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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CURSO QUÍMICA LICENCIATURA DISCIPLINA 503-31 QUÍMICA GERAL EXPERIMENTAL DETERMINAÇÃO DA FÓRMULA DE UM HIDRATO Acadêmicos: Alex de Oliveira R.A. 83605 Rômulo L. de Araújo R.A. 82193 Victória Naomi Yoshida R.A. 82986 Professor: Fábio Vandresen MARINGÁ Junho, 2013 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 3 1.1. ÁGUA NOS MATERIAIS SÓLIDOS ...................................................................... 3 1.2. FORMAS DE ÁGUA EM SÓLIDOS ...................................................................... 3 1.2.1. ÁGUA ESSENCIAL ........................................................................................ 3 1.2.1.1. ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO ........................................................................ 3 1.2.1.2. ÁGUA DE HIDRATAÇÃO OU DE CRISTALIZAÇÃO .................................. 4 2. PROCEDIMENTO ................................................................................................ 7 2.1. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 7 2.2. EXPERIMENTAL .................................................................................................. 7 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 8 4. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 11 5. REFERÊNCIAS .................................................................................................. 12 3 1. INTRODUÇÃO 1.1. ÁGUA NOS MATERIAIS SÓLIDOS Muitas substâncias sólidas contêm água. Os sólidos podem conter água, seja quimicamente ligada ou como um contaminante, vindo da atmosfera ou da solução onde ela foi formada. De qualquer forma, a água está presente na composição da amostra. Tal composição pode ser afetada pelo tratamento que a substância sofreu antes da análise química, pois o teor de água pode variar de acordo com umidade e temperatura. 1.2. FORMAS DE ÁGUA EM SÓLIDOS A diferença entre as várias formas pelas quais a água pode estar associada à um sólido é de importância ímpar, visto que não necessariamente ela estará retida pela mesma forma de interação. Assim, os materiais sólidos podem conter dois tipos de água: a essencial e a não essencial. 1.2.1. ÁGUA ESSENCIAL Esta é a água que é parte da estrutura molecular ou cristalina de um dos componentes dos sólidos, e, por isso, está presente em quantidades estequiométricas. Classificam-se em dois tipos a água essencial: 1.2.1.1. ÁGUA DE CONSTITUIÇÃO Nesta situação, a água não está presente como H2O dita no sólido, mas se forma quando ele é degradado pela ação de calor. A relação estequiométrica entre hidrogênio e oxigênio, nestes compostos, não precisa ser observada. 4 Em alguns casos, necessita-se de temperaturas altas para decompor sólidos que contêm tal tipo de água. Exemplos: 2 NaHCO3 300° C→ Na2CO3 + H2O + CO2 Ca(OH)2 800° C→ CaO + H2O 2 Fe(OH)3 1000° C→ Fe2O3 + 3 H2O 1.2.1.2. ÁGUA DE HIDRATAÇÃO OU DE CRISTALIZAÇÃO Esse tipo de água participa da estrutura dos cristais, ou seja, é parte integrante do retículo cristalino em proporção fixa em relação aos íons presentes. É representada na fórmula química e é computada no cálculo do peso molecular. A água está ligada a estes sólidos mediante ligações de coordenação covalentes, que são normalmente mais fracas que as eletrostáticas. Por esta razão, a água de cristalização é facilmente eliminada destes compostos pela ação do calor. A quantidade de água de hidratação (ou de cristalização) num hidrato cristalino é uma característica do sólido e sempre se apresenta com estequiometria definida. Alguns hidratos cristalinos podem perder água de cristalização quando mantidos em ambiente completamente seco (fenômeno de eflorescência dos cristais), enquanto que, outros podem retirar água de um ambiente úmido (fenômeno de deliquescência dos cristais). Como exemplos típicos de cristais hidratados citam-se BaCl2.2H2O, CuSO4.5H2O, Na2SO4.10H2O, CaSO4.2H2O, CaC2O4.2H2O, etc. A relação entre umidade e o conteúdo de água em um hidratado pode ser mostrado em diagramas pressão de vapor da água versus composição do sólido. 