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QUÍMICA DAS TRANSFORMAÇÕES EXPERIMENTAL Química Integral II Docentes: Eliana Valle Paula Haddad UNIFESP Campus Diadema 2017 Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 2 Sumário Experimento 1 - Medições Científicas; massa e volume 3 Experimento 2 - Determinação de uma fórmula química: a reação de Iodo com Zinco ...... 13 Experimento 3– Estequiometria de reação e filtração simples e à vácuo ............................. 18 Experimento 4 – Solubilidade e recuperação do KNO3 ....................................................... 20 Experimento 5– Reações de Produtos Químicos Domésticos .............................................. 22 Experimento 6 – Equilíbrio Químico ................................................................................... 24 Experimento 7 – Equilíbrio Ácido Base ............................................................................... 26 Experimento 8 – Reações Redox .......................................................................................... 28 Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 3 Experimento 1 - Medições Científicas; massa e volume Esse procedimento experimental é uma adequação do experimento presente no livro "Química no Laboratório", 5ª edição, J.M. Postma, J.L.Roberts Jr. and J.L. Hollenberg. Editora Manole, 2009. Objetivos 1. Compreender a utilidade das medições em química, examinando como são feitas, quais suas limitações e como os dados obtidos com elas podem ser apresentados de modo útil; 2. Familiarizar o estudante com o uso das unidades métricas de massa, comprimento e volume, com a medição das densidades de líquidos e sólidos e investigar a relação entre a densidade e a concentração de uma solução. Preparação Pré-Laboratório Compreender a medição quantitativa, como são feitas as medições (comprimento, massa, tempo), as unidades de medidas básicas e as derivadas, avaliação de erros experimentais, precisão e acurácia, erros pessoais, precisão das operações de laboratório, dígitos significativos, gráficos e suas características e relações lineares. Compreender os conceitos de unidades de medida, precisão das medições, densidade, peso específico, flutuabilidade e densidade de líquidos e sólidos, técnicas básicas de laboratório para medir massas e volumes. Materiais Gerais - Escala métricas. - Réguas graduadas de 30 cm. - Caixas de leite de papelão. - Provetas de 10 e 50 mL. - Béqueres de 5 ou 6 tamanhos. - Cordões de 60 cm de comprimento. - Canetas de ponta fina para marcação. - Conjunto de latas ou garrafas de refrigerantes do tipo diet e do tipo normal (açucarado). - Recipiente com capacidade para 8 a 12 litros de capacidade. - 2 Pipetas de poliestireno de ponta fina para transferência. - Tubos de ensaio (6 tubos de 10 X 75mm e 2 tubos de 13 X 100mm). - Suporte de tubos de ensaio. - Corantes vermelho e amarelo. - 6 frascos Erlenmeyer de 25 ou 50mL. - 2 pipetas volumétricas de 10mL. - peras de sucção. - Termômetro. - Amostras metálicas. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 4 - Soluções de sacarose a 8% e 16% em peso, cada uma colorida com uma cor diferente pela adição de uma pequena quantidade do corante vermelho e amarelo de alimentos. - Recipiente com capacidade entre 8 e 12L. Procedimento Experimental 1. Medição de volume (a) Usando a escala métrica, meça o comprimento de cada uma das três arestas das caixas com precisão de 0,5mm. Registre esses valores. No seu relatório calcule o volume da caixa em centímetros cúbicos e litros. (b) Leia os volumes das provetas parcialmente cheias fornecidas pelo professor. Observe a posição de fundo de cada menisco. Leia o valor da proveta menor com precisão de 0,02 mL e da proveta maior com precisão de 0,2 mL. Registre esses valores. 2. Fazendo o gráfico (a) Circunferência X Diâmetro de béqueres de tamanhos diferentes. Usando o segmento do cordão meça a circunferência dos diferentes béqueres. Marque a extremidade do cordão que circunda o béquer com uma caneta. Meça a distância entre as marcas com a escala métrica para conhecer qual é a circunferência. Registre esse valor. Meça o diâmetro de cada béquer. Registre esse valor. No seu relatório faça um gráfico das circunferências dos béqueres versus seus diâmetros. Desenhe uma linha com os pontos plotados. Pegue dois pontos da linha (localizados perto da extremidade da linha) e determine sua inclinação, na qual: 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜 = 𝑚𝑢𝑑𝑎𝑛ç𝑎 𝑛𝑎 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑛𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑢𝑑𝑎𝑛ç𝑎 𝑛𝑜 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 No valor numérico da inclinação, qual a razão da circunferência para o diâmetro do círculo esperada? (b) Massa da moeda X Ano de cunhagem. Utilizando os dados de massa das moedas antigas e recentes faça um gráfico da massa média das moedas (ou a massa de cada moeda) versus o ano que foram fabricadas. Desenhe uma linha com os pontos plotados. Olhando seu gráfico, é possível notar evidência de qualquer mudança na massa média das moedas ao longo dos anos? Em que ano é aparente que houve a mudança? Quais hipóteses você sugere para explicar seus resultados? Houve mudança no tamanho das moedas? Possuem mesmo tamanho e massas diferentes? Se sim, como foi possível? Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 5 3. A flutuabilidade e a densidade do refrigerante diet e normal (um exercício em grupo) Pese e registre a massa, com a precisão de 0,1g, de cada refrigerante do tipo normal. Assegure-se de que o exterior da lata esteja seco. Encha um balde de 8 a 12L com água e coloque os refrigerantes previamente pesados dentro dele. Eles flutuam ou afundam? Repita o experimento com o conjunto de refrigerantes do tipo diet, pesados previamente. Você observa alguma diferença na flutuabilidade dos recipientes comparando as bebidas normais com as dietéticas? (a) Calcule a massa média de cada conjunto de refrigerantes. Existe diferença significativa na massa média do produto de bebida normal, comparada com a massa média do produto de bebida dietética? (b) Determine em seguida a densidade aproximada da bebida normal e da dietética. Dados necessários para o cálculo: massa média e volume da bebida. Lembre-se: massa média da bebida! Subtrair a massa do recipiente. Obtendo a densidade da bebida normal e dietética compare com a densidade da água na mesma temperatura. Exemplo de fontes literárias para densidade da água: CRC Handbook of Chemistry and Physics ou o Langer's Handbook of Chemistry. (c) Calcule a porcentagem da massa de açúcar no refrigerante normal (açucarada), usando a especificação do fabricante para o conteúdo de açúcar e para o volume, e a densidade que você calculou na parte 1(b). 