pode ser útil para facilitar a análise dos resultados. O gráfico é uma maneira de apresentar visualmente o comportamento das variáveis. Para que um gráfico possa ser útil, é importante que os seguintes pontos sejam observados: a) Deve-se utilizar na ordenada e na abscissa escalas suficientemente expandidas de modo a ocupar a maior porção possível. b) Deve-se indicar junto aos eixos os símbolos das grandezas correspondentes com suas unidades entre parênteses. c) Deve-se indicar o que será representado no gráfico através de um título ou de uma legenda. d) Deve-se indicar cada ponto de cada curva contida no gráfico, por meio de pequenas figuras geométricas (círculos, quadrados, triângulos, etc.) e com um único tipo de representação para os pontos. Cada curva deve ser traçada com distintas convenções (linhas contínuas, tracejadas, etc.). CONCLUSÕES Síntese pessoal sobre as conclusões alcançadas com o seu trabalho. Enumere os resultados mais significativos do trabalho. Não deve apresentar nenhuma conclusão que não seja fruto da discussão. Ou seja, cuidado para não confundir discussão com conclusão. REFERÊNCIAS A seção REFERÊNCIAS consiste no conjunto padronizado de elementos que permite a identificação de documentos no todo ou em parte, impressos ou registrados em diversos tipos de suporte. Deve-se incluir na lista apenas as fontes que efetivamente foram utilizadas para a elaboração do trabalho. 13 As referências devem ser listadas em ordem alfabética única de sobrenome de autores e/ou títulos. As referências devem aparecer alinhadas somente à margem esquerda, em espaço simples e separadas entre si por espaço duplo, de forma a se identificar individualmente cada documento. Para mais informações, consultar a norma da ABNT específica para elaboração de referências. a) Livro SOBRENOME, Nome Abreviado. Título: subtítulo (se houver). Edição (se houver). Local de publicação: Editora, data de publicação da obra. Página(s) consultada(s). Exemplo: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente: 5 edição. Porto Alegre: Bookman Editora, 2012, p. 304-307. b) Artigo de periódico AUTOR DO ARTIGO. Título do artigo. Título da Revista, (abreviado ou não) Local de Publicação, Número do Volume, Número do Fascículo, Páginas inicial-final, mês e ano Exemplo: LUNETTA, V. N.; HOFSTEIN, A. The Role of the Laboratory in Science Teaching: Neglected Aspects of Research. Review of Educational Research, 52 (2); 201- 217, 1982. c) Site SOBRENOME DO AUTOR – nome do autor – título do Artigo – Ano – link – data de acesso (antes da data acrescenta-se a expressão acesso em:). O nome do autor pode ser omitido. Exemplo: Tabela periódica, disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Tabela_periódica>. Acesso em: 10 jul. 2021. QUESTÕES Deve-se responder às questões escrevendo as perguntas e as respostas. 14 EXEMPLO DE RELATÓRIO Nas páginas a seguir encontra-se um modelo de relatório adaptado do TCC apresentado ao Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco, como exigência à obtenção do título de Engenheiro Químico pelo aluno Jadson Paulino Alves da Silva, orientado pelo Professor Luiz Stragevitch. Siga este modelo sempre que tiver dúvidas. 15 Universidade Federal de Pernambuco Centro de Tecnologia e Geociência Departamento de Engenharia Química EXPERIMENTO NO1 Matérias-Primas Alternativas para a Produção de Biodiesel ALUNO: Pablo Neruda TURMA: Engenharia de Alimentos PROFESSORA: Gabriela Mistral Recife, 12 de agosto de 2021. 16 1. Introdução A atual busca por combustíveis que venham a compensar as emissões de poluentes, particularmente o dióxido de carbono, provenientes do uso de combustíveis fósseis tem impulsionado pesquisas em todo o mundo com dois objetivos principais: i) promover melhoramentos nos processos de refino de petróleo que venham a minimizar as emissões provenientes de seus derivados; e ii) desenvolver os chamados biocombustíveis, combustíveis derivados da biomassa, que tem como principal característica a inserção do dióxido de carbono produzido pela queima desses combustíveis no ciclo biogeoquímico do carbono, com equilíbrio no balanço de carbono, diferentemente dos combustíveis fósseis. Dentro desta perspectiva, o biodiesel se constitui como uma das principais alternativas tanto no sentido de substituir o diesel de petróleo quanto no sentido de atuar juntamente com este, diminuindo a emissão de poluentes. O biodiesel é comumente definido como sendo uma mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos e pode ser obtido por diversas rotas de produção e a partir de diferentes matérias-primas. Este biocombustível pode ser obtido utilizando-se plantas oleaginosas, algas e gordura animal com variações na composição e características que são diretamente relacionadas com os triacilgliceróis que deram origem aos ésteres monoalquílicos. Isto é evidenciado, por exemplo, no caso do biodiesel produzido a partir do óleo de mamona (Ricinus communis L.), que é constituído principalmente pelo ácido ricinoléico, principal responsável pela elevada viscosidade do óleo de mamona, onde se verifica a transmissão dessa característica proveniente do óleo. É de fundamental importância para o Programa Nacional de Biocombustíveis a inserção de novas matérias-primas à cadeia produtiva do biodiesel tendo em vista, por exemplo, que o óleo de mamona (oleaginosa mais incentivada pelo governo desde o início do Programa) apresenta dificuldades inerentes à sua natureza viscosa e ao fato de a chamada ricinoquímica ser um mercado mais atraente para este produto. Além disso, oleaginosas extensivamente usadas como alimentos, cujo expoente maior no Brasil é a soja, deveriam ter seu uso como matéria-prima de biodiesel reduzido consideravelmente, tendo em vista que este uso contribui de modo intenso para o aumento do preço dos alimentos. Assim, o sucesso do biodiesel depende, entre outros fatores, da diversificação das matérias-primas de modo a apoiar o cultivo por região visando à inclusão das comunidades locais, da utilização de oleaginosas perenes e do desenvolvimento de novas rotas de produção com a finalidade de utilizar oleaginosas com elevado índice de acidez e óleos residuais, matérias-primas com baixa demanda. A diversificação das matérias-primas, cada uma apresentando características peculiares, acarretará em mudanças nas rotas de produção. Nesse sentido, a esterificação ácida se apresenta como uma alternativa para converter os ácidos graxos livres presentes em óleos com elevado índice de acidez em ésteres alquílicos de ácidos graxos (biodiesel) suplantando, assim, o processo de transesterificação ou alcoólise, que não deve ser usado em óleos com tais características. Nesse sentido, o presente trabalho objetivou a avaliação de matérias-primas promissoras para a produção de biodiesel e o aprimoramento dos processos de produção deste biocombustível, visando sua aplicação em óleos residuais ou com elevado índicede acidez, contribuindo para a diversificação de matérias-primas da cadeia produtiva do biodiesel. 2. Seção Experimental 2.1. Materiais 1. Álcool etílico P.A. Tedia; 2. Álcool metílico P.A. Tedia; 17 3. Ácido sulfúrico concentrado Vetec; 4. Hidróxido de potássio Merck; 5. Ácido acético P.A. Vetec. 