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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS CURSO: FARMÁCIA DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA NOME DO ALUNO: LUCIANE APARECIDA CORREIA R.A: 2291519 POLO: ITATIBA DATA: 04/04/2023 1. INTRODUÇÃO A físico-química é uma ciência que aplica e usa princípios físicos para entender as propriedades dos produtos químicos e a natureza dos fenômenos químicos. Esse campo é dividido em diferentes frentes que abordam desde o comportamento das soluções até a geração de eletricidade e a energia química das moléculas (CHANG,2009). A maioria dos processos químicos depende de físico e químico. É necessário entender se a reação ocorrerá espontaneamente ou se a liberação de calor será liberada e é necessário entender os princípios da transformação. Portanto ela se dedica a estudar a relação entre propriedades físicas e estrutura da matéria usando para isso o estudo de modelos matemáticos baseados em conjuntos de dados experimentais ou princípios físicos básicos, através de aulas teóricas e experimentais (VIANA,2021). As principais áreas de estudo da físico-química são: soluções, termoquímica, propriedades cognitivas, cinética e equilíbrio químicos, eletroquímica (BRASIL ESCOLA). Dado que esses conhecimentos afetam diretamente disciplinas específicas, como o controle de qualidade dos medicamentos, a tecnologia de medicamentos, a dinâmica rápida de medicamentos e outros profissionais essa disciplina se torna extremamente importante e fundamental para a área da farmácia tanto teórica quanta na prática experimental dando os subsídios mínimos necessários para fenômenos físicos e químicos relacionados às suas atividades profissionais, na pesquisa e desenvolvimento de seus campos profissionais (FLORENCE,2003). Dessa forma, realizamos as aulas teóricas descritas a seguir a fim de compreender os processos e áreas de estudo da disciplina de físico-química. 2. RESULTADOS E DISCUSSÃO AULA 01 ROTEIRO 01 TÍTULO: Solubilidade de Soluções Insaturadas, Saturadas e Supersaturadas. A solução química é uma mistura uniforme formada por duas ou mais substâncias. A composição da solução é chamada de soluto e solvente, sendo soluto a substância dissolvida no solvente. Com base na quantidade de solução solúvel na solução, podemos classificá-las como: soluções saturadas, soluções insaturadas e soluções supersaturadas. Solução saturada: são as que alcançaram o fator de solubilidade. Contém a maior quantidade de matéria dissolvida, está em equilíbrio com a matéria não dissolvida a uma determinada temperatura. Dizer que uma solução está saturada é o mesmo que dizer que a solução atingiu seu ponto de saturação; Solução insaturada: são solutos com menos solutos determinados pelo fator de solubilidade, não está em equilíbrio, porque se mais soluto for adicionado, ele derreterá até atingir a saturação; Solução supersaturada: contêm mais solutos do que os necessários para formar uma solução saturada a uma dada temperatura, excede o coeficiente de solubilidade. Eles são instáveis e podem precipitar e formar o que é conhecido como precipitado ou corpos de fundo (NETZ, ORTEGA 2002). Para verificar na prática, realizamos a seguinte experiência: Soluções de tiossulfato de sódio Parte A: adicionado 5ml de água destilada em três tubos de ensaio identificados pelas letras A, B e C. No tubo A foi adicionado 1.500g de tiossulfato de sódio; no tubo B foi adicionado 3,505g de tiossulfato de sódio e no tubo C foi adicionado 7.000g de tiossulfato de sódio. Em seguida agitado os tubos para verificar a dissolução. Parte B: Questões I. Sabendo-se que o coeficiente de solubilidade para Na2S203 é igual a 70,1g/100g a 20°C, como podemos caracterizar as três soluções preparadas? Demonstre os cálculos: Solução tubo A: insaturada (menor coeficiente de solubilidade) 70g – 100 g x = 3,5 g X − 5g Sendo assim ao adicionar 1,5g