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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS FÁRMACIA FISICO-QUIMICA JOYCE APARECIDA ILECK DOS SANTOS – RA 2161646 POLO RANGEL – UNIP SANTOS 2022 1. INTRODUÇÃO. AULA 1 – ROTEIRO 1 - SOLUBILIDADE DE SOLUÇÕES: CARACTERIZAÇÃO DE SOLUÇÕES INSATURADAS, SATURADAS E SUPERSATURADAS. Dispersões → são sistemas nos quais uma substância está disseminada, sob a forma de partículas, numa segunda substância. A primeira substância chama-se disperso, e a segunda substância, dispersante. Classificação: é feita de acordo com o tamanho médio das partículas dispersas: Nome da dispersão Tamanho médio das partículas dispersas Soluções verdadeiras Entre 0 e 1 nm Soluções coloidais Entre 1 e 100 nm Suspensões Acima de 100 nm Principais características dos sistemas dispersos. Soluções verdadeiras Ex.: Sal na H2O Soluções Coloidais Ex: Sangue Suspensões Ex.: Terra e água 0 a 1 nm 1 a 100 nm Acima de 100 nm Sistema Homogêneo Sistema Heterogêneo Sistema Heterogêneo As partículas não se sedimentam de modo nenhum. As partículas se sedimentam por centrífugas. Há sedimentação espontânea. Soluções verdadeiras (sistema Homogênea) → são aquelas em que o disperso recebe o nome de soluto, e o dispersante é denominado solvente. Classificação das soluções: 1- Soluções sólidas (ligas metálicas: Ouro [Au] + Cobre[Cu]). 2- Soluções líquidas (ácido clorídrico[HCl] + H2O). 3- Soluções gasosas (ar atmosférico). Soluções → são misturas de duas ou mais substâncias que apresentam aspecto uniforme Solução = soluto + solvente Solução = soluto + solvente Soluto → são as partículas que serão dissolvidas pelo solvente para formar as soluções • As partículas dispersas são moléculas ou íons invisíveis a olho nu, ao microscópio. • Tamanho médio das partículas → de 0 a 1 nm (1nm = 1 . 10‾9m) • Essas partículas não sedimentam, nem com auxílio das ultracentrífugas, e não se consegue separá-las por filtração. Solvente → é a substância que dissolve o soluto (água, álcool etc.) Solubilidade é a propriedade física das substâncias de se dissolverem, ou não, em um determinado líquido. Os solutos podem ser classificados em: • Solúvel: são os solutos que se dissolvem no solvente. • Pouco solúvel: são os solutos que apresentam dificuldade de se dissolver no solvente. • Insolúvel: são os solutos que não se dissolvem no solvente. Um princípio comum em solubilidade é: “semelhante dissolve semelhante”. Isso quer dizer que um soluto polar tende a se dissolver em um solvente polar. Ele é verdadeiro para substâncias apolares. Solubilidade e polaridade – Regra geral de solubilidade 1- Substâncias polares se dissolvem em outras substâncias polares. Exemplos: NaCl e H2O Cloreto de sódio ou sal de cozinha e água Polar polar H2SO4 e H2O Ácido sulfúrico e água Polar polar Semelhante dissolve semelhante 2- Substâncias apolares se dissolvem em outras substâncias apolares. Exemplos: I2 e CCl4 Iodo e tetracloreto de carbono Apolar Apolar CCl4 e C6H6 Tetracloreto de carbono e benzeno Apolar Apolar Coeficiente de solubilidade Denomina-se coeficiente de solubilidade “à máxima quantidade de soluto (em gramas)” que se consegue dissolver em certa quantidade de solvente em determinadas condições de temperatura e pressão. É dado como padrão a quantidade de 100 g ou 1000 g de solvente Exemplo: O coeficiente de solubilidade de KNO3 em H2O, a 1 atm é: Temperatura Coeficiente de Solubilidade 0 ºC 13,3 g/100 g de H2O 40 ºC 63,9 g/100 g de H2O 80 ºC 169,0 g/100 g de H2O Curva de Solubilidade