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INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 0 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE AAUULLAASS PPRRÁÁTTIICCAASS DDEE QUÍMICA GERAL CADERNO DE LABORATÓRIO INSTITUTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA - IET UNI-BH Profa. Dra. Ivana Lula 2014 Material adaptado a partir do original produzido pelo Prof. Adolfo Pimenta de Pádua (2007). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 1 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE SUMÁRIO ASSUNTO PÁGINA 1. Introdução Geral 02 2. Alguns Materiais Utilizados em Laboratório De Química Geral 04 3. Modelo De Relatório 06 4. Introdução Às Técnicas De Laboratório 07 5. Aquecimento e Medida De Temperatura 16 6. Teste da Chama 24 7. Determinação da Densidade da Gasolina 28 8. ESTEQUIOMETRIA: Decomposição Térmica do NaHCO3 33 9. Preparo de Soluções 36 10. Reações e Equações Químicas 40 11. Normas Gerais de Segurança 46 12. Tabela Periódica dos Elementos 47 ATIVIDADES ANTERIORES À AULA Leia todo o roteiro de prática Faça os exercícios de fixação Não chegue atrasado ao laboratório Não esqueça o jaleco ATIVIDADES POSTERIORES À AULA Faça o relatório quando solicitado Faça os exercícios complementares Reveja o relatório corrigido. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 2 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃO GERAL LABORATÓRIO O laboratório é um recinto construído especialmente para execução e experimentos. Ele deve apresentar instalações de água, gás e eletricidade e ser muito bem ventilado e iluminado. Um laboratório pode tornar-se um lugar muito perigoso caso haja o uso inadequado dos materiais e equipamentos nele existentes. A maior parte dos acidentes que podem ocorrer em um laboratório é provocada pelo desconhecimento de algumas regras básicas de segurança, por isso, é importante conhecer algumas dessas normas: 1. USAR: CALÇA COMPRIDA, SAPATOS FECHADOS* CABELOS PRESOS, JALECO DE ALGODÃO . *SAPATILHAS (QUE DEIXAM O PEITO DO PÉ DESPROTEGIDO) E SAPATOS DE SALTO ALTOS NÃO SERÃO PERMITIDOS. Usar óculos de proteção, luvas apropriadas e máscaras sempre que as situações assim o exigirem; lavar as mãos com freqüência durante o trabalho laboratorial e ao final do mesmo; proteger as feridas expostas e evitar o manuseio dos aparelhos elétricos com as mãos úmidas; 2. Ter sempre em mente que o laboratório é um local sério e de risco potencial; 3. Nunca trabalhar sozinho no laboratório; 4. Não correr nem brincar no laboratório; 5. Manter os acessos desimpedidos; 6. Não colocar livros, sacolas, ferramentas, etc. sobre as bancadas ou sobre os bancos; 7. Não comer, beber ou fumar no interior do laboratório devido ao perigo de contaminação com substâncias tóxicas e à presença de inúmeras substâncias inflamáveis; 8. Manter os extintores de incêndio em condições de uso; 9. Manter o local sempre limpo e organizado; 10. Fechar gavetas e armários logo após o uso; 11. Não se deve usar lentes de contato em laboratórios, principalmente nas aulas de química orgânica; 12. Recorrer sempre ao professor se algo irregular acontecer; 13. Nunca provar ou cheirar qualquer reagente químico sem autorização do professor; 14. Nunca introduzir pipetas sujas nos frascos de reagentes; 15. Nunca pipetar líquidos com a boca, usando para isto aparelhos apropriados, como a pêra (a única exceção é a água destilada); 16. Proteger o rótulo do frasco com a mão ao transferir um líquido, cuidando para não deixar escorrer; 17. Pesquisar as propriedades físicas e a toxidez das substâncias que serão utilizadas antes de iniciar o experimento; 18. Criar o hábito de ler atentamente o rótulo dos frascos antes de manusear qualquer substância para obter informações adicionais e tomar o conhecimento dos riscos e cuidados necessários na sua utilização; 19. Prestar muita atenção ao trabalho que está realizando; 20. Sempre ler as instruções do procedimento antes de iniciar o trabalho; 21. Nunca devolver reagentes que sobraram às garrafas de origem, coloque os refugos e sobras nos francos indicados para este fim; Itens obrigatórios para a participação nas aulas práticas INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 3 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 22. Manipular reagentes voláteis na capela; 23. Materiais que podem rolar, como pipetas, deve ser sempre colocados perpendicularmente à beirada da bancada; 24. Nunca aquecer solventes voláteis e inflamáveis, usar o banho-maria e, se possível, trabalhar na capela; 25. Nunca apontar a abertura do tubo de ensaio para um colega e nem olhar pela abertura se o tubo estiver sendo aquecido ou contiver água ou reagentes quentes; 26. Nunca aquecer reagentes em sistemas fechados; 27. Sempre que for necessária a diluição de um ácido concentrado, adicione-o lentamente e sob agitação sobre a água. Nunca faça o contrário. 28. Conhecer a localização dos materiais de segurança e saber usá-los, quando necessário; 29. Fechar cuidadosamente as torneiras dos bicos de gás após serem utilizados; 30. Nunca deixe frascos de reagentes abertos, após sua utilização; 31. Nunca deixe materiais próximos à beirada da bancada; 32. Se algum líquido for derramado no chão comunique imediatamente o professor para saber como limpá-lo; 33. Não jogar nenhum material sólido dentro de pias. Observar sempre a maneira correta de descartar as substâncias utilizadas ou obtidas em uma experiência; 34. Ao encerrar os trabalhos práticos, cabe ao aluno lavar a vidraria usada, colocar o material utilizado nos devidos lugares, verificar se as chapas, mantas e equipamentos utilizados estão desligados, bem como se os bicos de gás, registros e torneiras estão fechados. 35. Nos laboratórios e nos rótulos das embalagens de reagentes são utilizados símbolos de segurança, que têm a finalidade de informar e alertar sobre a existência de perigo. 36. Antes de iniciar qualquer experiência no laboratório, é importante familiarizar-se com os equipamentos disponíveis, conhecer seu funcionamento, indicação de uso e a maneira correta de manuseá-los. 37. As vidrarias e os aparelhos de laboratório são utilizados em montagens diversas destinadas à separação das substâncias que constituem as misturas. Para separas misturas homogêneas, são utilizados processos físicos que envolvem transformações físicas como a mudança de fase de agregação. O manuseio correto e a manutenção adequada de vidrarias e reagentes estão diretamente relacionados ao sucesso da experiência e à obtenção de resultados confiáveis. Normas para as Aulas Práticas O aluno que chegar atrasado não poderá assistir à aula. (Tolerância de 15 minutos) Casos excepcionais deverão ser discutidos com o professor INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 4 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Alguns Materiais utilizados em laboratório de Química Geral 1. Tubo de ensaio: utilizado principalmente para efetuar reações químicas em pequena escala. 2. Béquer: recipiente com ou sem graduação, utilizado para o preparo de soluções, aquecimento de líquidos, recristalizações. 3. Erlenmeyer:frasco utilizado para aquecer líquidos ou para efetuar titulações. 4. Kitasato: frasco de paredes espessas, munido de saída lateral e usado em filtrações sob vácuo. 5. Balão volumétrico: recipiente calibrado, de precisão, destinado a conter um determinado volume de líquido, a uma dada temperatura; utilizado no preparo de soluções de concentrações definidas. 6. Proveta: frasco com graduações, destinado a medidas aproximadas de volume de líquidos. 7. Bureta: equipamento calibrado para medida precisa de volume de líquidos. Permite o escoamento do líquido e é muito utilizada em titulações. Pipeta: equipamento calibrado para medida precisa de volume de líquidos. Existem dois tipos de pipetas: pipeta graduada (8) e pipeta volumétrica (9). A primeira é utilizada para escoar volumes variáveis e a segunda para escoar volumes fixos de líquidos. 10. Funil: utilizado na transferência de líquidos de um frasco para outro ou para efetuar filtrações simples. 11. Vidro de relógio: usado geralmente para cobrir béqueres contendo soluções e finalidades diversas. 12. Dessecador: utilizado no armazenamento de substâncias quando se necessita de uma atmosfera com baixo teor de umidade. Também pode ser utilizado para manter as substâncias sob pressão reduzida. Existem vários tipos. 