Inter. Moleculares: Solventes Polares e Apolares

Prévia do material em texto

1 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
FACULDADE DE BIOTECNOLOGIA 
ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS 
TERMODINAMICA APLICADA 2 
Prof.ª. DRª. SIMONE DE AVIZ CARDOSO 
 
 
ANDRE DA LUZ DE FREITAS 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA: INTERAÇÕES MOLECULAES II: SOLVENTES 
POLARES E SOLVENTES APOLARES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belém 2018 
2 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
FACULDADE DE BIOTECNOLOGIA 
ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS 
TERMODINAMICA APLICADA 2 
Prof.ª. DRª. SIMONE DE AVIZ CARDOSO 
 
 
ANDRE DA LUZ DE FREITAS 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA: INTERAÇÕES MOLECULAES II: SOLVENTES 
POLARES E SOLVENTES APOLARES 
 
 
 
 
Relatório apresentado à Universidade 
Federal do Pará com parte da segunda 
avaliação de Termodinâmica aplicada 2. 
Sob orientação da Prof.ª. DRª. Simone De 
Aviz Cardoso 
Em 29 de junho de 2018 
 
Belém 2018 
3 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 04 
2. REFERENCIAL TEÓRICO .......................................................................... 05 
3. OBJETIVOS ................................................................................................. 06 
4. PARTE EXPERIMENTAL ............................................................................ 08 
5. RESULTADOS ............................................................................................ 10 
6. CONCLUSÃO .............................................................................................. 14 
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
A solubilidade é um dos temas mais relevantes da área da química, tanto pela 
sua importância intrínseca quanto pela variedade de fenômenos e propriedades 
químicas envolvidas no seu entendimento. Entretanto, os livros texto de Química 
geralmente abordam o tema de forma superficial ou incompleta, especialmente a 
solubilidade de compostos orgânicos (Martins et al., 2013). O processo de 
solubilização de uma substância química resulta da interação entre a espécie que se 
deseja solubilizar (soluto) e a substância que a dissolve (solvente), e pode ser definida 
como a quantidade de soluto que dissolve em uma determinada quantidade de 
solvente, em condições de equilíbrio. É uma propriedade física (molecular) importante 
que desempenha um papel fundamental no comportamento das substâncias 
químicas, especialmente dos compostos orgânicos. 
A energia “das moléculas” pode ser dividida em duas partes: energia cinética e 
energia potencial molecular. A energia cinética resulta do movimento translacional, 
rotacional e vibracional das moléculas; em consequência, a energia cinética se 
manifesta através das velocidades das moléculas. A energia potencial resulta da 
posição de um átomo, ou molécula, em relação aos outros átomos ou moléculas no 
sistema. 
Os solventes polares são aqueles cujas moléculas constituintes apresentam 
regiões eletronicamente densas (assim, com maiores momentos dipolares e maiores 
constantes dielétricas), e que por isso têm facilidade em solvatar (criar uma camada 
sobre o soluto) quaisquer substâncias de características também polares. Alguns dos 
solventes polares mais conhecidos são: a água (solvente universal), o etanol e o ácido 
acético. Entretanto, o etanol (álcool etílico) é muitas vezes considerado bipolar por 
dissolver com facilidade substâncias orgânicas apolares. 
Solventes apolares são caracterizados pela ausência, ou baixa ocorrência, de 
regiões eletricamente densas nas moléculas constituintes (assim, com menores 
momentos dipolares e menores constantes dielétricas). Logo, a naftalina 
(extremamente apolar) é solúvel em hexano ao ponto que flutua em água líquida. 
Novamente, o etanol pode ser considerado solvente apolar por conseguir dissolver o 
éter praticamente em qualquer proporção (enquanto a água dissolve menos de 70g 
por litro). 
5 
 
