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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS CURSO: FARMACIA DISCIPLINA: FÍSICO QUIMICA NOME DO ALUNO: GILMAR MARQUES RA: 2132203 POLO: ERCÍLIA DATA: 09/04/2022 INTRODUÇÃO Apresentados e discutidos vários aspectos importantes na abordagem do tema equilíbrio químico. O primeiro deles é que o princípio de Le Chatelier é a ferramenta, quase que exclusiva, para prever possíveis alterações em sistemas em equilíbrio químico. Do ponto de vista histórico, foram encontrados alguns aspectos que contribuem para este “status” do princípio de Le Chatelier como, por exemplo, o de constituir o princípio um enunciado relativamente simples e a crença de que o mesmo tem um caráter universal e infalível. Isto proporcionando uma grande popularidade ao princípio no ensino de química até os dias atuais, embora tenha acarretado uma série de consequências indesejáveis ao entendimento da completa e correta natureza do tema. Há três tipos soluções que podemos preparar quanto à saturação, que são: insaturada, saturada e supersaturada. Soluções insaturadas ou não saturadas: são aquelas em que o ajuntamento de soluto diluído ainda não chegou ao coeficiente de solubilidade, então sendo assim se quisermos diluir mais o soluto isso será aceitável. Soluções saturadas são aquelas que chegaram exatamente o coeficiente de solubilidade. Se compormos 50g de sal em 100 g de água a 20ºC, notaremos que os 36g irão se diluir e o restante (14g) irá precipitar, formando corpo de fundo. Nesse caso teremos então uma solução saturada com corpo de fundo. Então se desejarmos apenas a solução saturada, basta realizar uma filtração simples para separar o precipitado da solução saturada. Soluções supersaturadas têm mais soluto diluído do que seria possível em condições normais. Por exemplo se apanharmos a solução saturada com corpo de fundo, citada anteriormente, que possui 36g de sal dissolvidos e 14 g no corpo de fundo, e a esquentarmos, observaremos que os 14 g que estavam precipitados irão se dissolver. Isso ocorre porque com o aumento da temperatura o coeficiente de solubilidade, nesse e na maioria dos casos, também aumenta. Posteriormente, deixamos essa solução em descanso para que volte à temperatura de início, que era de 20°C. Fazendo isso, os 50g permanecem dissolvidos na água. Desse modo, haverá mais soluto dissolvido (50g) do que deveria ter (36g) naquela temperatura e pressão. Essa situação então é solução supersaturada. Então esse tipo de solução é extremamente instável e homogeneizando ou adicionando a ela um pequeno cristal de NaCl, ocorrerá a precipitação dos 14 g de sal. Solubilidade é a característica das substâncias de se diluir, ou não em um determinado líquido. Chamamos de soluto os compostos químicos que se diluem em outra substância e de solvente a substância em que o soluto será diluído para assim formar um novo produto. A capacidade de solubilidade química de uma determinada substância contida a alteração de temperatura não é linear. A alteração da capacidade de solubilidade em função da temperatura, e chamada de curva de solubilidade. A maior parte dos conteúdos sólidos tem o seu coeficiente de solubilidade aumentado com o aumento da temperatura. Sendo assim a solubilidade de cada material acontece proporcionalmente, conforme a temperatura. Toda substância possui uma curva de solubilidade própria para determinado solvente. O gráfico, demonstra a curva de solubilidade e amostra 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. Colóides são soluções coloidais ou sistema coloidal são misturas que oferecem um aspecto de solução homogênea e na realidade eles são misturas heterogêneas. Os colóides não conseguimos ver a olho nu, a alteração das misturas coloidais da para ser vista através de microscópio. Temos diversos tipos de exemplos de colóides, tais como: creme, hidratante, iogurte, sangue, geléia. Por isso tem diversos produtos que tem notificação na embalagem que precisa ser agitado antes de ser usado. Isso deve ser realizado para unir as partículas coloidais. A Cinética Química analisa a velocidade em que uma reação química acontece. A cinética química analisa as condições e os fatores que podem mudar a velocidade das reações químicas. Equilíbrio químico é o que analisa toda e qualquer reação reversível, em que exista duas reações aceitáveis, uma direta (em que os reagentes se transformam em produtos) e uma inversa (em que os produtos se transformam em reagentes). Essas reações apresentam a mesma velocidade. O fenômeno analisado em sistemas em equilíbrio químico, em que uma excitação beneficia o sentido de compensar a alteração imposta, tem o nome de princípio de Le Chatelier. Os principais fatores que fazem ter o deslocamento no equilíbrio químico é a concentração dos reagentes da reação, pressão e temperatura. Princípio de Le Chatelier: quando se concentra uma força em um sistema em equilíbrio, ele pretende a se reajustar no sentido de suavizar os efeitos dessa força. Aula 1 Roteiro 1 – Solubilidade de Soluções: Caracterização de Soluções, Insaturadas, Saturadas, Supersaturadas. Nesta aula tivemos por desígnio medir a solubilidade de sais em meio a aquoso através da resolução de soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas. Procedimento Experimental Soluções de tiossulfato de sódio. Parte A: Preparo e Avaliação de soluções insaturadas, saturadas e supersaturadas. Nesta aula pegamos 3 tubos de ensaio e os identificamos com A, B, C. Pesamos na balança analítica 1,500g; 3,505g; 7,000g de tiossulfato de sódio e transferimos para os tubos e colocamos os tubos em banho á 20°C.Após esse tempo agitamos sucessivamente os tubos e verificamos oque aconteceu. Observamos que a solução dos tubos foi: A – Insaturada. B – Saturada- limite de solubilidade. C – Saturada com corpo de fundo C – Saturada com corpo de fundo Solução de sulfato de cloreto de amônia (NH₄Cℓ). Neste procedimento separamos três tubos de ensaio e os identificamos como tubo D, E e F e adicionamos em cada um sucessivamente 5 ml de água destilada. Pesamos na balança semi-analítica0,500g, 2,290g e 5,000g de cloreto de amônio e logo após a pesagem colocamos nos tubos identificados e os agitamos e colocamos em banho a temperatura de 40°c para observarmos se houve completa dissolução do sal. O resultado foi: Tubo D – Total dissolução do soluto Tubo E – Saturado com corpo de fundo Tubo F – o soluto não dissolveu totalmente restando corpo de fundo. Parte A. Teste de saturação do sobrenadante o NH₄Cℓ. Neste procedimento com o auxílio de uma pipeta Pasteur retiramos o sobrenadante notado na solução supersaturada de NH₄Cℓ do tubo F, e transferimos para um novo tubo demarcado com tubo G. Adicionamos uma pontinha de espátula de NH₄Cℓ ao tubo G e verificamos se houve dissolução total do soluto ou se restou corpo de fundo.Colocamos o tubo G em banho a 40°C por 5 minutos e logo após o banho de aquecimento colocamos em um banho com gelo por 5 minutos e observamos após esse tempoo soluto não se dissolveu e restou corpo de fundo. Parte B. Questões Diferencie o corpo de fundo observado em soluções supersaturadas de um precipitado. R: No fundo do tubo de ensaio formou-se precipitado endurecido e com grânulos. Indique o que ocorrerá com a solução supersaturada de NH₄Cℓ caso se promova um aumento da temperatura de 40°C para 60°C. R: 40°C Houve diminuição de corpo de fundo / 60°C Ocorreu a solubilizaçãoe o corpo de fundo desapareceu. Aula 1 – Roteiro – 2 – Solubilidade de Soluções: Curva de Solubilidade Nesta aula tivemos por desígnio montar curvas de solubilidade para assim podemos estimar-se a influência da temperatura sobre a solubilidade das soluções salinas. Procedimento Experimental. Parte A. construção