Relatório - propriedades dr substancias iônicas e moleculared.pdf

Prévia do material em texto

QUÍMICA GERAL (QFLO137) 
 
RELATÓRIO DA EXPERIÊNCIA 3: 
PROPRIEDADES DE SUBSTÂNCIAS 
IÔNICAS E MOLECULARES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Arthur Y. Koketsu (10353688) 
Luciano M. B. Santos (5126503) 
Robson Oliveira (10321779) 
 
 
Professor: Pedro Vidinha 
 
07/04/2017 
 
2 
 
RESUMO 
 
 O presente experimento teve por objetivo introduzir conceitos 
fundamentais sobre as propriedades físico-químicas de algumas soluções. 
Nele, observou-se que determinadas soluções, quando dissolvidas em água, 
dissociam-se completamente em seus respectivos íons como é o caso do 
cloreto de sódio; algumas se separam parcialmente como o ácido acético e 
outras, não se ionizam como a sacarose. Tais compostos são classificados 
respectivamente como eletrólitos fortes, fracos e não-eletrólitos. 
 No intuito de observar este fenômeno, foi introduzido um eletrodo em 
alguns tubos de ensaio contendo soluções distintas. O eletrodo estava ligado a 
um circuito pelo qual passava corrente alternada por uma lâmpada. Pelo 
acendimento ou não da lâmpada, foi possível classificar cada solução de 
acordo com a definição acima. 
 Em um segundo momento, aplicou-se uma técnica para separar 
substâncias explorando esta característica de determinados compostos. Foi 
feita uma mistura de duas substâncias conhecidas em um papel umedecido 
com nitrato de potássio. Ao se aplicar corrente contínua nas extremidades do 
papel, observou-se que as substâncias se separaram. 
 E, finalmente, foi feito um procedimento para determinação da 
temperatura de fusão do naftaleno. 
 
3 
 
I. INTRODUÇÃO 
 
 A condutividade de soluções é uma característica muito importante e 
compreendê-la é fundamental porque seus efeitos têm várias implicações nos 
processos químicos. Sua definição vem do seguinte: um material condutor de 
seção transversal de área A e comprimento l apresenta uma resistência à 
passagem de corrente elétrica dada por: 
l
R
A

 
 Em que 

 é a resistividade do material. 
 A condutividade 

 é definida como o inverso desta resistividade: 
1 l
R A


 

 
 Pode-se dizer, portanto, que a condutividade depende das dimensões 
geométricas do material condutor e é inversamente proporcional à sua 
resistência. Se, por conveniência, o fator geométrico for unitário, 
1
l
A

 , pode-
se perceber que a condutividade refere-se numericamente à quantidade de 
corrente por Volt que passa pelo condutor. (1, p. 2) 
 Sabe-se que algumas substâncias sofrem separação de seus íons 
quando dissolvidas em meio aquoso. Se uma diferença de potencial for 
aplicada às extremidades de tal solução, as definições acima podem ser 
facilmente estendidas para esta situação. A condutividade é, neste caso, a 
capacidade que têm os íons de alcançarem os eletrodos e apresenta forte 
dependência da concentração da solução. (1, p. 4) 
 O cloreto de sódio, por exemplo, ioniza-se completamente de maneira 
que para cada mol de NaCl, haverá formação de 1 mol de Na+ e 1 mol de Cl-. 
(2, p. 125) 
( ) ( ) ( )aq aq aq
NaCl Na Cl 
 
4 
 
 Já para o ácido acético, menos de 5% de suas moléculas se ionizam 
quando dissolvidas em água. 
3 2 ( ) 3 2( ) ( )aq aq aq
CH CO H CH CO H 
 
