Relatório 5

Prévia do material em texto

ENGENHARIA DE PETRÓLEO
HELENA DE ALMADA JEVEAUX
JOÃO PEDRO BARROSO ERNESTO
NATHALIA PERINNI GALLO
Prática n° 5 
Interações Intermoleculares e seus efeitos na Solubilidade entre as Substâncias
VILA VELHA
DATA (11/09/2015)
HELENA DE ALMEIDA JEVEAUX
JOÃO PEDRO BARROSO ERNESTO
NATHALIA PERINNI GALLO
Interações Intermoleculares e seus efeitos na Solubilidade entre as Substâncias
Relatório do Curso de Graduação em Engenharia do Petróleo apresentado à Universidade Vila Velha – UVV, como parte das exigências da disciplina Química Experimental sob orientação do professor Arthur Moreira Alves 
VILA VELHA
SETEMBRO – 2015
INTRODUÇÃO
Solubilidade pode ser definida como a capacidade de uma substância se dissolver em outra, que é possível devido às forças de atração que mantém a estrutura cristalina do soluto serem vencidas pelas interações entre o solvente e o soluto. Em uma mistura, a substância presente em menor quantidade é o soluto, o qual é dissolvido pelo solvente. 
Há um limite de quantidade tanto de soluto quanto de solvente que podem ser dissolvidos totalmente; este limite pode ser definido como o coeficiente de solubilidade, o qual consiste na quantidade de soluto necessária para saturar uma quantidade padrão de solvente a uma determinada temperatura. Assim, de acordo com a quantidade de soluto e solvente podemos ter soluções saturadas (quantidade de soluto dissolvido igual à sua solubilidade no solvente, em determinada temperatura), insaturadas (quantidade de soluto dissolvido menor que sua solubilidade no solvente, em determinada temperatura) e supersaturadas (quantidade de soluto maior que sua solubilidade no solvente, em determinada temperatura, podendo-se observar um precipitado não dissolvido). 
A solubilidade depende da polaridade (geometria molecular), interações moleculares, temperatura e pressão do sistema. Em grande parte dos compostos orgânicos o aumento da temperatura causa um aumento da solubilidade. No entanto, para compostos inorgânicos essa relação é muito variável. Já uma elevação na pressão do meio, acarretaria num aumento de solubilidade se o volume da solução fosse menor do que o volume dos componentes antes da mistura, onde a densidade também se faria importante. 
A geometria molecular baseia-se na forma espacial que as moléculas assumem pelo arranjo dos átomos ligados. Assim, cada molécula apresenta uma forma geométrica característica da natureza das ligações (iônicas ou covalentes) e dos constituintes (como elétrons de valência e eletronegatividade) e ela se divide em cinco classificações que torna uma substância polar ou apolar. 
Uma molécula diatômica de átomos iguais sempre será apolar, indiferente da sua geometria, e uma molécula diatômica de átomos diferentes sempre será polar. Por isso que quando a geometria de uma molécula é linear, não podemos dizer com certeza se ela é polar ou apolar. Quando a geometria de uma molécula é trigonal plana ou tetraédrica, então essa molécula também será apolar. Quando a geometria de uma molécula é trigonal piramidal ou angular então essa molécula será polar. Isso influencia em um dos quesitos para uma substância ser ou não solúvel em outra, a expressão “semelhante dissolve semelhante” é uma regra geral para a miscibilidade entre duas amostras. Em geral, substâncias polares se dissolvem entre si e o mesmo acontece com aquelas que são apolares.
E por fim, as interações intermoleculares que sofrem influência da polaridade, tais forças de atração existentes entre as moléculas dependendo da estrutura e da polaridade das próprias moléculas. Há três casos mais importantes, que explicaremos a seguir:
O primeiro seria a força dipolo-dipolo, acontece quando moléculas polares neutras se atraem quando o lado positivo de uma molécula está próximo do lado negativo de outra. Tal força é geralmente mais fraca que a íon-dipolo. 
