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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ IFCE CAMPUS MARACANAÚ LICENCIATURA EM QUÍMICA ARIANA ESTEVES BRITO FABRICIANY LOURENÇO MOREIRA RAFAEL DE SOUZA ALVES RUAN LOBO DE SOUSA EXPERIMENTO N° 02: TÉCNICAS DE AQUECIMENTO EM LABORATÓRIO MARACANAÚ 2022 2 RELATÓRIO N° 03 1 INTRODUÇÃO O aquecimento de substâncias em geral, líquidas ou sólidas, é um trabalho rotineiro em laboratório. No entanto, temos diferentes sistemas de aquecimento que podem ser usados neste procedimento. Para se encontrar o melhor método de aquecimento deve-se levar em conta a características da substancia que irá ser aquecida e o resultado esperado no final do processo. Portanto, as técnicas de aquecimento são, cada uma para um tipo específico de substâncias, como: o banho-maria recomendáveis para temperaturas inferiores a 100°C, os banhos de óleos que é recomendável para temperaturas superiores a 100°C, as mantas de aquecimento, sendo o aquecimento rápido e o controle da temperatura não tão eficiente, o banho de areia utilizado para temperaturas superiores a 200°C, as chapas de aquecimento que são empregadas para solventes menos voláteis e inflamáveis e pôr fim a tela de amianto que é recomendável para líquidos não inflamáveis. A fonte de aquecimento mais utilizada é o gás e energia elétrica, sendo o Bico de gás ou Bico de Bünsen utilizado neste trabalho, esse dispositivo é usado para efetuar aquecimento de soluções em laboratório. Este queimador é formado por um tubo com orifícios laterais, na base, por onde entra o ar, o qual se vai misturar com o gás que entra através do tubo de borracha. Bico de Bunsen queima gás natural, ou alternativamente um GPL, tal como propano ou butano, ou uma mistura de ambos. Para se usar o bico de Bunsen, deve- se primeiramente fechar a entrada de ar; em seguida, um fósforo deve ser aceso perto do ponto mais alto da câmara de mistura, depois, a válvula de gás pode ser aberta, dando origem a uma chama grande e amarela que desprende fuligem. Esta chama (redutora) não tem temperatura suficiente para o aquecimento de substância, para conseguir uma chama mais "quente", a entrada de ar deve ser aberta até que se consiga uma chama azul (oxidante), isto ocorre porque o oxigênio mistura-se com o gás, tornando a queima deste mais eficiente. 2 OBJETIVO Praticar os métodos de aquecimento em laboratório empregando as fontes de calor e os principais equipamentos de controle de temperatura. 3 3 MATERIAIS E REAGENTES • Materiais: tubo de ensaio, espátula, béquer de 100 mL, tela de amianto, tripé de ferro, pinça de madeira, cadinho. • Reagentes: cristais de iodo, solução saturada de cloreto de sódio, CuSO4.5H2O. 4 METODOLOGIA • Procedimento A Inicialmente foi verificado se o registro de alimentação do Bico de Bunsen está fechado, para depois se abrir o registro geral de distribuição de gás da bancada. Com a válvula de gás aberta, fechou-se a válvula de regulagem da chama localizada na parte inferior do bico acima da base e acendeu-se o fósforo regulando a válvula de ar até a chama estabilizar. Esta estabilidade foi percebida através da cor da chama, que tem tonalidade azulada. Aquecimento de líquido em tubo de ensaio Foi apoiando o Bico de Bunsen sobre a bancada, neste teste foi realizado o aquecimento de forma direta do tubo de ensaio com água abaixo da metade de sua capacidade, segurando-o por uma pinça de madeira, realizando movimentos circulares e contínuos acima da chama com o tubo de ensaio inclinado, até o líquido quase secar. O aquecimento foi realizado usado a chama oxidante, porém iniciando o aquecimento de forma gradual e contínua. Levando em consideração o cuidado de nunca direcionar o tubo de ensaio para alguém que se encontre nas proximidades. Em