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 % 𝑑𝑒 𝑎çú𝑐𝑎𝑟 = 𝑔 𝑑𝑒 𝑎çú𝑐𝑎𝑟 𝑔 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑥 100 4. Flutuabilidade das soluções de açúcar (sacarose) Veremos se duas soluções miscíveis, de densidades diferentes, podem flutuar uma sobre a outra. As soluções terão cores diferentes mas não será identificada a concentração. Preparação da solução de sacarose: prepare duas soluções de sacarose, uma de 8% em massa e outra de 16% em massa. Dica para formar a solução de 8% em massa: 8g de sacarose em 100g de solução, ou seja, 8g de sacarose e 92g de água. Adicione um tipo corante em cada solução formada, vermelho e amarelo. Coloque cerca de 5 mL de solução de sacarose amarela e 5 mL de solução de sacarose vermelha em dois tubos de ensaio de 13 X 100 mm. Em um tubo de ensaio de 10 X 75 mm limpo e seco transfira cerca de 1cmde profundidade da solução vermelha. Coloque a mesma quantidade da solução amarela em um segundo tubo de ensaio e a mesma quantidade de água em um terceiro tubo de ensaio. Observe agora e registre o que acontece quando você adiciona solução de cor oposta (vermelho no amarelo e amarelo no vermelho). Para visualizar melhor, faça um fundo branco atrás dos tubos. Primeiro adicione a solução vermelha na amarela. Coloque a ponta da pipeta com a solução Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 6 vermelha 1mm abaixo da superfície da solução amarela e, cuidadosamente, aperte o bulbo para adicionar uma gota de solução de cada vez. As gotas vermelhas afundam ou sobem quando são adicionadas? Continue colocando a solução, gota a gota, até que você tenha adicionado um volume de solução vermelha que seja aproximadamente igual ao volume da solução amarela que já se encontra no tubo. Repita o procedimento, adicionando solução amarela ao tubo de solução vermelha. Depois de concluir, observe ambos os tubos em um fundo branco. Em qual tubo existe uma camada mais nítida flutuante em cima da outra? Que conclusões você tira dessas observações? Qual solução de sacarose tem maior densidade, a vermelha ou a amarela? 5. Medição quantitativa, da densidade das soluções de açúcar (sacarose) Utilize preferencialmente balança com sensibilidade 0,01 ou 0,001g. Pese e registre as massas dos frascos Erlenmeyer limpos e secos, numere-os. Pipete exatamente 10mL da solução vermelha e transfira para o frasco previamente pesado. Pese o novo conjunto e obtenha a massa da solução de sacarose. Repita o procedimento para as duas soluções de sacarose. Calcule a densidade da solução de sacarose pela razão massa/volume da solução (g/mL). Meça e registre a temperatura da solução. Repita o procedimento com a outra solução de sacarose. Realize a determinação de densidade das soluções em duplicata. A média das determinações duplicadas é mais confiável e possibilitará que você verifique se houve erros grosseiros na medição da massa e na leitura dos volumes. Como uma verificação final na sua técnica e para lhe dar um meio de determinar o volume de sua pipeta, repita o procedimento inteiro em duplicata usando água pura e compare a densidade que você calculou para a água com o valor (para a mesma temperatura) encontrado no CRC Handbook of Chemistry and Physics, no Langer's Handbook of Chemistry ou em outra fonte de referência. Use a massa média da água dividida pelo valor conhecido da densidade da água na mesma temperatura (literatura) para calcular o volume correto da pipeta. Pode-se usar o volume correto da pipeta em todos os cálculos de densidade. 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑎 𝑝𝑖𝑝𝑒𝑡𝑎 (𝑚𝐿) = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑎 (𝑔) 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 á𝑔𝑢𝑎 (𝑔/𝑚𝐿) Obs. Tolerância na fabricação dos volumes das pipetas são da ordem de 0,5 - 1%. 6. Fazendo um gráfico de densidade s. massa (%) de sacarose Existe uma relação simples entre a densidade e a massa (%) da sacarose? Para lhe ajudar a visualizar, construa um gráfico de densidade (g/mL) vs. massa (%) da sacarose. Inclua um ponto para a água pura (0% de sacarose), de modo que tenha todos os valores de densidade das soluções de sacarose. O gráfico pode ser utilizado para estimar o conteúdo de açúcar do refrigerante dietético ou normal ou de qualquer bebida comum, como suco de maçã ou outras bebidas de frutas. (Nessas bebidas, além da água, o principal ingrediente é o açúcar.) Utilizaremos o gráfico para estimar o valor de açúcar do refrigerante comum (açucarado) utilizado na Parte 1. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 7 Através do gráfico traçado encontre o valor correspondente a massa (%) da sacarose. Compare este valor com a massa (%) de sacarose calculada na Parte 1 (g de açúcar / g de refrigerante X 100). Os dois valores concordam, considerando fontes potenciais de incerteza na medida da densidade e da massa (%) de sacarose? Referências Bibliográficas Postma, J.M.; Roberts Jr., J.L.; Hollenberg, J.L. "Química no Laboratório", Editora Manole, 5ª edição, 2009, 23-38. The National Institute of Standards and Technology (NIST) Internet site (http://physics.nist.gov) provides a full discussion of the physical constants, including historical information and the best values of the constants and their uncertainties. Henderson, S.K.; Fenn, C. A.; Domijan, J.D. "Determination of Sugar Content in Commercial Beverages by Density: A Novel Experiment for General Chemistry Courses," J. Chem. Educ. 1998, 75(9):1122-1123. Pipkin, F.M.; Ritter, R.C. "Precision Measurements and Fundamental Constants," Science, 1983, 219:913. Summerlin, L.R.; Borgford, C.L.; Ealy, J.B. "66. Sugar in a Can of Soft Drink: A Density Exercise," Chemical Demonstrations: A Sourcebook for Teachers, volume 2, Second Edition, American Chemistry Society, Washington, D.C., 1988, 126-127. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 8 Folha de respostas Imprimir o formulário, após o desenvolvimento do experimento entregar ao docente um formulário preenchido por grupo. RELATÓRIO 1 Medições Científicas; massa e volume Nome: _________________________ _________________________ _________________________ DADOS E CÁLCULOS 1. Medição de volume. (a) Dimensões das caixas: Altura:_____cm Largura:______cm Profundidade:_____cm Calcule o volume da caixa em centímetros cúbicos: V=________cm3 Converta esse volume para litros: V=________L O volume calculado coincide com aquele impresso no exterior da caixa? (b) Volume do líquido na proveta de 10mL=________mL Volume do líquido na proveta de 50mL=________mL 2. Fazendo gráficos. (a) Circunferência versus diâmetro para diferentes tamanhos de béqueres: Tamanho do béquer (mL) Circunferência (cm) Diâmetro (cm) Plote um gráfico de Circunferência (eixo vertical) versus diâmetro (eixo horizontal) para diferentes tamanhos de béqueres. Dê um título para o gráfico e rotule as variáveis (com unidades) plotadas em cada eixo. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 9 Calcule a inclinação de seu gráfico e discuta o significado do valor numérico da inclinação. 𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑎çã𝑜 = ∆ 𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑛𝑓𝑒𝑟ê𝑛𝑐𝑖𝑎 ∆ 𝑑𝑖â𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = (b) Massa da moeda versus ano de confecção da moeda. Plote um gráfico de massa da moeda (eixo vertical) versus ano de confecção (eixo horizontal) para as diferentes moedas. Dê um título para o gráfico e rotule as variáveis (com unidades) plotadas em cada eixo. Olhando seu gráfico, é possível ver alguma evidência de alteração na massa média das moedas ao longo do tempo? Em que ano parece que a mudança ocorreu? Houve alteração no tamanho das moedas? Se não, como elas podem ser do mesmo tamanho mas possuírem massas diferentes? Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 10 Dados de densidade da água Tabela 1: Densidade de água pura em diferentes temperaturas 3. A flutuabilidade e a densidade do refrigerante diet e normal (um exercício em grupo) Nome(s) da(s) marca(s) da(s)bebida(s)_______________________________. Volume do refrigerante que aparece no rótulo________________________mL. Conteúdo de açúcar do refrigerante normal que aparece no rótulo_________g. Descreva a flutuabilidade dos frascos de refrigerantes normaise dos dietéticos. Qual flutua e qual afunda? (a) Determinação da massa média dos frascos de refrigerantes cheios e vazios de refrigerante normal e dietético. Massas dos frascos refrigerante normal (g) refrigerante dietético (g) Frasco vazio (g) Média: Média: Média: (b) Depois de subtrair a massa média de um frasco vazia da massa média dos frascos de refrigerante normal e diet, calcule a densidade média do refrigerante normal e diet. Densidade calculada do refrigerante normal Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 11 Densidade calculada do refrigerante dietético (c) Massa (%) calculada de açúcar no refrigerante: g açúcar/g refrigeranteX100 4. Flutuabilidade das soluções de açúcar (sacarose) Registre o que você observou quando depositou a solução vermelha de sacarose sobre a solução amarela de sacarose e vice-versa. Quais as conclusões acerca de qual solução é mais densa, a solução vermelha ou a solução amarela? Explique. 5. Medição quantitativa, da densidade das soluções de açúcar (sacarose) Calculando a densidade, use o volume nominal da solução (10,00mL) ou preferivelmente o volume corrigido, determinando a partir da calibração da pipeta: (a) solução vermelha de sacarose (b) solução amarela de sacarose (c) água Temperatura, °C Exper. 1 Exper. 2 Exper. 1 Exper. 2 Exper. 1 Exper. 2 Massa frasco vazio (g) Massa frasco vazio + solução (g) Massa líquida da solução (g) Massa média da solução (g) Volume da solução (mL) Densidade calculada (g/mL) 6. Fazendo um gráfico de densidade vs. massa (%) de sacarose Faça o gráfico de densidade (g/mL) vs. massa (%) de sacarose. Considere adequado que a escala de densidade varie de 0,99 a 1,08g/mL e a massa (%) de sacarose, de 0 a 20%. No gráfico deve haver o ponto correspondente à água pura e correspondentes às soluções vermelhas e amarelas.Trace a reta de ajuste para os pontos. Pode usar um programa computacional para traçar o gráfico. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 12 5. A densidade da amostra metálica sólida (a) Densidade Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 13 Experimento 2 - Determinação de uma fórmula química: a reação de Iodo com Zinco Esse procedimento experimental é uma adequação do experimento presente no livro "Química no Laboratório", 5ª edição, J.M. Postma, J.L.Roberts Jr. and J.L. Hollenberg. Editora Manole, 2009. Objetivo Determinar a razão da massa iodo/zinco para o iodeto de zinco preparado reagindo o zinco com o iodo em solução; usar a razão da massa e a razão da massa atômica iodo/zinco para determinar a fórmula química mais simples para o iodeto de zinco; escrever uma equação química balanceada para a reação do zinco com o iodo e mostrar que a massa é conservada numa reação química. Preparação Pré-Laboratório Compreender os conceitos de Estequiometria Química. Cuidados com manipulação do Iodo sólido. Materiais Gerais - Placa Aquecedora - Folha de Alumínio - Papel Manteiga - Zinco Granulado - Iodo sólido - Metanol - 1 Erlenmeyer de 125 mL - 1 Proveta de 25 mL - 1 Béquer de 250 mL - Bastão de vidro (baqueta) - Dessecador Procedimento Experimental 1. Reação do Iodo com o Zinco Pese o frasco de Erlenmeyer. Registre a massa do frasco. Pese antecipadamente 2,0 0,1g de zinco granulado, num papel de pesagem. Adicione os grãos de zinco no frasco de Erlenmeyer e pese novamente. Registre a massa do conjunto frasco mais zinco. Pese antecipadamente em papel de pesagem 2,0 0,1g de cristais de iodo, com muito cuidado para evitar respingos. Adicione os cristais de iodo ao conjunto frasco mais zinco e pese novamente. Registre a massa do frasco mais a do iodo e zinco adicionados. Ao conjunto (frasco + iodo + zinco) adicione 25 mL de metanol (devido ao metanol procure utilizar a capela). Tampe o frasco com a folha de alumínio. Leve o frasco para a placa aquecedora mantendo uma temperatura branda, suficiente para aquecer o metanol até a fervura. Gire o conteúdo do frasco ocasionalmente Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 14 para dissolver o iodo. Depois do desaparecimento da cor marrom, característica do iodo solúvel presente no álcool, cerca 15 ou 20 minutos, a reação se completa. Remova o frasco reacional do aquecimento. Pese um béquer de 250 mL, seco e limpo, e registre o valor. Transfira o conteúdo do Erlenmeyer com o auxílio do bastão de vidro para guiar a solução de álcool para o béquer. Tenha cuidado para não deixar que partículas de zinco sólido escapem do frasco Erlenmeyer para o béquer. Para remover produto que possa ter ficado no Erlenmeyer lave-o com 5mL de álcool, mexa por aproximadamente 15 segundos, transferindo posteriormente a solução resultante para o béquer, sempre tendo o cuidado para não deixar que partículas de zinco sólido escapem do frasco Erlenmeyer para o béquer. Repita o procedimento, assim fica assegurado que todo produto reacional foi transferido para o béquer. Leve o frasco Erlenmeyer para a placa aquecedora para secar o zinco metálico, temperatura média (em capela). Caso haja características de sólido branco o material deve ser lavado novamente com álcool e essa solução transferida para o béquer. O béquer contendo o iodeto de zinco em solução alcoólica também ficará sobre a mesma placa aquecedora. Com o zinco do Erlenmeyer completamente seco pese o Erlenmeyer e registre a massa de zinco que não reagiu. Calcule as massas exatas de zinco e iodo que reagiram e defina a fórmula mais simples para o iodeto de zinco. 