Pontes de hidrogênio é um caso extremo de atração dipolo-dipolo ocorre quando temos o hidrogênio ligado a átomos relativamente pequenos e extremamente eletronegativos, especialmente o flúor, o oxigênio e o nitrogênio. A forte atração que se estabelece entre o hidrogênio e esses elementos chama-se ponte de hidrogênio (ou ligação de hidrogênio) e existe fundamentalmente nos estados sólido e líquido. 
Forças de London é a força que mantém unidas as moléculas apolares que são cerca de dez vezes mais fracas que as forças dipolo-dipolo, e resultam do seguinte: mesmo sendo apolar, a molécula é formada por muitos elétrons, que se movimentam rapidamente. Pode acontecer, num dado instante, uma molécula estar com mais elétrons de um lado que do outro; essa molécula estará, então, momentaneamente polarizada (dipolo momentâneo) e, por indução elétrica, irá provocar a polarização de uma molécula vizinha (dipolo induzido), resultando uma atração fraca entre ambas, que constitui exatamente a força de London.
E por último, a força íon-dipolo, força existente entre um íon e a carga parcial em certo lado de uma molécula polar. As moléculas polares são dipolos, ou seja, tem um lado positivo e outro negativo.
OBJETIVOS
Verificar a polaridade das moléculas e seu efeito nas solubilidades das substâncias.
MATERIAIS
18 tubos de ensaio;
Cloreto de sódio;
Água deionizada;
Etanol;
Éter etílico;
Hexano;
Tolueno;
T-butanol (terc-butílico);
N-butanol (n-butílico);
Permanganato de Potássio;
Iodo;
Gasolina;
Espátula;
Pipetador;
1 Pipeta de 2mL;
1 Pipeta de 1mL;
1 Pipeta de 5mL;
1 copo de béquer;
MÉTODOS
Experimento 1: 
Numerou-se 9 tubos de ensaio;
Adicionou-se em 2 tubos (1 e 2), uma ponta de espátula de cloreto de sódio;
Adicionou-se no tubo 1, 2mL de água deionizada;
Adicionou-se no tubo 2 , 2mL de etanol;
Agitou-se;
Anotou-se o resultado;
Adicionou-se em mais 2 tubos (3 e 4), 2mL de éter etílico;
Adicionou-se ao tubo 3, 1mL de água deionizada;
Adicionou-se ao tubo 4, 1mL de hexano;
Agitou-se;
Anotou-se o resultado;
Adicionou-se em mais 2 tubos (5 e 6), 2mL de tolueno;
Adicionou-se ao tubo 5, 1mL de água deionizada;
Adicionou-se ao tubo 6, 2mL de hexano;
Agitou-se;
Anotou-se o resultado;
Adicionou-se em mais 3 tubos (7, 8 e 9), 1mL de água deionizada;
Adicionou-se no tubo 7, 2mL de etanol;
Adicionou-se 2mL de t-butanol no tubo 8;
Adicionou-se 2mL de n-butanol no tubo 9;
Agitou-se;
Anotou-se os resultados;
Experimento 2:
Nomeou-se 9 tubos de ensaio;
Nomeou-se 3 deles apenas com a letra A (água);
Nomeou-se mais 3 deles com a letra G (gasolina);
Nomeou-se os últimos 3 com as letras A+G (água + gasolina);
Adicionou-se 3mL de água em cada um dos 3 tubos com a letra A;
Adicionou-se 1.5mL de água em cada um dos 3 tubos com as letras A+G;
Adicionou-se 3mL de gasolina em cada um dos 3 tubos com a letra G;
Adicionou-se 1.5mL de gasolina em cada um dos 3 tubos com a letra A+G;
Adicionou-se uma pequena quantidade de Iodo em um dos tubos com a letra A, em um dos tubos com a letra G e também, em um dos tubos com as letras A+G;
Adicionou-se uma pequena quantidade de Permanganato de Potássio em um dos tubos com a letra A, em um dos tubos com a letra G e também, em um dos tubos com as letras A+G;
Observou-se o que ocorreu;
Anotou-se os resultados;
RESULTADOS/DISCUSSÃO
O que determina a solubilidade entre duas substâncias são as interações intermoleculares e os dois principais fatores que influenciam na solubilidade de um composto são a polaridade e temperatura. A frase que escutamos muito durante nossa vida acadêmica é que “semelhante dissolve semelhante”, o que quer dizer que substância polar tende a dissolver bem em outra substância polar e o mesmo vale para substâncias apolares. A solubilização de um composto requer a quebra das interações intermoleculares do soluto e do solvente para a formação de novas interações soluto-solvente.