 
2. REFERENCIAL TEÓRICO 
 
2.1 Polaridade das moléculas 
 
 Eletronegatividade é a medida da tendência mostrada por um átomo ligado 
em atrair os elétrons de valência. A eletronegatividade varia periodicamente com o 
número atômico devido a uma variação da carga nuclear efetiva e do raio atômico. A 
polaridade de ligação depende da diferença entre as eletronegatividades dos átomos 
ligados. Se dois átomos possuem a mesma eletronegatividade (porque são átomos 
do mesmo elemento), uma ligação covalente entre eles é neopolar, porque a 
distribuição da nuvem eletrônica do par compartilhado é simétrica entre os átomos 
ligados. Numa ligação entre átomos que possuem eletronegatividades diferentes, as 
diferentes forças de atração pelos pares compartilhados levam a um 
compartilhamento desigual. Assim, a nuvem de carga do par compartilhado é atraída 
para mais próximo do átomo mais eletronegativo, resultando numa ligação covalente 
polar. Quando as eletronegatividades dos átomos que se ligam são muito diferentes, 
não há compartilhamento de elétrons e a ligação é iônica. 
2.1.2. Sacarose 
Popularmente conhecida como açúcar comum ou açúcar de mesa, a sacarose é um 
dissacarídeo composto por uma molécula de glicose e uma de frutose, unidas entre si 
por uma ligação glicosídica. Em condição ambiente, esse glicídio tem aparência de 
cristais brancos, sabor doce e é solúvel em água. 
2.1.3. Água 
A água (H2O, HOH) é a molécula mais abundante na superfície da Terra, cobrindo, 
somente em sua forma líquida, cerca de 71% desta, além de estar presente em 
abundância na atmosfera terrestre, como vapor, e nos polos, como gelo. Está em 
equilíbrio dinâmico entre os estados líquido e gasoso nas condições ambientes de 
temperatura e pressão (21-23 °C, 1 atm). À temperatura ambiente, é um líquido 
fracamente azul, praticamente incolor, insípido e inodoro. 
6 
 
 
Muitas substâncias se dissolvem na água e ela é comumente chamada "solvente 
universal". Por isso, a água na natureza e em uso raramente é pura, e pode apresentar 
propriedades diferentes daquelas encontradas no laboratório. Entretanto, há muitos 
compostos que são essencialmente, se não completamente, insolúveis em água. 
2.1.4. Naftalina 
Naftalina é o nome comercial do naftaleno, hidrocarboneto aromático formado pela 
união de dois anéis benzênicos, representado pela fórmula química C10H8. Trata-se 
de uma substância sólida cristalina a temperatura ambiente, de cor branca, odor muito 
forte, solúvel em água, inflamável e tóxica. 
2.1.5. Hidróxido de sódio 
O hidróxido de sódio (NaOH), também conhecido como soda cáustica, é um hidróxido 
cáustico usado na indústria (principalmente como uma base química) na fabricação 
de papel, tecidos, detergentes, alimentos e biodiesel. Também usado para desobstruir 
encanamentos e sumidouros pelo fato de ser corrosivo. É produzido por eletrólise de 
uma solução aquosa de cloreto de sódio (salmoura). 
2.1.6. Ácido clorídrico 
O ácido clorídrico (HCℓ) é uma solução aquosa, ácida e queimante, devendo ser 
manuseado apenas com as devidas precauções. Ele é normalmente utilizado como 
reagente químico, e é um dos ácidos que se ioniza completamente em solução 
aquosa. Em sua forma pura, HCℓ é um gás, conhecido como cloreto de hidrogênio. 
2.1.7.óleo vegetal 
O óleo vegetal é uma gordura extraída de plantas formada por triglicerídeo. 
Geralmente extraído das sementes das plantas. Substância biocompatível. Apesar de, 
em princípio, outras partes da planta poderem ser utilizadas na extraçãode óleo, na 
prática este é extraído na sua maioria (quase exclusivamente) das sementes. 
Os óleos vegetais são utilizados como óleo de cozinha, pintura, lubrificante, 
cosméticos, farmacêutico, iluminação, combustível (biodiesel ou puro) e para usos 
industriais. Como todas as gorduras, os óleos vegetais são ésteres de glicerina e uma 
7 
 
mistura de ácidos gordos e são insolúveis em água, mas solúveis em solventes 
orgânicos. 
2.1.8. Gasolina 
A gasolina é um combustível constituído basicamente por Hidrocarbonetos 
(compostos químicos constituídos apenas por átomos de carbono e hidrogênio) e, em 
menor quantidade, por produtos oxigenados. Esses hidrocarbonetos são, em geral, 
mais "leves" do que aqueles que compõem o óleo diesel, pois são formados por 
moléculas de menor cadeia carbônica (normalmente de 5 a 10 átomos de carbono). 
2.1.9. Álcool 
O etanol é um composto leve, fácil de ser obtido e que se mistura facilmente com água 
e com a grande maioria dos líquidos de baixo peso molecular. Ele é altamente 
inflamável, podendo entrar em combustão, se submetido a uma fonte de calor, a partir 
de 13 ºC. Em seu estado puro, o álcool é altamente tóxico, já em misturas de baixo 
teor ele pode ser ingerido pelo ser humano de forma moderada. 
O etanol é representado pela fórmula C2H6O, ou, de forma mais detalhada, 
CH3CH2OH. Isso significa que o composto é formado por dois átomos de carbono (C) 
ligados à cinco átomos de hidrogênio (H) e a um átomo de oxigênio (O) ligado a outro 
hidrogênio. A presença do grupo OH, chamado de hidroxila, em sua composição, faz 
com que o etanol se torne uma substância polar, ou seja, que possua pólos eletrônicos 
distintos em sua cadeia, algo possível graças à presença do oxigênio. Por causa 
dessa característica, o álcool se mistura facilmente com a água e outros líquidos que 
também são polares. 
2.2. Cloreto de sódio 
O cloreto de sódio (NaCl) consiste em uns dois mais importantes e conhecidos sais 
da química inorgânica, e apresenta em sua estrutura um cátion, derivado do elemento 
químico sódio, e um ânion, derivado do elemento químico cloro, monovalentes, que 
confere à molécula uma relativa hidrossolubilidade e solubilidade na maior parte dos 
solventes polares. Comumente é designado por sal de cozinha ou simplesmente por 
sal, e se apresenta em condições normais como um sólido cristalino branco. 
 