2.2. Equipamentos 1. Reator descontínuo (batelada) de 500 mL; 2. Densímetro de bancada Anton Paar DMA 4500; 3. Viscosímetro Cannon-Fenske; 4. Banho Koehler K23800; 5. Cromatógrafo a gás SHIMADZU GC17AAF; 6. Titulador automático METROHM 794 BASIC TITRINO; 7. Balança analítica; 8. Balança semi-analítica; 9. Balão volumétrico de 100 mL e 250 mL; 10. Funil de separação 1000 mL e 2000 mL; 11. Pipetas volumétricas de 1 mL, 5 mL e 10 mL; 12. Frascos de vidro de 10 mL com tampa de teflon; 13. Frascos de vidro de 20 mL; 14. Condensador de 30 cm; 15. Béquer 500 mL, 1000 mL e 2000 m; 16. Bureta de 50 mL; 17. Erlenmeyers de 25 mL; 18. Termômetro de mercúrio. 2.3. Procedimento O processo de degomagem foi realizado em reator descontínuo (batelada). Cerca de 300 g de óleo foram adicionados ao reator e submetidos a uma temperatura de 70°C e agitação de 300 rpm. A seguir, 10% (m/m) de água destilada em relação à massa de óleo foi adicionada. Tal mistura foi submetida a agitação por cerca de 30 minutos. Ao final dos 30 minutos, a mistura foi transferida do reator para um funil de separação. Após o período de decantação, procedeu-se à secagem do óleo por meio de um sistema de vácuo. A esterificação foi realizada tendo ácido sulfúrico concentrado como catalisador (Canakci e Gerpen, 1999). Nesta reação, o ácido sulfúrico foi diluído em álcool e adicionado ao reator contendo óleo. A reação foi conduzida em reator descontínuo (batelada) de vidro com condensador de topo para a recuperação de álcool, variando-se a temperatura entre 55°C e 65°C, agitação de 300 rpm e tempo de reação de 60 minutos. Ao final da reação, a mistura foi transferida do reator para um funil de separação e foi realizada a etapa de lavagem com água destilada seguida por secagem a vácuo. Ao final da etapa de esterificação, os produtos resultantes das reações foram submetidos à reação de transesterificação ou alcoólise para converter os triglicerídeos restantes em ésteres alquílicos de ácidos graxos (biodiesel). Foram realizadas várias reações utilizando-se temperaturas de 45°C e 65°C, razão molar álcool/óleo de 6/1 e 8/1 e massas de catalisador de 0,5% e 1,0% em relação à massa de óleo. Nesta reação, o hidróxido de potássio foi diluído em álcool e, de modo semelhante ao que ocorre na esterificação, adicionado ao óleo no reator. A transesterificação ocorreu sob agitação de 300 rpm e tempo de reação de 60 minutos. Ao final da reação, a mistura foi transferida para um funil de separação, onde, após a decantação do glicerol, separou-se o biodiesel. O biodiesel foi transferido para outro funil de separação no qual foram colocados cerca de 10% de água destilada em relação à massa de óleo com a finalidade de retirar o excesso de catalisador. Em seguida o biodiesel foi submetido a uma secagem a vácuo e amostras do produto foram encaminhadas para análise dos parâmetros de qualidade. 3. Resultados e Discussão 18 Neste trabalho, o biodiesel teve como matérias-primas sebo bovino, pinhão manso e oiticica. O processo de degomagem com água foi utilizado na purificação dos óleos de oiticica (Licania rigida Benth.) e pinhão manso (Jatropha curcas) com o objetivo de remover impurezas tais como os fostatídeos que, quando submetidos a temperaturas da ordem de 70 °C, tornam-se solúveis em água. A esterificação foi realizada tendo ácido sulfúrico concentrado como catalisador (Canakci e Gerpen, 1999). Nesta reação, o ácido sulfúrico foi diluído em álcool e adicionado ao reator contendo óleo, segundo a reação 1. 1 HOOCR(l) + 1 CH3OH(l) + H2SO4(l) 1 CH3OOCR(l) + 1 H2O(l) + H2SO4(l) (1) O gráfico 1 mostra as curvas do percentual de impurezas removidas contra o teor de água utilizado na degomagem para os óleos de oiticica e pinhão manso. Pode-se perceber o alcance da saturação no teor de água por volta dos 15%. Os resultados do processo de degomagem com água aplicada ao óleo de oiticica variando-se a massa de água utilizada e quantificando-se a remoção de impurezas apresentados na Figura 4 indicam que o teor de água de 10% em relação à massa de óleo removeu 5,7% de impurezas e este é o teor indicado para a degomagem do óleo de oiticica apesar de o teor de água de 15% remover 5,9% de impurezas. O aumento de 0,2% na remoção de impurezas não justifica um aumento de 5 % no teor de água, que dificulta a etapa de secagem antes da reação de esterificação. Os resultados do processo de degomagem aplicada ao óleo de pinhão manso mostrados no Gráfico 1 indicam que o teor de impurezas no óleo de pinhão manso se mostrou menor em relação ao óleo de oiticica e, também, que um teor de água de 10% em relação à massa de óleo é indicado na degomagem deste óleo considerando-se a relação teor de água/remoção de impurezas. Gáfico 1. Resultados da degomagem com água. 19 A caracterização das matérias-primas consistiu nas medições de massa específica, viscosidade cinemática e índice de acidez. Os resultados da caracterização dos óleos de oiticica e pinhão manso e, também, do sebo bovino são apresentados na Tabela 1. Tabela 1. Propriedade ou característica das matérias-primas. Matéria-prima Índice de acidez (mg KOH / g) Massa específica* (kg / m3) Viscosidade cinemática** (cSt) Oiticica 14,6 962,6 133,9 Pinhão Manso 2,4 956,4 117,6 Sebo Bovino 2,9 919,7 108,5 *Medida realizada a 20°C. **Medida realizada a 40°C. O resultado da caracterização do óleo de oiticica apresentado na Tabela 1 indica que o óleo apresentou um índice de acidez elevado, o que implica em elevado teor de ácidos graxos livres. Sendo assim, o processo de transesterificação alcalina não poderia ser utilizado, salvo por redução prévia de acidez. Além disso, a viscosidade cinemática do óleo apresentou-se bastante elevada. Quanto ao resultado da caracterização do óleo de pinhão manso apresentado na Tabela 1, pode-se observar que o óleo apresentou um índice de acidez baixo, razão pela qual a esterificação foi utilizada apenas como um pré-tratamento. Devendo-se observar que a viscosidade cinemática do óleo de pinhão manso apresentou-se menor em relação ao óleo de oiticica. Do resultado da caracterização do sebo bovino apresentado na Tabela 1 pode-se observar que o sebo, de modo semelhante ao pinhão manso, apresentou um índice de acidez baixo, razão pela qual a esterificação foi utilizada apenas como um pré- tratamento com a finalidade de reduzir a acidez residual. A Tabela 2 apresenta as medidas da conversão de ácidos graxos em ésteres alquílicos de ácidos graxos (biodiesel) obtido nas reações de esterificação do óleo de oiticica em diferentes condições. Nesta etapa, verificou-se que o teor de ésteres aumenta na medida em que se aumenta a temperatura, a proporção álcool/óleo e a massa de catalisador. Assim, levando-se em consideração os experimentos realizados, a condição ideal para a reação de esterificação (considerando-se a conversão em ésteres) seria com 1,5% (m/m) de ácido sulfúrico, razão molar álcool/óleo de 8/1 e temperatura de 65°C. 20 Tabela 2. Esterificação ácida do óleo de oiticica. Experimento Razão molar álcool/óleo H2SO4 (m/m) Temperatura (°C) Teor de éster (%) 1 4/1 0,5 45 2,2 2 8/1 0,5 45 3,1 3 8/1 1,5 45 4,5 4 4/1 0,5 65 5,6 5 4/1 1,5 65 6,8 6 8/1 0,5 65 4,7 7 8/1 1,5 65 7,2 Observações do professor: - Demais resultados foram omitidos deste modelo de relatório por repetirem as informações necessárias para a compreensão dessa etapa de elaboração do relatório. - Lembre-se de discutir detalhadamente todos os resultadosabordados. As questões ajudam o aluno a identificar quais comentários são necessários nesta seção. Ou seja, o aluno pode repetir a resposta das questões na discussão dos resultados. 