13. Pesa-filtro: recipiente destinado à pesagem de sólidos. 14. Bastão de vidro: usado na agitação e transferência de líquidos. 15. Funil de separação: equipamento para separar líquidos não miscíveis. Existem vários modelos. Condensador: Equipamento destinado à condensação de vapores, em destilações ou aquecimento sob refluxo. Existem três tipos básicos, condensador reto ou liso (16), de bola (17) e espiral (18). O condensador de bolas é usado para refluxo, enquanto os outros modelos são mais utilizados em destilações. 19. Termômetro: Usado para medidas de temperatura. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 5 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Materiais de porcelana 20. Funil de Büchner: utilizado em filtrações por sucção, devendo ser acoplado a um kitasato. 21. Cápsula de porcelana: usada para efetuar evaporação de líquidos. 22. Cadinho: usado para calcinação de substâncias. 23. Almofariz (gral) e pistilo: destinados à pulverização de sólidos. Além de porcelana, podem ser feitos de ágata, vidro ou metal. Materiais metálicos 32. Tripé: usado como suporte, principalmente de telas e triângulos. 33. Bico de gás (Bunsen): fonte de calor destinado ao aquecimento de materiais não inflamáveis. 34. Banho de água ou banho-maria: utilizado para aquecimento até cerca de 100C. Cn Rg Ds 118 117 (293) Lv 116 115 (289) Fl 114 113 (277) INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 6 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE MODELO DE RELATÓRIO: Um relatório é um relato detalhado de um experimento científico, geralmente realizado em laboratório. Aprender a elaborar um relatório significa, antes de tudo, aprender a organizar dados, informações e resultados obtidos e transmiti-los de maneira correta, segundo os critérios científicos aceitos no mundo todo. Assim, o relatório faz parte do experimento. Devido à importância de se saber escrever bem dados científicos, o que também é de extrema importância para professores, após a realização de alguns experimentos desta disciplina, cada equipe de alunos elaborará um Relatório Cientifico. Este deverá ser entregue, no inicio da próxima aula prática, impreterivelmente. Nesse relatório deverão constar obrigatoriamente, e na seqüência indicada abaixo, os seguintes itens: 1- Capa: O nome da instituição, o nome dos autores, titula do experimento e local/data de realização do experimento. 2- Introdução: Compreende uma breve descrição do assunto central do experimento. Uma introdução pode conter também uma descrição teórica sobre o objeto em estudo extraído de livros textos relacionado ao assunto. 3- Objetivos: Parte do relatório onde são apresentados os objetivos específicos do experimento, ou seja, o que realmente se quer observar. Este item pode ser o ultimo parágrafo da introdução. 4- Parte Experimental 4.1- Materiais (Reagentes, Vidraria, Equipamentos) 4.2- Métodos (Descrição dos procedimentos) Deve conter uma descrição precisa e detalhada dos procedimentos utilizados, inclusive modificações que tenham sido feitas no roteiro, informando todos os dados importantes como qualidade dos reagentes, solventes, tempo, temperatura da reação, métodos de análise, etc. Deve conter uma lista dos materiais, instrumentos, reagentes e soluções utilizadas. 5- Resultados e Discussão Os resultados obtidos devem ser apresentados da forma mais clara e completa possível, na forma de tabelas, gráficos, equações químicas, cálculos etc. Os dados devem estar inseridos dentro de um texto, seguindo uma seqüência lógica e de fácil entendimento. Os resultados obtidos devem ser discutidos, ou seja, comentados pelos autores. Devem discutir possíveis fontes de erro, correlacioná-los com os dados obtidos, e, sempre que possível, comparar os resultados obtidos com os da literatura. 6- Conclusões: Constitui numa análise critica e resumida do trabalho todo tendo relação estreita com os objetivos propostos. Neste item deve ser verificado se os objetivos específicos foram atingidos, podendo-se ainda fazer proposições que levem a melhores resultados. 7- Exercícios de Fixação e Questões Extras 8- Referências Bibliográficas: Lista de livros ou obras de referência e artigos de revistas utilizados na confecção dos relatórios. O RELATÓRIO DEVE SER MANUSCRITO. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 7 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 01: INTRODUÇÃO ÀS TÉCNICAS DE LABORATÓRIO A execução de qualquer experimento químico envolve a utilização de uma variedade de equipamentos de laboratório, a maioria com finalidades específicas. A utilização de um determinado equipamento ou material depende dos objetivos e das condições em que a experiência será executada. Os resultados experimentais devem ser expressos corretamente, em uma linguagem técnica empregando unidades métricas adequadas. TRATAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS: MEDIDAS, EXATIDÃO e PRECISÃO: Medir é comparar a magnitude de uma grandeza com a magnitude de um padrão arbitrário (unidade de medida). O valor determinado para a grandeza é sempre afetado por erros. As fontes de incerteza são o aparelho utilizado, o sistema e o operador. A incerteza pode ser expressa pelo erro absoluto, erro relativo ou erro percentual: Erro absoluto = diferença entre o valor da grandeza e o da medida. Erro relativo = erro absoluto dividido pelo valor da medida. Erro percentual = erro relativo multiplicado por cem. Todas as medidas estão sujeitas a certo erro, podendo diferir dos valores de referência (X) e dos valores individuais (xi) entre si. Exatidão de uma medida é a correspondência entre o valor medido e o valor de referência. Precisão é a concordância entre varias medidas feita no experimento. 4 5 6 1098 Figura 1: Exatidão/Precisão Exatidão Elevada e Alta Precisão Exatidão Baixa e Boa Precisão Exatidão e Precisão Baixas Em uma série de n medidas repetidas da mesma grandeza física,os valores observados (xi) diferem uns dos outros e se situam dentro de uma faixa de dispersão, centrada em torno de um valor médio de X ( ), obtido pela média aritmética das medidas: A dispersão de um experimento é avaliada através de seu desvio padrão (s): O desvio padrão é utilizado para comparar a precisão dos resultados. Quanto menor o desvio maior a precisão. Para uma única medida o desvio é igual ao erro do aparelho (), que é fornecido pelo fabricante, e na ausencia deste dado, convencionalmente, o desvio é igual a metade da sensibilidade (S) do aparelho (metade da menor divisão). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 8 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Ex: Capacidade da bureta de um laboratório: V = 50 mL Graduação = 0,1 mL → (50,00 ± 0,05) ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS E NOTAÇÃO CIENTÍFICA Algarismos significativos são usados para exprimir a exatidão da medida. Os algarismos significativos são somente os dígitos permitidos pelo instrumento medidor. Quando os dígitos não são algarismos significativos? Os zeros usados em números menores do que um com a única finalidade de posicionar a vírgula e aqueles zeros que algumas vezes são colocados à esquerda da vírgula dos mesmos números (como no número 0,4) não são algarismos significativos. Ou seja: Em números menores do que 1, os zeros que aparecem entre a vírgula e o primeiro algarismo diferente de zero não são significativos; os zeros que aparecem depois dos algarismos diferentes de zero podem ser significativos dependo do aparelho utilizado para a realização da medida. Ex: (0,0039): dois algarismos significativos (0,3900): quatro algarismos significativos (30,0390): seis algarismos significativos Números com muito algarismos devem ser expressos preferencialmente em notação científica. Ex: 1250000 cm-1 1,25 x 106 cm-1 (sete algarismos significativos) 1250 cm-1 1,25 x 103 cm-1 (quatro algarismos significativos) MEDIDA DE VOLUME DE LÍQUIDOS A capacidade de um aparelho de medida de volume é o volume máximo de líquido que pode ser medido de uma só vez. Geralmente a capacidade está gravada no aparelho. Não use um aparelho de capacidade inferior ao valor da medida: medindo duas vezes erra-se mais. Não use aparelho com capacidade muito superior ao valor da medida: prefira um aparelho com capacidade igual ou ligeiramente superior. Os aparelhos denominados volumétricos (balão volumétrico e pipeta volumétrica) medem apenas o volume igual à capacidade do aparelho, porém com grande exatidão. São empregados principalmente em química analítica. O erro que afeta estes aparelhos deve ser determinado experimentalmente ou, o que é mais cômodo, consultando o catálogo do fabricante. Os aparelhos graduados (proveta, bureta e pipeta graduada) medem volumes iguais à capacidade do aparelho e frações da capacidade, de acordo com a escala. Os erros que afetam as medidas executadas nos aparelhos graduados podem ser calculados a partir da escala. Considera-se a metade da menor divisão da escala (desvio avaliado) como sendo o erro (máximo) que afeta as medidas executadas no aparelho. Para calcular o desvio avaliado (erro) de um aparelho graduado utilize a seqüência abaixo: 1. Determine o valor da menor divisão do aparelho; 2. Escolha um intervalo de volume do aparelho; 3. Conte o número de divisões existentes no intervalo; 4. Divida o volume escolhido pelo número de divisões; Obs: Muitos aparelhos já contém gravado o valor da menor divisão. 