O aumento da temperatura influencia na solubilidade dos solutos em determinada quantidade de solvente. As curvas de solubilidade são diagramas que indicam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. Observações Em geral a solubilidade: ► Dos sólidos em H2O, aumenta com o aumento da temperatura. ► Dos gases diminui com o aumento da temperatura. ► Alguns sólidos tem a sua solubilidade diminuída com o aumento da temperatura. Ex.: sulfato de cério Ce2(SO4)3 Ponte de saturação _______________________________________________________ (g) soluto ∕ quantidade Fixa solvente Soluções diluídas soluções concentradas Soluções não-saturadas solução supersaturada (estáveis) solução saturada (instáveis) (estável) Tomando os coeficientes de solubilidade de uma substância em função da temperatura e colocando esses valores em um gráfico, construímos a curva de solubilidade. Basta uma agitação nesta solução para que todo o excesso de soluto precipite voltando ao ponto de saturação. Ponto de saturação → é o limite máximo de dissolução de um soluto num solvente, numa determinada temperatura. A partir desse ponto se for colocado mais soluto ele não se dissolverá e irá se depositar no fundo frasco, formando o corpo de fundo ou corpo de chão. O ponto de saturação depende do soluto, do solvente e das condições físicas. Temperatura e pressão Temperatura →sempre influência na capacidade de dissolução de um soluto. Pressão → influência em soluções onde existam gases. Observação: O fato de uma solução estar saturada com um soluto (sal, por exemplo), não a impede de dissolver outro soluto (açúcar por exemplo). Classificação das soluções: 1- Solução insaturada → é toda solução que contém soluto com quantidade inferior à definida pelo coeficiente de solubilidade, são homogêneas. 2- Solução saturada → é toda solução que contém dissolvida exatamente a quantidade de soluto definida pelo coeficiente de solubilidade 3- Solução supersaturada → é toda solução que contém dissolvida uma quantidade superior à definida pelo coeficiente de solubilidade. É uma solução instável e o excesso pode formar corpo de fundo. Exemplo: Dissolução do Nitrato de Potássio KNO3 Resfriar lentamente Agitação Solução saturada a 80 ºC (100 g de H2O + 169,5 g de KNO3) Solução supersaturada a 60 ºC (100 g de H2O + 169,5 g de KNO3) dissolvidos Solução saturada a 60 ºC Após a agitação o excesso de sal KNO3 formou corpo de chão. E na solução ficaram dissolvidos apenas 110,0 g de KNO3 59,5 g de KNO3 depositados no fundo do copo de bécker Coeficiente de Solubilidade: O coeficiente de solubilidade (Cs) determina a capacidade máxima do soluto que se dissolve em uma determinada quantidade de solvente. Isso, conforme as condições de temperatura. Em resumo, o coeficiente de solubilidade é a quantidade de soluto necessária para saturar uma quantidade padrão de solvente a uma determinada condição. Por exemplo, considere a seguinte situação: Em um copo de água com sal (NaCl), inicialmente, o sal desaparece na água. Entretanto,se for adicionado mais sal, em determinado momento ele começará a se acumular no fundo do copo. Isso acontece porque a água, que é o solvente, atingiu o seu limite de solubilidade e a quantidade máxima de concentração. A isso também chamamos de ponto de saturação. O soluto que resta no fundo do recipiente e que não se dissolve é chamado de corpo de fundo ou precipitado. Curva de Solubilidade: A capacidade de solubilidade química de uma substância submetida à alteração de temperatura não é linear. A