4. Conclusões Inicialmente, conclui-se que os objetivos do trabalho foram alcançados, já que a avaliação de matérias-primas promissoras para a produção de biodiesel foi realizada, assim como o aprimoramento dos processos de produção desse biodísel. Mais especificamente, a inserção de matérias-primas não-convencionais à cadeia produtiva do biodiesel implica no aumento da produção deste biocombustível e na diminuição dos custos de produção, tornando-o mais competitivo em relação ao diesel de petróleo. Neste trabalho, em particular, foram utilizadas oleaginosas tais como oiticica (Licaniarigida Benth.) e pinhão manso (Jatropha curcas), além de gordura animal (sebo bovino). Estas matérias-primas, por apresentem elevado índice de acidez, foram submetidas a um processo de esterificação anterior à transesterificação alcalina. Percebemos que o processo de degomagem deve ser incorporado à etapa de purificação das matérias-primas, tanto por retirar impurezas presentes nos óleos, principalmente fosfolipídios, quanto por clarificá-los, facilitando a separação da glicerina. Tais impurezas diminuem a estabilidade do óleo. Adicionalmente, o biodiesel obtido a partir do óleo de oiticica apresentou valores de massa específica e viscosidade cinemática elevados, sendo importante sua mistura com biodiesel de outras oleaginosas e/ou com diesel de petróleo. O índice de acidez e o teor de ésteres se apresentaram dentro do que é requerido pela Resolução nº 7 da ANP. Finalmente, os biodiesels provenientes de óleo de pinhão manso e sebo bovino apresentaram-se dentro dos padrões estabelecidos pela ANP em todos os parâmetros analisados. 5. Referências 1. Leite, E. S., Apostila de Química Geral Experimental, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2018. 21 2. Atkins, P.; Jone, L., Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3ª edição, Porto Alegre, Bookman, p. 304-307, 2007. 3. http://pt.wikipedia.org/wiki/Combustível, acesso em 14.11.2010. 4. Canakci, M.; Van Gerpen, J.; Biodiesel production via acid catalysis, Transactions of the ASAE, 42(5) 1203-1210, 1999. 5. Melo, J. C.; Pacheco Filho, J. G. A.; Stragevitch, L.; Teixeira, J. C.; Brito, J. Z. “Produção de Biodiesel de Óleo de Oiticica”. I Congresso da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel, Brasília, v. 2, p. 164-169, 2006. 6. Questões (Precisa responder as questões nos relatórios desta disciplina) 1. O que é um combustível? Resposta: Um combustível é qualquer substância que reage com o oxigênio (ou outro comburente) liberando energia, usualmente de modo vigoroso, na forma de calor, chamas e gases. Supõe a liberação da energia nele contida em forma de energia potencial a uma forma utilizável. Em geral se trata de algo susceptível de combustão, mas há exceções. 2. Em que consiste o biodísel? Resposta: Biodiesel refere-se a combustível diesel baseado em óleo vegetal ou gordura animal consistindo de ésteres de ácidos graxos, ésteres alquila (metila, etila ou propila) de ácidos carboxílicos de cadeia longa. É um combustível renovável e biodegradável, obtido comumente a partir da reação química de lipídios, óleos ou gorduras, de origem animal ou vegetal, com um álcool na presença de um catalisador (reação conhecida como transesterificação). Pode ser obtido também pelos processos de craqueamento e esterificação. *fim do modelo de relatório* http://pt.wikipedia.org/wiki/Subst%C3%A2ncia http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Comburente http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor http://pt.wikipedia.org/wiki/Chama http://pt.wikipedia.org/wiki/Gas http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_potencial http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Diesel http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89ster http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_graxo http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89ster http://pt.wikipedia.org/wiki/Alquila http://pt.wikipedia.org/wiki/Metila http://pt.wikipedia.org/wiki/Etila http://pt.wikipedia.org/wiki/Propila http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_carbox%C3%ADlico http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel_renov%C3%A1vel http://pt.wikipedia.org/wiki/Biodegrad%C3%A1vel http://pt.wikipedia.org/wiki/Lip%C3%ADdio http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93leo_vegetal http://pt.wikipedia.org/wiki/Gordura http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81lcool http://pt.wikipedia.org/wiki/Catalisador http://pt.wikipedia.org/wiki/Transesterifica%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Processos http://pt.wikipedia.org/wiki/Craqueamento http://pt.wikipedia.org/wiki/Esterifica%C3%A7%C3%A3o 22 AVALIAÇÃO DOS RELATÓRIOS Relatório Nota 1. Introdução 2,0 2. Experimental 1,0 3. Resultados e discussão 4,5 4. Conclusões 1,5 5. Referências 0,5 6. Questões 0,5 Soma 10,0 Atraso na entrega do relatório O relatório deverá ser entregue obrigatoriamente manuscrito (para evitar cópias) na data estabelecida pelo professor. Em caso de atrasos o aluno perderá 1,0 (um) ponto por dia útil de atraso. Relatórios atrasados deverão ser entregues na secretaria de graduação ao secretário responsável, que colocará sua rubrica e data de entrega na capa do relatório. Cópia de relatório O aluno que copiar algum relatório de um colega ou da internet receberá nota zero. Se repetir esse procedimento, será automaticamente reprovado por antiética. 23 AVALIAÇÃO GERAL DA PARTE PRÁTICA DA DISCIPLINA A avaliação da parte experimental da disciplina será baseada em 2 unidades. Cada unidade contará com 1 prova teórica sobre 4 experimentos. A primeira unidade contará com 2 relatórios sobre 2 experimentos. A seleção dos experimentos avaliados por prova e dos experimentos avaliados por relatório será realizada pelo professor. A nota da disciplina será a média: (nota dos 2 relatórios + nota das 2 provas sobre as práticas)/4. Os pré-laboratórios e as anotações das práticas feitos no caderno de laboratório ajudarão com até 1 ponto extra na nota final. Média Final da disciplina Acima de 7,0 - aprovação por média Maior que 5,0 e menor que 7,0 - aprovação Abaixo de 5,0 - reprovação direta 24 EQUIPAMENTOS DO LABORATÓRIO DE QUÍMICA EXPERIMENTAL Equipamento Nome Aplicação Almofariz com pistilo Usado na trituração e pulverização de sólidos. Balão de fundo chato 2- Utilizado como recipiente para conter líquidos ou soluções, ou mesmo, fazer reações com desprendimento de gases. Pode ser aquecido sobre o tripé com tela de amianto. Balão de fundo redondo 1- Utilizado principalmente em sistemas de refluxo e evaporação a vácuo, acoplado a rotoevaporador. Balão volumétrico Possui volume definido e é utilizado para o preparo de soluções em laboratório. Não pode ser aquecido. Becker É de uso geral em laboratório. Serve para fazer reações entre soluções, dissolver substâncias sólidas, efetuar reações de precipitação e aquecer líquidos. Bico de Bunsen É a fonte de aquecimento utilizada em laboratório. Mas contemporaneamente tem sido substituído pelas mantas ou chapas de aquecimento. Bureta Aparelho utilizado em análises volumétricas. Não pode ser aquecido. 