Prévia do material em texto
EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Estudo dos Gases Nº 01 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Água destilada Suporte universal Garra com mufa Bureta 25 mL Proveta 10 mL Pedaço de papel alumínio Vidro de relógio Balança analítica Pedaço de fio de cobre Elástico Béquer 500 mL NaOH 12 mol/L Termômetro Tubo de vidro aberto nas laterais Rolhas plásticas Algodão Luvas nitrílicas Hidróxido de amônio P.A. Ácido Clorídrico P.A. Capela - 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade Aproximadamente 0,0030g 1 Unidade 1 Unidade - - 1 Unidade 15 mL 1 Unidade 1 Unidade 2 Unidades - 1 Par - - 1 Unidade 1. Introdução O estado gasoso é o estado mais simples, e ao mesmo tempo, o mais caótico da matéria. Nesse estado, as substâncias se tornam compressíveis por aplicação de uma simples força externa, ou pelo abaixamento da temperatura; ou ainda se expandem indefinidamente até preencherem todo o volume do recipiente que as contém. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Leis tiradas da observação direta, como as de Boyle e de Charles, estabelecem que para uma amostra de gás constituída de certo número de moléculas há três grandezas mensuráveis, ou variáveis, que são matematicamente relacionadas entre si: volume (V), pressão (P) e temperatura (T). As relações existentes entre essas variáveis servem de base para a equação de estado: P. V = n. R. T Onde: R = Constante universal para os gases N= Número de moles da substância. Essa equação supõe o Princípio de Avogadro, que estabelece que volumes iguais de gases, a uma mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. Os gases difundem-se facilmente, e são capazes de atravessar as paredes porosas de recipientes, através de movimentos de efusão. Como as energias cinéticas médias das moléculas gasosas só dependem da temperatura, segue-se que as moléculas mais leves movimentam-se mais rapidamente que as pesadas, em igualdade de condições. Tanto a difusão como a efusão gasosa são descritas quantitativamente pela lei de Graham, que estabelece que numa dada temperatura, as velocidades de efusão e difusão são inversamente proporcionais à raiz quadrada de suas densidades ou de seus pesos moleculares. As leis citadas são rigorosamente válidas apenas para o gás ideal, no qual as moléculas se comportam como se fossem pontos móveis, que não exercem atrações mútuas. Para gases reais, entretanto, essas relações não se aplicam com exatidão. Assim, quando se calcula P, V, T e n para um gás real, na suposição que ele age como um gás ideal, os valores teóricos e os valores observados não concordam rigorosamente. Em geral, um gás real desvia-se, cada vez mais acentuadamente do comportamento de um gás ideal, na medida em que a temperatura é abaixada e a pressão aumentada. Isso porque os espaços livres EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia entre as moléculas se tornam menores e as interações entre as moléculas gasosas começam a ser mais significativas. 2. Objetivo Observar propriedades do estado gasoso através de reação com formação de um gás e reação entre gases; Coletar e medir o volume de um gás gerado numa reação; Demonstrar e aplicar a lei dos gases ideais e a de misturas gasosas (lei de Dalton); Demonstrar e aplicar a lei de difusão de Graham; Comparar os dados obtidos experimentalmente com dados teóricos. 3. Procedimento experimental O procedimento experimental desse roteiro/edital de prática será realizado em duas partes. 3.1. Lei dos gases e misturas gasosas – Reação do Al com o NaOH Coloque água destilada na bureta e escorra uma parte para preencher a parte embaixo da torneira da bureta. Em seguida, deixe preenchida somente a parte não graduada (correspondente a altura VB da Figura abaixo). Coloque uma proveta de 10 mL embaixo da bureta e deixe escoar somente a quantidade de água da parte não graduada. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Leia na proveta o volume de água que saiu da parte não graduada da bureta (VB = _______ mL) Pegue um pedaço de papel alumínio com cerca de 0,0030g Pese a fita e anote a massa de Al que reagirá com o NaOH 12 mol/L (m = _______ g) Prenda em um elástico um fio de cobre de aproximadamente 10 cm de comprimento Prenda o pedaço de papel Alumínio ao fio de cobre, que está preso no elástico, e amarre na parte de cima da bureta EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Coloque água em um béquer de 500 mL até ¾ do volume Coloque 15 mL de NaOH 12 mol/L na bureta e complete com água destilada até a borda Introduza o fio de cobre, que segura o papel alumínio, dentro da bureta, de modo que não solte. A bureta deve estar completamente cheia, de maneira que, ao introduzir o dedo, derrame um pouco de líquido Imediatamente, cubra a extremidade da bureta com o dedo, inverta o tubo, mergulhando-o na água contida no béquer e fixe com uma garra, presa a um suporte (ver figura abaixo) Encoste a bureta bem próxima do fundo do béquer. A solução de hidróxido de sódio, que é mais densa que a água, descerá, reagindo com o alumínio. Espere até que todo o alumínio seja consumido. (A abertura permite a saída de líquido da bureta. Esse líquido está sendo substituído pelo gás hidrogênio, que por sua vez está subindo no interior da bureta). EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Depois que a reação cessar (não houver mais vestígio do papel alumínio), levante a bureta até que a extremidade de baixo da bureta coincida com a superfície livre da água do béquer. Meça o volume de hidrogênio que está no interior da bureta (VA + VB), sendo VA o volumede gás medido na parte graduada da bureta: VA = _______ mL VB = _______ mL (medido anteriormente) VT = VA + VB = _______ mL Meça a temperatura da água no béquer, que é também a temperatura do hidrogênio recolhido no interior da bureta (converta-a de graus Celsius em Kelvin): T =_______ °C T = t + 273,15 = _______ K Para obtermos a pressão do hidrogênio, devemos considerar que: a) Ao nivelarmos a bureta com a superfície livre do líquido que está no béquer, fez-se com