5. Calcule o desvio avaliado, que será considerado como o erro; 6. Divida a menor divisão por 2. Uma proveta cuja menor divisão é 1 mL terá um desvio avaliado de 0,5 mL e este será o erro atribuído a todas as medidas efetuadas nela. Portanto, os valores das medidas nela efetuadas, deverão ter, obrigatoriamente, 1 algarismo após a vírgula. O valor de uma medida pode ser afetado por erros do operador ou do aparelho de medida. Os erros do operador são minimizados se forem observados os cuidados abaixo: Os aparelhos de medida requerem limpeza esmerada para evitar que parte do líquido a ser vertido fique aderida às paredes; Devem ser lavados três vezes com pequenos volumes do líquido a ser medido, para evitar contaminação ou diluição; INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 9 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Os aparelhos de medida não devem ser secados em estufa, para que não fiquem descalibrados; Nas medidas de volume, considere o menisco inferior como referência. Se o líquido for fortemente colorido e isso não for possível, use o menisco superior; Faça as medidas colocando a marca da graduação, o menisco e seus olhos na mesma linha, para evitar erro de paralaxe. Menisco inferior para líquidos incolores Trabalho Prático – Parte 1: Objetivos: Conhecer a organização e o funcionamento do laboratório; conhecer as instalações do laboratório; conhecer os equipamentos e materiais do laboratório; conhecer as Normas Gerais de Segurança. Procedimento Experimental: 1- Apresentação do laboratório O professor apresentará: a) As informações sobre o curso prático, a rotina das aulas, as normas do laboratório, etc. b) O laboratório (instalações, organização, sistemas: elétrico, hidráulico, de gás, de exaustão, de segurança). c) Informações sobre Segurança no Trabalho (normas gerais de segurança e sistema de segurança do laboratório). d) Os aparelhos, equipamentos e materiais do laboratório. 2- Reconhecimento das instalações e equipamentos do laboratório pelos alunos Os alunos examinarão as instalações, os aparelhos e os materiais apresentados. a) Localize no laboratório: 1. O armário dos alunos (onde devem ser guardados os objetos pessoais volumosos). 2. O quadro de avisos (para divulgação de avisos, gabaritos, notas, etc.). 3. O chuveiro e o lavador de olhos (equipamentos de segurança). 4. A capela (para trabalhar com materiais voláteis). 5. A saída de emergência. b) Examine e identifique os equipamentos e materiais colocados nas bancadas dos alunos. 1. O bico de gás. 2. O reservatório de água destilada. 3. Os reagentes (adquiridos no comércio ou preparados no laboratório). 4. Os refugos (materiais resultantes das experiências nas aulas, para posterior recuperação, inativação ou descarte). 5. Aparelhos de medida de volume. 6. Materiais para aquecimento. 7. Bibliografia de química prática (catálogos, handbook, manuais). 8. Materiais diversos. c) Examine os equipamentos e os materiais apresentados na bancada lateral. 1. Montagem para filtração simples 2. Montagem para separação de líquidos imiscíveis. 3. Material para secagem. 4. Material para pesagem. 5. Material de segurança. Erro de paralaxe INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 10 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE d) Faça um desenho das seguintes vidrarias PIPETA GRADUADA PIPETA VOLUMÉTRICA BURETA PROVETA Exercícios de fixação 1. O que é um laboratório? 2. O que é um laboratório de ensino? 3. Por que os laboratórios têm que adotarnormas se segurança? 4. Quais são os procedimentos adotados o curso prático para promover a segurança nas aulas práticas? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 11 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Trabalho Prático – Parte 2: Objetivos: Determinar a maneira correta de realizar medidas em equipamentos e vidraria de uso corrente em trabalhos práticos e expressar corretamente estas medidas. Procedimento Experimental: a) Examine a proveta, a pipeta graduada e a bureta, nesta ordem. Para cada aparelho: determine a capacidade, a menor divisão e o desvio avaliado. A capacidade geralmente está gravada na parte superior do aparelho. A capacidade do aparelho não é uma medida e, portanto, deve ser anotada sem algarismos decimais. A menor divisão da escala muitas vezes vem gravada na parte superior do aparelho. O desvio avaliado é a metade da menor divisão da escala do aparelho. A menor divisão e o desvio avaliado, usualmente, são anotados com um único algarismo significativo. Aparelho Capacidade Menor divisão Desvio avaliado Proveta Pipeta graduada Bureta b) Suponha que, em cada aparelho, tenha sido feita uma medida igual à sua capacidade. Escreva o valor das medidas com o número correto de algarismos e a unidade, de acordo com o desvio avaliado do aparelho, mas sem explicitá-lo. O número de algarismos decimais do desvio avaliado define o número de algarismos decimais do valor da medida. Medida igual à capacidade Proveta Pipeta graduada Bureta 2- Os aparelhos volumétricos: a) Examine o balão volumétrico e a pipeta volumétrica. Anote a capacidade e o erro dos aparelhos. Aparelho Capacidade Erro Medida Balão volumétrico Pipeta volumétrica b) Suponha que, para cada aparelho, tenha sido feita uma medida igual à sua capacidade. Escreva, na coluna Medida o valor das medidas com o número correto de algarismos e a unidade, sem explicitar o erro. 3- Medidas com a proveta: a) A um béquer, adicione, usando a proveta, o volume de liquido correspondente à metade da capacidade da proveta. Anote o valor do volume na tabela. Volume Proveta INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 12 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4- Medida com a pipeta volumétrica: Caso a pipeta disponível em sua bancada esteja molhada, antes de usar, faça ambiente. O procedimento será demonstrado pelo professor. a) Coloque o liquido em um béquer pequeno para ser pipetado. b) Transfira do béquer pequeno para um béquer de 250 mL, usando a pipeta volumétrica, o volume de água correspondente à capacidade da pipeta volumétrica. Anote o valor do volume na tabela. As medidas devem ser expressas com o número de algarismos, de acordo com o erro do aparelho. Volume (pipeta volumétrica) 5- Medidas com a bureta: Anote os dados nas tabelas. Antes de usar a bureta, faça “ambiente”. a. Encha uma bureta com a solução incolor, retire o ar do bico e abra a torneira até que a parte inferior do menisco da água coincida com o traço zero. b. Transfira, para um béquer, usando a bureta, o volume de líquido correspondente à metade da capacidade da bureta. As medidas devem ser expressas com o número de algarismos decimais, de acordo com o desvio avaliado do aparelho. Volume bureta c. Lave a bureta e faça ambiente com uma solução de KMnO4. d. Repita os procedimentos descritos nas letras (a) e (b) para a solução de KMnO4. Volume bureta Qual a principal diferença entre as medidas feitas nas letras (b) e (c)? 