variação da capacidade de solubilidade, em função da temperatura, é conhecida por curva de solubilidade. A maioria das substâncias sólidas têm o seu coeficiente de solubilidade aumentado com o aumento da temperatura. Assim, a solubilidade de cada material ocorre de maneira proporcional, conforme a temperatura. Cada substância possui uma curva de solubilidade própria para um determinado solvente. A variação de solubilidade é considerada linear quando não está sob influência da temperatura. Para conhecer a variação é preciso observar a curva de solubilidade. https://www.todamateria.com.br/coeficiente-de-solubilidade/ Fonte: https://cursoenemgratuito.com.br/solubilidade/ No gráfico, a curva de solubilidade demonstra que a solução é: • Saturada: quando o ponto está sobre a curva de solubilidade. • Insaturada: quando o ponto está abaixo da curva de solubilidade. • Saturada homogênea: quando o ponto está acima da curva de solubilidade. AULA 3 ROTEIRO 2 – CINÉTICA QUÍMICA: EFEITOS DA SUPERFÍCIE DE CONTATO, TEMPERATURA E CONCENTRAÇÃO NA VELOCIDADE DE REAÇÃO. É a parte da química que estuda a velocidade de uma reação química e os fatores que a influenciam. VELOCIDADE MÉDIA DE UMA REAÇÃO A maior ou menor rapidez (velocidade) com que uma reação ocorre é calculada pela relação entre a quantidade de um reagente (ou produto) que é consumido (ou produzido) e o intervalo de tempo gasto para isto. Normalmente está velocidade é uma velocidade média. https://cursoenemgratuito.com.br/solubilidade/ As quantidades das substâncias são medidas em mol/L, massas, volumes (gases), etc., enquanto o intervalo de tempo pode ser dado em segundos, minutos ou horas. A velocidade média é expressa então por: Vm = variação da concentração Intervalo de tempo A velocidade média de consumo ou produção de uma substância não é constante durante a reação: a) Para uma substância que está sendo consumida, ela é máxima no início da reação e mínima no final. b) Para uma substância que está sendo produzida, seu valor é mínimo no início da reação e máximo no final. A velocidade média de todas as substâncias que fazem parte de uma reação nem sempre é a mesma, num mesmo instante, estes valores estão relacionados com os seus respectivos coeficientes estequiométricos. FATORES QUE INFLUEM NA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO TEORIA DAS COLISÕES. Quando as substâncias reagentes estão em contato, irão ocorrer colisões entre suas moléculas, e parte destas colisões, dependendo de sua orientação e energia, poderão originar produtos. Se as colisões entre as moléculas reagentes não formarem novas substâncias, serão COLISÕES NÃO-EFETIVA ou NÃO-EFICAZES. Fonte:https://blog.maxieduca.com.br/cinetica-quimica-reacoes/ https://blog.maxieduca.com.br/cinetica-quimica-reacoes/ De acordo com a teoria das colisões pode-se afirmar que a velocidade de uma reação depende: ► Da frequência das colisões. ► Da energia das colisões. ► Da orientação das moléculas nas colisões. A frequência e a energia das colisões são afetadas pelos fatores: ► Estado particular (sólido, líquido ou gasoso) em que se encontram os reagentes. ► Temperatura em que se realiza a reação. ► Eletricidade. ► Luz. ► Pressão. ► Catalisadores. ► Concentração dos reagentes. ESTADO PARTICULAR DOS REAGENTES No que se refere aos sólidos, quanto mais pulverizados estiverem os reagentes, mais rápida é a reação. No que se refere ao estado físico dos reagentes, os gases reagem melhor que os líquidos, e estes, melhor que os sólidos. TEMPERATURA EM QUE SE