que a pressão de dentro da bureta (PB) se igualasse à pressão atmosférica (Patm): PB = Patm= _______ mmHg b) Na bureta, há uma mistura de hidrogênio e vapor de água. Calcule a pressão de hidrogênio no gás coletado usando a lei de Dalton: EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia PB = PH2O + PH2 Considerando que, na temperatura ambiente, a pressão do vapor de água é aproximadamente 17,5 mmHg. Então: PH2 = PB - 17,5 = _______ mmHg Reúna os dados obtidos: P = _______ mmHg; V =_______ mL; T = _______ K Calcule a quantidade de matéria de gás hidrogênio obtido, levando em conta a quantidade de matéria de papel alumínio pesado. A equação química da reação é: 2 NaOH + 2 Al + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2↑ Use a equação dos gases, PV= nRT, para calcular o volume (VT) de H2(g) que deveria obter teoricamente no experimento. Compare o valor do volume teórico calculado acima com o achado experimentalmente. Calcule o erro percentual do seu experimento: VT ----- 100% V ----- x % A diferença entre 100% e x corresponde ao erro percentual. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 3.2. Lei de difusão de Graham Monte o sistema mostrado na figura abaixo, o qual consiste de um tubo de vidro limpo e seco preso a um suporte por meio de uma garra, onde estão adaptadas duas rolhas nas extremidades. Retire dois chumaços de algodão e embeba um dos pedaços com hidróxido de amônio concentrado e o outro pedaço com ácido clorídrico concentrado. Atenção: manipular o hidróxido de amônio e o ácido clorídrico na capela. Coloque os chumaços de algodão, simultaneamente, um em cada extremidade dos tubos e vede o tubo com as rolhas. Inicie a contagem do tempo, desde o início da colocação das rolhas até o momento em que aparecer um pequeno "anel branco", indicando que os dois gases entraram em contato, interrompa a contagem de tempo nesse momento. Meça com uma régua, a distância que percorreu o gás NH3 e a distância que percorreu o gás HCl, até o “anel branco”. Tabele os resultados dos tempos obtidos e das distâncias percorridas pelos gases. Calcule as velocidades de difusão dos dois gases e expresse o resultado como a média aritmética dos três experimentos. Calcule a relação entre as velocidades da amônia e do gás clorídrico a partir dos dados experimentais. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Calcule, agora, a relação entre as velocidades da amônia e do gás clorídrico, usando a lei de Graham. A seguir, compare com aquela obtida experimentalmente calculando o erro percentual do seu experimento. 4. Referências E. Giesbrecht et al.; Experiências de Química: técnicas e conceitos básico; Ed. Moderna; São Paulo, 1982; p 46. J.B. Russel; Química Geral; McGraw-Hill; São Paulo, 1981. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1. Lei dos gases e misturas gasosas – Reação do Al com o NaOH EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.2. Lei de difusão de Graham EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Estudo das soluções Nº 02 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: Instruções e observações: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Balança Espátula Sulfato de potássio Água destilada Balão volumétrico 25 mL Bequer 50 mL Bastão de vidro Ácido Clorídrico P.A. Pipeta Pasteur 1 ou 3 mL Frasco de vidro com tampa, Cloreto de bário Placa de aquecimento Papel filtro (Filtração lenta) Argola com mufa Funil simples Placa de Petri Balão de 1 Unidade 2 Unidades - - 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 20 Gotas 1 Unidade 1 Unidade - 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1. Introdução Uma solução é uma mistura homogênea de um soluto (substância sendo dissolvida) em um solvente (substância que efetua a dissolução). As soluções são encontradas em quaisquer dos três estados físicos, sendo que as soluções mais familiares estão no estado líquido, especialmente aquelas nas quais a água é o solvente. As propriedades de uma solução dependem fortemente das quantidades relativas de solutos e solventes presentes. Estas são descritas citando-se a EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia concentração do soluto, que nos diz quanto de soluto está presente por certa quantidade de solvente ou solução. As mais importantes unidades de concentração são: concentração em massa, porcentagem massa/volume, porcentagem em massa, concentração mol/L, fração molar e molalidade. Os sistemas químicos são classificados em homogêneos e heterogêneos. No entanto, esta distinção nem sempre é nítida. Entre estas duas categorias existe uma intermediária que é o estado coloidal. Uma solução coloidal ou simplesmente coloide é uma dispersão onde as partículas têm tamanhos médios compreendidos entre 1 e 100 nanômetros(nm). Em uma solução coloidal, as partículas dispersas são pequenas para serem visualizadas individualmente. Além disso, as partículas dispersas de um coloide não se sedimentam, nem podem ser separadas por filtração comum. Os diferentes tipos de coloides incluem o sol (dispersão de partículas sólidas em um líquido), a emulsão (dispersão de gotas de um líquido em outro líquido) e os aerossóis (partículas sólidas ou gotas de um líquido dispersas em um gás- fumaça e nevoeiro). 2. Objetivo Preparar soluções aquosas. Reagir as duas primeiras e isolar um produto da reação que precipita na forma de sólido. A massa do precipitado será determinada para que se possa calcular o rendimento da reação. 3. Procedimento experimental OBS: Faça os cálculos antes de ir para a prática e preparar as soluções. 3.1. Preparo de uma solução de K2SO4 2,5 % (m/v) em meio ácido: Pese a quantidade de sólido necessária para o preparo de 25 mL da solução. Dissolva o sólido em um béquer com pequena quantidade de água. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Transfira a mistura para balão volumétrico de 25 mL e complete o volume. Lave o béquer várias vezes com pequenas porções de água (2 a 3 mL) e vá adicionando toda as soluções resultantes para o balão volumétrico. Lave também o bastão de vidro e transfira a solução resultante para o balão volumétrico. Adicione ao conteúdo do balão 20 gotas de ácido clorídrico concentrado empregando uma pipeta Pasteur. Homogeneíze, coloque a solução em um frasco de vidro com tampa devidamente identificado. 