6- Medidas com o balão volumétrico: 1. Encha com água um balão volumétrico até o traço de referência. Qual é o volume de água contido no balão? Anote este volume com o número correto de algarismos, de acordo com o erro do balão. 2. Transfira a água do balão para um béquer. Observe a quantidade de água que ficou retida no interior do balão. Apenas pela observação, pode-se saber com exatidão o volume da água que ficou retida no balão? Considerando a observação anterior, pode-se saber com exatidão o volume de água transferido para o béquer? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 13 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Considere as observações anteriores, o valor do volume medido inicialmente e conclua: o balão volumétrico mede com exatidão o líquido contido ou o líquido transferido? Use o valor do volume contido no balão (item a) e as respostas acima para redigir uma explicação sobre a utilização dos balões volumétricos. COMENTÁRIO: O balão volumétrico é utilizado principalmente em preparações de soluções: “ ... complete o volume com o solvente.” Não é correto utilizá-lo para transferir líquido. Exercícios complementares: Parte 01: 1. Por que se deve trabalhar de jaleco no laboratório? 2. Por que é importante conhecer as instalações e as normas de funcionamento do laboratório? 3. O que é uma “capela”? Qual é a sua utilidade? 7 INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 14 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4. Como é obtida e onde é armazenada a água destilada, usada no laboratório? 5. O que são “refugos”? Quais são os destinos dos "refugos”? Parte 02: 1. Qual são a sensibilidade e o desvio avaliado de uma régua cuja menor divisão é 0,1 cm? 2. Entre as seguintes medidas qual é a mais precisa e a menos precisa? Justifique sua resposta (a) (1,0 ± 0,1) mL (b) (2,00 ± 0,01) mL (c) (9,8 ± 0,5) mL 3. Foram feitas cinco medidas para a determinação da massa, com uma aproximação razoável, de certo material. O mesmo equipamento e a mesma técnica foram utilizados na realização das medidas: (a) m1 = 21,25 kg (b) m2 = 21,24 kg (c) m3 = 21,27 kg (d) m4 = 21,27 kg (e) m5 = 21,22 kg 4. Com base nas medidas efetuadas qual deve ser o valor mais provável da massa (m) do material considerado? 5. Dentre béquer, bureta, proveta, e pipeta volumétrica, cite o (s) aparelho (s) que: a) Não deve (m) ser usado (s) para medir b) Pode (m) medir vários volumes com grande exatidão c) Mede (m) um único volume d) Mede (m) transferindo o líquido INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 15 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 6. Examinando o catálogo do fabricante, verificou-se que um balão volumétrico de 250 mL apresenta um desvio de 0,12 mL. Expresse corretamente o volume que o balão pode medir, usando algarismos significativos e a unidade. 7. Calcule o desvio avaliado e expresse, corretamente, o valor de uma medida igual a vinte mililitros, efetuada nos seguintes aparelhos: a) proveta cuja menor divisão é 2 mL b) proveta cuja menor divisão é 1 mL 8. Expresse, corretamente, o volume de dez e meio mililitros, medidos em uma bureta cuja menor graduação é 0,1 mL. 9. Considereos seguintes aparelhos, com 25 mL de capacidade: balão volumétrico, béquer, bureta, pipeta graduada, pipeta volumétrica e proveta. a) qual aparelho não é indicado para medir com boa exatidão? b) quais aparelhos medem o líquido vertido? c) quais são adequados para medir 20,00 mL? d) quais podem medir 20 mL? 10. Calcule e expresse, corretamente, o resultado das seguintes operações. a) 25,00 mL + 31,2 mL + 9 mL = b) 444 g - 22,2 g = c) 20 m 4.000 s = d) 2,0 g/ml x 2,220 mL = 11. Calcule o desvio relativo e o desvio percentual das medidas abaixo relacionadas. Desvio relativo Desvio percentual a) (1,00 0,05) g b) (50,0 0,5)mL c) (20,00 0,05) mL d) (1.000 1) kg 12. Através dos desvios relativos e percentuais, escolha a medida mais exata. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 16 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 02: AQUECIMENTO E MEDIDA DA TEMPERATURA Uma maneira simples de se obter calor no laboratório é queimando gás de cozinha num bico de gás. O gás de cozinha ou gás liquefeito de petróleo (GLP), utilizado como combustível no bico de gás, é uma mistura gasosa onde predominam o propano (C3H8) e o butano (C4H10). Quando a combustão do gás consome a quantidade suficiente de ar, ela é completa: produz dióxido de carbono (CO2), água e a máxima quantidade de energia possível. Se a quantidade de ar for insuficiente, a combustão será incompleta, e haverá produção adicional de monóxido de carbono (CO), fuligem (C(s) ) e vários outros produtos, além de reduzir a produção de calor. O monóxido de carbono é tóxico. O bico de gás funciona como os queimadores de gás de um fogão doméstico: possui válvulas para abrir e fechar a passagem do gás e válvulas para o controle do fluxo de gás e de ar. Deve-se sempre trabalhar com o bico de gás regulado. Para regulá-lo, abra ou feche as entradas de gás e de ar, até obter a chama ideal, que é azulada. Nunca acenda um bico de gás perto de materiais inflamáveis. Se você tem cabelos longos, prenda-os. Deve-se ter sempre cuidado com materiais aquecidos, para evitar queimaduras. Vazamentos de gás são perigosos e podem ser descobertos por detectores ou pelo cheiro. Em caso de vazamento: não acenda fogo, feche as válvulas de gás, ligue o sistema de exaustão e abra as portas e janelas. Em caso de incêndio: use o extintor. É importante nunca se esquecer, no final do trabalho, de fechar todas as válvulas do sistema de gás. O aquecimento de líquidos requer cuidados. Quando o aquecimento é feito lenta mente, as correntes térmicas homogeneízam a temperatura em toda a amostra. Se o aquecimento for rápido, uma região do líquido pode se superaquecer, ocorrer vaporização de parte do líquido e ocorrer projeção do material. A tela de amianto colocada sob um béquer, onde se aquece água, espalha o calor evitando que uma região do fundo do recipiente sofra superaquecimento. As pérolas de vidro movimentando-se no meio de um líquido em aquecimento mistura o líquido quente com o líquido frio. Também se pode evitar o superaquecimento agitando o líquido com um bastão de vidro. A difusão do calor pelas correntes térmicas é a maneira natural de a temperatura do líquido ser homogeneizada. Quando a pressão de vapor de um líquido iguala-se à pressão atmosférica, ele entra em ebulição. O líquido e o vapor entram em equilíbrio térmico e a temperatura permanece constante, como você irá comprovar. A temperatura mede o estado de aquecimento de um corpo (muito ou pouco quente). Ela é uma propriedade intensiva: não depende da massa do corpo. É a temperatura que nos dá a sensação de quente ou frio. Ela é uma medida da energia cinética média do material que constitui o corpo. Existem várias maneiras de se medir a temperatura. Nas nossas aulas, usaremos os termômetros de mercúrio (líquido prateado) ou de álcool (líquido vermelho). Os termômetros de vidro são frágeis e, portanto, devem ser manuseados com cuidado. NUNCA USE O TERMÔMETRO PARA MEDIR UMA TEMPERATURA MAIOR QUE A SUA CAPACIDADE. PARA REDUZIR A TEMPERATURA QUE O TERMÔMETRO MARCA, NÃO BALANCE O TERMÔMETRO, COLOQUE O BULBO (PARTE INFERIOR DO TERMÔMETRO) SOB A ÁGUA DA TORNEIRA OU ÁGUA FRIA. Exercícios de fixação: 1. Quais são os principais constituintes do gás liquefeito de petróleo? 2. Quais são as diferenças entre combustão completa e incompleta? 3. Quais são os inconvenientes da combustão incompleta? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 17 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4. Qual é o principal cuidado que se deve ter ao trabalhar com o bico de gás? 5. Como proceder no caso de vazamento de gás e em caso de incêndio? 6. Como se pode evitar o superaquecimento de líquidos? 7. O que é temperatura? 8. Cite dois cuidados que se deve ter ao utilizar um termômetro. Objetivos: Manusear o bico de gás; aquecer líquidos; manusear o termômetro; observar a ebulição; traçar gráficos. Procedimento Experimental: 1 - O manuseio do bico de gás Atenção: não abra demasiadamente as válvulas ao acender o bico de gás. Afaste os objetos e materiais inflamáveis do bico de gás. Se você tem cabelos compridos, prenda-os. Não ligue o bico de gás debaixo do termômetro ou da garra que está presa ao suporte metálico. a) Localize as válvulas de saída de gás na bancada e na sua mesa. b) Examine o bico de gás e localize os controles de ar e de gás. c) Acenda o bico de gás. d) Regule a chama. e) Desligue o bico de gás fechando a válvula da mesa e, depois, a válvula do bico. 1.1. Descreva como se liga corretamente o bico de gás. 1.2. Descreva como se regula a chama do bico de gás. 2 - Aquecimento e medida da temperatura de ebulição da água a) Retire o termômetro da garra e examine sua escala. 