	Mesmo sem perceber, misturamos soluções diversas vezes no nosso dia a dia. Tanto o leite com achocolatado ou misturartintas de diferentes cores para obter uma terceira cor são soluções que misturamos para conseguir o que queremos. No laboratório podemos misturar solutos iguais ou diferentes para obter soluções cujos solutos podem reagir ou não entre si. Podemos observar três tipos de misturas possíveis: uma de mistura de duas soluções de um mesmo soluto, outra é uma mistura de duas soluções de solutos diferentes que não reagem entre si e a última é uma mistura de duas soluções de solutos diferentes que reagem entre si.
	Uma mistura de duas soluções de um mesmo soluto (A+B): a massa e o volume final serão a soma das respectivas massas e volumes iniciais das soluções. A concentração final é a média ponderada das concentrações iniciais e será sempre um valor compreendido entre a solução de A e B.
	Uma mistura de duas soluções de solutos diferentes que não reagem entre si: o volume final será a soma dos volumes iniciais. Não somamos as massas como anteriormente pois são substancias diferentes. A concentração final de cada substância será bem menor do que sua concentração inicial, já que o volume da mistura é bem maior.
	Mistura de duas soluções de solutos diferentes que reagem entre si: os casos mais comuns são quando juntamos uma solução de ácido e outra de base; ou uma solução de um oxidante outra de redutor; ou uma solução de dois sais que reagem entre si. Quando os dois solutos entram em reação podemos afirmas que ou os dois solutos estão em quantidades exatas p reagir (reagirão integralmente) ou sobrará um excesso do primeiro ou segundo soluto.
EXPERIMENTO A – Verificação da solubilidade (semelhanças) entre solventes.
	Neste experimento utilizamos nove tubos de ensaios para verificar e analisar a solubilidade entre diferentes solventes.
Segue as observações do experimento A:
Tubo de ensaio 1: NaCl + 2mL de água:
NaCl é solúvel em água;
Tubo de ensaio 2: NaCl + 2mL de etanol:
NaCl não é solúvel em etanol, depositando-se no fundo do tubo de ensaio;
Tubo de ensaio 3: 2mL de éter + 1mL de água:
O éter não é solúvel em água. A água é polar e o éter é apolar, o que causa a separação de fases. A água é menos densa, ficando na parte superior e o éter na parte inferior do tubo de ensaio;
Tubo de ensaio 4: 2mL de éter + 1mL de hexano:
O éter é solúvel em hexano. Ambas as substancias são orgânicas, ou seja, sua polaridade é a mesma, causando a sua mistura;
Tubo de ensaio 5: 2mL de tolueno + 1mL de água: 
O tolueno não é solúvel em água. Ficando o tolueno menos denso na parte superior do tubo;
Tubo de ensaio 6: 2mL de tolueno + 2mL de hexano:
O tolueno é solúvel em hexano. Ambos são apolares, logo, terão interações entre si;
Tubo de ensaio 7: 1mL de água + 2mL de etanol:
O etanol e a água fazem pontes de hidrogênio portanto a água será solúvel no etanol;
Tubo de ensaio 8: 1mL de água + 2mL de T-butanol:
Água se misturou com T-butanol;
Tubo de ensaio 9: 1mL de água + 2mL de N-butanol:
Água não se misturou com N-butanol. Ficando a água que é mais densa na parte inferior do tubo.