da curva de solubilidade. Nesta aula identificamos 8 tubos graduados de 1 a 8 e adicionamos aos tubos correspondente as massas de NH₄Cℓ e água destilada conforme recomendada em uma tabela descrita no roteiro a qual foi: Tubo 1 – 3,00 mNH₄Cℓ e 10V (mL) de água destilada. Tubo 2 – 4,58 m NH₄Cℓ e 10 V (mL) de água destilada. Tubo 3 – 5,20 m NH₄Cℓ e 10 V (mL) de água destilada. Tubo 4 – 5,52 de m NH₄Cℓ e 10 V ( mL) de água destilada. Tubo 5 –6,00 de m NH₄Cℓ e 10 V ( mL) de água destilada. Tubo 6 – 6,56 de m NH₄Cℓ e 10 V (mL) de água destilada. Tubo 7 – 7,00 de m NH₄Cℓ e 10 V (mL) de água destilada. Tubo 8 – 8,00 de m NH₄Cℓ e V (mL) de água destilada. Colocamos os tubos em uma estante e levamos para o banho de aquecimento inicialmente á 20°C e deixamos por 2 minutos e após esse tempo agitamos os tubos e verificamos a condição de solubilidade de cada um. Após esse processo elevamos o grau de temperatura do banho para 40°C, e deixamos por 2 minutos e agitamos o tubo e verificamos a condição de solubilidade de cada um. Após esse processo elevamos a temperatura á 60°C e deixamos em banho de aquecimento por 2 minutos, agitamos o tubo e verificamos a condição de solubilidade de cada um. E na sequência elevamos a temperatura a 80°C aguardamos o tempo para se atingir a temperatura e após agitamos o tubo e verificamos a condição de solubilidade de cada um. O Resultado desse experimento esta descrito na tabela abaixo: Tubo 20°C 40°C 60°C 80°C 1 Dissolveu Precipitou 2 Precipitou Dissolveu 3 Precipitou Precipitou Precipitou Dissolveu 4 Precipitou Precipitou Precipitou 5 Precipitou Precipitou 6 Precipitou Precipitou 7 Precipitou Precipitou 8 Precipitou Precipitou Parte B Construir a curva de solubilidade em papel milimetrado, e comparar os resultados obtidos com a curva de solubilidade teórica obtida para o KNO 3 Figura 1: Curva de solubilidade do Cloreto de amônio (Eixo X – Temperatura ºC), (Eixo Y – Solubilidade (g/100g de H2O) Aula 2 – Roteiro -1 – Preparo e Caracterização de Coloides (Gel e Emulsão) Parte A. Preparo da fase aquosa (gel) – 100 ml Reagentes – carboximetilcelulose sódica (CMC)...1,0g, 15 17 19 21 23 25 27 29 40 50 60 70 80 90 100 So lu b ili d ad e e m g /1 0 0 g H 2O Temperatura em ºC Curva de Solubilidade do Cloreto de Amônio Metilparabeno (Nipagin)...0,180g, Água destilada 98,82mL. Nesta aula em um béquer adicionamos toda á água destiladada procedimento, na sequência adicionamos o Metilparabeno (Nipagin) e levamos para aquecer em chapa até o Metilparabeno ser totalmente solubilizado. Retiramos do aquecimento e pulverizamos o CMC aos pouquinhos sem para de mexer com a ajuda do bastão de vidro. O resultado foi: Estado físico do gel: Sólido Homogeneidade: Sim Coloração: Transparente pH: 7.2 Neste procedimento obtivemos um gel disperso sólido e dispersante líquido. Um exemplo é a géléia. Parte B. Preparo da fase orgânica – 100 mL. Reagentes Óleo Mineral – 97 mL Polisorbato 80 (Tween 80) – 3g Parte C. Preparo da Emulsão Nesse procedimento adicionamos todo o óleo mineral do procedimento e o Polisorbato 80 o qual é um estabilizante e emulsificante largamenteutilizado na indústria de cosméticos, analisando um ingrediente de alto rendimento e um emulsificante não iônico, o polisorbato permite que os cosméticos se mantenham da melhor forma possível para quem for utiliza-lo. Seu principal uso é para homogeneizar soluções onde convivem óleo e água. Dessa forma, a aplicação do produto gera uma mistura uniforme e estável, impedindo que as substâncias se afastem com o tempo e prejudiquem a qualidade do produto produzido. Parte D. Caracterização físico-química do gel e emulsão. 