seguida, semelhante ao procedimento anterior foi utilizado um tubo de ensaio limpo e seco e, com uma espátula, foi adicionado um iodo (cristal). Após, foi realizado o aquecimento de forma branda, segurando-o por uma pinça de madeira, realizando movimentos circulares e contínuos acima da chama com o tubo de ensaio inclinado, até completa sublimação do iodo cristalino. O aquecimento foi realizado usado a chama oxidante, porém iniciando o aquecimento de forma gradual e contínua. • Procedimento B Em um béquer de 100mL, acrescentou-se 20mL de solução saturada de cloreto de sódio. Em seguuda, aqueceu-se sobre uma tela de amianto com tripé de ferro com 4 chama forte (oxidante), até o inicio da ebulição da solução. Reduziu-se o aquecimento quando os primeiros cristais começaram a se formar. • Procedimento C Primeiramente pesou-se 27,45g de um cadinho limpo e seco e, pesou-se 2,0g de sulfato de cobre II pentahidratado [CuSO4.5H2O]. Em seguida, utilizando-se um sistema de aquecimento indireto constituído de tripé de ferro, tela de amianto e o bico de gás, aqueceu-se com chama intensa o sulfato de cobre II pentahidratado contido no cadinho, até o desaparecimento da coloração azul. Com o auxílio de uma pinça transferiu-se o cadinho quente para um dessecador. Deixou-se resfriar o até o atingimento da temperatura ambiente. No dia seguinte, pesou-se 28,91g do cadinho com a amostra de sulfato de cobre II [CuSO4] anidro. Em seguida, acrescentou-se 5 gotas de água destilada no [CuSO4] anidro e, observou-se que o sólido tornou-se quente ( elevou a temperatura). 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES • Procedimento A Podemos observar que ao movimentarmos o tubo de ensaio com constância no primeiro momento, podemos perceber a vibração no interior do tubo no momento que o líquido atingiu seu ponto de ebulição. Esta técnica de aquecimento é bem rápida, pois o tubo está em contato direto com a chama, porém não tem a mesma eficácia quanto a homogeneidade de temperatura, pois a parte inferior ou a parte em contato direto com a chama aquece primeiro do que a parte sem contato e como a parte aquecida tende a virar vapor o sistema entra em ebulição rapidamente. No segundo momento o iodo (cristal) que foi colocado no tubo de ensaio, passa pelo processo de sublimação, que é a passagem direta da fase sólida para a gasosa. Depois de um tempo do início do aquecimento podemos observar a liberação dos vapores coloridos típicos do iodo (cor roxa). • Procedimento B Neste experimento foi observado que ocorreu a formação de cristais na superfície da solução, além dos sais precipitados e sedimentados no fundo do béquer. Isso ocorreu porque com aumento da temperatura, o coeficiente de solubilidade também aumentou, ou seja, todo o corpo de fundo foi dissolvido, gerando desta forma uma solução supersaturada. Como esse tipo de solução é muito instável, toda a 5 massa de soluto dissolvido que supera o coeficiente de solubilidade passou a ser novamente corpo de fundo (precipitado). Formação dos primeiros cristais • Procedimento C A partir dos dados obtidos em laboratório, têm-se que: m1 = massa do cadinho seco → m1 = 27,45 g m2 = massa do CuSO4.5H2O → m2 = 2,0 g m3 = massa do cadinho + CuSO4 → m3 = 28,91 g m4 = massa do CuSO4 anidro A partir desses valores, encontraremos a massa (CuSO4 ) m4 = ( massa do cadinho + massa (CuSO4 )) – massa do cadinho seco m4 = 28,91 g – 27,45 g → m4 = 1,46 g O cálculo da porcentagem de sulfato de cobre anidro (CuSO4 ) na amostra, é: % (CuSO4) = [(m3 – m1) / m2] x100 % (CuSO4) = [(28,91 – 27,45) / 2,0] x 100 % (CuSO4) = 73 % O CuSO4. 