25 Condensador Utilizado na destilação, tem como finalidade condensar vapores gerados pelo aquecimento de líquidos. Erlenmeyer Utilizado em titulações, aquecimento de líquidos e para dissolver substâncias eproceder reações entre soluções. Funil de Buchner Utilizado em filtrações a vácuo. Pode ser usado com a função de filtro em conjunto com o kitassato. Funil de Vidro Usado na filtração e para retenção de partículas sólidas. Funil de Separação Utilizado na separação de líquidos não miscíveis e na extração líquido/líquido Kitassato Utilizado em conjunto com o funil de buchner em filtrações a vácuo. Pisseta Usada para lavagens de materiais ou recipientes através de jatos de água, álcool ou outros solventes. 26 Pipeta graduada Utilizada para medir pequenos volumes. Mede volumes variáveis. Não pode ser aquecida. Pipeta volumétrica Usada para medir e transferir volume de líquidos. Não pode ser aquecida, pois possui grande precisão de medida. Proveta Serve para medir e transferir volumes de líquidos. Não pode ser aquecida. Tela de amianto Suporte para as peças a serem aquecidas. A função do amianto é distribuir uniformemente o calor recebido pelo bico de bunsen. Tubos de ensaio Empregado para fazer reações em pequena escala, principalmente em testes de reação em geral. Pode ser aquecido com movimentos circulares e com cuidado diretamente sob a chama. Tripé Sustentáculo para efetuar aquecimentos de soluções em vidrarias diversas de laboratório. É utilizado em conjunto com a tela de amianto. Suporte universal Utilizado em operações como: Filtração, Suporte para Condensador, Bureta, Sistemas de Destilação etc. Serve também para sustentar peças em geral. 27 ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS 1. INTRODUÇÃO Uma questão importantíssima que surge quando se relata resultados experimentais é o número de algarismos significativos. O correto é relatar todos os algarismos que você tem certeza e mais um que é estimado. Portanto, se a concentração de uma solução é dada como 1,43 mol L-1 há alguma dúvida quanto ao algarismo 3. Isto é, poderia ser 1,44 mol L-1 ou 1,42 mol L-1. O algarismo zero é um algarismo significativo quando à direita de um de um número. Assim, 1,43 mol L-1 é uma medida completamente diferente de 1,4300 mol L-1. Esta última foi feita com balões volumétricos enquanto a primeira pode ter sido feita com provetas graduadas. São duas medidas diferentes feitas em dois experimentos diferentes, usando equipamentos diferentes. Por isso, enquanto a primeira concentração pode estar entre 1,42 mol L-1 e 1,44 mol L-1, a segunda pode estar entre 1,4299 mol L-1 e 1,4301 mol L-1 - duas ordens de grandeza mais exatas. Já o número 0,0143 possui o mesmo número de algarismos significativos (três) que o número 1,43 ou 14,3. Daí é comum o uso de notação científica para medidas onde elas são expressas como 1,43 102, que possui três algarismos significativos. Da mesma forma, o número 6,023 1023 possui quatro algarismos significativos. Normalmente quando se efetuam contas com máquinas de calcular, estas dão o resultado com várias casas decimais. Não se pode, entretanto relatar os resultados tal como eles vêm dessas calculadoras sob pena de estarmos criando precisão que não existe. Como então devemos relatar resultados de cálculos com uma exatidão coerente com aquela dos dados utilizados? Precisamos para isso estudar a questão da propagação de erros. Para tanto vejamos o que acontece quando temos que somar números cada um com uma precisão diferente: 1,2471 810,4 + 811,6471 “pela calculadora”. Uma vez que não conhecemos nada sobre a segunda casa decimal do número 810,4 não tem sentido tentarmos estabelecer uma quarta casa decimal na resposta. Vamos examinar a propagação de erros. Considere os resultados abaixo: 1,2471 810,5 + 811,7471 1,2471 810,3 + 811,5471 1,2470 810,4 + 811,6470 1,2472 810,4 + 811,6472 A maneira coerente de se relatar este resultado é 811,6 sabendo que existe uma incerteza na primeira casa decimal. Observe que a incerteza na quarta casa decimal da parcela 1,2471 não tem qualquer efeito sobre o resultado. A maneira de aumentarmos a precisão deste experimento é, portanto tentando obter o segundo número com uma precisão maior, através de um equipamento melhor, um procedimento experimental mais aprimorado, etc. Duas regras devem ser seguidas a fim de tornar coerentes os resultados de operações com algarismos significativos: 28 Na adição e subtração, a resposta virá com o número de casa decimais da parcela que menos casas decimais tiver. Considere agora a seguinte multiplicação: 1,2471 1,04 = 1,29698 “pela calculadora”. Como existe uma incerteza no terceiro algarismo significativo do segundo fator, devemos considerar o resultado das seguintes operações: 1,2471 1,05 = 1,30946 e 1,2471 1,03 = 1,28451 onde se pode notar que a incerteza se propaga para o terceiro algarismo significativo da resposta. Observe que a incerteza no quinto algarismo significativo de 1,2471 não afeta a terceira casa e não precisa ser considerada. 1,2470 1,04 = 1,29688 e 1,2472 1,04 = 1,29709 Portanto a resposta de 1,2471 1,04 coerente com a precisão dos fatores é 1,30 (com incerteza no último algarismo). Assim: 1,2471 1,04 = 1,30. Na multiplicação e divisão a resposta virá com o número de algarismos significativos do fator que menos algarismos significativos tiver. Para escrever corretamente o resultado de um cálculo, com tantos algarismos significativos for preciso você precisa conhecer algumas regras de aproximação: Se o último digito é um número maior que 5, você deve escrever o seu resultado, aumentando em um número o último algarismo significativo, por exemplo: O resultado de seu cálculo foi 1,54937, que contém 6 algarismos significativos, porém você precisa expressar esse valor com apenas 5 algarismos significativos. Como o último dígito é 7, que é maior que 5, então o valor a ser expresso será 1,5494. Se o último digito é um número menor que 5, você deve escrever o seu resultado, retendo o número do último algarismo significativo, por exemplo: O resultado de seu cálculo foi 1,764, que contém 4 algarismos significativos, porém você precisa expressar esse valor com apenas 3 algarismos significativos. Como o último dígito é 4, que é menor que 5, então o valor a ser expresso será 1,76. Se o último digito é o numeral 5, você deve: Aumentar o último algarismo significativo se ele for ímpar, Por exemplo: O número 2,64875 deve ser escrito segundo a regra 2,6488 29 Reter o último algarismo significativo se ele for par, por exemplo: O número 1,3825 deve ser escrito segundo a regra 1,382 Em muitos experimentos, um erro numa medida é muito maior que os outros e domina até mesmo o efeito de acumulação dos erros menores. Na análise das fontes de erro é importante estimar o efeito das mesmas no resultado. Se a fonte de erro não for capaz de afetar o resultado dentro de seu limite de exatidão experimental, então não é uma fonte de erro. Por exemplo, na medida de pressão de vapor de um líquido, não é válida a argumentação de que durante o experimento uma nuvem nimbus passou sobre o laboratório afetando a pressão atmosférica, a menos que se demonstre que o efeito desta nuvem afeta pelo menos o último algarismo significativo da medida da pressão de vapor; caso contrário, não é fonte de erro. 2. TIPOS DE ERRO Toda medida possui uma incerteza que é chamada de erro experimental. Basicamente existem dois tipos de erros: Erro sistemático, também chamado de erro determinado: aparece de uma falha no projeto de um experimento ou de uma falha no equipamento, logo ele é reproduzido ao longo de todas as medidas. Por exemplo, o usode um instrumento sem calibração prévia. Erro aleatório, também chamado de erro indeterminado: resulta dos efeitos de variáveis descontroladas. Não é reprodutível nem corrigível. Por exemplo, erro na operação de um instrumento, erro na leitura de um termômetro, etc. 3. PRECISÃO E EXATIDÃO DOS SEUS RESULTADOS Precisão é uma medida da reprodutibilidade de um resultado. Valores muito próximos entre si, indicam grande precisão na sua medida. Para medir o grau de precisão dos seus resultados, usamos o cálculo do desvio padrão, que é expresso pela fórmula: 1-n ) x - x( ... ) x - x( ) x - x( S 2 n 2 2 2 1 Essa expressão mede a proximidade dos resultados agrupados em torno da média. Quanto menor o desvio padrão mais precisa é sua medida. Exatidão se refere à quão próximo o valor de uma medida está do valor verdadeiro. O erro associado à medida é o erro relativo, que é dado pelo quociente (diferença do valor medido menos o valor real pelo valor real) multiplicado por 100. 