2. Isolamento do Produto da Reação Zinco-Iodo Deixe o álcool contido no béquer evaporar completamente (em capela). Normalmente são necessários 25 minutos para evaporar todo o metanol. Após resfriamento pese novamente o béquer contendo o iodeto de zinco. Tome nota da massa. Obs: Iodeto de zinco é higroscópico, para que não absorva água do ambiente deixe-o esfriar tampado com vidro de relógio ou com folha alumínio ou em dessecador. Obtenha a massa de iodeto de zinco formado. Compare essa massa com a soma das massas de zinco e iodo que reagiram. Seus resultados confirmam o princípio de conservação da massa? Tome nota da aparência do produto formado, é muito diferente dos reagentes? Referências Bibliográficas Postma, J.M.; Roberts Jr., J.L.; Hollenberg, J.L. "Química no Laboratório", Editora Manole, 5ª edição, 2009, 103-110. DeMeo, S. “Synthesis and Decomposition of Zinc Iodide: Model Reactions for Investigation Chemical Change in the Introductory Laboratory,” J. Chem. Educ., 1995, 72: 836-839. Walker, N. “Tested Demonstrations, Synthesis and Decomposition of ZnI+,” J. Chem. Educ., 1980, 57:738. Wells, N. and Boschmann, E. “A Different Eperiment on Chemical Composition,” J. Chem. Educ., 1977, 54:586. Folha de respostas Imprimir o formulário, após o desenvolvimento do experimento entregar ao docente um formulário preenchido por grupo. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 15 RELATÓRIO 2 Determinação de uma fórmula química: a reação de Iodo com zinco Nome: _________________________ _________________________ _________________________ DADOS E CÁLCULOS 1. Reação do Iodo com o Zinco Antes da reação (a) Massa do frasco Erlenmeyer vazio g (b) Massa do frasco + Zinco g (c) Massa do frasco + Zinco + Iodo g Depois da reação (d) Massa do frasco + Zincoque não reagiu g (e) Descreva a aparência da solução após a conclusão da reação. Cálculos Calcule a massa de iodo que foi colocada no frasco. Suponha que todo o iodo reagiu. (f) Massa de Iodo que reagiu g (g) Moles de Iodo que reagiram mol Calcule a massa de zinco que reagiu. (h) Massa de Zinco que reagiu g (i) Moles de Zinco que reagiram mol (j) Calcule a razão das massas (I/Zn) que reagiu. (k) Calcule a razão molar (I/Zn) que reagiu. (l) Escreva a fórmula mais simples para o iodeto de zinco. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 16 (m) Escreva uma reação química balanceada para a reação do zinco com o iodo, pressupondo que ambos existam como átomos nos sólidos, ou seja, que o iodo não seja I2 mas I. 2. Isolamento do Produto da Reação Zinco-Iodo Dados (a) Massa do béquer vazio g (b) Massa do béquer vazio + produto seco da reação g (c) Descreva a aparência do produto da reação zinco-iodo Massa do produto da reação (d) Massa do produto da reação de iodeto de zinco g Massa dos reagentes (e) Massa do Iodo que reagiu g (f) Massa do Zinco que reagiu g (g) Massa total dos reagentes (Zinco + Iodo) g Calcule a diferença em porcentagem entre a massa do produto e a massa dos reagentes. 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛ç𝑎 % = (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜) − (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) (𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠) 𝑋100% QUESTÕES 1. Sabe-se que o iodo existe no estado sólido como molécula diatômica I2. Usando a fórmula simples que você encontrou para o iodeto de zinco, escreva uma equação química balanceada para a reação de Zn como I2. 2. Qual observação sustenta a hipótese de que o iodo reagiu com o zinco? Explique. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 17 3. Comente a seguinte afirmativa: “As propriedades dos compostos químicos são as propriedades médias dos elementos que o compõem”. Qual evidência você pode tirar do presente experimento para apoiar (ou desmentir) essa afirmativa? 4. Suas observações confirmam o princípio de que a massa é conservada numa reação química, isto é, que a massa dos produtos é igual à massa dos reagentes? Explique. 5. Se no final da reação certa quantidade de zinco não-reagente escapasse do frasco Erlenmeyer, a massa do frasco mais a do zinco que não reagiu seria menor do que deveria ser. Isso faria a razão das massas calculadas I/Zn ser maior ou menor que o valor previsto? Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 18 Experimento 3 – Estequiometria de reação e filtração simples e à vácuo Objetivo: Preparação do KNO3 O Aluno deverá preparar para a aula: a) Os cálculos teóricos com a previsão da massa do produto. b) Pesquisar como o papel pregueado deve ser dobrado. Procedimento 1) Em um erlenmeyer de 125 mL adicione 30,00 mL de água destilada. 2) Em seguida adicione 18,00 mL de ácido nítrico concentrado 65%. 3) Colocar o erlenmeyer com a solução de ácido nítrico em um banho de gelo, e LENTAMENTE adicione 14,00 g de KOH. Mantenha a solução em constante agitação. 4) Após a adição de todo o hidróxido de potássio, estime o pH da solução com um papel indicador universal. Anote o valor estimado. 5) Mantenha o banho gelado e a agitação da solução por aproximadamente 10 min. 6) Após a etapa anterior, aqueça a solução e filtre a mesma em um sistema de filtração simples com papel pregueado. Lave o papel pregueado com água quente antes da transferência da solução. Colete o filtrado em um béquer de 200 mL limpo e seco. 7) Aqueça o béquer numa chapa aquecedora até que seu volume final seja aproximadamente 1/4 do volume inicial. 8) Retire o béquer do aquecimento, espere o béquer esfriar deixando-o em cima de uma placa de amianto, na bancada por alguns minutos. 9) Deixe o sistema em um banho de gelo por aproximadamente 15 min. A formação de precipitado de nitrato de potássio deverá iniciar assim que a temperatura começar a diminuir. 10) Monte o seu sistema de filtração à vácuo. Recorte o papel de filtro com o diâmetro de 1 a 2 mm inferior ao do funil de Buchner. Molhe o papel de filtro com água destilada gelada. Conecte o funil de Buchner à bomba de vácuo e efetue a filtração utilizando a bomba de vácuo com supervisão do professor. Lave o precipitado três vezes com aproximadamente 5 mL de água gelada e em seguida com 5 mL etanol gelado. Desconecte o funil da bomba de vácuo. O filtrado será utilizado na prática de recuperação do KNO3. 