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AAUULLAASS PPRRÁÁTTIICCAASS DDEE QUÍMICA GERAL CADERNO DE LABORATÓRIO INSTITUTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA - IET UNI-BH 2013 Material adaptado pela Prof a . Dr a . Ivana Lula a partir do material original produzido pelo Prof. Adolfo Pimenta de Pádua (2007). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE SUMÁRIO EXPERIMENTOS: 1. INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO 2. AQUECIMENTO E MEDIDA DE TEMPERATURA 3. RESFRIAMENTO E MEDIDA DE MASSA 4. TESTE DA CHAMA 5. DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DA GASOLINA 6. REAGENTES 7. ESTEQUIOMETRIA: Decomposição Térmica do NaHCO3 8. PREPARO DE SOLUÇÕES 9. REAÇÕES E EQUAÇÕES QUÍMICAS 10. REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO 11. CÉLULAS ELETROQUÍMICAS 12. NORMAS GERAIS DE SEGURANÇA 13. TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS ATIVIDADES ANTERIORES À AULA Leia todo o roteiro de prática Faça os exercícios de fixação Não chegue atrasado ao laboratório Não esqueça o jaleco ATIVIDADES POSTERIORES À AULA Faça o relatório Faça os exercícios complementares Reveja o relatório corrigido. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE INTRODUÇÃO LABORATÓRIO O laboratório é um recinto construído especialmente para execução e experimentos. Ele deve apresentar instalações de água, gás e eletricidade e ser muito bem ventilado e iluminado. Um laboratório pode tornar-se um lugar muito perigoso caso haja o uso inadequado dos materiais e equipamentos nele existentes. A maior parte dos acidentes que podem ocorrer em um laboratório é provocada pelo desconhecimento de algumas regras básicas de segurança, por isso, é importante conhecer algumas dessas normas: 1. USAR: CALÇA COMPRIDA, SAPATOS FECHADOS* CABELOS PRESOS, JALECO DE ALGODÃO . *SAPATILHAS (QUE DEIXAM O PEITO DO PÉ DESPROTEGIDO) E SAPATOS DE SALTO ALTOS NÃO SERÃO PERMITIDOS. Usar óculos de proteção, luvas apropriadas e máscaras sempre que as situações assim o exigirem; lavar as mãos com freqüência durante o trabalho laboratorial e ao final do mesmo; proteger as feridas expostas e evitar o manuseio dos aparelhos elétricos com as mãos úmidas; 2. Ter sempre em mente que o laboratório é um local sério e de risco potencial; 3. Nunca trabalhar sozinho no laboratório; 4. Não correr nem brincar no laboratório; 5. Manter os acessos desimpedidos; 6. Não colocar livros, sacolas, ferramentas, etc. sobre as bancadas ou sobre os bancos; 7. Não comer, beber ou fumar no interior do laboratório devido ao perigo de contaminação com substâncias tóxicas e à presença de inúmeras substâncias inflamáveis; 8. Manter os extintores de incêndio em condições de uso; 9. Manter o local sempre limpo e organizado; 10. Fechar gavetas e armários logo após o uso; 11. Não se deve usar lentes de contato em laboratórios, principalmente nas aulas de química orgânica; 12. Recorrer sempre ao professor se algo irregular acontecer; 13. Nunca provar ou cheirar qualquer reagente químico sem autorização do professor; 14. Nunca introduzir pipetas sujas nos frascos de reagentes; 15. Nunca pipetar líquidos com a boca, usando para isto aparelhos apropriados, como a pêra (a única exceção é a água destilada); 16. Proteger o rótulo do frasco com a mão ao transferir um líquido, cuidando para não deixar escorrer; 17. Pesquisar as propriedades físicas e a toxidez das substâncias que serão utilizadas antes de iniciar o experimento; 18. Criar o hábito de ler atentamente o rótulo dos frascos antes de manusear qualquer substância para obter informações adicionais e tomar o conhecimento dos riscos e cuidados necessários na sua utilização; 19. Prestar muita atenção ao trabalho que está realizando; 20. Sempre ler as instruções do procedimento antes de iniciar o trabalho; 21. Nunca devolver reagentes que sobraram às garrafas de origem, coloque os refugos e sobras nos francos indicados para este fim; Itens obrigatórios para a participação nas aulas práticas INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 22. Manipular reagentes voláteis na capela; 23. Materiais que podem rolar, como pipetas, deve ser sempre colocados perpendicularmente à beirada da bancada; 24. Nunca aquecer solventes voláteis e inflamáveis, usar o banho-maria e, se possível, trabalhar na capela; 25. Nunca apontar a abertura do tubo de ensaio para um colega e nem olhar pela abertura se o tubo estiver sendo aquecido ou contiver água ou reagentes quentes; 26. Nunca aquecer reagentes em sistemas fechados; 27. Sempre que for necessária a diluição de um ácido concentrado, adicione-o lentamente e sob agitação sobre a água. Nunca faça o contrário. 28. Conhecer a localização dos materiais de segurança e saber usá-los, quando necessário; 29. Fechar cuidadosamente as torneiras dos bicos de gás após serem utilizados; 30. Nunca deixe frascos de reagentes abertos, após sua utilização; 31. Nunca deixe materiais próximos à beirada da bancada; 32. Se algum líquido for derramado no chão comunique imediatamente o professor para saber como limpá-lo; 33. Não jogar nenhum material sólido dentro de pias. Observar sempre a maneira correta de descartar as substâncias utilizadas ou obtidas em uma experiência; 34. Ao encerrar os trabalhos práticos, cabe ao aluno lavar a vidraria usada, colocar o material utilizado nos devidos lugares, verificar se as chapas, mantas e equipamentos utilizados estão desligados, bem como se os bicos de gás, registros e torneiras estão fechados. 35. Nos laboratórios e nos rótulos das embalagens de reagentes são utilizados símbolos de segurança, que têm a finalidade de informar e alertar sobre a existência de perigo. 36. Antes de iniciar qualquer experiência no laboratório, é importante familiarizar-se com os equipamentos disponíveis, conhecer seu funcionamento, indicação de uso e a maneira correta de manuseá-los. 37. As vidrarias e os aparelhos de laboratório são utilizados em montagens diversas destinadas à separação das substâncias que constituem as misturas. Para separas misturas homogêneas, são utilizados processos físicos que envolvem transformações físicas como a mudança de fase de agregação. O manuseio correto e a manutenção adequada de vidrarias e reagentes estão diretamente relacionados ao sucesso da experiência e à obtenção de resultados confiáveis. Normas para as Aulas Práticas O aluno que chegar atrasado não poderá assistir à aula. (Tolerância de 15 minutos) Casos excepcionais deverão ser discutidos com o professor INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Alguns Materiais utilizados em laboratório de Química Geral 1. Tubo de ensaio: utilizado principalmente para efetuar reações químicas em pequena escala. 2. Béquer: recipiente com ou sem graduação, utilizado para o preparo de soluções, aquecimento de líquidos, recristalizações. 