5H2O, é um sal hidratado de cor azul. Quando submetido a uma fonte de calor, ocorre a sua desidratação, ou seja, ele perde suas moléculas de água. Este processo é caraterizado pela mudança de coloração do sal. A partir dos dados obtidos têm-se que ao final do experimentohavia 73% do sulfato de cobre anidro II. Por ser muito higroscópico (tem facilidade de absorver umidade), como passar do tempo, este sal tornou-se azul, ou seja 27% correponde a moléculas de água provenientes da umidade do ar. 6 CONCLUSÃO Os métodos diferentes de aquecimento são utilizados para diferentes objetivos dependendo das especificações de cada experimento. Portanto, termos como conclusão que o Bico de Bunsen é uma das ferramentas importante para testes laboratório que necessitam desta técnica, e é um aparelho utilizado com eficiência para o aquecimento de substâncias acondicionadas em certa aparelhagem. Como conclusão do experimento pode-se constatar a diferença de um aquecimento direto e aquecimento indireto, assim como as diversas fases da chama. Foi observado também junto as análises, a diferença de ponto de ebulição por conta da presença da pressão atmosférica, além de que observamos também os aspectos de segurança necessários para iniciação de cada experimento. REFERÊNCIAS CUIN, Alexandre. Laboratório de Química dos Elementos QUI081. 2019. Universidade Federal de Juiz de Fora Instituto de Ciências Exatas. Disponível em: https://www.ufjf.br/quimica/files/2018/08/Apostila_QUI081_Lab_Elementos_2019.pdf. Acesso em: 14 maio 2022. GOMES, Bianca Trettin; MACHADO, Daiana; OLIVEIRA, Jefferson de; KRELING, Okssana Letícia. Sublimação do iodo. Universidade Federal do Pampa (Bagé). Disponível em: https://imagens.tabelaperiodica.org/sublimacao-do-iodo/. Acesso em: 15 maio 2022. QUÍMICA, Laboratório de. Técnica de Aquecimento de Soluções. Disponível em: https://cesad.ufs.br/ORBI/public/uploadCatalago/17193616022012Laboratorio_de_Q uimica_Aula_7.pdf. Acesso em: 15 maio 2022. CuSO4. 5H2O, antes do aquecimento CuSO4, após o aquecimento 7 QUESTIONÁRIO 1) O gás combustível do bico de Bünsen, normalmente é o G.L.P. Considerando a maior presença do butano [C4H10], mostre as reações de combustão parcial e total deste gás. R: • Reação de combustão completa: 2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(g) + calor • Reação de combustão parcial C4H10(g) + 9 O2(g) → 8 CO(g) + 10 H2O(g) 2) Justifique porque no aquecimento direto de sólidos o tubo de ensaio deve estar completamente seco. R: Para evitar que o tubo de ensaio se quebre com o aquecimento. 3) Que ocorre com os cristais de iodo, quando são levemente aquecidos no tubo de ensaio? O que aconteceria se o aquecimento fosse mais intenso? R: Ocorre a sublimação do iodo, onde seu gás apresenta mudança de cor de vilotea escuro para rosa durante os primeiros iinstantesCaso fosse mais intenso processo (acima de 113,7°C), ocorreria a formação de iodo líquido. 4) Na desidratação do CuSO4.5H2O por que houve mudança de coloração do sal. R: Ocorreu uma mudança de coloração porque o sal que inicialmente é hidratado e apresenta uma coloração azul quando ele é submetido a aquecimento evapora as moléculas de agua presentes, perdendo desta forma sua cor azul para e tornando-se branco. 5) Pelas massas com que você trabalhou qual o teor (percentagem) de água aproximada na amostra do sulfato de cobre II pentahidratado? R: Dados: MMCuSO4.5H2O = 249,61 g/mol MMH2O = 18 g/mol Cálculo da percentagem de água contida na amostra CuSO4.5H2O --------- H2O 249, 61 g/mol ---------- 5 x 18 g/mol 100% --------------------- (%) H2O (%) H2O = 36,06 % 8 6) Ao se hidratar novamente o CuSO4 o cadinho aqueceu ou esfriou? Justifique. R: O cadinho aqueceu, porque com a adição de água, a amostra tornou-se hidratada novamente. Este processo, é caracterizado pela mudança de coloração e pelo aumento da temperatura, o equilíbrio foi deslocado no sentido de liberação de calor, reação exotérmica.