5 1.2.2. ÁGUA NÃO ESSENCIAL É a água que não caracteriza uma substância química, sendo retida no sólido for forças físicas e, assim, não se apresenta em proporção estequiométrica. Classificam-se em três tipos de água não essencial: 1.2.2.1. ÁGUA DE ADSORÇÃO OU ÁGUA HIGROSCÓPICA É a água retida sobre a superfície dos sólidos, quando estes estão em contato com um ambiente úmido. A quantidade de água adsorvida dependerá da temperatura e da superfície específica do sólido. Quanto mais finamente dividido este se apresentar, maior será a sua área específica exposta ao ambiente e, consequentemente, maior será a quantidade de água adsorvida. A extensão da adsorção aumenta com o aumento da pressão de vapor da água no ambiente e diminui com o aumento da temperatura. Calor + H2O (ads) ↔ H2O (vapor) A água adsorvida costuma diminuir com a elevação da temperatura, ela pode ser aproximar de zero quando o sólido é aquecido a temperaturas acima de 100°C. Os sólidos podem perder ou fixar água de forma relativamente rápida, com o estabelecimento da condição de equilíbrio em 5 a 10 minutos. A adsorção envolve quantidades de água que importam em apenas alguns décimos de porcentagem da massa do sólido. A determinação quantitativa da água adsorvida é feita pelo aquecimento do sólido, em estufa, a 105-110°C, até peso constante. Este é um fenômeno geral observado em todos os sólidos, em maior ou menor proporção. 1.2.2.2. ÁGUA DE ABSORÇÃO Esta forma da água corre em muitas substâncias coloidais, tais como amido, proteínas, carvão ativo e sílica-gel. Diferentemente do que ocorre com a água de 6 adsorção, a quantidade de água absorvida é elevada nestes sólidos, podendo, em alguns casos, atingir 20% (m/m) ou mais do peso total do sólido. Por estar retida como uma fase condensada nos interstícios ou capilares do coloide, os sólidos que a contêm apresentam-se perfeitamente secos. A quantidade de umidade absorvida varia enormemente com a pressão parcial da água; contudo, o equilíbrio pode levar dias ou mesmo semanas para se estabelecer à temperatura ambiente. A quantidade de água diminui através elevação da temperatura, porém um aquecimento a 100°C não garante a sua total remoção. Certos materiais retêm sua umidade mesmo com aquecimento a temperaturas até 200°C ou mais. 1.2.2.3. ÁGUA OCLUSA A água oclusa é a água que fica dentro das cavidades distribuídas nos sólidos cristalinos, sem estar em equilíbrio com o ambiente. Assim, não sofre influências da atmosfera. O aquecimento do sólido pode a difusão da uidade até a superfície, seguida de evaporação. Para que isto ocorra a uma velocidade percebível, necessita-se aquecer a substância a mais de 100ºC. Durante o aquecimento, a vaporização da água ocluída provoca a ruptura dos cristais, fenômeno este chamado de decreptação. Comtais dados, têm-se como objetivo na parte experimental desta aula determinar a quantidade de H2O presente no hidrato de CuSO4. 7 2. PROCEDIMENTO 2.1. MATERIAIS E MÉTODOS ●Suporte universal; ● Fósforo; ● Pinça metálica; ● Balança semi - analítica ; ● Vidro relógio; ● Sulfato de Cobre hidratado; ●Água destilada; ●Garra; ● Triangulo de porcelana; ● Tela de amianto; ● Anel metálico; ● Bico de Bunsen. 