1 Avaliação organolética do gel Estado físico - líquido Homogeneidade – sim Transparência – transparente Coloração - transparente Odor – Característico de gel 2 Avaliação organolética da emulsão Estado físico – líquido Homogeneidade – sim Transparência –opaco Coloração – branco Odor – o cheiro foi sem um ponto característico Avaliação do pH. Gel -7 Emulsão – 6,6 Estabilidade -gel –sim Emulsão – não Aula 3 - roteiro 1- Preparo de soluções com Diferentes Concentração. Preparo de soluções utilizando os cálculos de concentração ampliados nas aulas teóricas (título, molaridade e normalidade) e sobrepor normas de boas práticas em laboratório para reduzir erros gerados pela utilização incorreta de balanças e vidrarias. Procedimento Parte 1: Preparo de Solução de cloreto de sódio 5%. Nesta aula preparamos 50 ml de uma solução de NaCl 5%. Mas antes efetuamos o cálculo para determinar a massa NaCl, a qual foi pesada na balança semi – analítica. Antes da pesagem a balança foi calibrada e na sequência efetuamos a pesagem do soluto (NaCl). Após essa etapa transferimos a quantidade para um balão volumétrico e adicionamos um volume de água suficiente para a dissolução completa de soluto. Adicionamos água destilada e ajustamos o misco com o auxílio de uma pipeta Pasteur. Identificamos o frasco conforme orientação do professor. Cálculo da massa NaCl foi 2.5gr Anotações sobre o preparo das soluções NaCl 5% NaCl é bem solúvel em água Todos os passos do preparo devem ser seguidos na sequência Deve-se tomar todos os cuidados com a balança, transferência do sal e ervas experimentais. Parte 2: Preparo de solução NaOH 0,10M Neste procedimento preparamos 50ML de uma solução de hidróxido de sódio 0,10 molar ( 0,10mol/L. Mas para o procedimento ser realizado efetuamos o calculo necessário para determinar a massa NaOH (MM=40 g.mol-1) a qual pesamos na balança semi-analítica. Utilizamos os equipamentos corretos para execução do procedimento, a balança foi calibrada para assim a pesagem do soluto (NaOH) ser correta. Após a pesagem transferimos quantitativamente para um balão volumétrico de 50 mL e adicionamos aproximadamente 60% do volume total desejada de solução, promovemos a dissolução adequada do soluto. Completamos o volume do balão volumétrico com água destilada até ajustarmos o menisco, o qual foi ajustado com a ajuda de uma pipeta Pasteur. Identificamos o frasco conforme orientação do professor. Cálculo da massa de NaOh, foi 0,2gr Parte 3. Preparo de Solução H₂SO₄ 0,2N Preparamos uma solução de 50mL de ácido sulfúrico 0,5 normal (0,2N). Para o preparo procedemos da seguinte maneira: Efetuamos o cálculo para obtermos a massa de H₂SO₄(MM98g.mol-1) necessário para o preparo da solução: M=0,49g. O ácido sulfúrico é um reagente líquido, de densidade 1,84 g.mL-1, obtenha o volume de ácido sulfúrico a ser pipetado em capela V=0,27ml. Utilizamos os equipamentos necessários para a proteção individual, e assim efetuamos a pipetagem correta do soluto (H₂SO₄) em capela, e na sequência transferimos para um béquer contendo 25mL de água. Transferimos quantitativamente para um balão volumétrico de 50 mL e completamos o seu volume até atingir o menisco com ajuda de uma pipeta Pasteur. O cálculo da massa de H₂SO₄ foi 0,49gr O cálculo do volume de H₂SO₄ foi 0,27ml ou 270ml Aula 3 – Roteiro 2 – Cinética Química: Efeitos da Superfície de Contato, Temperatura e Concentração na Velocidade de Reação Nesta aula avaliamos a influência de contato e temperatura na velocidade de dissolução de um comprimido. Avaliamos a influência da força dp eletrólito sobre a velocidade de reação. Procedimento Experimental Parte l: Influência Superfície de contato sobre a velocidade de reação. Neste procedimento primeirodemarcamos dois béqueres como Teste1 e Teste 2, e adicionamos com a ajuda de uma proveta 50mL de água destilada a cada béquer demarcado. Pesamos dois comprimidos efervescentes e separamos um para cada teste. No béquer 1 adicionamos um comprimido inteiro o qual obteve o peso de 394mg e acionamos um cronômetro no momento em que colocamos ao béquer com a água destilada e travamos