11) Com o auxílio de uma espátula, transfira o sólido para uma cápsula de porcelana e leve o conjunto à estufa para secar. Depois de seco, pese o sólido, Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 19 tranfira o sólido para o tubo falcon, identifique e armazene no dessecador. O sal obtido será utilizado na prática de Solubilidade e Calorimetria. Referências Bibliográficas 1. J. C. Kotz e P. Treichel Jr., Química Geral e Reações Químicas, 5ª ed., Thomson, São Paulo, 2005 ou 4ª ed., LTC, Rio de Janeiro, 2002. 2. P. Atkins e L. Jones, Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Bookman, 2001. Relatório: O relatório completo será feito após realização do experimento de Solubilidade. Cada grupo deverá apresentar um único relatório completo sobre a prática de estequiometria e solubilidade. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 20 Experimento 4 – Solubilidade e recuperação do KNO3 Objetivos: Estudar o efeito da temperatura na solubilidade de nitrato de potássio em água. Recuperar e recristalizar o nitrato de potássio (KNO3) Procedimento Determinação da curva de solubilidade do KNO3 Observação: Para a construção das curvas de solubilidade serão determinadas as temperaturas em que seis soluções de concentrações conhecidas se tornam saturadas (início da cristalização). Cada grupo irá determinar dois pontos da curva. Aguarde as instruções do professor para saber quais os pontos seu grupo deverá determinar. Pese, em balança semi-analítica, as seguintes quantidades do nitrato de potássio conforme orientação do professor: 1,50; 2,00; 3,00; 4,00; 5,00 e 6,00 g. Transfira para um tubo de ensaio (20 x 150 mm) e adicione 5,0 mL de água destilada com uma pipeta volumétrica de 5,0 mL. Solubilize o nitrato de potássio e verifique se ocorre variação de temperatura (anote a temperatura da água antes e depois da adição ao sal) para saber se a dissolução do sal é um processo endotérmico ou exotérmico (porém, não use estes dados para a curva!). NÃO utilize o termômetro para solubilizar o nitrato de potássio. Aqueça o tubo de ensaio em banho de água quente, agitando com bastão de vidro continuamente até a dissolução completa do sal. Interrompa o aquecimento e introduza um termômetro na solução deixando-a esfriar à temperatura ambiente. Anote a temperatura na qual o sal começa a cristalizar. Repita a operação, bastando para tal reaquecer o tubo até a dissolução dos cristais. O resultado final deve ser a média de dois resultados concordantes. Caso a cristalização não ocorra mesmo à temperatura ambiente, resfrie o tubo mergulhando-o num béquer contendo água gelada, mantenha a agitação e determine a temperatura de início de cristalização. Ao final do experimento, aqueça o tubo até a dissolução completa do sólido e transfira a soluçãopara o béquer que se encontra na capela. Este solução será utilizado no experimento de recuperação do KNO3. Não jogue o Nitrato de Potássio na Pia. Recuperação e Recristalização do nitrato de potássio Meça e transfira 100 mL da solução a ser recuperada para um béquer de 250 mL. Aqueça a solução e filtre em um sistema de filtração simples à quente, utilizando papel pregueado umedecido com água quente. Transfira o filtrado para um novo béquer de 250 mL limpo e seco; reduza o volume da solução até 25% do volume inicial utilizando uma chapa aquecedora na capela de exaustão. Retire o béquer do aquecimento, leve-o até a bancada e deixe-o esfriar sobre uma tela de amianto por alguns minutos. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 21 Promova o esfriamento do sistema em um banho de gelo por aproximadamente 15 min. A formação de precipitado de nitrato de potássio deverá iniciar assim que a temperatura começar a diminuir.Monte o seu sistema de filtração à vácuo. Recorte o papel de filtro com o diâmetro de 1 a 2 mm inferior ao do funil de Büchner. Molhe o papel de filtro com água destilada gelada. Conecte o funil de Büchner à bomba de vácuo e efetue a filtração utilizando a bomba de vácuo com supervisão do professor. Lave o precipitado três vezes com aproximadamente 5 mL de água gelada e em seguida com 5 mL etanol gelado. Com o auxílio de uma espátula, transfira o sólido para uma cápsula de porcelana e leve o conjunto à estufa para secar. Depois de seco, pese o sólido, transfira o sólido para o tubo falcon, identifique e armazene no dessecador. Bibliografia 1. J. C. Kotz, P. M. Treichel e G. C. Weaver, Química Geral e Reações Químicas, 6ª ed., Thomson, São Paulo, 2010. 2. E. Giesbrecht et alii., PEQ - Experiências de Química: Técnicas e Conceitos Básicos, Ed. Moderna/EDUSP, 1979. 3. J. E. Brady, F. Senese Química: A matéria e suas transformações, 5ª ed., LTC, Rio de Janeiro, 2009. 4. P. Atkins e L. Jones, Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 5ª ed., Bookman, 2012. 5. J. M. Postma, J. L. Roberts Jr. e J. L. Hollenberg, Química no Laboratório, 5ª ed., Manole, Barueri, 2010. Relatório Completo: Deve conter os dados dos experimentos 4 e5. Em relação ao experimento de solubilidade, o relatório deverá obrigatoriamente conter: 1) Construa a curva de solubilidade utilizando a massa do soluto que se dissolve em 100 g de água a uma temperatura específica. Utilize os dados experimentais coletados e os transforme de forma a obtê-los proporcional a grama de soluto/100 grama de água para obter a solubilidade do KNO3. Plote o gráfico. Compare seus resultados experimentais com os dados da literatura. 2) De acordo com suas observações, comente em termos de ΔHdissol e espontaneidade, as mudanças de energia na formação das soluções formadas no experimento de hoje. 3) De acordo com os seus dados, como a solubilidade do KNO3 é afetada com o aumento da temperatura do solvente? Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 22 Experimento 5 – Reações de Produtos Químicos Domésticos Objetivos: Descrever as reações químicas de produtos domésticos comuns com vários reagentes e deduzir, a partir dos padrões de reação observados, a identidade destes produtos químicos apresentada como desconhecida. Procedimento Materiais Suprimentos especiais: Uma placa de reação contendo 24 poços, dez pipetas de polietileno para transferência, caneta para escrever em vidro, dez tubos de ensaio 13 x100 mm, parafilme. Produtos químicos domésticos: 1. Alvejante líquido; 2. Lysol; 3Bicarbonato de sódio; 4. Vanish. Produtos químicos (reagentes): AgNO3 (0,1 mol/L); CaCl2 (1,0 mol/L); HCl (6,0 mol/L), azul de timol 0,1% (1,0 g do sal de sódio/L), Corante azul de alimentos. A) Observando Padrões de Reação Para Os Produtos Químicos Domésticos 1. Ler os rótulos dos 4 produtos domésticos e anotar no caderno de laboratório: nome comercial do produto, propósito planejado para o produto, ingredientes ativos listados no rótulo, suas quantidades e concentrações. 