 Os compostos moleculares, em geral, não são ionizáveis. A sacarose, 
por exemplo, não se ioniza em meio aquoso. 
 Estes compostos podem ser classificados de acordo com o seu grau de 
ionização em meio aquoso como eletrólitos fortes, eletrólitos fracos ou não-
eletrólitos. (2, p. 125) 
 O objetivo da primeira etapa deste experimento foi justamente a 
constatação das características acima descritas. Para tanto, um eletrodo 
acoplado a uma fonte de tensão foi imerso em diferentes soluções e observou-
se a passagem ou não de corrente através do acendimento de uma lâmpada. 
 Esta importante característica de determinados compostos pode ser 
explorada como um mecanismo de separação de substâncias, a eletroforese, 
que pode ser definida como o movimento de íons em um fluído sob a influência 
de um campo elétrico, promovendo o movimento das partículas dispersas (3) 
(4). 
A eletroforese é amplamente utilizada na bioquímica para a separação 
de ácidos nucleicos, aminoácidos, peptídeos, proteínas e nucleotídeos (5). 
Os tipos de eletroforese e suas descrições são: 
 
ELETROFORESE LIVRE 
 
 Ao invés de um meio mais viscoso, são utilizados eletrólitos livres. É 
constituída de dois tipos: a micro-eletroforese (utilizada para medir o potencial 
zeta de células) e a frente-móvel (utilizada para análise quantitativa de misturas 
complexas de macromoléculas, especialmente proteínas) (5) (6). 
 
5 
 
 
Figura 1: Esquema simples da eletroforese livre (11) 
 
 
ELETROFORESE DE ZONA 
 
 É a forma mais prevalente da eletroforese nos dias de hoje e utiliza 
meios de suporte estabilizantes. Divide-se nos seguintes tipos: 
 
o eletroforese em papel: é utilizado o papel de filtro para separação de 
substâncias com baixo peso molecular (como aminoácidos ou 
peptídeos) e para cálculo de pontos isoelétricos. Apresenta o ponto 
negativo de ser um processo lento (5) (6); 
 
 
Figura 2: Esquema simples de eletroforese em papel (8) 
 
6 
 
o eletroforese em acetato de celulose: o papel de acetato de celulose é 
uma evolução do papel de filtro, utilizado por ser quimicamente mais 
homogêneo e se tornar transparente. Apropriada para eletroforese de 
sacarídeos. Específica para análises clínicas como separação de 
glicoproteínas, lipoproteínas e hemoglobinas do sangue; (5) (6) 
 
 
Figura 3: Equipamentos para a eletroforese em acetato de celulose (9) 
 
o eletroforese em capilares: técnica relativamente recente em 
comparação eletroforese de gel em agarose. Há a possibilidade da 
separação das moléculas carregadas e as não-carregadas, é altamente 
eficiente e rápida, com pouco consumo de materiais. Traz, porém, a 
desvantagem da resolução nem sempre estar correta, devido à difusão 
aumentada de calor em função do pequeno tamanho do capilar. É 
utilizada para análises alimentícias, de farmacêuticos e de poluentes do 
meio-ambiente. O gel apresenta a vantagem de ser de fácil manuseio, e 
não desnatura as amostras, porém uma das desvantagens é a 
possibilidade do gel derrete (5); 
7 
 
 
Figura 4: Esquema simples de eletroforese em capilares (10) 
 
o eletroforese em gel: o gel de agarose é utilizado como suporte, e a 
técnica é utilizada para a separação de DNA, RNA e proteínas. É 
utilizada, primariamente, com fins analíticos, porém pode ser utilizada 
para purificar parcialmente moléculas, para uso em outros processos 
como espectometria de massa e sequenciação de DNA. (5) 
 
 
Figura 5: Eletroforese em gel (12) 
 
 
 