2.1. Qual é a temperatura máxima que o termômetro pode medir? 2.2. Qual é a temperatura mínima que o termômetro pode medir? 2.3. Qual é o valor da menor divisão da escala? 2.4. Qual é o valor do desvio avaliado? O desvio avaliado é a metade da menor divisão da escala. O desvio avaliado é o erro que será atribuído às medidas efetuadas com esse termômetro. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 18 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE b) Faça a montagem para aquecimento, conforme a figura a seguir. Montagem para o aquecimento c) Coloque cerca de 100 mL de água destilada em um béquer. d) Prenda o termômetro no suporte, calçando a garra com um anel de borracha ou uma rolha, de maneira que o seu bulbo (parte inferior) fique imerso na água. Não encoste o termômetro no fundo ou nas paredes do béquer. A garra que prende o termômetro não deve cobrir a região que marca 100 ºC. e) Meça a temperatura da água, sem tirar o termômetro dela. (Este será o ponto zero da curva) Anote a temperatura da água usando o número correto de algarismos e a unidade. f) Coloque 5 ou 6 pérolas de vidro ou pedaços de porcelana no béquer. Acenda o bico de gás e aqueça o béquer. g) Observe as pérolas de vidro, a formação de bolhas de ar e as correntes térmicas, durante o aquecimento. h) Acompanhe o aquecimento do sistema anotando os dados de temperatura na tabela (intervalos de tempo fixos de 30 segundos). i) Quando a temperatura quando esta estabilizar acompanheo aquecimento por mais três minutos. j) Desligue o bico de gás, fechando as válvulas da mesa e depois a válvula do bico de gás. Resultados: 1. Descreva o que você observou durante o aquecimento da água. 2. De que são constituídas as bolhas que aparecem na água, no inicio do aquecimento? 3. De que são constituídas as bolhas que se desprendem da água em ebulição? 4. Escreva a equação química correspondente à vaporização da água. 5. Compare o valor encontrado para a temperatura de ebulição da água com o valor esperado (100°C a 1 atm). Explique a discrepância de valores. 6. Com os dados obtidos durante o experimento construa um gráfico mostrando a variação da temperatura (eixo Y) em função do tempo (eixo X). Discuta o resultado obtido INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 19 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Tabela: TEMPO (SEG) TEMPERATURA ( 0 C) TEMPO (SEG) TEMPERATURA ( 0 C) 20 GRÁFICO: 21 Discussão de Resultados: Exercícios complementares: 1. Para acender um bico de gás é mais correto: a) Abrir a válvula do gás e acender o fósforo. b) Acender o fósforo e abrir a válvula. 2. Para regular a altura da chama e, a seguir, regular a sua cor, deve-se: a) Regular a entrada de ar e, depois, a entrada de gás. b) Regular a entrada de gás e, depois, a entrada de ar. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 22 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 3. Qual é o tipo de material químico que é perigoso estar próximo de um bico de gás em funcionamento? 4. Como se reconhece que um bico de gás, em funcionamento, não está regulado? 5. Como se regula um bico de gás para evitar a combustão incompleta? 6. Cite alguns produtos indesejáveis da combustão incompleta. 7. Qual é o inconveniente do superaquecimento de líquidos? 8. Como a tela de amianto e as pérolas de vidro evitam o superaquecimento? 9. Por que o bulbo do termômetro não deve encostar-se ao fundo ou nas paredes do béquer? 10. Porque, durante a ebulição, a temperatura permaneceu constante? 11. Suponha que o gás de cozinha seja constituído apenas de butano (C4H10(g)). a) Escreva a equação balanceada da combustão completa do butano, supondo que este reaja com o oxigênio (O2(g)) do ar produzindo apenas gás carbônico (CO2(g)) e água (H20(l)). b) Supondo que a reação produza apenas monóxido de carbono (CO(g)) e água, escreva a equação balanceada dessa combustão incompleta. c) Supondo que os produtos da reação sejam apenas fuligem (C(s)) e água, escreva a equação balanceada dessa combustão incompleta. 12. Compare as quantidades de oxigênio consumidas em cada reação e relacione a quantidade de oxigênio consumida com a combustão completa e a incompleta. ANEXO: AQUECIMENTO E VARIAÇÃO DE TEMPERATURA (MATERIAL ADICIONAL) O bico de gás é uma fonte rápida e intensa de calor no laboratório. Somente determinadas vidrarias podem ser aquecidas diretamente na chama (tubos de ensaio, cadinho de porcelana), outras poder ser aquecidas INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 23 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE indiretamente, empregando-se um banho-maria, contido, por exemplo, num béquer (termômetro) e outras nunca devem ser aquecidas (provetas, pipetas, buretas, balões volumétricos). BICO DE BUNSEN O bico de Bunsen foi inventado por Robert Wilhelm Bunsen em 1965. É utilizado em laboratório com a finalidade de produzir calor através da combustão. Para que ocorra a combustão é necessária a reação entre o combustível e o comburente. O combustível usado no laboratório é o gás comum de rua ou G.L.P (propano, C3H8 e butano, C4H10) e o comburente o oxigênio do ar atmosférico. Desta reação temos como produtos o gás carbônico (CO2), o monóxido de carbono (CO), vapor d’água e calor. Quando as quantidades dos componentes da combustão é estequiométrica, isto é, não existe excesso de nenhum deles, obtém-se a maior quantidade de calor da reação. Qualquer componente da reação sem reagir, rouba o calor da reação, abaixando o poder calorífico da chama. O bico de bunsen é constituído de: base (local por onde entra o combustível); anel (controla a entrada de ar – comburente) e corpo (onde ocorre a mistura dos componentes da combustão). Como vemos na figura, com o anel de ar primário parcialmente fechado, distinguimos três zonas da chama: a) Zona Externa: Violeta pálida, quase invisível, onde os gases francamente expostos ao ar sofrem combustão completa, resultando CO2 e H2O. Esta zona é chamada de zona oxidante. b) Zona Intermediária: Luminosa, caracterizada por combustão incompleta, por deficiência do suprimento de O2. O carbono forma CO o qual se decompõem pelo calor, resultando em diminutas partículas de C que, incandescentes dão luminosidade à chama. Esta zona é chamada de zona redutora. c) Zona Interna: Limitada por uma “casca” azulada, contendo os gases que ainda não sofreram combustão. Dependendo do ponto da chama a temperatura varia, podendo atingir 1560 ºC. Abrindo-se o registro de ar, dá-se entradade suficiente quantidade de O2 (do ar), dando-se na região intermediária combustão mais acentuada dos gases, formando, além do CO, uma maior quantidade de CO2 e H2O, tornando assim a chama quase invisível. Os procedimentos básicos, na operação correta do bico de Bunsen são: 1 – Fechar o anel de entrada do ar primário (combustão incompleta). 2 – Abrir moderadamente a válvula do gás. 3 – Acender a chama. 4 – Abrir o anel de ar primário e ajuste a cor da chama regulando a entrada de ar (uma chama azul tendo um cone interno é a mais adequada). Para desligar: 5 – Fechar a entrada de ar primário. 6 – Fechar a válvula do gás. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 24 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 03: TESTE DA CHAMA De acordo com o modelo atômico proposto por Bohr, o átomo é representado por camadas ou níveis de energia. O elétron, no átomo de Bohr, descreve uma órbita circular ao redor do núcleo sem ganhar ou perder energia. Bohr propôs que ao receber energia o elétron fica excitado, passando da sua camada para outra camada mais energética, e quando a fonte de energia é retirada o elétron retorna a camada de origem, liberando esta energia sob a forma de luz. Figura 01: Modelo atômico de Bohr Assim, os átomos excitados de um determinado elemento, ao voltarem ao seu estado fundamental, emitem radiação que, quando decomposta, constitui um espectro de linhas característico e único do elemento químico. Este espectro de linhas, chamado de espectro atômico funciona como uma impressão digital do elemento químico. Figura 02: Espectro Eletromagnético A análise espectral é o conjunto de técnicas que permitem a identificação dos elementos químicos constituintes de uma amostra através da análise dos espectros obtidos. A maioria destas técnicas de análise espectral tem como pré-requisito a excitação dos átomos da amostra a analisar. O processo de excitação pode ser obtido por: - elevação de temperatura (teste de chama); - descarga elétrica através de uma amostra gasosa e rarefeita; - ação da radiação eletromagnética. Uma técnica analítica simples para identificar elementos químicos presentes numa amostra é o teste de chama também conhecida como análise elementar por via seca. E = h E = h INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 25 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE O teste de chama então, se baseia no fato de que elétrons de determinados átomos excitados na chama do bico de gás emitem uma radiação visível característica do elemento, ao retornarem aos estados energéticos de origem. Essa radiação serve para caracterizar, por exemplo, elementos como Na, K, Li, Ca e Sr que possuem energia de excitação baixa e também para dosá-los por um método de análise chamado espectrofotometria de chama. Outra aplicação importante dessa característica dos elementos e a Absorção Atômica. Nesse tipo de técnica os elementos são vaporizados em uma chama na qual se faz passar um feixe luminoso produzido por uma lâmpada especial constituída pelo próprio elemento em estudo. Os átomos vaporizados absorverão somente as radiações características dele. Estas radiações são registradas graficamente na forma de um espectro de absorção. A absorção do elemento é então comparada com a absorção de padrões de concentrações conhecidas. Na absorção atômica quase todos os metais são dosados mesmo em pequenas quantidades, tornando esse método um dos mais importantes na identificação de metais. OBJETIVOS: Verificar a coloração da chama provocada pela presença de alguns íons metálicos. Material e Reagentes: Fósforo Bico de Bunsen Alça de Platina Solução de HCl 3M Água Destilada Béquer Tubos de Ensaio Suporte Soluções Problema PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Limpeza da alça 1 - Coloque em um tubo de ensaio um pequeno volume de HCl(aq) e no outro, água destilada. 2 - Mergulhe a alça metálica no acido e leve a chama aquecendo ate o rubro. Repita a operação usando água destilada e em seguida ácido, água, etc., até que não se observe nenhuma coloração diferente da original da chama. Neste caso, a alça estará completamente limpa de íons interferentes. Teste com as soluções escolhidas 1 - Coloque em tubos de ensaio algumas gotas das soluções escolhidas, uma de cada vez. 2 - Introduza a alça metálica, completamente limpa, na solução a ser testada e depois leve a alça a chama do bico de gás. 3 - Anote os dados na tabela própria 4 - Compare os resultados com os da literatura INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 26 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Tabela 01: Cores características de alguns elementos no teste de chama Símbolo Nome Cor Símbolo Nome Cor As Arsênio Azul P Fósforo Verde turquesa B Boro Verde Pb Chumbo Azul Ba Bário Verde Rb Rubídio Vermelha Ca Cálcio Laranja para vermelho Sb Antimônio Verde pálido Cs Césio Azul Se Selênio Azul celeste Cu(I) Cobre(I) Azul Sr Estrôncio Vermelho carmesim Cu(II) Cobre(II) (não- haleto) Verde Te Telúrio Verde pálido Fe Ferro Dourada Tl Tálio Verde puro K Potássio Lilás Zn Zinco Verde Turquesa Li Lítio Magenta Mg Magnésio Branco brilhante Mo Molibdênio Verde amarelado Na Sódio Amarelo intenso 1. Registre as cores observadas na tabela abaixo: Tabela 02: Resultados Observações Adicionais: Amostra Cor da Chama Íon 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 27 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Questões: 1) Por que as cores observadas no teste de chama são características de cada elemento? 2) Com base apenas nas cores das chamas você pode identificar corretamente os elementos presentes em cada solução? Quais são os possíveis erros neste tipo de análise? 3) O teste de chama tem validade na análise da composição qualitativa de minerais? E quantitativa? 4) Com base nas respostas das questões acima elabore uma discussão de resultados e uma conclusão para o experimento realizado, seguindo o modelo utilizado para um relatório prático. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 28 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 04: DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE E DO TEOR DE ÁLCOOL EM AMOSTRAS DE GASOLINA A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos líquidos, inflamáveis e voláteis, derivados do petróleo. Além de ser utilizada como combustível em motores de combustão interna é também usada como solvente, na indústria, para óleos e gorduras. A densidade (relação massa/volume) da gasolina está relacionada à sua composição química, ou seja, a variação de aromáticos, isoparafinas, naftalenos, olefinas, oxigenados e outras substâncias. A gasolina padrão tem uma densidade aproximadamente de 0,75 (g/mL), e a gasolina adulterada apresenta, em geral, uma densidade menor, devido à adição de compostos orgânicos de menor densidade. Nesta práticaserá realizado um experimento simples para determinar a densidade em amostras de gasolina, também iremos determinar o teor de álcool, verificando se as mesmas estão dentro das especificações recomendadas pelos órgãos fiscalizadores (20-25 % de etanol anidro). Densidade de alguns materiais (g/mL) Açúcar 1,59 Cortiça 0,50 Ouro 19,3 Papel 0,7-1,15 Água 1,0 Chumbo 11,34 Granito 2,5-3,1 Vidro 2,4-2,8 As massas serão determinadas em uma balança elétrica, que deve ser manipulada com todo cuidado: Sempre zere uma balança antes de efetuar uma pesagem. Nunca ultrapasse sua capacidade. Não pese pós ou líquidos diretamente no prato; use um recipiente adequado. Em caso de derramamento, limpe imediatamente a balança. Terminada a operação, desligue a balança. Observações: Os aparelhos de medida de volume que você utilizar devem estar limpos e secos. Lave-os com três pequenas porções do líquido a ser medido (fazer ambiente) antes de usá-lo, para evitar contaminação ou diluição. As águas de lavagem não devem ser reaproveitadas. Coloque-as no frasco de refugo. Exercícios de fixação: 1) O que é "densidade" de um corpo? 2) Quais são os dados necessários para se determinar à densidade de um corpo? 3) O valor da densidade pode ser utilizado para distinguir materiais? 4) Quem é mais pesado: um litro de ouro ou um litro chumbo? 5) Quem ocupa maior volume: 1 kg de açúcar ou 1 kg de vidro? 6) Quais são os principais cuidados que se deve ter ao usar uma balança? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 29 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Objetivos: Determinar a densidade e o teor alcoólico em amostras de gasolina Utilizar a balança e os aparelhos volumétricos. Procedimento Experimental: 1- Determinação da densidade em uma amostra de gasolina a) Examine a balança. Anote na tabela abaixo a sua capacidade e o erro que afeta as medidas de 0 a 40g e de 40 a 400g. capacidade erro (até 40 g) erro (40-400 g) Balança b) Pese um béquer de 50 mL e anote sua massa na tabela abaixo. Anote com todos os algarismos fornecidos pela balança. (Aguarde instruções, no texto, para preencher as outras colunas da tabela). Béquer Béquer + líquido Massa do Líquido Massa c) Examine a pipeta e determine: a menor divisão e o desvio avaliado. Anote os valores na tabela abaixo. (O volume do líquido será anotado posteriormente). Menor divisão Desvio Avaliado Volume do Líquido Pipeta d) Coloque pequena porção da gasolina em outro béquer pequeno. Lave o béquer e a pipeta graduada com gasolina. Adicione 10 mL do líquido, medidos com a pipeta graduada, ao béquer pesado anteriormente. Para medir 10 mL encha a pipeta até o traço correspondente a 0 mL e deixe escoar o líquido até o traço correspondente a 10 mL. Anote o volume do líquido na tabela anterior.