de soluto a solução ficou insaturada Solução tubo B: saturada (mesmo coeficiente de solubilidade) 70g – 100 g x = 3,5 g X − 5g Sendo assim no tubo B foi adicionado 3,505 g de tiossulfato de sódio e mantendo o coeficiente de solubilidade equilibrado. Solução tubo C: supersaturada (maior soluto que o coeficiente de solubilidade) 70g – 100 g x = 3,5 g X − 5g Ao adicionar 7,0 g de soluto este ultrapassou o coeficiente de solubilidade, formando corpo de fundo. Assim esta é uma solução supersaturada. II. Equacione o equilíbrio de solubilidade referente a essa solução de Na2S203. Na2S2O3 ↔ 2Na + S2 O3 III. Tendo em vista que a solubilidade do Na2S2O3 corresponde a 0,2255 mol. L-1, determine qual será a concentração de íons de sódio presentes em uma solução saturada desse sal. Na2S2O3 ↔ 2Na + S2 O3 2 x 0,2255 = 0,451mol. L IV. Determine a constante de equilíbrio de solubilidade (Kps) para o Na2S203. Kps = produto elevado aos seus coeficientes. [Na]2. [S2O3] (0,451)2. (0,2255) = Kps 0,04586 V. Identifique se ocorreu algum efeito que permita caracterizar o fenômeno de solubilização desse sal como endotérmico ou exotérmico. Endotérmico pois quanto mais calor se emprega na substância maior sua solubilidade. Soluções de sulfato de cloreto de amônio (NH4CL) Parte A: adicionado 5ml de água destilada em três tubos de ensaio identificados por D, E e F, mantendo-os em banho a 40°C. Após pesagem adicionado no tubo D 0,500g de cloreto de amônio; no tubo E 2,290 g de cloreto de amônio e no F 5,000g da mesma substância. Após agitado os tubos. Parte B:Questões I. Sabendo-se que o coeficiente de solubilidade para NH4CL é igual a 45,8g/100g a 40°C, como podemos caracterizar as três soluções preparadas? Demonstre os cálculos. Solução tubo D: insaturada (menor que o coeficiente de solubilidade) 45,8g – 100 g x = 2,29 g X − 5g Ao adicionar 0,5 g de soluto este ultrapassou o coeficiente de solubilidade, formando corpo de fundo. Assim esta é uma solução insaturada. Solução tubo E: Saturada (número igual ao coeficiente de solubilidade) 45,8g – 100 g x = 2,29 g X − 5g Ao adicionar 2,29 g de soluto este se igualou ao coeficiente de solubilidade, assim esta é uma solução saturada. Solução tubo F: supersaturada (maior que o coeficiente de solubilidade) 45,8g – 100 g x = 2,29 g X − 5g Ao adicionar 5,0 g de soluto este ultrapassou o coeficiente de solubilidade, formando corpo de fundo. Assim esta é uma solução insaturada. II. Equacione o equilíbrio de solubilidade referente a essa solução de NH4CL. NH4CL ↔ 4NH CL III. Tendo em vista que a solubilidade do NH4CL corresponde a 8,562 mol. L-1, determine qual será a concentração de íons de amônio presentes em uma solução saturada desse sal. NH4CL ↔ NH4+ CL- 8,562 mol/L ↔ 8,562mol/L 8,562mol/L IV. Determine a constante de equilíbrio de solubilidade (Kps) para o NH4CL. Kps = (NH4). (CL-) Kps = 8,562. 8,562 Kps = 73,31 V. Identifique se ocorreu algum efeito que permita caracterizar o fenômeno de solubilização desse sal como endotérmico ou exotérmico. Endotérmico pois quanto mais calor se emprega na substância maior sua solubilidade. Avaliação da saturação do sobrenadante em soluções supersaturadas de NH4CL Parte A:teste de saturação do sobrenadante para o NH4CL Com o auxílio de uma pipeta, foi retirado o sobrenadante observado na solução supersaturada de NH4CL e transferido para um tubo de ensaio novo identificado com a letraG. Neste foi adicionado a ponta de espátula de NH4CL, mantendo no banho de 40°C e depois em banho de gelo observando se ocorreu dissolução ou corpo de fundo. Assim observou-se que ocorreu a formação de corpo de fundo. Parte B: Questões I. Diferencie o corpo de fundo em soluções supersaturadas de um precipitado. Em maior temperatura ocorreu maior solubilidade, corpo de fundo com soluto em excesso. II. Identifique o que ocorrera com a solução supersaturada de NH4CL caso se promova um aumento de temperatura