REALIZA A REAÇÃO Um aumento da temperatura aumenta a frequência e a energia das colisões entre os reagentes, como consequência, o número de colisões efetivas e a velocidade da reação aumentam. ELETRICIDADE A energia elétrica pode ser usada para aumentar a energia cinética das moléculas e, em função disto aumentar a velocidade da reação. É o que ocorre nos motores dos automóveis onde a faísca elétrica provoca a combustão da gasolina. LUZ A luz provoca algumas reações denominadas de REAÇÕES FOTOQUÍMICAS. As principais são: Fotossíntese, decomposição da água oxigenada em água e oxigênio. PRESSÃO Nas reações com gases a pressão altera o número de colisões. CATALISADORES É uma substância que diminui a energia de ativação de uma reação aumentando assim a sua velocidade. Os catalisadores não são consumidos durante a reação CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES Um aumento da concentração dos reagentes numa solução acarretará no aumento do número de colisões e, em consequência, um aumento da velocidade da reação. 2.RESULTADOS E DISCUSSÕES AULA 1 – ROTEIRO 1 - SOLUBILIDADE DE SOLUÇÕES: CARACTERIZAÇÃO DE SOLUÇÕES INSATURADAS, SATURADAS E SUPERSATURADAS. Objetivo: Avaliar a solubilidade de sais em meio aquoso através da determinação de soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas. Procedimento Experimental 1.1 Soluções de tiossulfato de sódio Parte A: Preparo e Avaliação de Soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas. a. Adicionar 5 mL de água destilada em três tubos de ensaio previamente identificados (A, B e C). Tubo B Tubo C Tubo A c. Pesar em balança semi-analítica as seguintes massas de tiossulfato de sódio Na2S2O3: m1 Na2S2O3 = 1,500g; Insaturado m2 Na2S2O3 = 3,505g; Saturado m3 Na2S2O3 = 7,000g. Super saturado d. Transferir, respectivamente, as massas pesadas para os tubos A, B e C. Tubo A Tubo B Tubo C e. Manter os tubos em banho de água gelada à 20°C, por 5 minutos. f. Agitar e verificar se ocorreu dissolução completa do sal. 5 mL de H2O 5 mL de H2O 5 mL de H2O b. Manter os três tubos em banho à 20ºC. Na2S2O3 = 1,500g Na2S2O3 = 3,505g Na2S2O3 = 7,000g Banho de gelo ou água gelada g. Adicionar o equivalente a ponta de espátula de tiossulfato de sódio nos três tubos de ensaio e analise se ocorreu alguma alteração físico-química na solução. Não se esqueça de agitar o tubo de ensaio. Tubo A Tubo B Tubo C 1.2 Soluções de cloreto de amônio (NH4Cl). a. Adicionar 5 mL de água destilada em três tubos de ensaio previamente identificados (A, B e C). Tubo D Tubo E Tubo Fc. Pesar em balança semi-analítica as seguintes massas de tiossulfato de sódio NH4Cl: m1 NH4Cl = 0,500g; Insaturado m2 NH4Cl = 2,290g; Saturado m3 NH4Cl = 5,000g. Super saturado d. Transferir, respectivamente, as massas pesadas para os tubos D, E e F. Tubo D Tubo E Tubo F e. Agitar e verificar se ocorreu dissolução completa do sal. f. Manter os tubos em banho-maria à 40°C, por 5 minutos. o equivalente a ponta de espátula de Na2S2O3 o equivalente a ponta de espátula de Na2S2O3 o equivalente a ponta de espátula de Na2S2O3 5 mL de H2O 5 mL de H2O 5 mL de H2O b. Manter os três tubos em banho à 40ºC. NH4Cl = 0,500g NH4Cl = 2,290g NH4Cl = 5,000g g. Adicionar o equivalente a ponta de espátula de NH4Cl nos três tubos de ensaio e analise se ocorreu alguma alteração físico-química na solução. Não se esqueça de agitar o tubo de ensaio. Tubo D Tubo E Tubo F 1.3 Avaliação da saturação do sobrenadante em soluções supersaturadas de NH4Cl. Parte A. Teste de saturação do