100 idealvalor ideal valor - medidovalor relativo Erro (%) Quanto menor o erro relativo, mais exata é a sua medida. 30 4. REFERÊNCIAS 1- Harris, Daniel C.; Analise Química Quantitativa, LTC, 6aed., 2005. 2- Baccan, N., Andade, J. C., Godinho, O. E. S. e Barone, J. S.; Química Analítica Quantitativa Elementar, Ed. Edgard Blücher LTDA, 3ª ed., 2004. 31 EXPERIMENTO 1 AFERIÇÃO E TESTE DE PRECISÃO E EXATIDÃO DE VÁRIOS INSTRUMENTOS 1 - INTRODUÇÃO 1.1 - AFERINDO O MENISCO É de fundamental importância saber aferir o menisco, pois você usará essa técnica sempre que for medir volumes em pipetas, provetas, buretas e balões volumétricos. Uma boa aferição levará a uma maior confiabilidade nos seus resultados. Você se valerá deste aprendizado para realizar com maior êxito a experiência 3.1. Observe a Figura 1 e acompanhe a explicação do professor. Figura 1: Leitura correta do menisco côncavo de líquidos em vidrarias indicada pelo tracejado. 1.2 - TÉCNICA DE PIPETAGEM A pipeta previamente limpa é enchida, por aspiração, com água destilada até acima do menisco. Em seguida, limpa-se a parte externa da extremidade livre com papel absorvente. Por fim, controlando-se a vazão com o dedo indicador; acerta-se o menisco com cuidado e verte-se a água contida na pipeta no recipiente desejado. O escoamento da pipeta deve ser efetuado com o aluno controlando a vazão com o dedo, estando a ponta inferior da pipeta encostada na parede do recipiente. O tempo de escoamento mínimo deverá ser de 30 segundos. Após o escoamento, afasta-se a extremidade da pipeta da parede do recipiente com cuidado. A quantidade de líquido restante na ponta da pipeta não deve ser soprada para o interior do recipiente. Obs.: O aluno será avaliado quanto ao interesse e postura, durante esta experiência. 2 - MATERIAIS 2.1 - REAGENTES 32 Água destilada 2.2 - MATERIAL COLETIVO Balança analítica 2.3 - MATERIAIS POR EQUIPE PRIMEIRA PARTE: Béquer de 250 mL (para a água destilada) Vidro de relógio (02) Pipeta de Pasteur Tetina de silicone Pipeta graduada de 5 mL Pêra de borracha (ou pipetador semiautomático) SEGUNDA PARTE: Proveta de 25 mL Béquer de 25 mL Balão volumétrico de 25 mL Pipeta volumétrica de 25 mL Bureta de 25 mL Garra para bureta Suporte universal TERCEIRA PARTE: Rolha (05) 3 - PROCEDIMENTO 3.1 - PRIMEIRA PARTE A primeira parte do experimento consiste em comparar os volumes médios de gotas de água destilada geradas a partir de uma pipeta de Pasteur e de uma pipeta graduada de 5 mL. O volume será calculado a partir da massa e da densidade da água. PIPETA DE PASTEUR Coloque um vidro de relógio em uma balança analítica e tare o sistema. Com a pipeta de Pasteur, coloque cerca de 20 (vinte) gotas de água destilada no vidro de relógio e meça sua massa. Repita essas etapas 03 (três) vezes, ou seja, em triplicata. 33 Obs.: A partir das massas encontradas e do número de gotas será calculado o volume de uma única gota. PIPETA GRADUADA DE 5 mL Meça um volume de água destilada de exatamente 5 mL numa pipeta graduada de 5 mL. Transfira 20 (vinte) gotas de água destilada dessa pipeta para um béquer ou vidro de relógio previamente tarado. Anote os valores da massa de água e do volume correspondente a essas 20 (vinte) gotas, olhando a nova graduação da pipeta. Repita essas etapas 03 (três) vezes. Obs.: A partir das massas encontradas e do número de gotas será calculado o volume de uma única gota. 3.2 - SEGUNDA PARTE A segunda parte do experimento consiste em medir o volume de vários instrumentos desenvolvidos para tal fim, mas que apresentam precisão e exatidão distintas. Estes instrumentos são: Balão volumétrico; Béquer; Bureta; Pipeta graduada; Pipeta volumétrica; Proveta. Para aferir a exatidão destes equipamentos, a pipeta volumétrica será tomada como padrão. Isto é, os 25 mL de água destilada medidos pela pipeta volumétrica são exatos. Sendo assim: Transfira 25 mL de água destilada, medidos pela pipeta volumétrica, para: (a) um balão volumétrico de 25 mL; (b) um béquer de 25 mL; (c) uma bureta de 25 mL (Obs.: Não se esqueça de preencher o volume morto com água destilada antes de adicionar os 25 mL); (d) uma proveta de 25 mL. Com uma pipeta de Pasteur adicione ou retire o volume de água necessário para o instrumento marcar exatamente 25 mL. Conte o número de gotas de água adicionadas ou retiradas. Obs.: A partir deste número de gotas, será calculado o volume de água adicionado ou retirado, possibilitando então a aferição destes instrumentos. 34 3.3 - TERCEIRA PARTE A terceira parte do experimento consiste em comparar a precisão e exatidão de massas de 05 (cinco) rolhas pesadas em balanças analítica e semianalítica. Pese as 05 (cinco) rolhas separadamente nas balanças analítica e semianalítica. Pese agora as 05 (cinco) rolhas juntas nestas mesmas balanças. Escolha agora 01 (uma) das rolhas e pese-a 05 (cinco) vezes em cada uma das balanças analítica e semianalítica. Não se esqueça de fazer anotações em seu caderno de laboratório de cada uma das medidas realizadas neste experimento. 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Apresente os resultados obtidos na forma de tabelas observando as unidades de cada medida realizada e discuta sobre a exatidão e precisão dos equipamentos utilizados. 4.1 - TRATAMENTO DE DADOS Assumindo que a densidade da água destilada a 25ºC é igual a 1,00 g/mL, calcule o volume médio de uma gota d’água. A partir deste volume calculado estime a exatidão dos instrumentos volumétricos. Observe as regras para retenção de algarismos significativos. Da mesma maneira calcule o volume médio de uma gota de água destilada vinda da pipeta graduada (já realizado anteriormente). Em seguida, compare-o com o valor médio da gota d’água obtido através da pipeta de Pasteur. Compare a exatidão da balança semianalítica tomando a balança analítica como padrão. Calcule para cada uma destas balanças suas precisões levando-se em conta as cinco medidas realizadas com a mesma rolha. Sobre a precisão da balança semianalítica, compare a massa das cinco rolhas pesadas separadamente e depois juntas, e comente sobre a linearidade (ou não) da balança semianalítica construindo um gráfico que relacione o erro relativo encontrado no seu experimento com a massa de cada uma das rolhas e depois das cinco rolhas juntas. 