de 40°C para 60°C. Ocorrera maior solubilidade, mesmo assim sobrara corpo de fundo. AULA 01 ROTEIRO 02 TÍTULO: Solubilidade de Soluções: Curva de solubilidade. A capacidade máxima do coeficiente de solubilidade (CS) determina a solubilidade de uma certa quantidade de solvente. De acordo com as condições de temperatura. A solubilidade química de substâncias com alterações de temperatura não é linear. A mudança da capacidade de solubilidade depende da curva de temperatura. O coeficiente de solubilidade da maioria das substâncias sólidas aumenta através da elevação. Portanto, de acordo com a temperatura, a solubilidade de cada material ocorre proporcional. Cada substância possui uma curva de solubilidade adequada para solventes específicos. Quando não está sob a influência da temperatura, as mudanças na solubilidade são consideradas lineares. Para entender as mudanças, é necessário observar a curva de solubilidade. Cada material possui a curva de solubilidade de solventes específicos. A maioria das substâncias tem sua solubilidade aumentada conforme aumenta a temperatura a que está exposta, mas algumas substâncias reduzem a solubilidade à medida que a temperatura aumenta, e o Cacro4 também possui uma curva de solubilidade reduzida. Para outras substâncias, o aumento das temperaturas não interferirá na solubilidade e na solução salina de cozimento (NaCl). A 20 ° C, o coeficiente de dissolução de NaCl em 100 g de água é de 36 g, mas se aumentarmos a temperatura para 100ºC, a solubilidade aumentará apenas 39,8 g, que é muito pequena, que é pequena, que é muito pequena. Fig. 01: exemplo curva de solubilidade. Fonte: Curvas de solubilidade. Curvas de solubilidade das soluções (uol.com.br) PARTE A: CONSTRUÇÃO DA CURVA DE SOLUBILIDADE Em 08 tubos de ensaio numerados de 01 a 08 foram pesadas e adicionadas massas correspondentes de NH4CL em 10 ml de água destilada e homogeneizado, como indicado na tabela a seguir: Tubo Mnh4cl(g) V(ml) 1 3,00 10 2 4,58 10 3 5,20 10 4 5,52 10 5 6,00 10 6 6,56 10 7 7,00 10 8 8,00 10 Levados todos os tubos a banho de aquecimento inicialmente de 20°C por 02 minutos e observar a solubilidade de cada tubo. Logo após elevar a um banho de aquecimento a 40°C por 02 minutos e observar se ouve ou não solubilidade. Em seguida aumentar o banho de aquecimento para 60°C e 80°C na sequência também por dois minutos cada. Assim obtivemos as seguintes respostas sim e não para se houve ou não solubilidade como observamos na tabela a seguir: Tubo 20°C 40°C 60°C 80°C 1 parcial sim sim sim 2 não sim sim sim 3 não não sim sim 4 não não não sim 5 não não não não 6 não não não não 7 não não não não 8 não não não não Fonte: Autoria própria. Assim observamos que à medida que o calor aumentou tivemos maior dissolução mesmo aumentando a quantidade de soluto, mas que chegou uma determinada temperatura que esse percentual se manteve. Parte B: Questões I. Construa a curva de solubilidade II. Compare os resultados obtidos com a curva de solubilidade teórica obtida para o KNO3 Fig. 03: curva solubilidade KNO3 Fig. 04: curva solubilidade NH4Cl Fonte: Curvas de solubilidade. Curvas de solubilidade das soluções (uol.com.br) Enquanto o coeficiente de solubilidade do NH4CL é de 45,8g a cada 1000g a 40°C e a sua solubilidade vai aumentando de forma lenta o do KNO3 tem seu coeficiente de solubilidade em KNO3 é 31,2 g em 100 g de água a 20 ºC e sua solubilidade aumenta de forma mais rápida. 