sobrenadante para o NH4Cl. a. Com auxílio de pipeta Pasteur retire o sobrenadante observado na solução supersaturada de NH4Cl (Tubo F). Tubo F b. Transfira o sobrenadante coletado para um novo tubo de ensaio (seco e limpo). Identifique o tubo de ensaio como G. Tubo G c. Adicione a ponta de espátula de NH4Cl ao tubo G e verifique se ocorreu dissolução ou se foi formado corpo de fundo. Mantenha o tubo G no banho a 40ºC. Tubo G O equivalente a ponta de espátula de NH4Cl O equivalente a ponta de espátula de NH4Cl O equivalente a ponta de espátula de NH4Cl NH4Cl d. Retire o tubo G do banho de aquecimento e leve para um banho de gelo por 5 minutos. Observe o resultado. Parte B. Diferencie o corpo de fundo observado em soluções supersaturadas de um precipitado. Na temperatura ambiente obteve corpo areado Na água quente dissolveu total Na água gelada ele ficou com precipitado flocado QUESTÕES 1.1 Soluções de tiossulfato de sódio 1- Sabendo-se que o coeficiente de solubilidade para Na2S2O3 é igual a 70,1 g/100 g a 20 ºC, como poderemos caracterizar as três soluções preparadas (tubos A, B e C)? Demonstre os cálculos. VH2O = 5ml = 5g 100g H2O ------------70,1g dH2O = 1g/ml 5g H2O --------------- x x = 3,505g Na2S2O3 2- Equacione o equilíbrio de solubilidade referente a esta solução de Na2S2O3. Na2+S2O3 2Na+ + (S2O3)2- Banho de gelo 3- Tendo em vista que a solubilidade do Na2S2O3 corresponde a 0,2255 mol.L-1, determine qual será a concentração de íons de sódio (Na+) presentes em uma solução saturada desse sal. Na2S2O3 = 0,2255 mol/L Na2+S2O3 2Na+ + (S2O3)2- Produto 2 íons íon 1 mol 2 mols 1 mol 0,255 mol 0,451 mol 0,2255 mol 4- Determine a constante de equilíbrio de solubilidade (KPS) para o Na2S2O3. Na2+S2O3 2Na+ + (S2O3)2- KPS = [Na]+2 [S2O3]-2 KPS = [0,451]2 x [0,2255] KPS = 0,2034 x 0,2255 KPS = 0,04587 KPS = 4,587.10-2 1.2 Soluções de cloreto de amônio (NH4Cl) 1- Sabendo-se que o coeficiente de solubilidade para NH4Cl é igual a 45,8/100 g a 40ºC, como poderemos caracterizar as três soluções preparadas (tubos D, E e F)? Demonstre os cálculos. V = 5ml H2O = 5g H2O 100g H2O ------ 45,8g NH4Cl 5g H2O ----------- x X = 2,29g NH4Cl/5g H2O Saturada 2 – Equacione o equilíbrio de solubilidade referente a essa solução de NH4Cl. NH4Cl NH4+ + Cl- AULA 3 ROTEIRO 2 – CINÉTICA QUÍMICA: EFEITOS DA SUPERFÍCIE DE CONTATO, TEMPERATURA E CONCENTRAÇÃO NA VELOCIDADE DE REAÇÃO. Objetivo: Avaliar a influência da superfície de contato e temperatura na velocidade de dissolução de um comprimido. Avaliar a influência da força do eletrólito sobre a velocidade de reação. Procedimento Experimental Parte I: Influência Superfície de Contato sobre a velocidade de reação 1. Com auxílio de caneta para marcação em vidro, nomeie dois béqueres como: Teste 1 e Teste 2. 2. Adicionar, com auxílio de uma proveta, 50 mL de água destilada a cada béquer nomeado. (Figura abaixo). 3. Pesar, separadamente, os dois comprimidos efervescentes. Massa do comprimido efervescente 1 = 2,15g Massa do comprimido efervescente 2 = 2,15g (triturado) Zerar o cronômetro para iniciar a contagem do tempo de dissolução do comprimido efervescente. Teste 1 Teste 2 50 mL de água destilada 50 mL de água destilada 4. Ao béquer indicado como “Teste 1”, adicionar um comprimido inteiro tomando o cuidado de acionar o cronômetro no momento da sua adição ao béquer. Marcar o tempo Vm = 2,15 g = 0,043 g/s 50s 5. Triturar em almofariz com pistilo, o comprimido 2 efervescente. 