5 - CONCLUSÕES Faça uma conclusão do experimento realizado indicando qual é o instrumentoque apresenta uma maior exatidão e precisão e comente sobre as possíveis fontes de erros significativos. 6 - QUESTÕES 1) Um analista realizou 05 (cinco) titulações de uma amostra de água de rio para determinar o teor de cloretos. Os resultados encontrados (usando uma bureta de 25 mL 35 com incerteza absoluta de 0,01 mL) foram: 14,96; 14,94; 15,02; 15,00 e 14,98 mL. Calcule a média dos valores encontrados observando a aproximação correta dos algarismos significativos e a precisão dos resultados (ou seja, calcule também o desvio padrão). 2) Se você precisasse medir um volume de uma amostra para realizar um ensaio quantitativo, que tipo de vidraria você escolheria? 3) Suponha que você tenha uma solução 20 g/L de hidróxido de sódio. Quantas gotas seriam necessárias para retirar uma quantidade de solução que contivesse 5 ∙ 10–3 mol da base? Considere que você colocou as gotas utilizando uma pipeta de Pasteur. 4) Qual a diferença entre precisão e exatidão? Dê um exemplo de cálculo de exatidão e outro de precisão realizados na prática. 7 - REFERÊNCIAS ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. MENDHAM, J.; DENNEY, R. C.; BARNES, J. D.; THOMAS, M. J. K. Vogel: análise química quantitativa. Rio de Janeiro: LTC, 2002. 36 EXPERIMENTO 2 CROMATOGRAFIA 1 - INTRODUÇÃO A cromatografia é um método extremamente útil e comum para separar os componentes de uma mistura, tanto no laboratório como em escala industrial, os distribuindo entre duas fases imiscíveis, chamadas de móvel e estacionária. A fase móvel é geralmente líquida (um solvente ou uma mistura de solventes), mas também pode ser gasosa ou um vapor pressurizado com temperatura acima da crítica. Já a fase estacionária é o suporte sólido, em geral, sílica gel ou alumina. Ela também pode ser um líquido que esteja simplesmente sobre um suporte ou imobilizado sobre ele. Existem muitos métodos cromatográficos, sendo que alguns deles são muito sofisticados. Podemos citar, do menos ao mais sofisticado: a cromatografia em papel (CP), a cromatografia em camada delgada (CCD), a cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE ou HPLC) e a cromatografia gasosa (CG ou GC). No laboratório, podemos fazer uma distinção sucinta entre dois tipos de cromatografia: (a) cromatografia analítica, que usa quantidades muito pequenas ( 1 mg) para analisar uma mistura de substâncias, e (b) cromatografia preparativa, que tem como finalidade a separação e a coleta de maiores quantidades (entre 10 mg e 20 g) dos componentes de uma mistura e pode ser usada em escala industrial. O fenômeno da separação pode ser entendido se considerarmos que substâncias diferentes têm características diferentes, tais como ponto de fusão, ponto de ebulição, índice de refração e “polaridade”. A polaridade é a propriedade mais importante para o arraste de diferentes substâncias da mistura. Basta agora lembrar que um composto muito polar terá uma interação maior com um suporte sólido também polar do que um composto relativamente não polar. Isto é devido às forças eletrostáticas entre o polo parcial negativo do composto e o polo parcial positivo da fase estacionária (suporte sólido), ou vice-versa. Quando a solução dos componentes da mistura passa ao longo da fase estacionária (suporte sólido) estes componentes têm atrações (ou interações) diferentes com essa fase e, portanto, os componentes passarão pelo sólido com velocidades diferentes. É justamente este fato que permite utilizar a cromatografia como um método de separação. Deste modo um composto polar passará com uma velocidade menor que o composto não polar, ao longo de uma fase estacionária polar. Nesta prática, vamos analisar qualitativamente uma mistura de íons de níquel (II), cobre (II) e ferro (III), passando-os ao longo de uma faixa de papel de filtro, e usando como fase líquida uma mistura de acetona e ácido clorídrico. Os íons têm atrações diferentes à celulose, consequentemente, passando pelo papel com velocidades diferentes. 1.1 - PREPARAÇÃO Antes de vir ao laboratório você deve se familiarizar com os conceitos envolvidos na técnica de cromatografia, como também com a química dos íons que serão investigados. 37 Não esqueça de trazer uma TESOURA, LÁPIS, FITA ADESIVA e uma RÉGUA para a realização do experimento. 2 - MATERIAIS 2.1 - REAGENTES Acetona NH4OH (conc.) HCl (aq) 3 mol/L Solução alcoólica de dimetilglioxima 1 % (m/V) CuSO4 (aq) 1 mol/L FeCl3 (aq) 1 mol/L NiCl2 (aq) 1 mol/L Amostra desconhecida Obs.: A amostra desconhecida é uma solução contendo dois ou os três sais constantes na lista de reagentes, que são: CuSO4 ∙ 5 H2O, FeCl3 ∙ 6 H2O e NiCl2∙ 6 H2O. 2.2 - MATERIAIS POR EQUIPE Frasco de penicilina (04) Pipeta de Pasteur (04) Tetina de silicone Tubo capilar (04) Folha de papel de filtro (05) Placa de Petri Proveta de 10 mL Pipeta graduada de 10 mL Pêra de borracha Cotonete Béquer de 100 mL (03) Béquer de 50 mL (02) Vidro de relógio 3 - PROCEDIMENTO Transferir, com o auxílio de pipetas de Pasteur, os três padrões (CuSO4(aq) 1 mol/L, FeCl3(aq) 1 mol/L e NiCl2(aq) 1 mol/L) e uma das amostras desconhecidas para frascos de penicilina previamente identificados. Cortar um disco de papel de filtro (Ø = 12,5 cm) ao meio e colocar os dois semicírculos obtidos no interior de um béquer de 100 mL, que servirá de cuba cromatográfica. Repetir o mesmo procedimento para mais 2 béqueres. É preciso deixar um espaço no béquer para a visualização do quanto a solução eluente que é a fase móvel irá 38 percorrer o papel de filtro que é a fase estacionária. Essa etapa experimental será difícil de ser visualizada e exigirá atenção. Pergunte detalhes dessa etapa ao professor. Desenhar três placas cromatográficas em papel de filtro, de acordo com o modelo a seguir: Pegar um capilar e colocar a ponta do mesmo dentro do frasco de penicilina contendo FeCl3(aq) 1 mol/L. Remover o excesso de solução da ponta do capilar e aplicar em um dos pontos da linha de base de uma das placas cromatográficas. Tenha cuidado para que a solução difunda o menos possível no papel, produzindo uma mancha bem definida. Repetir esse processo para os outros dois padrões e para a amostra desconhecida, aplicando-os em diferentes pontos da linha de base. Em seguida, esperar o sistema secar. Preparar o primeiro sistema de eluição (ou eluente), que é uma mistura de acetona e HCl (aq) 3 mol/L na proporção de 8:2 (V/V). Preparar exatamente 20 mL desse eluente. Existem outros 2 (dois) sistemas de eluição. Todos eles e os volumes para a preparação dos mesmos são apresentados na Tabela 1. 