2.2. EXPERIMENTAL Em um suporte universal, já fixado com garra e anel metálico possuindo um triangulo de porcelana, sobre um bico de Bunsen. Aqueceu-se um cadinho de porcelana dentre 3 a 5 minutos para retirar as impurezas, retirou-o com uma pinça metálica e deixou-o esfrias sobre uma tela de amianto. Após frio, pesou-se o cadinho, tarou-se, e colocou-se Sulfato de Cobre( hidratado, coloração azulada) dentro do mesmo até chegar a mais ou menos 3 gramas. Aqueceu-se o cadinho com Sulfato de Cobre hidratado, observando a coloração, e homogeneizando a amostra contida. Após a coloração modificar-se, ficando branca. Retirou-se o cadinho com auxílio de uma pinça metálica, e deixou-se esfriar a temperatura ambiente. Pesou-se o conjunto ( cadinho + amostra) e fez- se os cálculos para determinação do numero de mols de água do hidrato. 8 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para a determinação da quantidade de H2O contidada no hidrato CuSO4 utilizou-se uma aliquota deste sal, conforme ensaio descorrido no item 2.2. Em uma primeira etapa, determinação da massa do hidrato, teve os seguintes valores: Massa do cadinho (m1) 25,55g Massa do cadinho + massa do hidrato (m2) 28,62g Sucessivamente realizou-se o seguinte cálculo para obter o peso da amostra: m2 – m1: 3,07g Após o aquecimento obteve as seguintes massas: Massa do cadinho + massa do Anidro (m3) 27,57g E realizando a seguinte subtração m3 – m1, obteve-se a massa do anidro CuSO4. m3 – m1: 2,02g Para a determinação da massa H2O que a amostra continha realizou-se mais o seguinte cálculo: Massa do Hidrato – Massa do Anidro 1,05g Os resultados obtidos até este ponto da análise realizada, não teve nehuma deformidade do esperado, pois só constituiu em determinação de massa, sendo os experimentos predominantementes físicos. Salvo quando aqueceu-se o cadinho com Sulfato de Cobre hidratado, sendo esta uma reação endotérmica, pois é necessário fornecer energia para a desidratação do hidrato. 9 Através da regra de três simples, realizou-se a converção da massa para Mol: 159,9g n 18g 2,02g 1,05g n= 4,608622112 n= 4,60 mols de H2O Da mesma forma determinou-se a quantidade de mols presente na amostra analisada; 1 mol de H2O 18g X 1,05g X= 0,0583 X= 0,06 mols de H2O Para determinar-se o erro experimental aplicou-se o cálculo conforme a formula abaixo: Para calcular o erro desvio experimental desta analise, utilizou-se o numero de mols obtido: 4,60 mols para o item experimental e para item teórico utilizou-se 5,00 mols, sendo este valor utilizado, por causa do valor obtido experimentalmente, deduzindo-se, tratar de um sal penta hidratado, onde este valor foi confirmado pelo orientador do ensaio analítico. 10 Posteriormente do resultado obtido, chegou-se a um erro experimental de 8 %. Sendo este percentagem considerada baixa para erro experimental. 11 4. CONCLUSÃO Com este experimento, conclui-se que há uma maneira de se determinar a quantidade de água presente em um hidrato, neste caso, determinou-se a quantidade de água que possuía um hidrato de CuSO4, sendo de 5 mols de água. Assim, determinou-se que a amostra utilizada se tratava do Pentahidrato de Sulfato de Cobre II, ou ainda, Pentahidrado de Sulfato Cúprico (CuSO4•5H2O). 12 5. REFERÊNCIAS 1 – UEM – CCE – DQI – Apostila de Química Geral Experimental para o curso de Bacharelado e Licenciatura em Química, 2013; 2 – LENZI, E.; FAVERO, L.O.B.; TANAKA, A.S.; VIANA, E.A.; SILVA, M.B. Química Geral Experimental. Rio de Janeiro: Freitas Bastos Editora, 2004.; 3 – BROWN, T.; LEMAY; BURSTEN Química la Ciencia Central. México: Pearson Educación, 2004;
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