3 4,58 5,2 5,52 0 1 2 3 4 5 6 7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 g) /1 00 g ág ua curca solubilidade NH4CL AULA: 02 ROTEIRO: 01 TÍTULO: Preparo e caracterização físico-química de coloides (gel e emulsão). Um coloide é uma mistura que tem a aparência de uma solução, ou seja, uma mistura homogênea, porém, quando os componentes da mistura são analisados com mais detalhes, verificamos que é uma mistura não homogênea. Os coloides são classificados como misturas heterogêneas com pelo menos duas fases e consistem em dispersantes e dispersantes. A primeira corresponde ao solvente da solução e a segunda ao soluto, com tamanho médio variando de 1 nanômetro (nm) a 100 nm — 1 nm = 10-9 m. Partículas coloidais não se depositam e não podem ser separadas por filtração simples devido ao seu tamanho. Pela mesma razão, os sistemas coloidais têm, em alguns casos, a aparência de misturas heterogêneas. No dia a dia, os coloides são encontrados em uma variedade de produtos que as pessoas usam e consomem, como queijo, leite, gelatina, iogurte, xampu, creme corporal, tintas, pedras preciosas e fumaça. Um exemplo muito comum da presença de coloides é na branca de neve. Neste processo, a clara de ovo líquida é o ingrediente disperso e o ar é o ingrediente disperso. Essa mistura é criada por uma reação química que transforma as claras em espuma. Existem vários tipos de coloides, onde a classificação da mistura é indicada de acordo com o estado físico das partículas dispersas e dispersas. Podem ser dos seguintes tipos: géis, espumas, aerossóis, emulsões e sóis (com aspecto de solução). Assim realizamos o seguinte experimento: Parte A: preparo da fase aquosa (gel) – 100mL Em um béquer foi adicionado 98,82 ml de água destilada e 0,180g de metilparabeno e aquecido em chapa até total dissolução. Após foi pulverizado na mistura 1,0g de carboximetilcelulose sódica mantendo agitação e em seguida armazenado em pote de plástico identificado como gel. Parte B: preparo da fase orgânica – 100mL Em um béquer foi adicionado 97ml de óleo mineral e 3g de polisorbato 80, homogeneizado e armazenado em pote plástico identificado. Parte C: preparo da emulsão – 100mL Em um béquer esterilizado foi adicionado 50 ml da fase aquosa(gel), colocado na chapa de aquecimento, nessa mistura adicionado 50 ml da fase orgânica agitando com bastão de vidro, até atingir 25°C. Após transferido para um pote de plástico. Parte D: caracterização físico-química do gel e emulsão Mediante observação chegamos aos seguintes resultados para a avaliação organoléptica do gel e da emulsão: GEL ESTADO FÍSICO SÓLIDO HOMOGENEIDADE SIM TRANSPARÊNCIA TRANSPARENTE COLORAÇÃO INCOLOR ODOR QUASE INODORO EMULSÃO ESTADO FÍSICO LÍQUIDO HOMOGENEIDADE SIM TRANSPARÊNCIA TRANSLÚCIDO COLORAÇÃO INCOLOR ODOR INODORO AVALIAÇÃO DO pH Para a avaliação do pH coletamos 1ml de gel e de emulsão e colocamos em tubos de ensaio diferentes e adicionamos 1 ml de água destilada.Após colocamos em béquer e levamos ao pHmetro para medir o pH e obtivemos os seguintes valores: PRODUTO VALOR pH GEL 6,26 EMULSÃO 6,91 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À CENTRIFUGAÇÃO Pesamos 10 gramas de cada amostra (gel e emulsão) e colocamos em tubos de Falcon e levamos para a centrifuga (3.000 rpm) por 30 minutos. Assim verificamos possíveis instabilidades nas formulações. Na amostra do nosso grupo após esse tempo verificamos que no gel não houve perda de estabilidade, mas na emulsão houve perda de estabilidade pois o produto separou em duas fases. Fig. 05: gel e emulsão após passar pela centrifuga Fonte: Foto laboratório aula prática Parte B: Questões I. Diferencie os coloides em relação a soluções e suspensões A principal diferença é o tamanho das partículas. Em uma solução, duas ou mais substâncias são completamente miscíveis entre si e apresentam um aspecto homogêneo, sendo impossível ver as partículas dissolvidas devido ao seu tamanho muito pequeno (menos de 1 nanômetro). Um coloide é uma dispersão na qual as partículas são menores, mas maiores do que aquelas em solução, normalmente na faixa de 1 a 1000 nanômetros. Eles não podem ser vistos a olho nu e tendem a não decantar, a menos que sejam colocados em uma centrífuga. Por exemplo: gelatina. Em uma suspensão, duas ou mais substâncias não são completamente miscíveis e as partículas dispersas são visíveis a olho