 
8 
 
II. DESCRIÇÃO EXPERIMENTAL 
 
A. VERIFICAÇÃO DA NATUREZA ELÉTRICA DE SUBSTÂNCIAS PURAS E 
EM SOLUÇÃO 
 
 No primeiro procedimento foram utilizados tubos de ensaios, estante, 
fonte de alimentação, esponja de aço e um eletrodo de cobre para realização 
do experimento. Primeiramente, os tubos de ensaio foram preenchidos com as 
soluções: 
1. Água destilada; 
2. Água destilada com uma ponta de espátula de sacarose dissolvida; 
3. Solução 0,1mol/L de ácido acético; 
4. Solução 0,1 mol/L de hidróxido de amônio; 
5. Solução de hidróxido de amônio, misturado com ácido acético; 
6. Solução 0,1 mol/L de cloreto de sódio. 
 Em seguida, usamos uma fonte de alimentação com corrente alternada, 
acoplada a um eletrodo de cobre, que foi previamente lixado e lavado de modo 
a retirar quaisquer resíduos quepudessem interferir na medida. Esse sistema 
apresenta uma lâmpada acoplada para verificar se houve passagem de 
corrente elétrica nas soluções a serem estudadas. Por fim, o eletrodo foi 
colocado em cada tubo de ensaio e analisou-se a passagem de corrente 
elétrica observando se a lâmpada incandescente acendeu ou não. 
 
B. ELETROFORESE 
 
Para o procedimento de eletroforese, foi montando o esquema abaixo: 
 
Figura 6: Experimento de eletroforese. As fotos foram tiradas em intervalos de 5 min. 
9 
 
Um pedaço de papel de filtro foi dobrado e embebido com solução de 
KNO3. As pontas dobradas do papel foram mergulhadas em béqueres contendo 
solução de KNO3. Nas extremidades da parte superior do papel, foram 
colocadas fitas de alumínio. Às fitas de alumínio foram presos jacarezinhos 
conectados ao sistema da fig. 7. Foi feita uma linha na parte superior do papel, 
por meio de um fio de linha, com uma mistura de soluções de KCrO4 (de cor 
amarelada) e de bis(etilenodiamina) de cobre (II) (de cor violeta). 
 
 
Figura 7: Esquema da fonte de tensão utilizada. 
O sistema da fig. 7, configurado para emitir corrente alternada, foi ligado 
à tomada da bancada (de 110V). Observou-se, então a migração da cor 
amarela em direção a uma das fitas de alumínio. 
 
C. TEMPERATURA DE FUSÃO DO NAFTALENO 
 
 Com o intuito de determinar o intervalo de temperatura de fusão do 
naftaleno, montou-se o dispositivo esquematizado na figura abaixo. Foi inserida 
uma quantidade de naftaleno em um tubo capilar e este foi afixado a um 
termômetro com uma fita de borracha. Ambos foram imersos em um béquer 
com água e aquecidos com um bico de Bunsen. 
 
 
10 
 
 
Figura 8: Esquema da montagem para estimar a temperatura de fusão do naftaleno. 
 
 
11 
 
III. DISCUSSÃO 
 
A. VERIFICAÇÃO DA NATUREZA ELÉTRICA DE SUBSTÂNCIAS PURAS E 
EM SOLUÇÃO 
 
 No primeiro processo experimental para verificar a natureza elétrica das 
substâncias, foi usado como parâmetro o acendimento ou não de uma lâmpada 
incandescente e observou-se a passagem de corrente elétrica nos compostos 
que sofrem ionização. 
 
Tabela 1 - Observação do acendimento de uma lâmpada com a inserção do eletrodo de cobre em cada solução. 
Solução Observação da lâmpada 
Água destilada Não acendeu. 
Água destilada com sacarose Não acendeu. 
0,1 mol/L de ácido acético 
3 2
( )CH CO H
 Acendeu com baixa intensidade. 
0,1 mol/L de hidróxido de amônio 
4
( )NH OH
 Acendeu com baixa intensidade. 
0,1 mol/L de 
3 2 4
CH CO H NH OH
 Acendeu com forte intensidade. 
0,1 mol/L de 
NaCl
 Acendeu com média intensidade. 
 
 
 Nas soluções de água destilada e água destilada com sacarose 
dissolvida, não houve passagem de corrente elétrica, pois não há formação de 
íons livres capazes de conduzir corrente elétrica devido às suas interações 
intra e intermoleculares. A água apresenta ligações covalentes entre seus 
átomos e ligações de hidrogênio entre suas moléculas, já a sacarose também 
apresenta ligações covalentes, mas sua interação com água é por meio de 
forças de London. Os tipos de ligação intramolecular citadas anteriormente 
caracterizam-se por compartilhamento de elétrons das nuvens eletrônicas, ou 
seja, sem prévia formação de íons. 
 As demais soluções, com exceção do ácido acético, apresentam 
compostos formados por ligações iônicas que se caracterizam por doação de 
elétrons de um metal para um ametal para atingir a estabilidade. A corrente 
12 
 