(letra c) O valor da medida deve ser expresso com o número de algarismos de acordo o desvio avaliado. e) Pese o béquer com o líquido e anote a massa na segunda tabela, (letra b). Anote todos os algarismos fornecidos pela balança. f) Calcule a massa do líquido: (Anote a massa do líquido na segunda tabela, letra b). g) Cálculo da densidade: INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 30 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 2- Determinação do teor de álcool em amostras de gasolina a. Adicione 25 mL de gasolina em uma proveta (50 mL). b. Em seguida, adicione 25 mL de água na mesma proveta c. Agite a mistura heterogênea formada com bastão de vidro durante 1 minuto. d. Após a nítida separação entre as fases, registre o volume da fase aquosa. O volume da fase aquosa, inicialmente 25 mL, sofre um aumento após a mistura com a fase orgânica. A percentagem de etanol presente na gasolina pode ser calculada a partir desse aumento do volume da fase aquosa. Volume inicial de gasolina Volume inicial de água Volume final da solução aquosa (água + álcool) Cálculo Resultado C%= [(V (água+álcool) – Vi (água))/ Vi (gasolina)] x 100 Onde: C % = Percentagem de teor alcoólico; V(água +álcool ) = Volume final de álcool + água; Vi(água) = Volume inicial da água; Vi( gasolina) = Volume inicial da gasolina. Exercícios complementares: 1) Por que um aparelho volumétrico deve ser lavado com o líquido a ser medido, antes de ser usado? 2) Explique por que não se deve: a. Pesar um sal diretamente no prato de uma balança; b. Pesar um objeto cuja massa seja maior que a capacidade da balança. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 31 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 3) Calcule as densidades: a. 40,0 mL pesam 20 g b. 40.000 L pesam 20.000 kg. e. Qual densidade foi determinada com maior exatidão? Por quê? 4) A densidade do chumbo é 11,34 g/mL. Calcule: a) A massa de 1,00 L de chumbo: 5) 1 mol de oxigênio pesa 32 g e ocupa o volume de 22,4 L, calcule: a. A densidade do oxigênio em g/L b. A densidade do oxigênio em g/ml c. A densidade do oxigênio em kg/L d. A densidade do oxigênio em kg/ml 6) Por que o álcool foi extraído pela água? 7) É possível separar o querosene (mistura de hidrocarbonetos, que são substâncias apolares) de uma mistura querosene-gasolina colocando-a em contato com água (substância polar)? Por que? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 32 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 05: ESTEQUIOMETRIA DE REAÇÃO O bicarbonato de sódio (fermento de cozinha) é estável à temperatura ambiente. Porém, quando aquecido, observa-se o desprendimento de vapores, o que se interpreta como consequência da decomposição do bicarbonato: NaHCO3 (s) → Produtos Propõem-se, para essa decomposição, duas reações estequiométricas que justifiquem os fatos observados, isto é, desprendimento de gás e formação de um resíduo sólido. Ao continuar o aquecimento, chega um momento em que cessa o desprendimento de vapores, o que parece indicar que a reação terminou, quando então o peso do resíduo deveria permanecer constante por mais que se aquecesse. 1ª Hipótese: NaHCO3 (s) → NaOH (s) + CO2 (g) (1) 2ª Hipótese: 2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g) (2) Ao observar as reações acima, nota-se que os produtos são diferentes. Ao analisar os gases, verifica-se que na segunda hipótese ocorre a presença de H2O (g), ausente na primeira hipótese. Se não houver presença de água nos vapores, a primeira hipótese pode ser excluída. A dúvida pode ser sanada, colocando sobre a boca do béquer uma placa metálica ou um vidro de relógio, onde o vapor de água poderá ser condensado: o que efetivamente acontece. Estas observações, suficientes para excluir a primeira hipótese, não comprovam a reação 2 e, assim, continua-se a análise comparando os resíduos sólidos. É fácil concluir que, como os produtos sólidos são diferentes, os respectivos resíduossólidos também o serão. Mais precisamente, segundo a primeira hipótese, para cada mol de NaHCO3 , ou seja, 84 g de NaHCO3 , o resíduo sólido seria um mol de NaOH ou seja 40 g. Usando os dados de massa molar, temos: 1ª Hipótese NaHCO3 (s) → NaOH (s) + CO2 (g) NaHCO3 = (23 + 1 + 12 + (3x16)) = 84 g/mol NaOH = (23 + 16 + 1) = 40 g/mol, Enquanto que, na segunda hipótese, cada dois moles de NaHCO3 (2 x 84 g) deveriam formar um mol de Na2CO3 , ou seja 106 g. 2ª Hipótese 2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g) 2 moles de NaHCO3 = 2 x 84 = 168 g/mol Na2CO3 = ((2 x 23) + 12 + (3 x 16)) = 106 g/mol Portanto a relação: calor INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 33 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Se partíssemos de 5 gramas de NaHCO3 , por exemplo, segundo os cálculos acima deveríamos obter, uma vez terminada a reação (1): e, segundo a reação (2): Objetivo: Avaliar a decomposição térmica do bicarbonato de sódio com base em cálculos estequiométricos. Materiais: NaHCO3 béquer pinça e/ou garra Bastão de Vidro balança Bico de Bunsen Tripé Tela de amianto Procedimento Experimental: 1. Pesar o béquer vazio e anotar o peso. ① 2. Colocar aproximadamente 4 g da NaHCO3 no béquer, pesar e anotar o peso. 3. Levar o béquer ao fogo por 15 minutos. Agitar todo o tempo com o auxílio de um bastão de vidro. 4. Deixar esfriar. 5. Pesar e anotar o peso. ② 6. Fazer o cálculo da relação: resíduo/massa original (tabela em Resultados). ③ 7. Comparar com o resultado esperado pelas duas hipóteses iniciais e decidir qual das duas realmente ocorre. ④ 8. Levar o béquer ao fogo por mais 5 minutos, esperar esfriar e pesar novamente. ⑤ Montagem: INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 34 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Resultados: ①Metodologia - Item 2 1. Peso do béquer vazio = g 2. Peso do béquer + amostra = g 3. Diferença = g = Massa da Amostra ②Metodologia - Item 5→ Após o aquecimento: 1. Peso do béquer + amostra (após aquecimento) = g 2. Peso do béquer = g 3. Diferença = g = Massa de Resíduo ③Metodologia - Item 6 ④ Escrever a equação química que descreve a reação do processo. ⑤Metodologia - Item 8 → Após o aquecimento: 1. Peso do béquer + amostra (após aquecimento) = g 2. Peso do béquer = g 3. Diferença = g = Massa de Resíduo Discussão de Resultados: ⑥ Comparar os resultados dos itens ② e ⑤. Os resultados apresentam alguma diferença? No caso de uma resposta positiva, explique qual a razão da diferença observada. ⑦ Escreva a equação final do processo INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 35 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE ⑧ Quais são as possíveis causas de erro no experimento realizado? ⑨ Proponha uma metodologia diferente para a avaliação da decomposição do bicarbonato de sódio. Exercícios de Fixação: 1. O que é mol ? 2. Como determinar a partir de uma quantidade de massa o número de mols? 3. Como é feito o calculo da mossa molecular de um composto? 4. Faça o balanceamento da equação abaixo. HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O 5. Qual quantidade de matéria (mol) contida em 66,2 g de Pb(NO3)2 6. Determine quantos mols de KI são necessários para reagir com 66,2 g de Pb(NO3)2. 