8 
 
3. OBJETIVOS 
 
 Identificar a interação entre substancias polares e apolares; 
 Verificar o uso das interações entre substâncias polares e apolares para 
separação de substancias; 
 Observar a influência da diferença de intensidade na força de interação entre 
moléculas. 
 
 
4. PARTE EXPERIMENTAL 
 
4.1 Materiais utilizados 
 
 16 tubos de ensaio 
 8 béqueres 
 12 ligas de elástico 
 Papel alumínio 
 12 pipepas 
 Vidro relógio 
 Balança semi-analítica; 
 4 espátulas; 
 Agua deionizada; 
 Solução de 1mol/L de HCl 
 Álcool; 
 Óleo mineral; 
 Solução q mol/L de sal de cozinha, NaCl 
 Naftalina; 
 Solução 1 mol/L de soda caustica, NaOH; 
 Gasolina; 
 Foram usadas 2 ml de todas as amostras liquidas e 1 g para amostras solidas 
como naftalina e sacarose. Assim, nas combinações liquido-solido foram usados 2 
mililitros para 1 grama respectivamente. 
9 
 
Tabela 1: Experimentos e combinações de substancias para verificação das 
interações 
Experimentos Substancia 1 Substancia 2 
1 Naftalina Hidróxido de sódio (NaOH) 
2 Sacarose Hidróxido de sódio (NaOH) 
3 Água Hidróxido de sódio (NaOH) 
4 Ácido clorídrico HCl Hidróxido de sódio (NaOH) 
5 Sacarose Ácido clorídrico HCl 
6 Óleo vegetal Sacarose 
7 Óleo vegetal Naftalina 
8 Óleo vegetal Álcool 
9 Óleo vegetal Agua 
10 Óleo vegetal Ácido clorídrico HCl 
11 Óleo vegetal Cloreto de sódio NaCl 
12 Gasolina Agua 
13 Gasolina Sacarose 
14 Gasolina Naftalina 
15 Gasolina Álcool 
 
 
5. RESULTADOS 
Os resultados das interações de acordo com cada experimento são mostrados na 
tabela abaixo. 
Interações Resultado 
1 Não se solubilizaram 
2 Demorou se solubilizar no óleo 
3 Homogêneo/ alta solubilidade 
4 Formou um sal 
5 Demorou para solubilizar (porém, mais rápido que exp. 2) 
6 Não solubilizam, formação de duas fazes 
7 Não solubilizou 
8 Solubilizou bastante (int. química) 
10 
 
9 Não solubilizou 
10 Não solubilizou 
11 Não solubilizou 
12 Não solubilizou (duas fases) 
13 Não solubilizou 
14 Não solubilizou 
15 Solubilizou bastante 
A partir dos resultados da tabela acima verifica-se que algumas substancias 
solubilizaram e outras não. Geralmente os solutos polares se dissolvem em solventes 
também polares e que substâncias apolares se dissolvem em solventes também 
apolares. Entretanto, isso não é uma regra que pode se aplicar a todos os casos de 
solubilidade. 
Imagem 1. Combinações 1 e 2 
 
Verifica-se que no tubo 1 (Naftalina e hidróxido de sódio) as substancias não se 
solubilizaram. Nesse caso a diferença de eletronegatividade foi crucial para não 
solubilização das substancias, visto que, a naftalina apolar e o hidróxido de sódio polar 
ocorre interações de repulsão. 
Já no tubo 2 (Sacarose e hidróxido de sódio) demorou ocorrer a solubilização, 
porem depois de 10 minutos ocorreu maiores interações intermoleculares devido as 
substancias serem de mesma polaridade. 
11 
 