EXPERIMENTO B – Identificação das fases no sistema água-etanol-gasolina.
	A fim de explorar os conceitos de solubilidade, realizou-se testes para verificar a solubilidade da gasolina e etanol em água, utilizando permanganato de potássio (KMnO4) -que vem a ser um composto iônico- e iodo (I2) –substancia covalente apolar- como indicadores de polaridade. 
Utilizamos três tubos de ensaios que foram denominados “controle”, um somente com água, outro somente com gasolina e o último com água e gasolina. Pegamos outros três tubos e fizemos o mesmo procedimento inicial só que adicionamos iodo (I2) em cada um dos tubos. Por fim, pegamos mais três tubos, fizemos o mesmo procedimento inicial e adicionamos permanganato de potássio (KMnO4) em cada um.
Segue abaixo uma tabela com as informações do experimento.
TABELA 1
	CONTROLE
	IODO
	PERMANGANATO DE POTASSIO
	3mL de água
	3mL de água + I2
	3mL de água + KMnO4
	3mL de gasolina
	3mL de gasolina + I2
	3mL de gasolina + KMnO4
	1,5mL de água +
1,5mL de gasolina
	1,5mL de água+
1,5mL de gasolina+ I2
	1,5mL de água + 1,5mL de gasolina + KMnO4
	Obtivemos as seguintes observações:
	No tubo que havia água e iodo observamos que a mistura não era solúvel, o solido permanecia no fundo. Iodo é uma substancia apolar e a água, como sabemos, é polar, então podemos justificar o motivo das substancias não terem se misturado.
 No tubo que havia gasolina e iodo a solução foi solúvel e de coloração marrom escuro. Ambas as substancias são apolares, portanto, serão solúveis.
No tubo com água, gasolina e iodo podemos deduzir, de acordo com os dois tubos observados anteriormente, que é solúvel na gasolina mas não é solúvel na água.
Observamos que o tubo que possuía água e permanganato de potássio tinha uma coloração roxa escura e a mistura foi solúvel.
A mistura do tubo com gasolina e permanganato de potássio não foi solúvel. O permanganato não se dissolve na gasolina, fazendo com que o solido permaneça no fundo do tubo.
Por último podemos observar que, de acordo com as observações dos dois últimos tubos, o tubo que continha água, gasolina e permanganato de potássio não foi solúvel em gasolina porem foi solúvel em água.
O iodo é uma molécula diatômica com átomos iguais, sendo assim uma molécula apolar. Enquanto o permanganato de potássio é um composto iônico e todo composto iônico é muito polar. E ainda, a gasolina é orgânica e apolar e sabemos que a água é polar.
Sabendo o conceito de que “semelhante dissolve semelhante” e sabendo das informações citadas acimas, podemos fazer algumas afirmações:
Iodo dissolve em gasolina pois ambos são apolares;
Permanganato de potássio dissolve em água pois ambos são polares;
Iodo não dissolve em água pois não são semelhantes;
Permanganato de potássio não dissolve em gasolina pois não são semelhantes.
No tubo da parte que utilizamos como controle, onde havia a mistura de água e gasolina pudemos notar que a água ficou de coloração turva, isso pode ser explicado pelo fato da gasolina ser muito pouco solúvel na água. No tubo onde havia água, gasolina e iodo também notamos uma coloração diferente na parte aquosa, que pode ser explicada pela mesma forma. O iodo, na verdade reage com a gasolina, colorindo-a, e essa pequena porcentagem de gasolina que é dissolvida em água acaba colorindo-a também. 
BIBLIOGRAFIA
1 - BROWN, T. L; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química: a ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. xviii, 972p.
2 - MOTHEO, A. de J. et al. Experimentos de química geral. São Carlos, SP: IQS/USP, 2006. xiii, 99p.
ANEXOS