elétrica se dá pelo fluxo de elétrons o que é possível em uma solução de íons 
livres em que os átomos carregados eletricamente estão em movimento no 
soluto. Esses compostos ao sofrerem dissolução em água passa por ionização 
(separação da molécula em cátion ou ânion), como é descrito na figura 2. 
 O ácido acético é um composto orgânico formado por ligações 
covalentes, porém tem capacidade de sofrer ionização, permitindo assim a 
formação de elétrons livres e passagem de corrente elétrica. 
 O hidróxido de amônio, em alguns casos, pode sofrer dois tipos de 
ionização em que se separa em íons ou em amônia e água. Água também 
sofre ionização, mas essa forma é pouco estável e para atingir o equilíbrio 
químico, volta a sua forma molecular. 
 
( ) ( ) ( )
4 ( ) 4( ) ( )
4 ( ) 3( ) 2 ( )
3 ( ) ( ) 3 ( )
2 ( ) 3 ( ) ( )
aq aq aq
aq aq aq
aq l l
aq aq aq
l aq aq
NaCl Na Cl
NH OH NH OH
NH OH NH H O
CH COOH H CH COO
H O H O OH
 
 
 
 





 
Figura 9 - Equações de ionização. 
 
 Vale ressaltar, que neste procedimento também se deve considerar o 
estado do eletrodo como, por exemplo, se há resíduos de processos anteriores, 
se os seus terminais não estão em contato, a concentração da solução, 
estado/eficiência da fonte de correte alternada e diversos outros fatores que 
podem alterar os resultados. No caso do hidróxido de amônio, inicialmente a 
lâmpada não acendeu. Apenas foi observada a passagem de corrente elétrica 
quando os terminais do eletrodo foram aproximados um pouco mais. 
 
 
 
13 
 
B. ELETROFORESE 
 
 
 No experimento de eletroforese realizado constatou-se a separação de 
uma mistura constituída de K2CrO4 (de cor amarelada) e bis(etilenodiamina) de 
cobre (de cor violeta) após a passagem de uma campo elétrico pelo papel de 
filtro. 
 O papel foi utilizado como suporte para que ocorresse a eletroforese, 
mas poderia ter sido usado outro suporte como o gel de agarose. 
 Para compreendermos melhor o que está ocorrendo é preciso, 
primeiramente, estabelecer que a cor amarela da mistura é devido ao ânion 
cromato (7), e a cor violeta da mistura é devido ao bis(etilenodiamina) de cobre. 
Com isso em mente, podemos concluir que as espécies migram para eletrodos 
diferentes devido à carga das moléculas que pronunciam as cores da mistura, 
tendo o cromato carga negativa 2- e o composto de cobre carga positiva 2+. 
 A solução de KNO3 tem o papel de solução suporte, pois é incolor, e 
permite a melhor visualização dos resultados. Se quiséssemos, porém, 
recolher a amostra, teria de ser utilizado algum outro suporte, como gel.
C. TEMPERATURA DE FUSÃO DO NAFTALENO 
 
 Nesta experiência, foi constatado que o naftaleno fundiu-se a 
aproximadamente 
78 C
. A literatura registra um valor ligeiramente maior, 
80,26 C
. Como já mencionado anteriormente, características como a 
temperatura de fusão, ebulição, etc., estão diretamente relacionadas às 
ligações químicas entre as moléculas que formam as substâncias. O efeito do 
aquecimento é justamente o fornecimento de energia até que haja o suficiente 
para "quebrar" estas ligações que caracterizam o estado físico do material. 
 A diferença entre o resultado obtido e o número encontrado na literatura 
pode ser explicada porque o capilar com o naftaleno não estava 
necessariamente à mesma temperatura do bulbo do termômetro de modo que 
havia um gradiente de temperatura entre eles; outra explicação razoável é que 
14 
 
o naftaleno não fosse puro. Isto é possível porque houve uma variação 
pequena da temperatura durante a fusão. Também podemos atribuí-la à massa 
do naftaleno ser muito menor do que a massa da água contida no béquer. 
 