39 Tabela 1 – Volumes de acetona e HCl (aq) 3 mol/L para a preparação dos eluentes. Eluente Volume de acetona (mL) Volume de HCl (aq) 3 mol/L (mL) Mistura de acetona e HCl (aq) 3 mol/L na proporção de 8:2 (V/V) 16 4 Mistura de acetona e HCl (aq) 3 mol/L na proporção de 6:4 (V/V) 12 8 Mistura de acetona e HCl (aq) 3 mol/L na proporção de 95:5 (V/V) 19 1 Prender a placa cromatográfica no interior da tampa da placa de Petri, com o auxílio de um pedaço de fita adesiva, e colocar o sistema dentro da primeira cuba cromatográfica para eluir, como pode ser visto a seguir: Você observará que, no momento em que a placa cromatográfica entrar em contato com o eluente, este vai subir pelo papel por capilaridade. É importante assegurar que o papel de filtrorevestindo a parede esteja realmente saturado com o eluente. Isto é importante para manter uma atmosfera saturada dentro da cuba cromatográfica. Caso 40 contrário, o líquido corre o perigo de subir irregularmente pelo papel devido à evaporação do mesmo em uma atmosfera ainda não saturada. Inicie a cromatografia cronometrando o tempo de cada corrida com o celular. Quando a frente do eluente atingir a marcação previamente feita na placa, a eluição estará terminada e o cromatograma deverá ser revelado para saber por que distâncias os íons metálicos foram transportados. O valor de Rf nunca deve ser igual a 1, mas sim sempre menor que 1 para todos os íons. A mancha correspondente a um dos íons já é visível a olho nu. Para visualizar os outros dois, prossiga da seguinte maneira: Colocar o cromatograma na saída de um frasco contendo NH4OH (conc.), mas não deixe que o papel seja molhado por este reagente. O vapor de amônia extremamente volátil formará um complexo visível com um dos íons. Com o auxílio do conta-gotas, embebede uma das extremidades revestidas com algodão de um cotonete com a solução alcoólica de dimetilglioxima 1 % (m/V). Aos poucos, pressione essa extremidade contra o cromatograma para revelar o terceiro íon. Faça isso na linha que o íon percorreria se fosse da linha de base até a marcação do final da eluição. Tendo identificado a localização de cada um dos compostos, prossiga agora para medir a distância percorrida por cada íon. Dividir este valor pela distância percorrida pelo eluente, para determinar o valor do fator de retenção (Rf) de cada um deles, de acordo com o esquema a seguir. O valor do Rf é característico para cada composto, para um determinado suporte (fase estacionária) e com um determinado eluente. Assim, pode ser usado como método de identificação de substâncias. 41 Repetir o mesmo procedimento para os outros dois eluentes. 4 - QUESTÕES 1). Qual dos íons é visível a olho nu? 2). A amônia revela qual íon? Qual é a coloração observada neste teste e que tipo de complexo é formado pela reação entre a amônia e esse íon metálico? 3). A dimetilglioxima revela qual íon? Qual a coloração desse complexo? Qual o nome e estrutura química do complexo formado? 4). Determine os valores de Rf para cada um dos íons em cada sistema de solvente. Utilizando a mudança de Rf com as proporções relativas de acetona e ácido clorídrico, estabeleça qual destes dois solventes é mais responsável pelo transporte dos íons no papel. Tente dar uma explicação se baseando nos argumentos delineados na introdução deste texto. 5) Na cromatografia, durante passagem da fase móvel sobre a fase estacionária, as substâncias da mistura são separadas. Explique o processo de separação. 6) Qual o eluente ou fase móvel dentre as três misturas de acetona:HCl (v:v) que chega no valor final do papel de filtro mais rapidamente? Por quê? REFERÊNCIAS ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. SILVA, R. R.; BOCCHI, N.; ROCHA FILHO, R. C. Introdução à química experimental. São Paulo: McGraw-Hill, 1990. 42 EXPERIMENTO 3 PERTURBANDO O EQUILÍBRIO Observação: Trazer no pré-laboratório todas as reações envolvidas com os estados da matéria e os Diamantes de Risco de todos os reagentes e produtos. 1 - INTRODUÇÃO Todos os processos químicos em sistemas fechados tendem a um estado de equilíbrio. Em termos macroscópicos, é possível perceber mudanças no sistema até que o equilíbrio seja atingido, quando então parece que as coisas param de acontecer. Na verdade, elas continuam acontecendo, só que, no equilíbrio, para cada reação ocorrendo, existe a reação inversa ocorrendo à mesma velocidade. É isso que dá uma aparência estática ao sistema. Convém lembrar que há sistemas fora do equilíbrio nos quais nada parece estar ocorrendo. Uma mistura de hidrogênio e oxigênio, por exemplo, permanece indefinidamente com a mesma aparência. Basta uma faísca, no entanto, e ocorrerá uma explosão. É que a mistura NÃO estava em equilíbrio: simplesmente tendia para ele muito lentamente. A faísca apenas acelera o processo, isto é, altera a cinética da reação. O que levaria séculos para acontecer, passa a ocorrer numa fração de segundo. Em um verdadeiro equilíbrio, isto não aconteceria: um estado de equilíbrio é uma espécie de fundo de poço, reagindo a qualquer perturbação no sentido de manter a situação original. Essa, aliás, é a essência do Princípio de Le Chatelier: “Quando perturbado, um sistema em equilíbrio reage no sentido de contrabalançar a perturbação”. Nesta prática, faremos uma investigação qualitativa de alguns estados de equilíbrio, dando ênfase ao efeito de perturbações externas. Uma certa familiaridade com esses fenômenos é indispensável à formação de qualquer químico. Muitos equilíbrios, especialmente os de solubilidade, são a base da Química Analítica clássica. Conhecendo as características de um estado de equilíbrio, poderemos influenciar a composição de um sistema (em uma indústria, por exemplo) de acordo com os nossos interesses. 1.1 - PREPARAÇÃO Antes de vir ao laboratório você deve recordar quais são as características de um estado de equilíbrio e qual o efeito de perturbações externas sobre ele. É importante também rever a teoria dos equilíbrios de solubilidade, inclusive os seus aspectos quantitativos. Para isso, consulte os livros “Química: um curso universitário” (MAHAN; MYERS, 1996) ou “Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente” (ATKINS; JONES, 2011). Neste experimento você irá trabalhar com tolueno. Portanto, atenção! Sempre manipule o tolueno na capela. Por fim, neste experimento você irá manipular muitas pipetas graduadas e pipetas de Pasteur. Portanto, identifique quais dessas vidrarias estão entrando em contato com qual reagente, para não haver contaminação dos demais reagentes. Preste muita atenção! 2 - EXPERIMENTAL 43 2.1 - ETAPA 1: EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE (A) “O SEMELHANTE DISSOLVE O SEMELHANTE” A maioria das substâncias iônicas ou polares é mais solúvel em solventes polares (como a água) do que em solventes não polares (como o tolueno). Daí a regra: “o semelhante dissolve o semelhante”. Como toda regra, essa também tem suas exceções, que, aliás, não são poucas. Muitas substâncias iônicas, por exemplo, são pouquíssimo solúveis na água. Há, é claro, boas razões termodinâmicas para isto. Porém, no momento, vamos nos restringir a testar a solubilidade de algumas substâncias em dois solventes de características opostas: água e tolueno. PROCEDIMENTO: Coloque 1 mL de água destilada em um tubo de ensaio e acrescente, lentamente, 1 mL de tolueno. Como a água e o tolueno se dissolvem muito pouco um no outro - isto é, são imiscíveis - duas camadas vão se formar. Identifique-as. Em seguida, adicione ao tubo 3 gotas de CrCl3 (aq) e o agite vigorosamente. Pergunta: Em que solvente o CrCl3 é mais solúvel? Repita a experiência, usando CoCl2 (aq). Por fim, repita o teste mais uma vez usando 1 cristal de iodo. (B) EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE Todas as substâncias são mais ou menos solúveis em todas as outras substâncias, embora a solubilidade varie enormemente, dependendo da natureza das substâncias. As que se dissolvem muito pouco (menos de 10–3 mol/L, digamos) são chamadas de insolúveis. Para ilustrar este aspecto, vamos realizar a precipitação de algunssais de prata, todos eles considerados insolúveis. PROCEDIMENTO: Coloque 1 mL de AgNO3 (aq) 0,1 mol/L em um tubo de ensaio e, aos poucos, acrescente gotas de K2CrO4 (aq) 0,1 mol/L até que todo o precipitado tenha sido formado. Observe a cor do precipitado e da solução após a adição de cada gota. Deixe o sistema em repouso por 5 minutos e, em seguida, descarte o sobrenadante. Lave bem o precipitado com porções de 1 mL de água destilada até que a fase aquosa permaneça incolor. 