6. Ao béquer indicado como “Teste 2”, adicionar todo o comprimido efervescente triturado tomando o cuidado de acionar o cronômetro no momento da sua adição ao béquer. Marcar o tempo Vm = 2,15 g = 0,086 g/s 25s Comprimido 2 (TRITURADO) Comprimido 1 (INTEIRO) Teste 2 Teste 1 Tempo gasto para dissolver o comprimido = 25s Tempo gasto para dissolver o comprimido = 50s Parte II: Influência da Temperatura sobre a velocidade de reação 1. Com auxílio de caneta para marcação em vidro, nomeie dois béqueres como: Teste 3 e Teste 4. 2. Pesar, separadamente, os dois comprimidos efervescentes. Massa do comprimido efervescente 1 = 2,50 g Massa do comprimido efervescente 2 = 2,50 g 3. Zerar o cronômetro para iniciar a contagem do tempo de dissolução do comprimido efervescente. 4. Adicionar um comprimido inteiro tomando o cuidado de acionar o cronômetro no momento da sua adição à água destilada gelada. Vm H2O gelada = 2,50g =0,045 g/s 55s 5. Travar a cronometragem quando todo o comprimido tiver se dissolvido e anotar o tempo (segundos). Teste 3 Tempo gasto para dissolver ocomprimido = 55s Teste 3 Teste 4 50 mL de água destilada (GELADA). Anotar a temperatura da água gelada = 20 °C 50 mL de água destilada fervente. Anotar a temperatura da água quente = 100 °C Comprimido 1 (INTEIRO) 6. Zerar o cronômetro para iniciar a contagem do tempo de dissolução do comprimido efervescente. 7. Adicionar um comprimido inteiro tomando o cuidado de acionar o cronômetro no momento da sua adição à ÁGUA DESTILADA FERVENTE. Vm H2O quente = 2,50g =0,166 g/s 15s 8. Travar a cronometragem quando todo o comprimido tiver se dissolvido e anotar o tempo (segundos). Parte III: Influência do tipo de eletrólito (reagente) sobre a velocidade de reação 1. Com auxílio de caneta para marcação em vidro, nomeie 2 tubos de ensaio como: Forte e Fraco. 2. Zerar o cronômetro para iniciar a contagem do tempo de reação. 3. Adicione ao tubo “Forte” fragmentos de pó de carbonato de cálcio e acione o cronometro. Ocorrerá liberação de gás durante a reação. Teste 4 Tempo gasto para dissolver o comprimido = 15s Comprimido 2 (INTEIRO) Forte Fraco Adicionar 2 mL de ácido clorídrico (HCl) 5 M Adicionar 2 mL de ácido acético (CH3COOH) 5 M Forte Adicionar fragmentos de pó de carbonato de cálcio. Tempo = 6s 4. Trave o cronômetro no momento que for interrompida a liberação de gás e anotar o tempo (segundos). 5. Repetir o procedimento para o tubo “Fraco”. REFERÊNCIAS ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001. USBERCO, J. SALVADOR, E. Química: volume único. 5. ed. São Paulo: Saraiva, 2002. FELTRE, R. Química: volume 2. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004. p. 151. ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001. FONSECA, M. R. M. Completamente química: físico-química. São Paulo: FTD, 2001. ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. BACCAN, N. et al. Química analítica quantitativa elementar. 3. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 2001. Fraco Adicionar fragmentos de pó de carbonato de cálcio. Tempo =10s BALL, D. W. Físico-química: volume 1. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2016. CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro: LTC, 1986. DE BONI, L. A. B.; GOLDANI, E. Introdução clássica à química geral. Porto Alegre: Tchê Química Cons. Educ. Ltda, 2007. FARAH, S. Físico-química. São Paulo: Sol, 2018. p. 15. FELTRE, R. Fundamentos da química: volume único. 2. ed. São Paulo: Saraiva, 1997. FELTRE, R. Química: volume 2. 6. ed. São Paulo: Moderna, 2004.
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