3.2. Preparo de uma solução de BaCl2 0,2 mol/L: Calcule a quantidade de massa necessária do sal cloreto de bário em um béquer de 100 mL limpo e seco. Proceda de forma semelhante à preparação da solução de K2SO4 2,5 % acima, porém NÃO ADICIONE O ÁCIDO CLORÍDRICO A ESTA SOLUÇÃO. 3.3. Relação entre as soluções: Aqueça a solução 1 sobre uma chapa de aquecimento. Retire o béquer da chapa logo que perceber que a solução entrou em ebulição. Adicione a solução 2 em pequenas porções (de cerca de 1 mL) sob constante agitação com um bastão de vidro. Tome cuidado para não se queimar e nem perder solução para fora do béquer durante a agitação. Observe o que acontece quando se adiciona a solução 2 à solução 1. Após misturar as duas soluções, deixe em repouso por alguns minutos até que a mistura esfrie. Pese a massa do papel de filtro e proceda a filtragem do sólido formado para a separação do sobrenadante com papel de filtro de filtração lenta. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Coloque o papel filtro com o sólido formado em uma placa de Petri identificada. Deixe o sólido secar em temperatura ambiente em local recomendado pelo professor. OBS: A pesagem do sólido será realizada na próxima aula prática laboratorial 3.4. Preparo de HCl 1,0 mol/L Título do HCl concentrado é 37 % (v/v) e a sua densidade é 1,19 g/Ml. Calcule o volume de ácido necessário para preparo de 50 mL de uma solução 1,0 mol/L. Prepare a solução. Homogeneíze e identifique a solução. Reserve para a próxima aula prática de Volumetria de Neutralização para padronizá-la. 4. Discussão dos Resultados Apresente os cálculos e o procedimento detalhado para o preparo de cada solução e na reação de precipitação, faça os cálculos da quantidade de sólido estimada caso você tivesse 100% de rendimento. 5. Referências E. Giesbrecht et al.; Experiências de Química: técnicas e conceitos básico; Ed. Moderna; São Paulo, 1982; p 46. J.B. Russel; Química Geral; McGraw-Hill; São Paulo, 1981. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1. Preparo de uma solução de K2SO4 2,5 % (m/v) em meio ácido 3.2. Preparo de uma solução de BaCl2 0,2 mol/L EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: Filtração 3.4. Preparo de HCl 1,0 mol/L EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Volumetria de neutralização Nº 03 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Suporte universal Garra com mufa Bureta 25 mL Erlenmeyer de 125 mL Pipeta volumétrica de 5mL Hidróxido de Sódio 0,5 m.L-1 Ácido Clorídrico 1 m.L-1 Fenolftaleína 0,01 m.L-1 (Solução alcoólica) Biftalato de potássio Água Destilada 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 40 mL aproximadamente 15 mL 5 a 6 Gotas 0,1 mg - 1. Introdução A volumetria de neutralização baseia-se na reação de combinação dos íons hidrogênio e hidróxido com a formação de água. Com soluções padrões ácidas podem ser titulados substâncias de caráter alcalino, com soluções padrões alcalinas são tituladas substâncias de caráter ácido. O reagente titulante é sempre um ácido forte ou uma base forte. A volumetria de neutralização também inclui as chamadas titulações de deslocamento, em que o ânion de um ácido fraco é deslocado de seu sal mediante titulação com ácido forte ou, então, o cátion de uma base fraca é deslocado de seu sal mediante titulação com uma base forte. Comumente, o ponto final, na volumetria de neutralização é identificado com o auxílio de indicadores de pH. Esses indicadores são substâncias EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia orgânicas fracamente ácidas ou básicas, que mudam gradualmente de coloração dentro de uma faixa de pH relativamente estreita, chamada zona de transição. Na análise titulométrica, chama-se curva de titulação uma representação gráfica que mostra como varia o logaritmo de uma concentração crítica com a quantidade de solução titulante adicionada.A curva de titulação pode ser traçada com dados práticos ou teóricos. A forma da curva varia consideravelmente com a concentração dos reagentes e o grau com que se completam as reações. 2. Objetivos Conhecer o princípio da volumetria da neutralização e verificar, experimentalmente, a concentração de uma solução padronizada. 3. Procedimento experimental O procedimento experimental desse roteiro de prática será realizado em duas partes. 3.1. Padronização de uma solução NaOH 0,50 mol L-1 com biftalato de potássio, (KHC8H4O4) Usar o biftalato de potássio (PM = 204,23 g/mol) previamente seco em estufa a 110ºC por 2 h. Pesar exatamente entre 1,15 e 1,35 g de biftalato de potássio diretamente num erlenmeyer seco (anotando até 0,1 mg). Adicionar cerca de 20 mL de água destilada e agite até a dissolução completa do sal. Juntar duas gotas da solução de fenolftaleína. Certificar-se que a bureta esteja limpa e sem vazamento antes de preenchê-la com a solução que será utilizada na titulação. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Lavar e preencher com a solução de NaOH e verifique se não há bolhas (se houver, remova-as!). Acertar o volume no zero. Começar a adição da solução de NaOH no erlenmeyer, sob agitação. Se ficar solução de NaOH nas paredes do erlenmeyer, lave com água destilada (com auxílio de um pissete) e continue a adição de NaOH. O aparecimento de uma leve coloração rosada na solução do erlenmeyer, que persista por mais de 30 s, indica o final da titulação. Registre na tabela o volume da solução de NaOH consumido. Esse volume será utilizado no cálculo da concentração. Observações: Fique atento a vazamentos e bolhas. Não prossiga a titulação nestes casos. Não adicione mais indicador que o recomendado. Isso causará erro no volume de ponto final. Não adicione solução padronizada de NaOH em excesso, tornando o titulado intensamente rosa. A viragem é um tom levemente róseo! 