44 Agora, em outro tubo de ensaio, coloque 1 mL de AgNO3 0,1 mol/L e, aos poucos, acrescente gotas de Na2C2O4 (aq) 0,1 mol/L até que todo o precipitado tenha sido formado. Observe a cor do precipitado e da solução após a adição de cada gota. Deixe o sistema em repouso por 5 minutos e, em seguida, descarte o sobrenadante. Lave bem o precipitado com porções de 1 mL de água destilada até que a fase aquosa permaneça incolor. Por fim, adicione 3 gotas de K2CrO4 (aq) 0,1 mol/L e 2 gotas de água destilada ao tubo contendo o precipitado formado após a mistura do AgNO3 com o Na2C2O4 e observe se o ânion cromato substituirá o ânion oxalato nas condições presentes. Obs.: A descoloração da solução é uma medida dessa reação. Do mesmo modo, adicione 3 gotas de Na2C2O4 (aq) 0,1 mol/L e 2 gotas de água destilada ao tubo contendo o precipitado formado após a mistura do AgNO3 com o K2CrO4 e observe se o ânion oxalato substituirá o ânion cromato nas condições presentes. Obs.: Novamente, a descoloração da solução é uma medida dessa reação. Explique seus resultados. (C) VARIAÇÃO DA SOLUBILIDADE COM A TEMPERATURA Em um tubo de ensaio, coloque 1 mL de Pb(NO3)2 (aq) 0,1 mol/L e, aos poucos, acrescente poucas gotas de KI (aq) 0,1 mol/L até que todo o precipitado tenha sido formado. Deixe o sistema em repouso por 5 minutos e observe a cor e o aspecto do precipitado. Em seguida, mantenha o tubo contendo o sistema durante 5 minutos em banho maria (70 a 80ºC). Observe o que acontece com o precipitado. Retire o tubo do banho maria e deixe-o, em repouso, esfriando na estante para tubos de ensaio. Obs.: Devem se formar belos cristais dourados. Pergunta: A cristalização do PbI2 (s) absorve ou libera calor? 2.2 - ETAPA 2: O PRINCÍPIO DE LE CHATELIER Acabamos de ver como a solubilidade de um sal pode ser afetada por variações de temperatura. Nesta seção, examinaremos mais algumas perturbações em estados de equilíbrio. Você deve anotar o que ocorre em cada caso, isto é, como o sistema reage à perturbação e, em seguida, tentar explicar o ocorrido empregando o Princípio de Le Chatelier. (A) O EQUILÍBRIO CROMATO-DICROMATO Coloque 1 mL de K2CrO4 (aq) 0,1 mol/L em um tubo de ensaio e adicione 6 gotas de HCl (aq) 1 mol/L. 45 Verifique que a solução está nitidamente ácida, com um papel indicador universal. Caso contrário, adicione mais gotas de HCl (aq) 1 mol/L. Repita esse procedimento com K2Cr2O7 (aq) 0,1 mol/L. Agora, adicione 1 gota de NaOH (aq) 1 mol/L ao tubo de ensaio que continha inicialmente o K2CrO4. Verifique se a solução está nitidamente alcalina, com um papel indicador universal. Caso contrário, adicione mais gotas de NaOH (aq) 1 mol/L. Repita esse procedimento com o tubo que continha inicialmente o K2Cr2O7. Por fim, verifique se as mudanças observadas nas colorações das soluções são reversíveis, através de adições sucessivas de gotas de HCl (aq) 1 mol/L e NaOH (aq) 1 mol/L. Coloque 2 mL de BaCl2 (aq) 0,1 mol/L em um tubo de ensaio e, aos poucos, acrescente gotas de K2CrO4 (aq) 0,1 mol/L até que não se forme mais precipitado. Observe a cor do precipitado e da solução após a adição de cada gota. Agora, adicione 1 mL de HCl (aq) 1 mol/L ao sistema BaCl2/K2CrO4 e observe o que acontece. Em seguida, coloque 2 mL de BaCl2 (aq) 0,1 mol/L em um tubo de ensaio e, aos poucos, acrescente gotas de K2Cr2O7 (aq) 0,1 mol/L até que não se forme mais precipitado. Observe a cor do precipitado e da solução após a adição de cada gota. Agora, adicione 1 mL de NaOH (aq) 1 mol/L ao sistema BaCl2/K2Cr2O7 e observe o que acontece. Explique seus resultados e observações em termos do equilíbrio descrito pela Equação 1. 2 CrO42– (aq) + 2 H1+ (aq) = Cr2O72– (aq) + H2O (l) (1) (B) EQUILÍBRIO COM O CÁTION CÚPRICO Coloque, em um tubo de ensaio, 1 mL de CuSO4 (aq) 0,3 mol/L. Acrescente, aos poucos, gotas de HCl (concentrado P.A.). Obs.: Isto provocará uma mudança de cor. Pare quando a mudança estiver completa. Em seguida, acrescente, aos poucos, água destilada em quantidade suficiente para restabelecer a coloração original. Então, coloque o tubo em banho maria (70 a 80ºC) e observe a coloração depois de transcorridos 5 minutos. Finalmente, transfira o tubo para um banho de gelo e, novamente, observe a coloração do sistema após 5 minutos. Use o equilíbrio representado pela Equação 2 para explicar o que aconteceu. [Cu(H2O)6]2+ (aq) + 6 Cl1– (aq) = [CuCl6]4– (aq) + 6 H2O (l) (2) 3 - QUESTÕES 46 1 – É provável que a frase “um aumento de temperatura favorece a reação endotérmica” não lhe seja estranha (se for, consulte o professor). Mostre como esta frase decorre do Princípio de Le Chatelier. 2 – Qual a diferença entre precipitação amorfa e precipitação formando cristais (cristalização)? Explique usando exemplos da prática. 3 – O que acontecerá se você acrescentar ácido clorídrico concentrado a uma solução saturada de NaCl? Por quê? 4 – Os produtos de solubilidade de CaCO3 (carbonato de cálcio) e de CaF2 (fluoreto de cálcio) são, respectivamente: 8,7 ∙ 10–9 e 4,0 ∙ 10–11. Mostre que o fluoreto é MAIS solúvel que o carbonato, apesar de ter o Kps menor. 5 – Pesquise o produto de solubilidade de todos os sais insolúveis escolhidos na prática. 6 – Pesquise a curva de solubilidade do iodeto de chumbo. O que você pode concluir observando esta curva em relação ao que foi observado no experimento? 7 – Pesquise a constante de equilíbrio da reação 2 relacionada ao cobre. O que o valor da constante de equilíbrio indica? 8 – Escreva todas as reações químicas envolvidas na prática incluindo os estados da matéria de todos os reagentes e produtos. 9 – Qual a o Diagrama de Hommel e a FISPQ de todos o reagentes e produtos envolvidos na prática? 4 - REFERÊNCIAS ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. MAHAN, B. M.; MYERS, R. J. Química: um curso universitário. 4. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1996. RUSSEL, J. B. Química geral: volumes 1 e 2. 2. ed. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1994. 47 EXPERIMENTO 4 SEPARAÇÃO DE UMA MISTURA 1 - INTRODUÇÃO A necessidade de separação de componentes de uma mistura surge frequentemente no trabalho do químico, seja: (a) na preparação de amostras para análise, (b) no isolamento de um produto natural ou (c) no isolamento de uma substância obtida sinteticamente que deve ser separada dos produtos secundários e reagentes de partida não transformados. A técnica de separação utilizada dependerá da natureza da mistura e das substâncias presentes, e das quantidades relativas dos componentes. Nem sempre é possível, ou prático, separar algumas substâncias na sua forma original e é preciso então fazer uma derivatização, ou transformação da substância, para uma forma que possa ser separada. Este processo normalmente só é desejável se a forma derivada puder ser reconvertida com facilidade à substância original. As técnicas de separação mais comumente utilizadas em laboratórios
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