3. Erlenmeyer: frasco utilizado para aquecer líquidos ou para efetuar titulações. 4. Kitasato: frasco de paredes espessas, munido de saída lateral e usado em filtrações sob vácuo. 5. Balão volumétrico: recipiente calibrado, de precisão, destinado a conter um determinado volume de líquido, a uma dada temperatura;utilizado no preparo de soluções de concentrações definidas. 6. Proveta: frasco com graduações, destinado a medidas aproximadas de volume de líquidos. 7. Bureta: equipamento calibrado para medida precisa de volume de líquidos. Permite o escoamento do líquido e é muito utilizada em titulações. Pipeta: equipamento calibrado para medida precisa de volume de líquidos. Existem dois tipos de pipetas: pipeta graduada (8) e pipeta volumétrica (9). A primeira é utilizada para escoar volumes variáveis e a segunda para escoar volumes fixos de líquidos. 10. Funil: utilizado na transferência de líquidos de um frasco para outro ou para efetuar filtrações simples. 11. Vidro de relógio: usado geralmente para cobrir béqueres contendo soluções e finalidades diversas. 12. Dessecador: utilizado no armazenamento de substâncias quando se necessita de uma atmosfera com baixo teor de umidade. Também pode ser utilizado para manter as substâncias sob pressão reduzida. Existem vários tipos. 13. Pesa-filtro: recipiente destinado à pesagem de sólidos. 14. Bastão de vidro: usado na agitação e transferência de líquidos. 15. Funil de separação: equipamento para separar líquidos não miscíveis. Existem vários modelos. Condensador: Equipamento destinado à condensação de vapores, em destilações ou aquecimento sob refluxo. Existem três tipos básicos, condensador reto ou liso (16), de bola (17) e espiral (18). O condensador de bolas é usado para refluxo, enquanto os outros modelos são mais utilizados em destilações. 19. Termômetro: Usado para medidas de temperatura. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Materiais de porcelana 20. Funil de Büchner: utilizado em filtrações por sucção, devendo ser acoplado a um kitasato. 21. Cápsula de porcelana: usada para efetuar evaporação de líquidos. 22. Cadinho: usado para calcinação de substâncias. 23. Almofariz (gral) e pistilo: destinados à pulverização de sólidos. Além de porcelana, podem ser feitos de ágata, vidro ou metal. Materiais metálicos 32. Tripé: usado como suporte, principalmente de telas e triângulos. 33. Bico de gás (Bunsen): fonte de calor destinado ao aquecimento de materiais não inflamáveis. 34. Banho de água ou banho-maria: utilizado para aquecimento até cerca de 100C. Suporte (24), mufa (25) e garra (26): peças metálicas usadas para montar aparelhagens em geral. Grampos: peças de vários tipos, como Mohr (27) e Hoffmann (28), cuja finalidade é impedir ou reduzir o fluxo de líquidos ou gases através de tubos flexíveis. Pinça Casteloy (29): usada para segurar objetos aquecidos. 30. Tela de amianto: tela metálica, contendo amianto, utilizada para distribuir uniforme-mente o calor, durante o aquecimento de recipientes de vidro à chama de um bico de gás. 31. Triângulo de ferro com porcelana usado principalmente como suporte em aquecimento de cadinhos. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE MODELO DE RELATÓRIO: Um relatório é um relato detalhado de um experimento científico, geralmente realizado em laboratório. Aprender a elaborar um relatório significa, antes de tudo, aprender a organizar dados, informações e resultados obtidos e transmiti-los de maneira correta, segundo os critérios científicos aceitos no mundo todo. Assim, o relatório faz parte do experimento. Devido à importância de se saber escrever bem dados científicos, o que também é de extrema importância para professores, após a realização de alguns experimentos desta disciplina, cada equipe de alunos elaborará um Relatório Cientifico. Este deverá ser entregue, no inicio da próxima aula prática, impreterivelmente. Nesse relatório deverão constar obrigatoriamente, e na seqüência indicada abaixo, os seguintes itens: 1- Capa: O nome da instituição, o nome dos autores, titula do experimento e local/data de realização do experimento. 2- Introdução: Compreende uma breve descrição do assunto central do experimento. Uma introdução pode conter também uma descrição teórica sobre o objeto em estudo extraído de livros textos relacionado ao assunto. 3- Objetivos: Parte do relatório onde são apresentados os objetivos específicos do experimento, ou seja, o que realmente se quer observar. Este item pode ser o ultimo parágrafo da introdução. 4- Parte Experimental 4.1- Materiais (Reagentes, Vidraria, Equipamentos) 4.2- Métodos (Descrição dos procedimentos) Deve conter uma descrição precisa e detalhada dos procedimentos utilizados, inclusive modificações que tenham sido feitas no roteiro, informando todos os dados importantes como qualidade dos reagentes, solventes, tempo, temperatura da reação, métodos de análise, etc. Deve conter uma lista dos materiais, instrumentos, reagentes e soluções utilizadas. 5- Resultados e Discussão Os resultados obtidos devem ser apresentados da forma mais clara e completa possível, na forma de tabelas, gráficos, equações químicas, cálculos etc. Os dados devem estar inseridos dentro de um texto, seguindo uma seqüência lógica e de fácil entendimento. Os resultados obtidos devem ser discutidos, ou seja, comentados pelos autores. Devem discutir possíveis fontes de erro, correlacioná-los com os dados obtidos, e, sempre que possível, comparar os resultados obtidos com os da literatura. 6- Conclusões: Constitui numa análise critica e resumida do trabalho todo tendo relação estreita com os objetivos propostos. Neste item deve ser verificado se os objetivos específicos foram atingidos, podendo-se ainda fazer proposições que levem a melhores resultados. 7- Exercícios de Fixação e Questões Extras 8- Referências Bibliográficas: Lista de livros ou obras de referência e artigos de revistas utilizados na confecção dos relatórios. O RELATÓRIO DEVE SER MANUSCRITO. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 01: INTRODUÇÃO ÀS TÉCNICAS DE LABORATÓRIO A execução de qualquer experimento químico envolve a utilização de uma variedade de equipamentos de laboratório, a maioria com finalidades específicas. A utilização de um determinado equipamento ou material depende dos objetivos e das condições em que a experiência será executada. Os resultados experimentais devem ser expressos corretamente, em uma linguagem técnica empregando unidades métricas adequadas. TRATAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS: MEDIDAS, EXATIDÃO e PRECISÃO: Medir é comparar a magnitude de uma grandeza com a magnitude de um padrão arbitrário (unidade de medida). O valor determinado para a grandeza é sempre afetado por erros. As fontes de incerteza são o aparelho utilizado, o sistema e o operador. A incerteza pode ser expressa pelo erro absoluto, erro relativo ou erro percentual: Erro absoluto = diferença entre o valor da grandeza e o da medida. Erro relativo = erro absoluto dividido pelo valor da medida. Erro percentual = erro relativo multiplicado por cem. Todas as medidas estão sujeitas a certo erro, podendo diferir dos valores de referência (X) e dos valores individuais (xi) entre si. Exatidão de uma medida é a correspondência entre o valor medido e o valor de referência. Precisão é a concordância entre varias medidas feita no experimento. 