2. Colocar em 3 tubos de ensaios: 2-3 mL de alvejante líquido; 0,5 mL de solução de Lysol; 0,5 g de bicarbonato de sódio. Em um béquer de 30 mL adicionar 0,5g de produto de limpeza Vanish. 3. Preparar 3 soluções para os produtos domésticos químicos a serem estudados. Adicionar 8 mL de água destilada a cada um dos dois tubos de ensaio contendo o Lysol e o bicabornato de sódio e ao béquer contendo o produto Vanish. O alvejante líquido será utilizado com recebido (sem diluição). Cobrir as bocas dos tubos de ensaio com o parafilme e agitar até que os produtos domésticos fiquem plenamente misturados e que todos os sólidos se dissolvam. Mexer o produto Vanish (béquer) com um bastão de vidro até que todo o sólido se dissova. 4. A seguir obter amostras de cada um dos cinco reagentes (~3 mL) em 5 tubos de ensaios limpos. 5. Providenciar uma placa de reação com 24 poços. Sendo a placa constituída de 4 colunas com seis poços cada (Fig. 2), cada coluna corresponderá a um dos 4 produtos domésticos. Adicionar uma solução de produto químico (reagente) em cada um dos 5 poços dos 6 que cada coluna tem, deixando o sexto poço vazio. Coloque solução suficiente em cada poço para cobrir seu fundo com uma profundidade de 2-3 mm (cerca de 0,5 mL). 6. Imagine agora que a placa tenha 5 fileiras de 4 poços cada (Fig.2). Cada fileira corresponderá a um dos 5 reagentes e os poços estão preenchidos com os 4 produtos domésticos. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 23 7. Adicione cerca de 3 gotas de cada reagente aos 4 produtos químicos contidos na fileira. 8. Observar o que acontece assim que o reagente é adicionado e após 30 s. Após 5 min. Observar novamente. Haverá 20 reações possíveis. Notar se há um padrão característico de para cada produto doméstico que permita distingui-lo dos outros pela reação observada. Observar a diferença entre cada produto químico doméstico. B) Identificando um produto químico desconhecido pelo seu Padrão de Reação Na mesma placa de 24 poços limpa da Parte A, colocar amostras de produto desconhecido e cada um dos poços e adicione os mesmos 5 reagentes utilizados na Parte A. Comparar com os produtos domésticos estudados na parte A. Registrar todas as observações e suas deduções com base nas anotações feitas para os padrões utilizados na parte A. Figura 2. Quatro produtos químicos domésticos e cinco reagentes são misturados em uma placa de reação de 24 poços. Bibliografia 1. Bosma, WB. “Using Chemistry and Color to Analyze Household Products: A 10-12 Hour Laboratory Project at the General Chemistry Level”. J. Chem. Educ., 1988, 75: 214-215. 2. Meyers, RL. “Indentifying Bottled Water: A Problem- Solving Exercise in Chemical Identification”. J. Chem. Educ., 1988, 75: 1585-1587 Relatório completo Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 24 Experimento 6 – Equilíbrio Químico Objetivos Verificar o princípio de "Le Chatelier" através de um sistema em equilíbrio com a ação de um agente externo. Lista dos principais reagentes e materiais: 6 tubos de ensaio Etanol absoluto 1 béquer 100 mL 1 proveta 100 mL Bastão de vidro Fio de cobre 10 cm Solução de hidróxido de amônio (NH4OH) – 1 mol/L Tesoura Solução de cloreto de ferro III – 0,01 mol/L Ácido nítrico conc. Cloreto de amônio (NH4Cl) - sólido Balão volumétrico com tampa 250 mL Tiocianato de amônio (NH4SCN) – sólido Solução de cloreto de sódio – 0,5 mol/L Solução de nitrato de prata (AgNO3) – 0,1 mol/L Cloreto de cobalto II - sólido Procedimento ExperimentalObserve o deslocamento de equilíbrio da reação química por efeito da variação de concentração de um dos participantes da reação química. Anote as observações efetuadas cuidadosamente, elas serão necessárias para a elaboração do relatório. Parte A Coloque 40 mL de água no béquer. Junte 5 mL de solução de cloreto de ferro III e 5 mL de solução de tiocianato de amônio. Agite com o bastão de vidro. Observe a cor desenvolvida. Coloque 10 mL da solução acima em 4 tubos de ensaio identificados. Tubo I: servirá como padrão. Tubo II: adicione 2 mL de solução de cloreto de ferro III, agite e compare a cor com a do tubo I. Tubo III: adicione uma pequena ponta de espátula de tiocianato de amônio. Agite e compare com a cor do tubo I. Tubo IV: adicione uma pequena ponta de espátula de cloreto de amônio. Agite e compare com a cor do tubo I. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 25 Parte B Em um tubo de ensaio adicione 1 mL de solução de nitrato de prata (AgNO3) e 1 mL de solução de cloreto de sódio (NaCl). Deixe decantar e retire o líquido sobrenadante. Ao sólido restante no tubo, adicione solução de hidróxido de amônio (NH4OH) e observe. Parte C Em um tubo de ensaio adicione 50 mg de cloreto de cobalto (CoCl2.nH2O) e 3 mL de etanol absoluto. Agite até dissolver. Em seguida, acrescente 4 a 6 gotas de água. Espere um pouco e observe a mudança de cor. Coloque o tubo de ensaio em um recipiente com água quente e observe. Em seguida, coloque o mesmo tubo em um banho com água e gelo e verifique as mudanças. Parte D Cortar o fio de cobre em pedaços de ~1 cm e transferir para o balão volumétrico. Na capela de exaustão, adicionar cuidadosamente 1,5 mL de HNO3 concentrado. Em seguida tampar (imediatamente) o balão e deixar o gás se formar. Estabelecido o equilíbrio – após o consumo do metal – colocar o balão em banho de gelo e observar. Posteriormente, transfira o balão para o banho termostatizado a 50 °C e observe e anote suas observações. Referências Bibliográficas 1. Princípios de Química, P.Atkins e L. Jones; Bookman, 3ª ed, 2006. 2. J. C. Kotz e P. Treichel Jr., Química geral e reações químicas, 5ª ed., Thomson, São Paulo, 2005 ou edições anteriores. 3. A I. Vogel, Química Analítica Qualitativa, 5ª ed., Mestre Jou, São Paulo, 1981. 3. D. J. Maia, W. A. Gazotti, M. C. Canela e A. E. Siqueira, Química Nova na Escola, 2005, 21, 44-46. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 26 Experimento 7 – Equilíbrio Ácido Base Objetivos Observar comportamento e perturbações de sistemas em equilíbrio. Verificar casos de hidrólise e a capacidade tamponante. Procedimento Experimental Haverá na bancada da frente uma estante de tubos de ensaio contendo soluções de pH 1 até 13, com o indicador universal, para possibilitar a estimativa do valor de pH. Foto desta montagem poderá ser projetada para facilitar a visualização para os alunos do fundo da sala. a) Efeito do íon comum em equilíbrio de dissociação de ácido fraco Coloque em um tubo de ensaio 2 a 3 mL (40 a 60 gotas) de solução de ácido acético 0,2 mol/L. Adicione 1 a 2 gotas de solução de indicador universal (mistura de vermelho de metila, fenolftaleína, azul de timol e azul de bromotimol): agite, observe a coloração e anote o valor correspondente do pH. Transfira metade da solução a outro tubo de ensaio igual, limpo e seco. A um destes tubos adicione 1 a 1,5 mL (20 a 30 gotas) de água destilada e agite. Ao outro tubo adicione, sempre sob agitação, sucessivas porções de 5 gotas de solução de acetato de sódio 0,4 mol/L, até que o volume total se iguale ao do primeiro tubo. Após cada adição, observe a cor, anote-a e anote o pH correspondente. Estime o pH da solução a cada dez gotas: monte o equilíbrio apropriado, utilize as expressões pertinentes e leve em conta a variação de volume (diluição). b) “Hidrólise” de sais em soluções Coloque, em tubos de ensaio numerados, soluções aquosas (aproximadamente 40 gotas) dos seguintes sais: 1) Cloreto de amônio, 2) Acetato de sódio, 3) Carbonato de sódio, 4) Hidrogenocarbonato de sódio, 5) Hidrogenossulfato de potássio, 6) Monohidrogenofosfato de sódio, 7) Dihidrogenofosfato de sódio, 8) Nitrato ou cloreto de alumínio. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 27 Adicione aos tubos 1 gota de indicador universal, agite para homogeneizar e anote o valor do pH de cada solução. Anote todas as concentrações dos sais utilizadas. Estime o pH de cada solução. c) Estudo da ação tamponante e seus limites Calcule os volumes necessários para as preparações das soluções tampão (AcOH / AcONa) com as seguintes composições: 0,16 mol.L-1/0,16 mol.L-1, 0,48 mol.L-1/0,48 mol.L-1 ou 0,8 mol.L-1/0,8 mol.L-1, a partir das soluções estoque AcOH (1,0 mol.L-1) e AcONa (1,0 mol.L-1) do laboratório. Coloque 5 mL desta solução em um tubo de ensaio e adicione ao mesmo 1 a 2 gotas do indicador universal: anote a cor resultante e o correspondente valor de pH. Posteriormente, com uma pipeta Pasteur, adicione lentamente (gota a gota) e com contínua agitação do tubo, solução de NaOH 0,5 mol.L-1. Sempre que notar mudança de coloração, anote o pH correspondente e o número de gotas de NaOH usadas: passe esses valores para um gráfico “pH X número de gotas”. Estime o pH a cada dez gotas. Referências Bibliográficas 1. E. Giesbrecht et al, PEQ, Experiências de Química - Técnicas e Conceitos Básicos, Ed. Moderna e EDUSP, 1982, exp. 13.5, p. 106. 2. B. H. Mahan e R. J. Myers, Química, um curso universitário, tradução da 4a. edição americana, Ed. Edgard Blücher, 1993. 3. R. Isuyama et al, Experimentos sobre equilíbrio químico, GEEQUIM, IQUSP, 1985, cap. II, exp. II.1, p.35. 4. C. R. Silva e J. A. Simoni, “Avaliação da capacidade tamponante – um experimento participativo”, Química Nova, 23 (3) 405 (2000). Instruções para elaboração de relatório (I) Introdução, (II) Resumo, (II) Objetivos, (III) Parte Experimental, (IV) Resultados, (V) Discussão: para cada parte realizada coloque as cores observadas, associando-as aos valores correspondentes de pH e os cálculos realizados, detalhadamente. Discuta os casos em que houver discrepância entre o pH correspondente à cor observada e o pH calculado; (VI) Conclusão; (VII) Referências Bibliográficas. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 28 Experimento 8 – Reações Redox Objetivos Estudar as reações de óxido-redução. Determinar a reatividade relativa de alguns metais em reações de óxido-redução. Conhecer algumas aplicações das reações de óxido-redução. Potenciais Padrão de Redução Procure na literatura os potenciais padrão de redução das espécies que serão utilizadas. Procedimento Experimental A. Pilha de Daniell Material: 2 béqueres de 50 mL; 2 fios com garra tipo “jacaré”; 1 multímetro; 1 tubo em U; 1 placa de zinco; 1 placa de cobre; pedaços de algodão; solução de sulfato de cobre (II) 0,1 mol/L; solução de sulfato de zinco 0,1 mol/L; solução de nitrato de sódio 1,0 mol/L; palha de aço; proveta de 50 mL. a) Com auxílio de uma palha de aço, efetue o polimento de uma lâmina de zinco e de uma lâmina de cobre. Lave-as com água destilada e seque-as. b) Prepare uma ponte salina, em um tubo em U, completando com solução de nitrato de sódio 1,0 mol/L e fechando com algodão as extremidades. Cuidado com as bolhas de ar. c) Meça, em uma proveta, 30 mL de solução de sulfato de cobre (II) 0,1 mol/L e coloque-a em um béquer de 50 mL. Em outro béquer de 50 mL, coloque 30 mL de solução de sulfato de zinco 0,1 mol/L. (confiraas concentrações das soluções fornecidas ). d) Ligue a placa de zinco ao terminal negativo do voltímetro e a de cobre ao positivo. Mergulhe as lâminas nas soluções dos íons respectivos. e) Coloque a ponte salina de tal forma a conectar os béqueres e que cada extremidade esteja mergulhada em uma das soluções. Meça a diferença de potencial (∆E), utilizando a escala mais adequada do voltímetro. B – Reações Redox Objetivos Estudar as reações de óxido-redução. Determinar a reatividade relativa de alguns metais em reações de óxido-edução. Conhecer algumas aplicações das reações de óxido-redução. Potenciais Padrão de Redução Procure na literatura os potenciais padrão de redução das espécies que serão utilizadas. Procedimento Experimental Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 29 1. Reatividade de metais (Mg, Cu, Zn) e do hidrogênio. a) O ensaio consiste em introduzir uma amostra metálica num tubo de ensaio contendo cerca de 2 mL de ácido clorídrico (1 mol/L) ou de uma solução do sal de outro metal. b) Faça todas as combinações entre os metais magnésio, cobre e zinco e as soluções aquosas de sais desses metais e de ácido clorídrico (1,0 mol/L). Lembre-se de identificar cada tubo de ensaio para saber o que está sendo misturado. Observe em que casos ocorrem reações e escrevam as devidas equações dessas reações. Quais as mudanças observadas? Anote na tabela a seguir essas mudanças. OBS: para o Zinco, coloque a solução de HCl em um béquer. Para as outras soluções coloque uma gota sobre a placa. Referências Bibliográficas 1. E. Giesbrecht et al., PEQ, Experiências de Química - Técnicas e Conceitos Básicos, Ed. Moderna e EDUSP, 1979. 2. P. Atkins e L. Jones, Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Bookman, 2001. 3. D.L. Reger, S.R. Goode e E.E. Mercer, Chemistry Principles and Practice, 2a.ed., Saunders College Publishing, 1997. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 30 Experimento 10 – Baseado em um artigo com o personagem Sherlock Holmes Esta história apresenta um problema de análise química qualitativa, sob a forma de um mistério envolvendo a dupla Sherlock Holmes e Dr. Watson. Objetivos Desenvolver o senso crítico, a prática de observação e o raciocínio para a investigação de propriedades físicas e químicas de substâncias químicas. A história, narrada pelo Dr. Watson Acordei tarde, naquela manhã. Da rua, chegavam ruídos de carruagens, abafados pela grossa camada de neve que caíra durante a noite e misturados às vozes animadas das poucas pessoas que passavam apressadas pela Baker Street. Era o último Natal do século XIX, fazia frio e o céu exibia um tom azul, algo raro em Londres. Enrolado em um cachecol, peguei meu cachimbo e me dirigi ao living. Encontrei Holmes ao lado da lareira crepitante, meio mal humorado e tentando manter seu ânimo concentrado no restauro do acabamento de seu precioso violino. Essa tarefa consumira seu tempo nas últimas semanas e o deixava frustrado por não conseguir obter um verniz com a qualidade adequada. Uma batida na porta anunciou a chegada da governanta, Sra. Hudson, que entrou trazendo um pacote embrulhado em papel vermelho brilhante com a inscrição: ‘Sr. Sherlock Holmes, Feliz Natal’. Ela havia encontrado o pacote no degrau, em frente ao apartamento, naquela manhã. Ao abrir cuidadosamente o pacote, Holmes encontrou um frasco, sem rótulo, contendo um pó branco. Ficou muito apreensivo e me pediu para dizer os nomes das pessoas envolvidas nos casos mais recentes. Tentei tranqüilizá-lo, sugerindo que era apenas um presente de Natal, porém Holmes retrucou com severidade, batendo impacientemente os dedos: “Os nomes, Watson. Pois a inscrição não é característica de uma escrita natural, mas foi feita de maneira a ocultar a verdadeira identidade da pessoa que enviou o pacote. Poderia ser uma vingança.” “Bem, Holmes, tem sempre o Moriarty, ou poderia ser Porlanto, o fraudador, Gladson, o envenenador, ou Kilburn, que matou seu enteado. Parecem ser, no momento, os mais suspeitos.” Holmes levou o frasco para a sua bancada de experimentos químicos e começou a trabalhar. A Sra. Hudson e eu celebramos sozinhos o Natal, com ganso assado e três variedades de suas famosas tortas, enquanto Holmes continuava trabalhando. Holmes reapareceu às 10 h 30 min da noite. Eu esperava um olhar de triunfo, visto que em outras ocasiões, as pesquisas químicas de Holmes sempre o auxiliaram na solução dos casos. Mas, desta vez, um ar confuso sombreava o seu semblante. Holmes disse que, entre outros ensaios, testara a toxicidade do pó branco. Para isso fez com que um camundongo ingerisse um pouco do mesmo. A observação por algumas horas não indicou mudança no comportamento do animal, donde Sherlock Holmes concluiu que não era tóxica ou mesmo uma droga. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 31 “É um presente, Holmes, o aceite como tal e venha comemorar a data conosco!” Eu lhe disse, já aborrecido com a sua falta de espírito natalino. Mas Holmes ignorou-me e voltou à bancada de trabalho, onde com uns cálculos e mais alguns testes esclareceu finalmente o mistério. Os outros experimentos realizados por Sherlock Holmes estão descritos no procedimento e você deve efetuá-los para poder identificar o pó branco recebido. Procedimento Experimental Você vai dispor de uma amostra do pó branco, que Sherlock Holmes recebeu como presente de Natal. Efetue os ensaios abaixo e anote todas as suas observações. 1. Observe a amostra. Verifique se apresenta cheiro característico. 2. Coloque um pouco da amostra num béquer, cubra com um vidro de relógio e verifique o efeito do aquecimento, utilizando uma chapa elétrica, na capela. Depois do teste, retire o béquer da chapa, espere esfriar e observe. 3. Teste a sua solubilidade. Tente dissolvê-lo em etanol e depois em água. Se for pouco solúvel, verifique o efeito da variação da temperatura - primeiro aqueça e depois resfrie o sistema. 4. Coloque em um béquer de 50 mL um pouco do sólido, adicione água destilada, agite bem e investigue a propriedade eletrolítica do sistema, isto é, se ele permite a passagem de corrente elétrica. Para isso utilize o condutivímetro confeccionado pela UNIFESP. Remova o condutivímetro e aqueça o sistema. Recoloque o condutivímetro na mistura aquecida e observe, esperando até o sistema esfriar. Para efeito comparativo, verifique a condutividade de uma solução diluída de ácido clorídrico. 5. Avalie o que ocorre com o indicador tornassol em contacto com uma solução aquosa da amostra. Para isso, coloque em um vidro de relógio dois pedaços pequenos de papel vermelho de tornassol. Umedeça um deles com água destilada, utilizando um bastão de vidro, e o outro com a solução problema, usando outro bastão de vidro. Repita o teste usando papel azul de tornassol. 7. Verifique o comportamento da amostra em presença de ácidos e bases. Para isso, coloque um pouco do sólido em dois tubos de ensaio, adicione solução 1,0 mol L-1 de ácido clorídrico a um deles e solução 1,0 mol L-1 de hidróxido de sódio ao outro. 8. Coloque um pouco do sólido em um tubo de ensaio. Adicione um pouco de água, e agite bem. Em seguida, adicione algumas gotas de solução aquosa de nitrato de prata. Observe. Agite a solução, deixe-a em repouso por alguns minutos e observe-a. Na sequência, adicione algumas gotas de solução aquosa de cloreto de amônio, agite e observe. 9. Coloque um pouco do sólido em um tubo de ensaio limpo e seco. Adicione um pouco de água e agite bem. Mergulhe a alça de platina na solução e leve-a para a chame de um bico deBunsen. Observe. 10. Finalmente, misture um pouco do sólido com bicarbonato de sódio sólido. Adicione um pouco de água destilada, agite e observe. Com base em todas as informações obtidas e consultas os manuais de substâncias químicas, tente identificar a amostra. Instruções para elaboração do relatório Será feito em classe, em duplas, após a parte experimental e em formulário próprio. Química das Transformações - Unidade Curricular Experimental 32 Para pensar em casa: Qual a sua concepção sobre método científico e como ele foi exercitado neste experimento? Se a história se passasse em nosso milênio, que outras técnicas poderiam ter sido utilizadas para identificar a amostra? Referências Bibliográficas 1. T. G. Waddell e T. R. Rybolt, “The Chemical Adventures of Sherlock Holmes - A Christmas Story”, J. Chem. Educ. 1991, vol. 68, p. 1023-1024. 2. E. Giesbrecht, coord., PEQ - Experiências de Química: Técnicas e Conceitos Básicos, Ed. Moderna e EDUSP, São Paulo, 1982. 3. A. I. Vogel, Practical Organic Chemistry, 3a ed., Longman, London, 1970. 4. Lange’s Handbook of Chemistry, J. A. Dean, McGraw Hill; CRC Handbook of Chemistry and Physics, The Chemical Rubber Co.; The Merck Index, Merck & Co. 5. Textos sobre o método científico. Por exemplo, acesse o seguinte endereço eletrônico: http://biology.clc.uc.edu/courses/bio104/sci_meth.htm.
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