7. Escreva a equação balanceada que descreve a reação entre o KI e o Pb(NO3)2, levando a formação de PbI2 e KNO3 INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 36 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE EXPERIMENTO 06: PREPARO DE SOLUÇÕES Muitas substâncias são mais facilmente manipuláveis quando estão dissolvidas. Por isso, as soluções líquidas são comuns nos laboratórios e merecem, neste curso, atenção especial. As soluções são misturas homogêneas formadas por dois ou mais constituintes. Geralmente, o constituinte que confere forma física à solução ou que está em maior proporção é denominado solvente e os demais solutos. Quimicamente uma solução é representada pela fórmula do soluto, o solvente (entre parênteses) e, finalmente, acrescenta-se o valor da sua concentração. NaOH (aq) 10% = solução aquosa de hidróxido de sódio I2 (alcóolico) 2,0 g/L = solução alcoólica de iodo NaHCO3 (aq) 0,100 mol/L = solução aquosa de bicarbonato de sódio A quantidade relativa do soluto em uma solução é expressa pela concentração. Nessa prática, usaremos apenas a concentração em grama por litro e a concentração percentual: g/L: A concentração em gramas por litro refere-se à massa do soluto (em gramas) existente em 1 L de solução. % v/v: A concentração percentual em volume por volume refere-se ao volume do soluto líquido existente em 100 mL da solução. Dissolução é o processo de incorporar o soluto no solvente, formando um sistema homogêneo. A técnica de dissolução mais simples é a agitação do soluto no solvente. A preparação das soluções envolve, geralmente, as seguintes etapas: a) Medir a massa ou o volume calculado do soluto; b) Dissolver o soluto, através da agitação, em uma pequena quantidade do solvente, contida num béquer; c) Transferir, quantitativamente, a solução para o aparelho de medida de volume; d) Completar o volume com o solvente; e) Homogeneizar a solução, por agitação; Observações: As soluções de concentrações rigorosas devem ser preparadas usando balão volumétrico; As soluções de concentrações aproximadas podem ser preparadas usando proveta. Se a solução apresentar impureza sólida, esta deve ser eliminada através de filtração. As soluções são classificadas como moleculares ou iônicas, de acordo com a dissociação do soluto. Nas soluções moleculares o soluto não sofre dissociação e a solução é constituída de moléculas do soluto e do solvente. Ex. I2 (aq) (moléculas de água e iodo), C6H12O6 (aq) (moléculas de água e glicose). Nas soluções iônicas, o soluto está dissociado em íons: 1) Os sais, no estado sólido, são constituídos por íons e em solução encontram-se dissociados. Exemplo: NaCl (aq): íons sódio (Na +) e íons cloreto (Cl –(aq) ) 2) Os ácidos sãoconstituídos por moléculas que sofrem ionização e dissociação quando estão em solução. Exemplo: HNO3 (aq): íons hidrônio (H + (aq) e íons nitrato (NO3 (aq)). 3) Os hidróxidos são iônicos e em solução estão dissociados. Exemplo: NaOH (aq) : íons hidroxila (OH (aq) e íons sódio (Na + (aq)). Conhecer a composição de soluções iônicas e soluções moleculares tem importância do ponto de vista teórico e prático. Nesta aula você preparará as soluções de sulfato de cobre II e de amônia, fará diluição do álcool e uma filtração simples. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 37 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Filtração: Dobra e corte do papel de filtro Papel de filtro no funil Exercícios de fixação: 1) O que é uma "solução"? 2) O que é "concentração"? 3) O que é: concentração g/L, % m/v e % m/m? 4) O que é "dissolução"? 5) Em termos de constituição, qual é a diferença entre soluções iônicas e moleculares? 6) Quando a proveta pode ser utilizada, como aparelho de medida, na preparação de uma solução? 7) Como se pode eliminar uma impureza sólida de uma solução? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 38 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Objetivos: Conhecer a constituição de soluções iônicas e soluções moleculares; Efetuar cálculos de concentração; Preparar soluções; Executar filtração simples. Procedimento Experimental: 1- Preparação de 30 mL de etanol 70 % v/v O álcool comum (álcool etílico, etanol, CH3CH2OH) é um líquido incolor, inflamável, de ponto de fusão – 114ºC, ponto de ebulição 78,5 ºC, higroscópico, solúvel em água e em vários solventes orgânicos. A concentração das soluções alcoólicas é expressa, também, em graus GL (Gay Lussac), que corresponde à concentração % v/v. A mistura a 70 % v/v é usada em assepsia. a) Verifique no rótulo a concentração do álcool que será utilizado para fazer a mistura 70 % v/v. b) Calcule o volume de álcool necessário para fazer a mistura 70% v/v, a partir do álcool fornecido. Utilize a fórmula da diluição para fazer o cálculo.: C.V = C’.V’ c) Meça em uma proveta de 50 mL o volume de álcool e adicione água até completar o volume pretendido. d) Misture com um bastão de vidro e transfira a mistura para um frasco rotulado. Agite o frasco. Escreva a equação de dissolução do etanol líquido em água. e) Considerando que o etanol não sofre dissociação em água, classifique esta “solução” como iônica ou molecular. 2- Preparação de 100 mL de solução 50 g/L de sulfato de cobre II, a partir do sulfato de cobre anidro impuro. O sulfato de cobre II é comercializado como sal pentahidratado (CuS04.5H20), de cor azul. O anidro (CuSO4) é um sólido branco. É usado como germicida e fungicida porque o íon Cu2+ é tóxico para organismos inferiores - daí seu uso para controlar algas em piscinas, e pulverizar árvores e frutas. a) Anote o nome, a fórmula e a pureza do reagente indicado pelo professor e que será utilizado para preparar a solução. b) Cálculo da massa do soluto puro necessária à preparação da solução. c) Considerando a impureza do soluto, calcule a massa de sulfato de cobre anidro e impuro (CuSO4). Esta será a massa do CuSO4 impuro que deve ser usada para preparar a solução. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 39 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE d) Num béquer de 100 mL, limpo e seco, meça a massa calculada. (Na pesagem, tare o béquer: ligue a balança, coloque o béquer na balança e aperte tara). e) Adicione cerca de 50 mL de água destilada e agite com o bastão de vidro, até a dissolução completa do sal. Escreva a equação da dissolução do soluto: sulfato de cobre anidro sólido e água, produzindo solução de sulfato de cobre (CuSO4 (aq) ) . Escreva a equação de dissociação do soluto: solução de sulfato de cobre, produzindo os íons cobre (Cu2+(aq)) e sulfato (SO4 2- (aq) ). f) Transfira quantitativamente a solução para um balão de 100 mL. g) Usando um frasco lavador, complete o volume até o traço de referência e homogeneíze a solução. Para homogeneizar, tampe o balão, inverta-o e agite-o. Repita a operação várias vezes. h) Se a solução não estiver translúcida, filtre-a em papel de filtro para um béquer limpo e seco. i) Transfira a solução para um frasco rotulado, limpo e previamente lavado com pequenas porções da solução. Considerando que o CuSO4 dissocia-se completamente em solução aquosa, classifique a solução como iônica ou molecular → Exercícios complementares: 1) Por que na preparação da solução de CuSO4 pode-se usar proveta ou balão volumétrico de 100 mL como aparelho de medida? 2) Calcule a concentração em % m/v da solução de sulfato de cobre preparada. 3) Calcule para uma solução de glicose que contém 20 g do soluto em 200 mL de solução: a) a concentração em g/L; b) a concentração em % m/v c) massa de glicose existente de 4,0 L da solução; d) o volume de solução que contém 0,50 g de glicose INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET 40 Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE balanceando balanceando EXPERIMENTO 07: REAÇÕES E EQUAÇÕES QUÍMICAS A transformação ou reação química é o fenômeno de uma (ou mais de uma) substância transformar-se em outra (ou outras) substância, como acontece, por exemplo, na queima da madeira. As propriedades do sistema são alteradas durante uma reação, pois substâncias são criadas e outras são destruídas. A variação das propriedades do sistema é uma indicação de que está ocorrendo transformação química. São evidências de reação: mudança de cor, alteração de temperatura, emissão de luz, formação ou dissolução de sólido em solução, liberação de gases, etc. A transformação física diferencia-se da transformação química pelo fato de não ocorrer mudança na natureza das substâncias, como acontece na fusão do gelo e na dissolução do açúcar em água. Às vezes, é difícil classificar um fenômeno como físico ou químico. As equações químicas descrevem as transformações utilizando as fórmulas químicas das espécies que participam do processo e os símbolos + e . Uma equação química deve ser balanceada. O balanceamento consiste em colocar números (coeficientes) antes de cada fórmula química, de tal maneira que o número de cada tipo de átomo dos reagentes seja igual ao dos produtos. O ferro sólido ...................................... Fe (s) Fe (s) reage com ............................................ + + solução aquosa de ácido clorídrico, ..... HCl (aq) 2HCl (aq) produzindo .......................................... solução de cloreto de ferro II ............... FeCl2 (aq) FeCl2 (aq) e .......................................................... + + gás hidrogênio .................................... H2