3.2. Padronização de uma solução HCl 1,0M Usar um erlenmeyer de 125 mL de capacidade, coloque 5mL de solução HCl a ser padronizada, juntamente com 3 a 4 gotas de indicador fenolftaleína. Transfererir aa solução de HCl usando pipeta volumétrica de 5mL de capacidade. Erlenmeyer mbif(g) VNaOH(mL) MNaOH 1 2 3 4 MNaOH = EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Encher a bureta de 25 mL de capacidade com solução padronizada de NaOH 0,5M, tomando os cuidados com vazamentos e bolhas. Não se esquecer de ambientar a bureta. Efetuar a titulação, gota a gota, até que a fenolftaleína indique o ponto de viragem, dado pelo aparecimento de uma leve coloração rósea, que persista por 30 segundos. Anotar o volume gasto. Realizar o procedimento três vezes. Registrar os dados na Tabela. 4. Referências HARRIS, Daniel C. Análise Química Quantitativa. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, c2005. 48p. ISBN 85-216-1423-3 OHLWEILER, Otto A. Química Analítica Quantitativa, 3ª Ed. Vol. 2, 3a Ed., Rio de Janeiro, Livros Técnicos e Científicos, 1982 SKOOG, A.D., WEST, D., HOLLER, F.J., CROUCH, R.S., Fundamentos de Química Analítica, 8 ed., Norte Americana. São Paulo: Pioneira Thomsom Learning, 2006. Erlenmeyer VHCl (mL) VNaOH(mL) MHCl 1 2 3 MHCl = EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1 Padronização de uma solução NaOH 0,50 mol L-1 com biftalato de potássio, (KHC8H4O4) EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.2 Padronização de uma solução HCl 1,0M EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Propriedades coligativas Nº 04 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Suporte Universal Garra com mufa Tubo de ensaio grande Óleo de soja Termômetro de 0 até 110°C Bico de Busen com mangueira conectora a gás Fósforo Béquer 250 mL Tripé de ferro com tela de amianto Pipeta de 10 mL ou 20 mL Nitrato de potássio Água destilada Béquer 100 mL Gelo moído Cloreto de sódio Sacarose Placa de aquecimento Seringa plástica (capacidade mínima 6 mL) Cloreto de sódio (solução 10%) (m/v) 1 Unidade 1 Unidade 2 Unidade 167 mL 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 5 g - 2 Unidades - - 5 g 1 Unidade 1 Unidade - 3 mL 1. Introdução As propriedades físicas das soluções que se somam pela presença de um ou mais solutos não-volateis, sem importar a natureza da partícula (como tamanho, estrutura molecular ou massa) e que dependem somente do número de partículas (moléculas ou íons) que estão dispersas na solução são chamadas de Propriedades Coligativas. As propriedades coligativas são Tonoscopia (abaixamento da pressão EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia máxima de vapor), Ebulioscopia (aumento da temperatura de ebulição), Crioscopia (diminuição da temperatura de solidificação) e Osmometria (pressão osmótica). Ebuliometria ou Ebulioscopia é o capítulo das propriedades coligativas que estuda a elevação da temperatura de ebulição do solvente quando este compõe uma solução com um soluto não-volátil. Consideremos as seguintes variáveis: te = temperatura de ebulição do solvente te’ = temperatura de ebulição do solvente na solução Δte = efeito ebuliométrico Ke = constante ebuliométrica do solvente I = fator de Van’t Hoff m1 = massa do soluto m2 = massa do solvente M1 = massa molecular do soluto Por definição, temos que: Δte ൌ teᇱ െ ݐ݁ ൌ ܭܹ݁݅ E também que: W ൌ 1.000mଵ mଶMଵ Substituindo esta fórmula na anterior, temos que: ∆te ൌ Ke 1.000mଵ mଶMଵ i O fator de Van’t Hoof para soluções iônicasé diferente de 1. Calcula-se por: i ൌ 1 αሺq െ 1ሻ EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Onde: α = grau de dissociação do soluto q = número de íons formados por “molécula” (ou conjunto iônico) do soluto dissolvido Ao dissolvermos nitrato de potássio (KNO3), em água, as suas “moléculas” (que são também chamadas de conjuntos iônicos) se dissociam, formando íons: o cátion potássio, K+, e o ânion nitrato, NO3 -. Mas isso ocorre apenas em determinado grau, pois uma parte das “moléculas” continua se comportando como se os íons não estivessem totalmente separados uns dos outros. E neste exercício de laboratório obteremos o valor de grau de dissociação do KNO3 na água, utilizando o efeito ebuliométrico. 2. Objetivo Obter experimentalmente o grau de dissociação iônica de um sal pelo efeito ebuliométrico (do latim ebullire = “ebulir” e o grego métron = “medição”), ou seja, pelo efeito coligativo da elevação da temperatura de ebulição. Comparar as temperaturas de ebulição do solvente pela adição de soluto molecular e iônico. Obter experimentalmente a temperatura de congelamento do gelo pela adição de um soluto iônico não-volatil. Verificar a redução da temperatura de ebulição de um solvente pela redução da pressão. Comparar os dados obtidos experimentalmente com dados teóricos. 3. Procedimento experimental 3.1. Dissociação iônica pela ebuliometria: Coloque óleo em um béquer de 250 mL até 2/3 do volume. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Em um tubo de ensaio grande, ponha água até 1/3 do volume. Introduza um termômetro de 0 até 110°C no tubo. Monte a aparelhagem como mostra a figura 1. Cuidado para não deixar o termômetro cair dentro do tubo. Acenda o bico de Bunsen e, lentamente, inicie o aquecimento do óleo. Figura 1 - Dissociação iônica pela ebuliometria Fique atento para observar a ebulição da água do tubo de ensaio. Quando a ebulição começar, leia a temperatura (com precisão de 0,1°C) e anote: te = _______ °C Apague imediatamente o bico de Busen e retire o tubo de dentro do óleo. ATENÇÃO: Não deixe o óleo entrar em ebulição em hipótese nenhuma. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Pese, com exatidão, cerca de 5g de KNO3 e transfira para um tubo de ensaio grande. Anote essa pesagem: m1 = _______ g Com uma pipeta, adicione 20 mL de água sobre KNO3. Deixe a água ir escorrendo pelas paredes do tubo para arrastar e dissolver todo o sal. Como a densidade da água é 1,00 g/mL de solvente terão a seguinte massa: m2 = 20 g Agite cuidadosamente o conteúdo desse tubo, até a dissolução completa do sal. ATENÇÃO: Não agite o conteúdo do tubo com o TERMÔMETRO. Coloque esse tubo de ensaio na aparelhagem da figura 1. Acenda o bico de Bunsen e, lentamente, aqueça o óleo do béquer. Observe atentamente o início da ebulição da solução de KNO3. Quando isso ocorrer, anote a temperatura (com precisão de 0,01°C): te’ = _______ °C Apague imediatamente o bico de Bunsen. Reúna os dados: te = _______ °C te ’ = _______ °C m1 = _______ g m2 = 20 g Ke = 0,52 °C/mol/kg (constante ebuliométrica da água) EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Conhecendo as massas atômicas (K = 39,1; N = 14,0; O = 16,0), a massa molecular do KNO3 é: M1 = 101,1 g/mol . Calcule o fator de Van’t Hoff: te ’ െ te ൌ Ke 1.000mଵ mଶMଵ i i ൌ ሺte ’ െ teሻ mଶMଵ 1.000mଵKe i = _______ g . Cada “molécula” de KNO3 dissociada dá origem a um cátion K+ e um ânion NO3-, então: q = 1 + 1 q = 2 Calcule o grau de dissociação do KNO3 em água: i = 1 + α(q – 1) α = i – 1 q – 1 α = _______ OBSERVAÇÃO: O valor de α é sempre inferior a 1. Nos casos de dissociação total, α assume o valor unitário. Multiplicando α por 100, encontra-se a porcentagem de dissociação. 3.2. Efeito da Adição de Sólido Iônico e Molecular na Temperatura: Em um béquer de 100 mL, coloque algumas gramas de gelo moído. Com a ajuda de um termômetro, leia rapidamente a temperatura. Misture ao gelo picado algumas gramas de cloreto de sódio e meça, novamente, a temperatura. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Ponha 25 mL de água em 2 béqueres de 100 mL de capacidade e coloque-a para ferver, até a ebulição. Anote a temperatura dos 2 líquidos. L1 = _______ L2 = _______ Retire-os do aquecimento. Em um deles, coloque 5g de cloreto de sódio e no outro 5g de sacarose. Após os sólidos serem dissolvidos, coloque ambos para ferver novamente, até a ebulição. Meça e anote a temperatura dos 2 líquidos, comparando com as duas temperaturas anteriores e entre as duas soluções. L1(após) = _______ L2(após) = _______ 3.3. Redução da pressão de vapor e Tonoscopia Adicionar 50mL de água destilada em um béquer com capacidade para 100mL. Colocar o béquer contendo a água, em uma placa de aquecimento. Aquecer a água do béquer, até a temperatura de 55° C. Introduzir um pequeno volume da água aquecida para dentro de uma seringa. Retirar parte do volume da água introduzida e possíveis bolhas de ar, pressionando o êmbolo da seringa, deixando o embolo no volume de 3mL. Com um dos dedos, tampar a saída de líquido. Com a outra mão, e mantendo a saída de líquido tampada, puxar para trás o êmbolo da seringa até o volume de 6mL. Observar. Repita o procedimento utilizando uma solução de NaCl 10% m/v. Compare com o experimento anterior. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 4. Referências W. A. Bueno, L. Degrève; Manual de Laboratório de Físico-Química, Editora McGraw-Hill do Brasil; São Paulo, 1980; p 23. E. Giesbrecht et al.; Experiências de Química: técnicas e conceitos básico; Ed. Moderna; São Paulo, 1982; p 158. - E. A. de Oliveira; Aulas Práticas de Química; Editora Moderna Ltda.; São Paulo, 1993, p 81. Chemical Education Material Study; Química: uma ciência experimental; Volume 1, Livraria Editora Ltda.; São Paulo, 1967, p 199. Chemical Education Material Study; Química: uma ciência experimental; Volume 2, Livraria Editora Ltda.; São Paulo, 1973, p 416. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola deArquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1. Dissociação iônica pela ebuliometria EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.2. Efeito da Adição de Sólido Iônico e Molecular na Temperatura 3.3. Redução da pressão de vapor EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Estudo da cinética química Nº 05 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Tubos de ensaio Béquer 50 mL Béquer 500 mL Bastão de vidro Termômetro Placa de aquecimento Água destilada Ácido sulfúrico 0,3 M/L Tiossulfato de sódio 0,3 M/L Ácido oxálico 0,5 M/L Ácido sulfúrico 4 M/L Sulfato de manganês 0,1 M/L Permanganato de potássio 0,04 M/L Ácido clorídrico 1 M/L Zinco metálico (Pedaços) Zinco metálico (Pó) Ácido sulfúrico 0,05 M/L Tiossulfato de sódio 0,05 M/L 22 Unidades 2 Unidades 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade - 4 m/L 4 m/L 5 m/L 1 m/L 5 Gotas 4 m/L 2 m/L 1 Pedaço - 4 m/L 4 m/L 1. Introdução Na vida cotidiana, encontramos reações químicas mais lentas e mais rápidas: a explosão da dinamite ocorre em fração de segundos; a digestão dos alimentos, em nosso organismo, demora horas; o vinho leva vários dias para “azedar” e se EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia transformar em vinagre; a oxidação dos objetos de ferro demora anos, a formação do petróleo, no interior da Terra, demorou séculos. Ao estudar determinada reação química, é muito importante se levar em conta com que rapidez ela ocorre. Se uma indústria química, por exemplo, conseguir “acelerar” suas reações, ela estará reduzindo o tempo, e poderá tornar o processo químico mais econômico. A cinética química estuda as reações químicas do ponto de vista da velocidade com que essas reações se processam, dos fatores que afetam essa velocidade e do mecanismo pelo qual elas se dão. As velocidades das reações químicas são determinadas através de leis empíricas, chamadas leis de velocidades, deduzidas a partir do efeito da concentração dos reagentes e produtos na velocidade da reação. As velocidades das reações dependem também de outros fatores como, por exemplo, pressão, temperatura, catalisadores e área das superfícies em contato com os reagentes. O efeito da temperatura é particularmente importante, pois permite conclusões a respeito de fatores energéticos envolvidos na reação. A velocidade de reação não depende apenas dos estados inicial e final do sistema, mas, de cada etapa intermediária pela qual o sistema alcança o estado final. Um estudo cinético da reação permite perceber quais as etapas envolvidas, esclarecendo-se, assim, o “mecanismo” pelo qual a reação se processa. 2. Objetivo Verificar a influência da concentração dos reagentes, da temperatura de reação, do estado de agregação dos reagentes e da presença de um catalisador sobre a velocidade de reação. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 3. Procedimento experimental 3.1. Influência da concentração na velocidade das reações: A lei da velocidade ou lei cinética para uma reação genérica, a velocidade de reação é proporcional às concentrações molares dos reagentes, elevadas a expoentes que são determinados experimentalmente: a A + b B + c C + ... → x X + y Y + z Z + ... V= K [A]α [B]β [C]ν ... Onde: V= velocidade de reação K= constante de velocidade da reação [ ]= molaridade= número de moles de soluto por litro de solução α, β, ν,... = são expoentes que determinados experimentalmente. Nesta parte do experimento, se deseja verificar como a variação da concentração dos reagentes influi na velocidade da reação: H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + H2O + SO2 ↑ + S ↓ Na reação entre o tiossulfato de sódio e o ácido sulfúrico, há formação de enxofre, que sendo insolúvel na água, provoca uma turvação que permite ver quando a reação ocorre. Assim, pode-se medir o tempo de duração da reação. Mantendo fixa a concentração de ácido e adicionando água à solução de tiossulfato de sódio, pode-se verificar como a diminuição da concentração de um dos reagentes influi no tempo da reação, isto é, na velocidade de reação. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Dadas as variáveis: n= número de moles que reagiram = volume x molaridade t= tempo (em segundos) de duração da reação Pode-se calcular a velocidade da reação com a fórmula: v = n/t. PROCEDIMENTO: Pegue e numere 4 tubos de ensaio (1, 2, 3 e 4) e coloque, em cada um, 4 mL da solução 0,3 mol/L de H2SO4. Pegue outros 4 tubos de ensaio e identifique como: 1A, 2A, 3A e 4A. Coloque nos tubos identificados (1A, 2A, 3A e 4A), a solução 0,3 mol/L de Na2S2O3 e H2O segundo a tabela: Pegue o tubo 1A e o tubo 1 que contem 4 mL de H2SO4. Adicione os 4 mL de ácido do tubo 1 ao tubo 1A, acionando o cronômetro imediatamente. Tubo Na2S2O3 (mL) H2O (mL) Total Molaridade da mistura V x M = V’ x M’ ∆n= n° de mols de Na2S2O3 que reagiram V’ x M’ Tempo da reação (s) Velocidade v = ∆n/∆t (mol/s) 1A 3 0 3 3 x 0,3 = 3 x M’ M’= 0,30 ∆n= 0,003 x 0,30 ∆n= 9 x 10-4 2A 2 1 3 2 x 0,3 = 3 x M’ M’= 0,20 ∆n= 0,003 x 0,20 ∆n= 6 x 10-4 3A 1,5 1,5 3 1,5 x 0,3 = 3 x M’ M’= 0,15 ∆n= 0,003 x 0,15 ∆n= 4,5 x 10-4 4A 1 2 3 1 x 0,3 = 3 x M’ M’= 0,10 ∆n= 0,003 x 0,10 ∆n= 3 x 10-4 EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Observe atentamente o tubo 1A e assim que começar a aparecer uma turvação pare o cronômetro. Lance na tabela o tempo (em segundos) que demorou a aparecer a turvação.Jogue fora o conteúdo do tubo 1A e lave-o em seguida. Essa operação deve ser feita imediatamente para evitar que o tubo fique manchado. Repita o procedimento para os tubos 2A, 3A e 4A, anotando na tabela o tempo gasto em cada uma das reações. Se houver qualquer dúvida com relação a alguma das medidas, refaça essa a medição correspondente. Calcule a velocidade de cada reação, dividindo cada valor de ∆n pelo tempo da reação correspondente. 3.2. Influência do catalisador: Nesse experimento, se verificará a influência do Mn+2 na reação entre o permanganato de potássio (KMnO4) com o ácido oxálico (H2C2O4) na presença do ácido sulfúrico (H2SO4): 2 KMnO4 + 5 H2C2O4 + 3 H2SO4 → K2SO4 + 2 MnSO4 + 8 H2O + 10 CO2 ↑ Identifique 4 tubos de ensaio (1, 2, 3 e 4) Coloque 5 mL de ácido oxálico 0,5 mol/L nos tubos 1 e 3; Adicione à esses dois tubos 1 mL de ácido sulfúrico 4 mol/L; Adicione 5 gotas de uma solução 0,1 mol/L de sulfato de manganês (MnSO4) ao tubo 3; Adicione, aos tubos 2 e 4, 4 mL de uma solução 0,04 mol/L de permanganato de potássio; Identifique dois béqueres de 50 mL: A e B. Transfira o conteúdo dos tubos 1 e 2 para o béquer A e o conteúdo dos tubos 3 e 4 para o béquer B (a transferência deve ser simultânea para os dois béqueres). EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Compare o tempo necessário para que as duas soluções percam a cor. 3.3. Influência do estado de agregação dos reagentes Pegue 2 tubos de ensaio e identifique-os (1 e 2) Adicione a cada um dos tubos 2 mL de uma solução 1 mol/L de HCl Adicione um pedaço de Zn metálico ao tubo 1 e uma quantidade equivalente de zinco metálico em pó ao tubo 2 Observe e compare a velocidade aparente de reação nos dois tubos. 3.4. Influência do estado de agregação dos reagentes Pegue 2 tubos de ensaio e identifique-os (1 e 2) Adicione a cada um dos tubos 2 mL de uma solução 1 mol/L de HCl Adicione um pedaço de Zn metálico ao tubo 1 e uma quantidade equivalente de zinco metálico em pó ao tubo 2 Observe e compare a velocidade aparente de reação nos dois tubos. 3.5. Influência da temperatura na velocidade das reações Utilizaremos a mesma reação usada no item anterior para verificar o efeito da temperatura na velocidade das reações: H2SO4 + Na2S2O3 → Na2SO4 + H2O + SO2 ↑ + S↓ Numere 4 tubos de ensaio (1, 2, 3 e 4) e coloque 4 mL da solução 0,05 mol/L de H2SO4. Identifique outros 4 tubos de ensaio (1A, 2A, 3A e 4A) e coloque 4 mL da solução 0,05 mol/L de Na2S2O3. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Adicione 250 mL de água em um béquer de 500 mL e coloque em “banho- maria” os tubos 1 e 1A nesse béquer. Espere aproximadamente 2 minutos para que a temperatura dos tubos se iguale à temperatura da água do béquer. Meça a temperatura da água e registre: t1 = _______ °C Jogue o conteúdo do tubo 1 no tubo 1A, mantendo esse último imerso na água do béquer, e acione imediatamente o cronômetro. Observe atentamente o tubo 1A (que está dentro da água do béquer) e, assim que aparecer uma turvação, pare o cronômetro. Anote o tempo da reação: Tempo de reação: _______ s Preencha a tabela abaixo com os dados de temperatura e tempo da reação obtidos com os tubos 1 e 1A. Descarte o conteúdo do tubo 1A e lave-o, a fim de que ele não fique manchado. Coloque o béquer com 250 mL de água para aquecer aproximadamente 30 °C acima da temperatura ambiente anterior (t1). Aguarde esta temperatura ser atingida e então pare o aquecimento. Com um bastão de vidro, agite a água que está sendo aquecida para homogeneizar a temperatura. (*) Coloque os tubos 4 e 4A dentro da água do béquer e espere aproximadamente 2 minutos para que seus conteúdos atinjam a temperatura da água. (*) Após a espera, mantendo o tubo 4A dentro da água aquecida, verta sobre ele a solução 0,05 mol/L de H2SO4 do tubo 4 e acione o cronômetro imediatamente. (*) Observe atentamente o tubo 4A que está dentro do béquer. Assim que aparecer uma turvação, pare o cronômetro. Anote o tempo e a temperatura da água do béquer na tabela abaixo. (*) Descarte o conteúdo do tubo 4A e lave-o em seguida. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Cuidadosamente, adicionando água fria (torneira) aos poucos, resfrie a água do béquer para aproximadamente 10 °C abaixo da temperatura anterior (t4), agitando-a com um bastão de vidro. Repita os passos destacados com (*) para os tubos 3 e 3A. Descarte um pouco da água do béquer e, lentamente, adicione água fria (torneira), para que a temperatura caia cerca de 10 °C abaixo da temperatura (t3). Repita os passos destacados com (*) para os tubos 2 e 2A. Obs.: Repita qualquer passo experimental para esclarecer dúvidas sobre alguma medição. 4. Discussão dos resultados Apresente os gráficos da velocidade de reação em função da concentração de tiossulfato de sódio e da velocidade de reação em função da temperatura de reação. Discuta os resultados obtidos da relação entre concentração e velocidade de reação, bem como da temperatura, estado de agregação e presença de catalisador na velocidade de uma reação. Tubo n = n° de mols de Na2S2O3 Temperatura (°C) Tempo da reação (s) Velocidade v = n/t (mol/s) 1 e 1A 2 x 10-4 T1 = 2 e 2A 2 x 10-4 T2 = 3 e 3A 2 x 10-4 T3 = 4 e 4A 2 x 10-4 T4 = EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 5. Referências E. Giesbrecht et al.; Experiências de Química: técnicas e conceitos básico; Ed. Moderna; São Paulo, 1982; p 52. J.B. Russel; Química Geral; McGraw-Hill; São Paulo, 1981, p 343. W.L. Masterson, E.J. Slowinski, C.L. Stanitski; Princípios de Química; LTC Editora; Rio de Janeiro, 1990, p 253. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1. Influência da concentração na velocidade das reações EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.2. Influência do catalisador EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | LaureateInternational Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.3. Influência do estado de agregação dos reagentes EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.4. Influência da temperatura na velocidade das reações EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Título: Equilibrio químico Nº 06 Disciplina: Físico-Química I Pontuação: LEIA COM ATENÇÃO AS SEGUINTES INSTRUÇÕES E OBSERVAÇÕES 1. Esta prática deve ser realizada em laboratório de química do prédio de aulas PA-1. Podendo ocorrer nos laboratórios LQ1 (104) ou no LQ3-HS (106), seguindo o regulamento de utilização e orientações de segurança em laboratório de química constadas no site do gmr – sistema de reserva de laboratórios da UNIFACS (http://www.gmr.unifacs.br/lab/labengenharias.php?guia=2&&lab=7&&id=1). Equipamentos, materiais, reagentes ou produto Descrição Quantidade por grupo Tubos de ensaio Proveta 50 mL Bequér 100 mL Bastão de vidro Água destilada Cloreto férrico 0,05 M/L Tiocianato de amônio 0,05 M/L Tiocianato de amônio (sólido) Cromato de potássio 0,1 M/L Dicromato de potássio 0,1 M/L Hidróxido de sódio 0,1 M/L Ácido clorídrico 0,1 M/L Hidróxido de sódio 1 M/L Ácido clorídrico 1 M/L Nitrato de bário 0,1 M/L Cloreto de cobalto hexahidratado (sólido) Ácido clorídrico P.A. 15 Unidades 1 Unidade 1 Unidade 1 Unidade - 1 mL 1 mL Referente a ponta de uma espátula 1 mL + 20 Gotas 1 mL + 20 Gotas 20 Gotas 20 Gotas Gotas + 1 mL Gotas + 1 Ml Gotas 0,3 g 4 mL 1. Introdução Quando uma reação química acontece, o sistema tende a buscar o estado de equilíbrio. Se um sistema em equilíbrio é submetido a qualquer perturbação exterior, o equilíbrio se desloca no sentido contrário a essa perturbação. Esse é o princípio geral do deslocamento do equilíbrio enunciado pelo cientista francês Henry Louis Le Chatelier. A concentração, a pressão, e a temperatura são as “forças” que podem “perturbar” os equilíbrios químicos. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia É muito importante saber de que maneira é possível “perturbar” um equilíbrio de modo a aumentar a velocidade da reação de interesse. Assim, quando se consegue aumentar a velocidade da reação no sentido de interesse, pode-se aumentar o rendimento da reação, o que é muito importante, do ponto de vista econômico, principalmente, para reações industriais. A concentração afeta um sistema em equilíbrio de forma que, quando se aumenta a concentração de um dos componentes do equilíbrio, ele se desloca no sentido de consumir o reagente adicionado. Já quando se diminui a concentração de um dos componentes do equilíbrio, ele se desloca para repor o componente retirado. A pressão do sistema influencia de maneira significativa em reações envolvendo gases. Um aumento da pressão desloca o equilíbrio no sentido de menor volume, enquanto uma diminuição de pressão desloca o equilíbrio no sentido de maior volume. Em relação à temperatura, o princípio de Le Chatelier prevê que um aumento de temperatura favorece uma reação endotérmica, enquanto que diminuição de temperatura favorece uma reação exotérmica. 2. Objetivo Verificar a reversibilidade de algumas reações químicas. Aplicar o princípio de Le Chatelier. Ser capaz de estimar, de modo qualitativo, efeitos da variação na concentração, pressão ou temperatura em um sistema em equilíbrio. 3. Procedimento experimental 3.1. Equilíbrio químico na reação entre o FeCl3 e o NH4SCN: Em uma proveta de 50 mL, adicione 1 mL da solução 0,05 mol/L de FeCl3, 1 mL da solução 0,05 mol/L de NH4SCN e 18 mL de água destilada. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Agite com um bastão de vidro. Observe a coloração inicial dos reagentes e a coloração obtida após a mistura dos mesmos. A reação que ocorre é a seguinte: FeCl3 + 3 NH4SCN → Fe(SCN)3 + 3NH4Cl Vermelho O Fe(SCN)3 formado na reação é um composto solúvel de cor vermelha característica. Nesta reação, é fácil observar o deslocamento do equilíbrio pela variação da intensidade da coloração da solução. Numere quatro tubos de ensaio: 1, 2, 3 e 4. Coloque em cada tubo de ensaio 5 mL da solução contida na proveta. Ao tubo 1, adicione 1 mL da solução de FeCl3 e agite. Observe e compare a coloração obtida com a coloração do tubo 4. Adicione ao tubo 2 uma ponta de espátula de NH4SCN sólido. Agite o tubo e compare a coloração obtida com a cor da solução do tubo 4. Ao tubo 3, adicione uma ponta de espátula de NH4Cl sólido. Agite o tubo e compare a coloração obtida com a cor da solução do tubo 4. 3.2. Equilíbrio dos íons cromato (CrO42-) e dicromato (Cr2O72-) Outro equilíbrio importante, bastante utilizado em experimentos envolvendo equilíbrio químico, é o que se verifica entre os íons cromato (CrO42-) e dicromato (Cr2O72-) em solução aquosa: 2 CrO42- + 2 H+ ↔ Cr2O72- + H2O Amarelo Laranja EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Pela equação acima, percebe-se que as concentrações das espécies apresentam uma dependência em relação ao pH do meio. Percebe-se ainda que se deslocando o equilíbrio para direita, o meio torna-se alaranjado; deslocando-o para a esquerda, amarelo. PROCEDIMENTO: Numere 6 tubos de ensaio (1, 2, 3, 4, 5 e 6). Coloque cerca de 1 mL de solução de cromato de potássio 0,1 mol/L (fonte de íons CrO42-) ou de solução de dicromato de potássio 0,1 mol/L (fonte de íons Cr2O72- ) em cada tubo de acordo com a tabela abaixo. Adicione também a cada tubo 20 gotas de NaOH 0,1 mol/L ou 20 gotas de HCl 0,1 mol/L de acordo com a tabela. Obs.: Guarde esses tubos com seus conteúdos para etapa posterior. Compare e justifique a coloração obtida em cada tubo. Etapa Posterior: Acrescente alternadamente, gota a gota, solução 1 mol/L de NaOH aos tubos 2 e 5, até que seja notada alguma mudança de cor em um dos tubos. Acrescente alternadamente, gota a gota, solução 1 mol/L de HCl aos tubos 3 e 6, até que seja notada alguma mudança de cor em um dos tubos. Tubo Reagente Coloração Conclusão 1 K2Cr2O7 2 K2Cr2O7 + HCl 0,1 mol/L 3 K2Cr2O7 + NaOH 0,1 mol/L 4 K2CrO4 5 K2CrO4 + HCl 0,1 mol/L 6 K2CrO4 + NaOH 0,1 mol/L EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities®http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 3.3. O equilíbrio entre o cromato de bário sólido, BaCrO4(s), com uma solução saturada de seus íons (A) Coloque 10 gotas da solução 0,1 mol/L de K2CrO4 em um tubo de ensaio e acrescente 2 gotas da solução 1 mol/L de NaOH. Acrescente, gota a gota, ao tubo de ensaio a solução 0,1 mol/L de Ba(NO3)2, até perceber alguma alteração. Anote o resultado e guarde o tubo para a etapa (C). (B)Coloque 10 gotas da solução 0,1 mol/L de K2Cr2O7 em um tubo de ensaio e acrescente 2 gotas da solução 1 mol/L de HCl. Acrescente 10 gotas solução de Ba(NO3)2. Guarde esse tubo de ensaio para a etapa (D). Anote suas conclusões a respeito das solubilidades relativas do BaCrO4(s) e BaCr2O7(s) de acordo com suas observações da etapa (A) e (B). (C) Ao tubo de ensaio da etapa (A), acrescente, gota a gota, HCl 1 mol/L até notar alguma modificação. Anote suas observações. (D)Acrescente, gota a gota, ao tubo de ensaio da etapa (b), NaOH 1 mol/L até notar alguma modificação. Anote suas observações. Coloque 10 gotas da solução 0,1 mol/L de K2Cr2O7 em um tubo de ensaio e a mesma quantidade da solução 0,1 mol/L de K2CrO4 em outro. Acrescente algumas gotas da solução de Ba(NO3)2 a cada um dos tubos de ensaio. Observe e anote o resultado. 3.4. Efeito da Temperatura Pesar em um béquer com capacidade para 100 mL, 0,3 g do reagente Cloreto de Cobalto Hexahidratado (CoCl2.6H2O). Adicionar ao béquer, 3 mL de água destilada. Dissolver. Observar. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia Após agitação da solução, adicionar a este béquer, 4 mL de ácido clorídrico concentrado (HCl). Agitar e observar. Em seguida, adicionar a esta mesma solução, 4 mL de água destilada. Agitar e observar. Dividir toda a solução do béquer em 2 tubos de ensaio. Levar um dos tubos de ensaio contendo a solução para um banho de aquecimento em temperatura entre 70 à 80°C. Observar. Levar o outro tubo de ensaio para um banho gelado. Observar. 4. Discussão dos resultados Explique: As mudanças de coloração das soluções observadas em cada etapa do experimento 3.1. A influência dos íons H+ e OH- (influência do pH) na reação de equilíbrio entre os íons cromato (CrO42-) e dicromato (Cr2O72-) de acordo com as observações feitas no experimento 3.2. A influência da temperatura no equilíbrio observado no experimento 3.4, utilizando o princípio de Le Chatelier. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia 5. Referências E. A. de Oliveira; Aulas Práticas de Química; Editora Moderna; São Paulo, 1993, p 172. Feltre, R.; Química: físico-química; volume 2; Editora Moderna; São Paulo, 1988; p 249. J.B. Russel; Química Geral; McGraw-Hill; São Paulo, 1981, p 465. Chemical Education Material Study; Química: uma ciência experimental; Volume 2, Livraria Editora Ltda.; São Paulo, 1973, p 421. Semichin, V.; Práticas de Química Geral- Inorgânica, Editora Mir, Moscou, 1979; p 73. Trindade, D. F.; de Oliveira, F. P.; Bispo, J. G.; Química Básica Experimental; Ícone Editora; São Paulo, 1989, p 120. EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.1. Equilíbrio químico na reação entre o FeCl3 e o NH4SCN EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.2. Equilíbrio dos íons cromato (CrO42-) e dicromato (Cr2O72-) EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.3. O equilíbrio entre o cromato de bário sólido, BaCrO4(s), com uma solução saturada de seus íons EAETI – Escola de Arquitetura, Engenharia e TI Roteiro / Edital de prática Escola de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia da Informação - EAETI UNIFACS - Universidade Salvador | Laureate International Universities® http://www.unifacs.br | Salvador - Bahia FLUXOGRAMA: 3.4. Efeito da Temperatura