o cronômetro assim que o comprimido terminou de ser dissolvido. Na sequência trituramos o segundo comprimido efervescente que obteve a peso de 396mg e no béquer demarcado como teste 2 já contendo 80 ml de água destilada adicionamos todos o comprimido triturado e assim, no momento que que estávamos adicionando ligamos o cronometro e travamos assim que o comprimido terminou de ser dissolvido. Comparando os dois resultados chegamos a conclusão que quanto maior a superfície de contato maior a velocidade da reação química, ou seja quanto mais triturado o material maior a velocidade das reações devido ao maior número de choques efetivos. 1 Comprimido – 3.96 – Tempo 1.05 2 Comprimido – 4.01 – Tempo 43.10 3 Comprimido – 3.98 – Tempo 1.47 4 Comprimido – 4.00 – Tempo 40.55 Parte ll: Influência da Temperatura sobre a velocidade de reação. Neste procedimento com demarcamos dois béqueres com teste 3 e teste . Pesamos separadamente dois comprimidos efervescentes. No béquer demarcado como teste 3 com o auxílio de uma proveta adicionamos 50mL de água destilada “gelada” e adicionamos o comprimido efervescente que obteve o peso de 392mg e assim que estávamos adicionando ligamos o cronometro e travamos quando o comprimido terminou de ser dissolvido. Na sequência no béquer demarcado como teste 4 adicionamos com o auxílio de uma proveta 50mL de água destilada fervente. Colocamos o comprimido efervescente quemobteve o peso de 398mg e assim que colocamos acionamos o cronômetro e travamos quando o comprimido terminou de ser dissolvido. Comparando os dois resultados chegou a conclusão que quanto maior for a temperatura, maior a energia cinética das partículas e maior as quantidades e intensidades dos choques efetivos, portanto maior a velocidade das reações químicas. Parte III. Influência do tipo de eletrólito ( reagente) sobre a velocidade de reação. Neste experimento demarcamos 2 tubos de ensaio como Forte e Fraco. No tubo “Forte” adicionamos 2mL de ácido clorídrico (HCl6M) e no tubo demarcado como “Fraco” adicionamos2mL de ácido acético. No tubo forte adicionamos fragmentos de corante ( pó de carbonato de cálcio)acionamos o cronometro e travamos no momento que terminou a liberação de gás. Repetimos o mesmo processo no tubo demarcado como “Fraco” e só travamos o cronometro quando também terminou a liberação de gás O Resultado dos teste foi o seguinte: FORTE – 30 Srgundos FRACO - O tempo de dissolução foi de 3 minutos. Comparando os dois tempos a respeito da influência da força sobre a velocidade de reação vai ser mais rápida quando o eletrólito for mais forte. Aula 4 – Roteiro 1 – Equilíbrio Químico: Lei de Le Chatelier O objetivo dessa aula é comparar, experimentalmente, o Princípio de Le Chatelier analisando o deslocamento do Equilíbrio da reação Fe³+/ SCN-1. Procedimento Experimental Nesta aula transferimos para um béquer 80mL de água destilada e adicionamos 3 gotas de solução saturada FeCl3 e agitamos com a ajuda de um bastão de vidro. Nomeamos esse béquer com “solução padrão”. Na sequência enumeramos 5 tubos de ensaio (1 a 5) e transferimos 15mL da “solução padrão” para cada tubo de ensaio. Adicionamos ao tubo 2, pequena quantidade de NH4Cl sólido, agitamos até a homogeneização e então comparamos a cor dessa solução com a cor da solução do tubo 1. Adicionamos ao tubo 3 duas gotas de solução saturada FeCl3, agitamos até a homogeneização e comparamos a cor da solução com a cor da solução do tubo 1. Adicionamos ao tubo 4 duas gotas de solução saturada NH4SCN, agitamos até a homogeneização e comparamos a solução com a solução do tubo 1. Levamos o tubo 5 para aquecimento em banho de aquecimento a 60°C por alguns segundos e verificamos se houve alteração na cor da solução comparada ao tubo 1. No tubo 5, o aquecimento causou leve clareamento na solução, indicando um deslocamento do equilíbrio no sentido dos reagentes. Quando