 
Imagem 2. Combinações 3 e 4 
No tubo 3 (água e hidróxido de sódio) ocorreu maiores interações se comparar 
com o tubo 1. Visto que, no tubo 3 tinha duas substancias com mesma polaridade, ou 
seja, ambas polares. Logo verifia-se interações químicas do tipo solvatação. A 
solvatação é um mecanismo de dissolução em que íons negativos e positivos ficam 
envoltos por moléculas de solvente. Esse fenômeno acontece quando um composto 
iônico ou polar é dissolvido num composto polar, sem que haja a formação de uma 
nova substância, como ocorreu na situação acima. 
No experimento 4 (hidróxido de sódio e ácido clorídrico) onde se trata de uma 
base e um acido forte. As interações químicas entre substancias desse tipo forma sal 
como produto. As reações envolvendo ácidos e bases são denominadas reações de 
neutralização. Uma vez que tanto o ácido quanto a base são consumidos e novos 
produtos são formados (não necessariamente com caráter neutro). 
 
Imagem 3. Combinação 5 
12 
 
Verifica-se no tubo 5 (sacarose e ácido clorídrico) a ocorrência da reação, porem 
só é possível ver a olho nu depois de certo tempo (5 minutos). Como ambas as 
substancias são polares a solubilização vai ocorrer mesmo que demore um certo 
tempo. 
Nos experimentos 6 e 7 foram observadas interações do tipo repulsão. No tubo 6 
formaram-se duas fases, visto que, ambas substancias são de eletronegatividade 
opostas. Mesmo no tubo 7 onde tinhas substancias de mesma polaridade não foi 
possível verificar interações químicas. A interação verificada foi do tipo física de 
repulsão.. 
 
Imagem 6. Combinações 6 e 7 Imagem 5. Combinações 8 e 9 
 
No experimento 8 (óleo e álcool) ocorreram Instabilidades hidrodinâmicas 
configuradas pela velocidade e gradiente de densidade entre os líquidos. E pelo fato 
de o óleo ser mais denso que o álcool, ele consegue ficar junto por um período mais 
longo antes de se misturar com o álcool 
No experimento 9 (óleo e água) é possível verificar na imagem 5 a formação 
de duas fases. Isso se dar pelo fato das soluções possuírem polaridades opostas e 
densidades muito diferentes. Logo as interações de repulsão entre as moléculas são 
muito maiores. 
13 
 
 
Imagem 6. Combinações10 e 11 Imagem 7. Combinações 12 e 13 
 
Nos experimentos 10, 11 e 12 é possível verificar na imagem 6 e 7 a formação 
de duas fases. No tubo 9 onde tem óleo e HCl, houve uma interação física do tipo 
repulsão. As substancias possuem polaridades opostas, o óleo é apolar e o HCl polar. 
Assim como na combinação 10, as substancias também apresentam polaridades 
diferentes, logo a interação formou uma mistura heterogênea. 
Na combinação 13 (gasolina e sacarose) a sacarose ficou insolúvel no fundo 
do tubo. A sacarose polar e a gasolina apolar (hidrocarboneto) não ocorre interações 
químicas entre as moléculas. 
 
Imagem 8. Combinações 14 e 15 
No tubo 14 (gasolina e naftalina) novamente não ocorre interações químicas 
entre as moléculas. Experimento parecido com anterior, visto que, a naftalina tem seus 
anéis e é polar. 
Portanto, na combinação 15 (gasolina e álcool) as substancias se solubilizaram 
bastante, ocorreu interações químicas pois o álcool se comporta tanto como polar com 
14 
 
apolar. Nesse sentido as possuem polaridades semelhantes (apolares) irá formar uma 
mistura homogênea dentro do tubo de ensaio. 
 
 
7. CONCLUSÕES 
 
A partir deste experimento, foi possível concluir que algumas substâncias são 
solúveis entre si, enquanto outras substâncias são insolúveis. A solubilidade entre as 
substâncias depende da polaridade das substâncias envolvidas, bem como da 
temperatura do sistema. Baseando-se em princípios de solubilidade, pode-se separar 
substâncias ou até mesmo criar novas tecnologias. 
 
REFERÊNCIAS 
 
Koretsky M. D. temodinamica para engenharia química, departamento of 
chemical engeineering 2007. 
Info Escola, compostos químicos disponível em 
https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/cloreto-de-sodio, acessado 
em 20 de julho de 18. 
Keller B. Interações Intermoleculares e seus efeitos na Solubilidade entre as 
Substâncias VILA VELHA ABRIL – 2010