4 5 6 1098 Figura 1: Exatidão/Precisão Exatidão Elevada e Alta Precisão Exatidão Baixa e Boa Precisão Exatidão e Precisão Baixas Em uma série de n medidasrepetidas da mesma grandeza física, os valores observados (xi) diferem uns dos outros e se situam dentro de uma faixa de dispersão, centrada em torno de um valor médio de X ( ), obtido pela média aritmética das medidas: A dispersão de um experimento é avaliada através de seu desvio padrão (s): O desvio padrão é utilizado para comparar a precisão dos resultados. Quanto menor o desvio maior a precisão. Para uma única medida o desvio é igual ao erro do aparelho (), que é fornecido pelo fabricante, e na ausencia deste dado, convencionalmente, o desvio é igual a metade da sensibilidade (S) do aparelho (metade da menor divisão). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Ex: Capacidade da bureta de um laboratório: V = 50 mL Graduação = 0,1 mL → (50,00 ± 0,05) ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS E NOTAÇÃO CIENTÍFICA Algarismos significativos são usados para exprimir a exatidão da medida. Os algarismos significativos são somente os dígitos permitidos pelo instrumento medidor. Em números menores do que 1, os zeros que aparecem entre a vírgula e o primeiro algarismo diferente de zero não são significativos; os zeros que aparecem depois dos algarismos diferentes de zero podem ser significativos dependo do aparelho utilizado para a realização da medida. Ex: (0,0039): dois algarismos significativos (0,3900): cinco algarismos significativos Números com muito algarismos devem ser expressos preferencialmente em notação científica. Ex: 1250000 cm-1 1,25 x 106 cm-1 (sete algarismos significativos) 1250 cm-1 1,25 x 104 cm-1 (cinco algarismos significativos) MEDIDA DE VOLUME DE LÍQUIDOS A capacidade de um aparelho de medida de volume é o volume máximo de líquido que pode ser medido de uma só vez. Geralmente a capacidade está gravada no aparelho. Não use um aparelho de capacidade inferior ao valor da medida: medindo duas vezes erra-se mais. Não use aparelho com capacidade muito superior ao valor da medida: prefira um aparelho com capacidade igual ou ligeiramente superior. Os aparelhos denominados volumétricos (balão volumétrico e pipeta volumétrica) medem apenas o volume igual à capacidade do aparelho, porém com grande exatidão. São empregados principalmente em química analítica. O erro que afeta estes aparelhos deve ser determinado experimentalmente ou, o que é mais cômodo, consultando o catálogo do fabricante. Os aparelhos graduados (proveta, bureta e pipeta graduada) medem volumes iguais à capacidade do aparelho e frações da capacidade, de acordo com a escala. Os erros que afetam as medidas executadas nos aparelhos graduados podem ser calculados a partir da escala. Considera-se a metade da menor divisão da escala (desvio avaliado) como sendo o erro (máximo) que afeta as medidas executadas no aparelho. Para calcular o desvio avaliado (erro) de um aparelho graduado utilize a seqüência abaixo: 1. Determine o valor da menor divisão do aparelho; 2. Escolha um intervalo de volume do aparelho; 3. Conte o número de divisões existentes no intervalo; 4. Divida o volume escolhido pelo número de divisões; Obs: Muitos aparelhos já contém gravado o valor da menor divisão. 5. Calcule o desvio avaliado, que será considerado como o erro; 6. Divida a menor divisão por 2. Uma proveta cuja menor divisão é 1 mL terá um desvio avaliado de 0,5 mL e este será o erro atribuído a todas as medidas efetuadas nela. Portanto, os valores das medidas nela efetuadas, deverão ter, obrigatoriamente, 1 algarismo após a vírgula. O valor de uma medida pode ser afetado por erros do operador ou do aparelho de medida. Os erros do operador são minimizados se forem observados os cuidados abaixo: Os aparelhos de medida requerem limpeza esmerada para evitar que parte do líquido a ser vertido fique aderida às paredes; Devem ser lavados três vezes com pequenos volumes do líquido a ser medido, para evitar contaminação ou diluição; Os aparelhos de medida não devem ser secados em estufa, para que não fiquem descalibrados; Nas medidas de volume, considere o menisco inferior como referência. Se o líquido for fortemente colorido e isso não for possível, use o menisco superior; Faça as medidas colocando a marca da graduação, o menisco e seus olhos na mesma linha, para evitar erro de paralaxe. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Menisco inferior para líquidos incolores Trabalho Prático – Parte 1: Objetivos: Conhecer a organização e o funcionamento do laboratório; conhecer as instalações do laboratório; conhecer os equipamentos e materiais do laboratório; conhecer as Normas Gerais de Segurança. Procedimento Experimental: 1- Apresentação do laboratório O professor apresentará: a) As informações sobre o curso prático, a rotina das aulas, as normas do laboratório, etc. b) O laboratório (instalações, organização, sistemas: elétrico, hidráulico, de gás, de exaustão, de segurança). c) Informações sobre Segurança no Trabalho (normas gerais de segurança e sistema de segurança do laboratório). d) Os aparelhos, equipamentos e materiais do laboratório. 2- Reconhecimento das instalações e equipamentos do laboratório pelos alunos Os alunos examinarão as instalações, os aparelhos e os materiais apresentados. a) Localize no laboratório: 1. O armário dos alunos (onde devem ser guardados os objetos pessoais volumosos). 2. O quadro de avisos (para divulgação de avisos, gabaritos, notas, etc.). 3. O chuveiro e o lavador de olhos (equipamentos de segurança). 4. A capela (para trabalhar com materiais voláteis). 5. A saída de emergência. b) Examine e identifique os equipamentos e materiais colocados nas bancadas dos alunos. 1. O bico de gás. 2. O reservatório de água destilada. 3. Os reagentes (adquiridos no comércio ou preparados no laboratório). 4. Os refugos (materiais resultantes das experiências nas aulas, para posterior recuperação, inativação ou descarte). 5. Aparelhos de medida de volume. 6. Materiais para aquecimento. 7. Bibliografia de química prática (catálogos, handbook, manuais). 8. Materiais diversos. c) Examine os equipamentos e os materiais apresentados na bancada lateral. 1. Montagem para filtração simples 2. Montagem para separação de líquidos imiscíveis. 