nu, ou seja, é uma mistura heterogênea. Exemplo: areia na água. II. Diferencie os coloides na forma de gel e emulsão em relação à sua fase dispersa e dispersante. No gel a sua fase dispersa é liquida e a dispersante é sólida. Na emulsão dois líquidos imiscíveis se misturam, ou seja, líquidos. Neste caso, um dos líquidos a fase dispersa está dentro do outro líquido na fase dispersante. Também é chamada de dispersão coloidal porque pequenas partículas de um líquido estão dispersas em outro líquido. III. Para o preparo da emulsão, foi necessário que na fase orgânica se adicionasse o polisorbato 80. Explique sua importância para essa formulação. Para que tenhamos a estabilidade da emulsão a fase dispersa deve estar dentro da dispersante e estabilizada por um agente emulsificante. O polisorbato 80 age como emulsificante a essa mistura evitando que a água e o óleo se separem. IV. Explique o significado de micela e de concentração micelar crítica e defina sua importância para a obtenção de formulações como as emulsões. Micelas são estruturas esféricas estáveis formadas por centenas de moléculas anfifílicas, ou seja, moléculas caracterizadas por regiões polares (hidrofílicas) e apolares (hidrofóbicas). Assim como as moléculas das quais são compostas, as micelas possuem um centro fortemente hidrofóbico cuja superfície é "captada" por grupos polares hidrofílicos. Na maioria dos casos são formados a partir de um conjunto de moléculas anfifílicas misturadas com água, portanto é uma forma de "estabilizar" as regiões hidrofóbicas de muitas moléculas juntas, fato impulsionado pelo efeito hidrofóbico, e organizado por forças de van der. Waals. A concentração crítica de micelas é a concentração de moléculas anfipáticas na qual as micelas começam a se formar. (“MICELAS: ESTRUTURA, FUNÇÃO E FORMAÇÃO - BIOLOGIA - 2023 - Jornal Mural”) Este é um valor de referência a partir do qual o aumento da concentração destas moléculas termina apenas com o aumento do número de micelas, sob as quais se organizam preferencialmente em camadas à superfície do meio aquoso que as contém. Assim a concentração de micelas críticas é fundamental para a estabilidade da emulsão. 3. Referências CHANG, Raymond. Físico-Química-: Para as Ciências Químicas e Biológicas. AMGH Editora, 2009. Coloides: características, classificação e usos. Disponível em Coloides: características, classificação, usos - Manual da Química (manualdaquimica.com). Acesso em 15 de abril de 2023. Brasil Escola. FÍSICO-QUÍMICA.ESTUDO DA FÍSICO-QUIMICA. Disponível em https://www.bing.com/search?q=brasil+escola+fisico+quimica&form=ANNTH1&refig=1b05349f4 d0b4fa887523bc5f55866c3&sp=1&ghc=1&lq=0&qs=NWB&pq=brasil+escola+fisico+quimica&sc =9-28&cvid=1b05349f4d0b4fa887523bc5f55866c3#. Acesso em 16 de abril de 2023. FLORENCE, Alexander Taylor. Princípios Físico-Químicos em Farmácia Vol. 4. Edusp, 2003. Solução saturada, insaturada e supersaturada - Só Química (soquimica.com.br). Acesso em 15 de abril de 2023. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Gráficos das curvas de solubilidade"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/graficos-das-curvas-solubilidade.htm. Acesso em 18 de abril de 2023. Hassan, PA, Verma, G. e Ganguly, R. (2011). 1 Materiais macios à Propriedades e aplicações. Materiais Funcionais: Preparação, Processamento e Aplicações, 1. MICELAS: ESTRUTURA, FUNÇÃO E FORMAÇÃO - BIOLOGIA - 2023 - Jornal Mural”. D Disponível em Micelas: estrutura, função e formação - Maestrovirtuale.com . Acesso em 18 de abril de 2023. NETZ, Paulo A., ORTEGA, George. Fundamentos de Físico-Química: Uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Brasil, Bookman, 2014. VIANNA, Aryane. Uma introdução completa de Físico-química. Disponível em Uma introdução completa de Físico-Química - Vai Química! (vaiquimica.com.br) . Acesso em 17 de abril de 2023
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