15 
 
IV. CONCLUSÃO 
 
 Nesta experiência, foram aplicados alguns procedimentos com o objetivo 
de evidenciar a importância das ligações químicas tanto no que se refere ao 
entendimento propriamente dito do modo que os átomos e substâncias 
interagem como no que tange à aplicação de técnicas específicas para 
determinada finalidade. Por exemplo, foi demonstrado que a eletroforese é 
extremamenteeficiente quando há necessidade de se separar substâncias 
cujos componentes são eletrólitos. 
 Foi observado o fenômeno da condutividade das soluções. Pôde-se 
inferir que o cloreto de sódio é o mais eficiente no que se refere à passagem de 
corrente elétrica; o ácido acético permite a passagem de corrente, mas nem 
tanto; e a sacarose e água destilada são não condutores de maneira que elas 
são classificadas, respectivamente, em eletrólitos fortes, fracos e não-
eletrólitos. Ao final do experimento, foi possível constatar que a passagem de 
corrente elétrica é proporcional ao número de íons livres em que a substância é 
capaz de se dissociar. 
 A estimativa da temperatura de fusão do naftaleno serviu para 
desenvolver a importante ideia de que os tipos de ligações químicas têm forte 
influência sobre as propriedades físicas das substâncias como a temperatura 
de fusão, ebulição, etc. 
 
 
 
16 
 
V. REFERÊNCIAS 
 
1 MARTINEZ, L. Condutividade de Soluções Iônicas. Unicamp. Campinas, p. 8. 2015. 
2 KOTZ, J. C.; JR., P. T. Química e Reações Químicas. 4. ed. [S.l.]: LTC, v. 1, 2002. 
3 CLARK, J. Learning outcome 11.2(a). Chemguide, ago. 2011. Disponivel em: 
<http://www.chemguideforcie.co.uk/section112/learninga.html>. Acesso em: 05 abr. 2017. 
4 ELECTROPHORESIS. Wikipedia. Disponivel em: 
<https://en.wikipedia.org/wiki/Electrophoresis>. Acesso em: 05 abr. 2017. 
5 PARMAR, P. Electrophoresis: Meaning, Definition and Classification. Biotechnology Notes. 
Disponivel em: <http://www.biotechnologynotes.com/electrophoresis/electrophoresis-
meaning-definition-and-classification-with-diagram/293>. Acesso em: 05 abr. 2017. 
6 ANA PAULA VIDIGAL, M. C. P. M. T. S. Electroforese em macro-moléculas. Universidade de 
Évora, 1998. Disponivel em: 
<http://materiais.dbio.uevora.pt/LBM/Foco/Electroforese/electrofores.html>. Acesso em: 05 
abr. 2017. 
7 CROMATO e dicromato. Wikipedia. Disponivel em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Cromato_e_dicromato>. Acesso em: 06 abr. 2017. 
8 BIOTECHNIQUES Den. Biochemistry Den. Disponivel em: 
<http://biotechniquesden.blogspot.com.br/2013/04/what-is-principle-procedure-and.html>. 
Acesso em: 06 abr. 2017. 
9 JOKOH. JOKOH. Disponivel em: <http://www.jokoh.com/e-history.html>. Acesso em: 06 abr. 
2017. 
10 INTRODUCTION to Capillary Electrophoresis. Prince Technologies. Disponivel em: 
<http://www.princetechnologies.eu/products/ce-systems/ce-technologies/ce-introduction/>. 
Acesso em: 06 abr. 2017. 
11 SZUSHEN HO, K. C. G. D. L. B. S. N. A. K. Free flow electrophoresis for the separation of CdTe 
nanoparticles. RSC Publishing, 2009. Disponivel em: 
<http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/jm/b820703h#!divAbstract>. Acesso em: 
06 abr. 2017. 
12 GEL electrophoresis. Wikipedia. Disponivel em: 
<https://en.wikipedia.org/wiki/Gel_electrophoresis>. Acesso em: 06 abr. 2017.