3. Material para secagem. 4. Material para pesagem. 5. Material de segurança. Erro de paralaxe INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE d) Faça um desenho das seguintes vidrarias PIPETA GRADUADA PIPETA VOLUMÉTRICA BURETA PROVETA Exercícios de fixação 1. O que é um laboratório? 2. O que é um laboratório de ensino? 3. Por que os laboratórios têm que adotar normas se segurança? 4. Quais são os procedimentos adotados o curso prático para promover a segurança nas aulas práticas? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTETrabalho Prático – Parte 2: Objetivos: Determinar a maneira correta de realizar medidas em equipamentos e vidraria de uso corrente em trabalhos práticos e expressar corretamente estas medidas. Procedimento Experimental: a) Examine a proveta, a pipeta graduada e a bureta, nesta ordem. Para cada aparelho: determine a capacidade, a menor divisão e o desvio avaliado. A capacidade geralmente está gravada na parte superior do aparelho. A capacidade do aparelho não é uma medida e, portanto, deve ser anotada sem algarismos decimais. A menor divisão da escala muitas vezes vem gravada na parte superior do aparelho. O desvio avaliado é a metade da menor divisão da escala do aparelho. A menor divisão e o desvio avaliado, usualmente, são anotados com um único algarismo significativo. Aparelho Capacidade Menor divisão Desvio avaliado Proveta Pipeta graduada Bureta b) Suponha que, em cada aparelho, tenha sido feita uma medida igual à sua capacidade. Escreva o valor das medidas com o número correto de algarismos e a unidade, de acordo com o desvio avaliado do aparelho, mas sem explicitá-lo. O número de algarismos decimais do desvio avaliado define o número de algarismos decimais do valor da medida. Medida igual à capacidade Proveta Pipeta graduada Bureta 2- Os aparelhos volumétricos: a) Examine o balão volumétrico e a pipeta volumétrica. Anote a capacidade e o erro dos aparelhos. Aparelho Capacidade Erro Medida Balão volumétrico Pipeta volumétrica b) Suponha que, para cada aparelho, tenha sido feita uma medida igual à sua capacidade. Escreva, na coluna Medida o valor das medidas com o número correto de algarismos e a unidade, sem explicitar o erro. 3- Medidas com a proveta: a) A um béquer, adicione, usando a proveta, o volume de liquido correspondente à metade da capacidade da proveta. Anote o valor do volume na tabela. Volume Proveta INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4- Medida com a pipeta volumétrica: Caso a pipeta disponível em sua bancada esteja molhada, antes de usar, faça ambiente. O procedimento será demonstrado pelo professor. a) Coloque o liquido em um béquer pequeno para ser pipetado. b) Transfira do béquer pequeno para um béquer de 250 mL, usando a pipeta volumétrica, o volume de água correspondente à capacidade da pipeta volumétrica. Anote o valor do volume na tabela. As medidas devem ser expressas com o número de algarismos, de acordo com o erro do aparelho. Volume (pipeta volumétrica) 5- Medidas com a bureta: Anote os dados nas tabelas. Antes de usar a bureta, faça “ambiente”. a. Encha uma bureta com a solução incolor, retire o ar do bico e abra a torneira até que a parte inferior do menisco da água coincida com o traço zero. b. Transfira, para um béquer, usando a bureta, o volume de líquido correspondente à metade da capacidade da bureta. As medidas devem ser expressas com o número de algarismos decimais, de acordo com o desvio avaliado do aparelho. Volume bureta c. Lave a bureta e faça ambiente com uma solução de KMnO4. d. Repita os procedimentos descritos nas letras (a) e (b) para a solução de KMnO4. Volume bureta Qual a principal diferença entre as medidas feitas nas letras (b) e (c)? 6- Medidas com o balão volumétrico: 1. Encha com água um balão volumétrico até o traço de referência. Qual é o volume de água contido no balão? Anote este volume com o número correto de algarismos, de acordo com o erro do balão. 2. Transfira a água do balão para um béquer. Observe a quantidade de água que ficou retida no interior do balão. Apenas pela observação, pode-se saber com exatidão o volume da água que ficou retida no balão? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Considerando a observação anterior, pode-se saber com exatidão o volume de água transferido para o béquer? Considere as observações anteriores, o valor do volume medido inicialmente e conclua: o balão volumétrico mede com exatidão o líquido contido ou o líquido transferido? Use o valor do volume contido no balão (item a) e as respostas acima para redigir uma explicação sobre a utilização dos balões volumétricos. COMENTÁRIO: O balão volumétrico é utilizado principalmente em preparações de soluções: “ ... complete o volume com o solvente.” Não é correto utilizá-lo para transferir líquido. Exercícios complementares: Parte 01: 1. Por que se deve trabalhar de jaleco no laboratório? 2. Por que é importante conhecer as instalações e as normas de funcionamento do laboratório? 3. O que é uma “capela”? Qual é a sua utilidade? 7 INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4. Como é obtida e onde é armazenada a água destilada, usada no laboratório? 5. O que são “refugos”? Quais são os destinos dos "refugos”? Parte 02: 1. Qual são a sensibilidade e o desvio avaliado de uma régua cuja menor divisão é 0,1 cm? 2. Entre as seguintes medidas qual é a mais precisa e a menos precisa? Justifique sua resposta (a) (1,0 ± 0,1) mL (b) (2,00 ± 0,01) mL (c) (9,8 ± 0,5) mL 3. Foram feitas cinco medidas para a determinação da massa, com uma aproximação razoável, de um certo material. O mesmo equipamento e a mesma técnica foram utilizados na realização das medidas: (a) m1 = 21,25 kg (b) m2 = 21,24 kg (c) m3 = 21,27 kg (d) m4 = 21,27 kg (e) m5 = 21,22 kg 4. Com base nas medidas efetuadas qual deve ser o valor mais provável da massa (m) do material considerado? 5. Dentre béquer, bureta, proveta, e pipeta volumétrica, cite o (s) aparelho (s) que: a) Não deve (m) ser usado (s) para medir b) Pode (m) medir vários volumes com grande exatidão c) Mede (m) um único volume d) Mede (m) transferindo o líquido INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 6. Examinando o catálogo do fabricante, verificou-se que um balão volumétrico de 250 mL apresenta um desvio de 0,12 mL. Expresse corretamente o volume que o balão pode medir, usando algarismos significativos e a unidade. 