o calor não favorece a formação de produtos e, portanto, dificulta a reação, é um indicativo de que essa reação é exotérmica. O resultado obtido para cada tudo foi que no tubo 2, os ânions cloreto do NH4Cl reagem com o ferro do tiocianato, desenvolvendo um novo abstruso que desloca a reação no sentido dos reagentes, resultando visualmente num clareamento da solução. Nos tubos 3 e 4, fica percebível o escurecimento de ambas as soluções: a adição de cloreto férrico (FeCL3) em 3, e tiocianato de amônio (NH4SCN) em 4, satura cada sistema com os respectivos reagentes. Isso leva o sistema a buscar um novo equilíbrio e reduzir esse exagero de reagentes, aumentando a concentração de produtos e deslocando a reação nesse sentido, procedendo em seu escurecimento. Esse fenômeno pode ser explicado por uma aplicação da Lei de Le Chatelier chamada efeito do íon comum. O efeito do íon comum "é o deslocamento do equilíbrio causado pela adição de um composto que tem um íon comum com a substância dissolvida" (CHANG et al., 2013). Questão Discuta os resultados obtidos relacionando-os com a reação de equilíbrio envolvida e o princípio de Le Chatelier. 1 – Vermelho 2 – Laranja 3- Vinho 4 – Vinho 5 Laranja O calor favorece formar reagente. R: Quando se provoca uma perturbação em um sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido que tende a anular essa perturbação, procurando se ajustar a um novo equilíbrio. Aula 4 Roteiro 2 – Equilíbrio Iónico e Efeito Tampão – Lei de Henderson- Hasselbalch. O objetivo dessa aula é comparar, experimentalmente, o Equilíbrio Iônico e a relação entre este equilíbrio e a equação de Henderson-Hasselbalch. Procedimento Experimental Parte A. Formação de uma solução tampão entre um ácido fraco e seu sal associado. Nesta aula pesamos na balança semi-analítica 2,7g de NaOH e com auxílio de proveta apropriada coletamos 200mL de solução de ácido acético 4% e transferimos este volume para um béquer e demarcamos o béquer como Tampão 0,67M. Adicionamos o 2,7g de NaOH em 200 mL da solução de ácido acético 4% e mexemos com cuidado com a ajuda de um bastão de vidro.Notamos que esta adição promoveu a reação de neutralização parcial do ácido acético formando uma solução tampão na concentração 0,67 mol/L conforme indicado no relatório de aula prática. Em um béquer preparamos uma solução diluída através da adição de 10 mL de soluço tampão e 90 mL de água destilada. A concentração final da solução diluída será de 0,0067 mol/L. demarcamos o beque como tampão 0, 0067M.Determinamos os valores do pH das duas soluções o qual foi 7,4.Nos dois experimentos a solução tampão manteve o equilíbrio nas duas soluções ( teste1 = 4,45 e teste 2 = 4,54). Nos dois experimentos a solução tampão manteve o equilíbrio nas duas soluções (teste1 = 4,45 e teste 2 = 4,54) Questões Através do valor de pH, determine o pKa para o ácido empregando a equação de Henderson-Hasselbach: Para o caso de necessidade de se preparar um tampão de citrato a partir da adição de 20 mL de ácido cítrico (0,1) em 30 mL de citrato do sódio (0,1M) qual será o pH resultante para a solução tampão. Dado: pka = 4,77. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANSELMO E. de Oliveira, Instituto de Química, UFG, 74690-900, Goiânia, GO. Viscosimetria. CANZIAN, Renato. Análise do princípio de Le Chatelier em livros didáticos de química, São Paulo, 2011. BARDIN, L. Análise de Conteúdo. São Paulo: Edições 70, 2011. MILAGRES, V. S.; JUSTI, R. S. Modelosde Ensino de Equilíbrio Químico – algumas considerações sobre o que tem sido apresentado em livros didáticos no ensino médio. Revista Química Nova na Escola, São Paulo, n. 13, p. 41-46, 2001. PEREIRA, M. P. A. Equilíbrio Químico – Dificuldades de aprendizagem I – Revisão de opiniões não apoiadas por pesquisa. Revista Química Nova, São Paulo.
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