7. Calcule o desvio avaliado e expresse, corretamente, o valor de uma medida igual a vinte mililitros, efetuada nos seguintes aparelhos: a) proveta cuja menor divisão é 2 mL b) proveta cuja menor divisão é 1 mL 8. Expresse, corretamente, o volume de dez e meio mililitros, medidos em uma bureta cuja menor graduação é 0,1 mL. 9. Considere os seguintes aparelhos, com 25 mL de capacidade: balão volumétrico, béquer, bureta, pipeta graduada, pipeta volumétrica e proveta. a) qual aparelho não é indicado para medir com boa exatidão? b) quais aparelhos medem o líquido vertido? c) quais são adequados para medir 20,00 mL? d) quais podem medir 20 mL? 10. Calcule e expresse, corretamente, o resultado das seguintes operações. a) 25,00 mL + 31,2 mL + 9 mL = b) 444 g - 22,2g = c) 20 m 4.000 s = d) 2,0 g/ml x 2,220 mL = 11. Calcule o desvio relativo e o desvio percentual das medidas abaixo relacionadas. Desvio relativo Desvio percentual a) (1,00 0,05) g b) (50,0 0,5)mL c) (20,00 0,05) mL d) (1.000 1) kg 12. Através dos desvios relativos e percentuais, escolha a medida mais exata. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 02: AQUECIMENTO E MEDIDA DA TEMPERATURA Uma maneira simples de se obter calor no laboratório é queimando gás de cozinha num bico de gás. O gás de cozinha ou gás liquefeito de petróleo (GLP), utilizado como combustível no bico de gás, é uma mistura gasosa onde predominam o propano (C3H8) e o butano (C4H10). Quando a combustão do gás consome a quantidade suficiente de ar, ela é completa: produz dióxido de carbono (CO2), água e a máxima quantidade de energia possível. Se a quantidade de ar for insuficiente, a combustão será incompleta, e haverá produção adicional de monóxido de carbono (CO), fuligem (C(s) ) e vários outros produtos, além de reduzir a produção de calor. O monóxido de carbono é tóxico. O bico de gás funciona como os queimadores de gás de um fogão doméstico: possui válvulas para abrir e fechar a passagem do gás e válvulas para o controle do fluxo de gás e de ar. Deve-se sempre trabalhar com o bico de gás regulado. Para regulá-lo, abra ou feche as entradas de gás e de ar, até obter a chama ideal, que é azulada. Nunca acenda um bico de gás perto de materiais inflamáveis. Se você tem cabelos longos, prenda-os. Deve-se ter sempre cuidado com materiais aquecidos, para evitar queimaduras. Vazamentos de gás são perigosos e podem ser descobertos por detectores ou pelo cheiro. Em caso de vazamento: não acenda fogo, feche as válvulas de gás, ligue o sistema de exaustão e abra as portas e janelas. Em caso de incêndio: use o extintor. É importante nunca se esquecer, no final do trabalho, de fechar todas as válvulas do sistema de gás. O aquecimento de líquidos requer cuidados. Quando o aquecimento é feito lenta mente, as correntes térmicas homogeneízam a temperatura em toda a amostra. Se o aquecimento for rápido, uma região do líquido pode se superaquecer, ocorrer vaporização de parte do líquido e ocorrer projeção do material. A tela de amianto colocada sob um béquer, onde se aquece água, espalha o calor evitando que uma região do fundo do recipiente sofra superaquecimento. As pérolas de vidro movimentando-se no meio de um líquido em aquecimento mistura o líquido quente com o líquido frio. Também se pode evitar o superaquecimento agitando o líquido com um bastão de vidro. A difusão do calor pelas correntes térmicas é a maneira natural de a temperatura do líquido ser homogeneizada. Quando a pressão de vapor de um líquido iguala-se à pressão atmosférica, ele entra em ebulição. O líquido e o vapor entram em equilíbrio térmico e a temperatura permanece constante, como você irá comprovar. A temperatura mede o estado de aquecimento de um corpo (muito ou pouco quente). Ela é uma propriedade intensiva: não depende da massa do corpo. É a temperatura que nos dá a sensação de quente ou frio. Ela é uma medida da energia cinética média do material que constitui o corpo. Existem várias maneiras de se medir a temperatura. Nas nossas aulas, usaremos os termômetros de mercúrio (líquido prateado) ou de álcool (líquido vermelho). Os termômetros de vidro são frágeis e, portanto, devem ser manuseados com cuidado. NUNCA USE O TERMÔMETRO PARA MEDIR UMA TEMPERATURA MAIOR QUE A SUA CAPACIDADE. PARA REDUZIR A TEMPERATURA QUE O TERMÔMETRO MARCA, NÃO BALANCE O TERMÔMETRO, COLOQUE O BULBO (PARTE INFERIOR DO TERMÔMETRO) SOB A ÁGUA DA TORNEIRA OU ÁGUA FRIA. Exercícios de fixação: 1. Quais são os principais constituintes do gás liquefeito de petróleo? 2. Quais são as diferenças entre combustão completa e incompleta? 3. Quais são os inconvenientes da combustão incompleta? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 4. Qual é o principal cuidado que se deve ter ao trabalhar com o bico de gás? 5. Como proceder no caso de vazamento de gás e em caso de incêndio? 6. Como se pode evitar o superaquecimento de líquidos? 7. O que é temperatura? 8. Cite dois cuidados que se deve ter ao utilizar um termômetro. Objetivos: Manusear o bico de gás; aquecer líquidos; manusear o termômetro; observar a ebulição; traçar gráficos. Procedimento Experimental: 1 - O manuseio do bico de gás Atenção: não abra demasiadamente as válvulas ao acender o bico de gás. Afaste os objetos e materiais inflamáveis do bico de gás. Se você tem cabelos compridos, prenda-os. Não ligue o bico de gás debaixo do termômetro ou da garra que está presa ao suporte metálico. a) Localize as válvulas de saída de gás na bancada e na sua mesa. b) Examine o bico de gás e localize os controles de ar e de gás. c) Acenda o bico de gás. d) Regule a chama. e) Desligue o bico de gás fechando a válvula da mesa e, depois, a válvula do bico. 1.1. Descreva como se liga corretamente o bico de gás. 1.2. Descreva como se regula a chama do bico de gás. 2 - Aquecimento e medida da temperatura de ebulição da água a) Retire o termômetro da garra e examine sua escala. 2.1. Qual é a temperatura máxima que o termômetro pode medir? 2.2. Qual é a temperatura mínima que o termômetro pode medir? 2.3. Qual é o valor da menor divisão da escala? 2.4. Qual é o valor do desvio avaliado? O desvio avaliado é a metade da menor divisão da escala. O desvio avaliado é o erro que será atribuído às medidas efetuadas com esse termômetro. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE b) Faça a montagem para aquecimento, conforme a figura a seguir. Montagem para o aquecimento c) Coloque cerca de 100 mL de água destilada em um béquer. d) Prenda o termômetro no suporte, calçando a garra com um anel de borracha ou uma rolha, de maneira que o seu bulbo (parte inferior) fique imerso na água. Não encoste o termômetro no fundo ou nas paredes do béquer. A garra que prende o termômetro não deve cobrir a região que marca 100 ºC. e) Meça a temperatura da água, sem tirar o termômetro dela. (Este será o ponto zero da curva) Anote a temperatura da água usando o número correto de algarismos e a unidade. f) Coloque 5 ou 6 pérolas de vidro ou pedaços de porcelana no béquer. Acenda o bico de gás e aqueça o béquer. g) Observe as pérolas de vidro, a formação de bolhas de ar e as correntes térmicas, durante o aquecimento. h) Acompanhe o aquecimento do sistema anotando os dados de temperatura na tabela (intervalos de tempo fixos de 30 segundos). i) Quando a temperatura quando esta estabilizar acompanhe o aquecimento por mais três minutos. j) Desligue o bico de gás, fechando as válvulas da mesa e depois a válvula do bico de gás. Resultados: 1. Descreva o que você observou durante o aquecimento da água. 2. De que são constituídas as bolhas que aparecem na água, no inicio do aquecimento? 3. De que são constituídas as bolhas que se desprendem da água em ebulição? 4. Escreva a equação química correspondente à vaporização da água. 5. Compare o valor encontrado para a temperatura de ebuliçãoda água com o valor esperado (100°C a 1 atm). Explique a discrepância de valores. 6. Com os dados obtidos durante o experimento construa um gráfico mostrando a variação da temperatura (eixo Y) em função do tempo (eixo X). Discuta o resultado obtido INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Tabela: TEMPO (SEG) TEMPERATURA ( 0 C) TEMPO (SEG) TEMPERATURA ( 0 C) GRÁFICO: Exercícios complementares: 1. Para acender um bico de gás é mais correto: a) Abrir a válvula do gás e acender o fósforo. b) Acender o fósforo e abrir a válvula. 2. Para regular a altura da chama e, a seguir, regular a sua cor, deve-se: a) Regular a entrada de ar e, depois, a entrada de gás. b) Regular a entrada de gás e, depois, a entrada de ar. 3. Qual é o tipo de material químico que é perigoso estar próximo de um bico de gás em funcionamento? 4. Como se reconhece que um bico de gás, em funcionamento, não está regulado? 5. Como se regula um bico de gás para evitar a combustão incompleta? 6. Cite alguns produtos indesejáveis da combustão incompleta. 7. Qual é o inconveniente do superaquecimento de líquidos? 8. Como a tela de amianto e as pérolas de vidro evitam o superaquecimento? 9. Por que o bulbo do termômetro não deve encostar-se ao fundo ou nas paredes do béquer? 10. Porque, durante a ebulição, a temperatura permaneceu constante? 11. Suponha que o gás de cozinha seja constituído apenas de butano (C4H10(g)). a) Escreva a equação balanceada da combustão completa do butano, supondo que este reaja com o oxigênio (O2(g)) do ar produzindo apenas gás carbônico (CO2(g)) e água (H20(l)). b) Supondo que a reação produza apenas monóxido de carbono (CO(g)) e água, escreva a equação balanceada dessa combustão incompleta. c) Supondo que os produtos da reação sejam apenas fuligem (C(s)) e água, escreva a equação balanceada dessa combustão incompleta. 12. Compare as quantidades de oxigênio consumidas em cada reação e relacione a quantidade de oxigênio consumida com a combustão completa e a incompleta. Anexo: Aquecimento e Variação de Temperatura (Material Adicional) O bico de gás é uma fonte rápida e intensa de calor no laboratório. Somente determinadas vidrarias podem ser aquecidas diretamente na chama (tubos de ensaio, cadinho de porcelana), outras poder ser aquecidas INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE indiretamente, empregando-se um banho-maria, contido, por exemplo, num béquer (termômetro) e outras nunca devem ser aquecidas (provetas, pipetas, buretas, balões volumétricos). BICO DE BUNSEN O bico de Bunsen foi inventado por Robert Wilhelm Bunsen em 1965. É utilizado em laboratório com a finalidade de produzir calor através da combustão. Para que ocorra a combustão é necessária a reação entre o combustível e o comburente. O combustível usado no laboratório é o gás comum de rua ou G.L.P (propano, C3H8 e butano, C4H10) e o comburente o oxigênio do ar atmosférico. Desta reação temos como produtos o gás carbônico (CO2), o monóxido de carbono (CO), vapor d’água e calor. Quando as quantidades dos componentes da combustão é estequiométrica, isto é, não existe excesso de nenhum deles, obtém-se a maior quantidade de calor da reação. Qualquer componente da reação sem reagir, rouba o calor da reação, abaixando o poder calorífico da chama. O bico de bunsen é constituído de: base (local por onde entra o combustível); anel (controla a entrada de ar – comburente) e corpo (onde ocorre a mistura dos componentes da combustão). Como vemos na figura, com o anel de ar primário parcialmente fechado, distinguimos três zonas da chama: a) Zona Externa: Violeta pálida, quase invisível, onde os gases francamente expostos ao ar sofrem combustão completa, resultando CO2 e H2O. Esta zona é chamada de zona oxidante. b) Zona Intermediária: Luminosa, caracterizada por combustão incompleta, por deficiência do suprimento de O2. O carbono forma CO o qual se decompõem pelo calor, resultando em diminutas partículas de C que, incandescentes dão luminosidade à chama. Esta zona é chamada de zona redutora. c) Zona Interna: Limitada por uma “casca” azulada, contendo os gases que ainda não sofreram combustão. Dependendo do ponto da chama a temperatura varia, podendo atingir 1560 ºC. Abrindo-se o registro de ar, dá-se entrada de suficiente quantidade de O2 (do ar), dando-se na região intermediária combustão mais acentuada dos gases, formando, além do CO, uma maior quantidade de CO2 e H2O, tornando assim a chama quase invisível. Os procedimentos básicos, na operação correta do bico de Bunsen são: 1 – Fechar o anel de entrada do ar primário (combustão incompleta). 2 – Abrir moderadamente a válvula do gás. 3 – Acender a chama. 4 – Abrir o anel de ar primário e ajuste a cor da chama regulando a entrada de ar (uma chama azul tendo um cone interno é a mais adequada). Para desligar: 5 – Fechar a entrada de ar primário. 6 – Fechar a válvula do gás. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 03: Resfriamento e Medida de Massa Energia térmica ou calor é a energia que um corpo quente transfere a um corpo frio, quando estão em contato. A temperatura determina a direção do fluxo decalor: sempre do corpo de maior para o de menor temperatura. Dois corpos com temperaturas diferentes trocarão calor até alcançarem o equilíbrio térmico, ou seja, até que ambos tenham a mesma temperatura. O calor está relacionado à variação das energias cinéticas dos dois corpos em contato. A energia cinética é armazenada nos movimentos de translação, vibração e rotação das moléculas, átomos ou íons, que constituem os corpos. Quanto maior for a energia cinética média do material que constitui o corpo, maior será seu conteúdo de energia e maior será a sua temperatura. Se o corpo perde calor, a energia cinética média diminui e sua temperatura também. A quantidade de calor transferida por um corpo depende da sua massa (propriedade extensiva) e a temperatura independe da massa do corpo (propriedade intensiva). As quantidades de calor são medidas, usualmente, em calorias ou em joules. 1 caloria (cal) é a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de 1 grama de água de 10C. 1 caloria vale 4,184 Joules. Em nutrição utiliza-se, também, a caloria nutricional (Cal) que, na verdade, é a quilocaloria (kcal): 1 Kcal = 4184 J A quantidade de calor envolvida no aquecimento ou no resfriamento de uma amostra de água pode ser calculada se a massa e as temperaturas inicial e final da amostra forem conhecidas. A quantidade de calor (Q) será proporcional à massa (m) da amostra e à variação de sua temperatura (t) : Q = c . m . t A constante de proporcionalidade (c), denominada de capacidade calorífica, vale 1,0 cal/g.oC, para a água e soluções aquosas. A capacidade calorífica é uma proprieda de característica de cada substância: H2O 1,0 cal/g. oC vidro 0,20 cal/g.oC gelo 0,50 cal/g.oC ferro 0,12 cal/g .oC Uma maneira simples de resfriar um corpo é colocá-lo em gelo. Quando este se funde, cada grama absorve 80 calorias do meio ambiente. Desta maneira, o corpo perderá calor para o gelo e reduzirá sua temperatura. O calor de fusão do gelo vale 80 cal/g. O calor absorvido na fusão é proporcional à massa fundida: Q = 80 cal / g . m Nesta aula, além da temperatura, você irá medir a massa utilizando uma balança. As balanças são instrumentos delicados e sensíveis e devem ser manipuladas com cuidado. Sempre zere uma balança antes de efetuar uma pesagem. Nunca ultrapasse sua capacidade. Não pese pós ou líquidos diretamente no prato; use um recipiente adequado. Em caso de derramamento, limpe imediatamente a balança. Terminada a operação, desligue a balança. Para as balanças que fornecem o valor da medida em visor, atribua o desvio 1 ao dígito de menor ordem de grandeza, caso não haja nenhuma informação no aparelho. Balança Gehaka 440: até 40 g, mede a massa com 3 algarismos decimais (miligramas) e de 40 a 400 g mede com 2 algarismos decimais (centigramas). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Exercícios de fixação: 1. O que é “calor”? 2. O que é “caloria”? 3. O que é “capacidade calorífica”? Qual é o valor da capacidade calorífica da água? 4. Quais são os dados necessários para se calcular a quantidade de calor absorvida ou liberada por um corpo? 5. Qual é a quantidade mínima de calor necessária para fundir 1 g de gelo? 6. Quais são os principais cuidados que se deve ter ao utilizar uma balança? Objetivos: Manusear a balança e o termômetro. Calcular o calor envolvido na fusão, no aquecimento e no resfriamento da água. Efetuar cálculos envolvendo o equilíbrio térmico. Procedimento Experimental: 1- Medida da temperatura de fusão do gelo a) Examine a escala do termômetro a ser usado. a.1.Quais são as temperaturas máxima e mínima, medidas por esse termômetro? a.2.Qual é o valor da menor divisão da escala? (O valor da menor divisão deve ser escrito sem algarismos decimais). a.3. Qual é o valor do desvio avaliado? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 2- Medida do calor de fusão do gelo e do calor de resfriamento da água a) Examine a balança. Anote na tabela abaixo a sua capacidade e o erro que afeta as medidas de 0 a 40g e de 40 a 400g. Estas informações encontram-se em uma placa afixada na balança. Capacidade Erro (até 40 g) Erro (40-400 g) Balança b) Coloque um béquer seco de 250 mL na balança e pese-o e anote a massa na tabela. Anote os dados nas tabelas abaixo e só complete a tabela quando houver instrução no roteiro. Massas Béquer Béquer + água Béquer + água + gelo Água (calcule) Gelo (calcule) Temperaturas As medidas de temperatura devem ser efetuadas cuidadosamente para a experiência ter sucesso. Água Água + gelo (*) T (*) Após a fusão do gelo c) Retire o béquer da balança, adicione cerca de 200 ml de água de torneira, pese o conjunto e anote a massa na tabela. Não é necessário medir rigorosamente a água. Se o béquer estiver molhado por fora, enxugue-o. d) Meça a temperatura da água e anote-a na tabela. e) Adicione um cubo de gelo à água do béquer, pese o conjunto e anote a massa. f) Usando um bastão de vidro agite o sistema até a completa fusão do gelo. Durante essa operação, retire o termômetro. Agite de maneira que o a água da superfície misture-se com a água do fundo. Meça, imediatamente, a temperatura da água, após a fusão do gelo e anote-a. g)Complete a tabela e calcule o calor absorvido pela fusão do gelo em calorias e quilocalorias. (Qabsorvido = 80 cal/g .m) h)Calcule o calor liberado pelo resfriamento da água em calorias e quilocalorias.(Use Qliberado = c . m . t) INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE i)Compare os dois valores e procure explicar a coincidência ou a discrepância deles. Se o calor absorvido pela fusão do gelo fosse fornecido apenas pela água, os valores seriam iguais. Se o calor absorvido pelo gelo for maior que o liberado pela água, lembre-se que o sistema não está isolado do meio ambiente. Neste caso, especifique os materiais que podem ter cedido calor para o sistema. No caso contrário, considere a ocorrência de erros operacionais (cometidos pelo operador) e reveja os procedimentos, dados, cálculos, etc. e procure localizar o erro. j)JOGUE O LÍQUIDO NA PIA, LAVE OS BÉQUERES E O TERMÔMETRO COM ÁGUA. ORGANIZE SUA BANCADA. Exercícios complementares: 1) Calcule em calorias e em quilocalorias a quantidade mínima de calor necessária para mudar a temperatura de 200 g de água de - 40 ºC para 50 ºC. 2) Certa massa de água perdeu 1,0 kcal e alterou sua temperatura de 5,0º C. Calcule a massa da água. 3) 500 g de água a 30 ºC absorveram 2.000 calorias. Calcule sua nova temperatura. 4) 200 g de água a 20 ºC foram adicionados a 800 g de água a 80 ºC. Calcule a temperatura final da água, após o equilíbrio térmico ser alcançado. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 05: TESTE DA CHAMA De acordo com o modelo atômico propostopor Bohr, o átomo é representado por camadas ou níveis de energia. O elétron, no átomo de Bohr, descreve uma órbita circular ao redor do núcleo sem ganhar ou perder energia. Bohr propôs que ao receber energia o elétron fica excitado, passando da sua camada para outra camada mais energética, e quando a fonte de energia é retirada o elétron retorna a camada de origem, liberando esta energia sob a forma de luz. Figura 01: Modelo atômico de Bohr Assim, os átomos excitados de um determinado elemento, ao voltarem ao seu estado fundamental, emitem radiação que, quando decomposta, constitui um espectro de linhas característico e único do elemento químico. Este espectro de linhas, chamado de espectro atômico funciona como uma impressão digital do elemento químico. Figura 02: Espectro Eletromagnético A análise espectral é o conjunto de técnicas que permitem a identificação dos elementos químicos constituintes de uma amostra através da análise dos espectros obtidos. A maioria destas técnicas de análise espectral tem como pré-requisito a excitação dos átomos da amostra a analisar. O processo de excitação pode ser obtido por: - elevação de temperatura (teste de chama); - descarga elétrica através de uma amostra gasosa e rarefeita; - ação da radiação eletromagnética. Uma técnica analítica simples para identificar elementos químicos presentes numa amostra é o teste de chama também conhecida como análise elementar por via seca. E = h E = h INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE O teste de chama então, se baseia no fato de que elétrons de determinados átomos excitados na chama do bico de gás emitem uma radiação visível característica do elemento, ao retornarem aos estados energéticos de origem. Essa radiação serve para caracterizar, por exemplo, elementos como Na, K, Li, Ca e Sr que possuem energia de excitação baixa e também para dosá-los por um método de análise chamado espectrofotometria de chama. Outra aplicação importante dessa característica dos elementos e a Absorção Atômica. Nesse tipo de técnica os elementos são vaporizados em uma chama na qual se faz passar um feixe luminoso produzido por uma lâmpada especial constituída pelo próprio elemento em estudo. Os átomos vaporizados absorverão somente as radiações características dele. Estas radiações são registradas graficamente na forma de um espectro de absorção. A absorção do elemento é então comparada com a absorção de padrões de concentrações conhecidas. Na absorção atômica quase todos os metais são dosados mesmo em pequenas quantidades, tornando esse método um dos mais importantes na identificação de metais. OBJETIVOS: Verificar a coloração da chama provocada pela presença de alguns íons metálicos. Material e Reagentes: Fósforo Bico de Bunsen Alça de Platina Solução de HCl 3M Água Destilada Béquer Tubos de Ensaio Suporte Soluções Problema PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: Limpeza da alça 1 - Coloque em um tubo de ensaio um pequeno volume de HCl(aq) e no outro, água destilada. 2 - Mergulhe a alça metálica no acido e leve a chama aquecendo ate o rubro. Repita a operação usando água destilada e em seguida ácido, água, etc., até que não se observe nenhuma coloração diferente da original da chama. Neste caso, a alça estará completamente limpa de íons interferentes. Teste com as soluções escolhidas 1 - Coloque em tubos de ensaio algumas gotas das soluções escolhidas, uma de cada vez. 2 - Introduza a alça metálica, completamente limpa, na solução a ser testada e depois leve a alça a chama do bico de gás. 3 - Anote os dados na tabela própria 4 - Compare os resultados com os da literatura INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Tabela 01: Cores características de alguns elementos no teste de chama Símbolo Nome Cor Símbolo Nome Cor As Arsênio Azul P Fósforo Verde turquesa B Boro Verde Pb Chumbo Azul Ba Bário Verde Rb Rubídio Vermelha Ca Cálcio Laranja para vermelho Sb Antimônio Verde pálido Cs Césio Azul Se Selênio Azul celeste Cu(I) Cobre(I) Azul Sr Estrôncio Vermelho carmesim Cu(II) Cobre(II) (não- haleto) Verde Te Telúrio Verde pálido Fe Ferro Dourada Tl Tálio Verde puro K Potássio Lilás Zn Zinco Verde Turquesa Li Lítio Magenta Mg Magnésio Branco brilhante Mo Molibdênio Verde amarelado Na Sódio Amarelo intenso 1. Registre as cores observadas na tabela abaixo: Tabela 02: Resultados Observações Adicionais: Amostra Cor da Chama Íon 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Questões: 1) Por que as cores observadas no teste de chama são características de cada elemento? 2) Com base apenas nas cores das chamas você pode identificar corretamente os elementos presentes em cada solução? Quais são os possíveis erros neste tipo de análise? 3) O teste de chama tem validade na análise da composição qualitativa de minerais? E quantitativa? 4) Com base nas respostas das questões acima elabore uma discussão de resultados e uma conclusão para o experimento realizado, seguindo o modelo utilizado para um relatório prático. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 06: DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE E DO TEOR DE ÁLCOOL EM AMOSTRAS DE GASOLINA A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos líquidos, inflamáveis e voláteis, derivados do petróleo. Além de ser utilizada como combustível em motores de combustão interna é também usada como solvente, na indústria, para óleos e gorduras. A densidade (relação massa/volume) da gasolina está relacionada à sua composição química, ou seja, a variação de aromáticos, isoparafinas, naftalenos, olefinas, oxigenados e outras substâncias. A gasolina padrão tem uma densidade aproximadamente de 0,75 (g/mL), e a gasolina adulterada apresenta, em geral, uma densidade menor, devido à adição de compostos orgânicos de menor densidade. Nesta prática será realizado um experimento simples para determinar a densidade em amostras de gasolina, também iremos determinar o teor de álcool, verificando se as mesmas estão dentro das especificações recomendadas pelos órgãos fiscalizadores (20-25 % de etanol anidro). Densidade de alguns materiais (g/mL) Açúcar 1,59 Cortiça 0,50 Ouro 19,3 Papel 0,7-1,15 Água 1,0 Chumbo 11,34 Granito 2,5-3,1 Vidro 2,4-2,8 As massas serão determinadas em uma balança elétrica, que deve ser manipulada com todo cuidado: Sempre zere uma balança antes de efetuar uma pesagem. Nunca ultrapasse sua capacidade. Não pese pós ou líquidos diretamente no prato; use um recipiente adequado. Em caso de derramamento, limpe imediatamente a balança. Terminada a operação, desligue a balança. Observações: Os aparelhos de medida de volumeque você utilizar devem estar limpos e secos. Lave-os com três pequenas porções do líquido a ser medido (fazer ambiente) antes de usá-lo, para evitar contaminação ou diluição. As águas de lavagem não devem ser reaproveitadas. Coloque-as no frasco de refugo. Exercícios de fixação: 1) O que é "densidade" de um corpo? 2) Quais são os dados necessários para se determinar à densidade de um corpo? 3) O valor da densidade pode ser utilizado para distinguir materiais? 4) Quem é mais pesado: um litro de ouro ou um litro chumbo? 5) Quem ocupa maior volume: 1 kg de açúcar ou 1 kg de vidro? 6) Quais são os principais cuidados que se deve ter ao usar uma balança? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Objetivos: Determinar a densidade e o teor alcoólico em amostras de gasolina Utilizar a balança e os aparelhos volumétricos. Procedimento Experimental: 1- Determinação da densidade em uma amostra de gasolina a) Examine a balança. Anote na tabela abaixo a sua capacidade e o erro que afeta as medidas de 0 a 40g e de 40 a 400g. capacidade erro (até 40 g) erro (40-400 g) Balança b) Pese um béquer de 50 mL e anote sua massa na tabela abaixo. Anote com todos os algarismos fornecidos pela balança. (Aguarde instruções, no texto, para preencher as outras colunas da tabela). Béquer Béquer + líquido Massa do Líquido Massa c) Examine a pipeta e determine: a menor divisão e o desvio avaliado. Anote os valores na tabela abaixo. (O volume do líquido será anotado posteriormente). Menor divisão Desvio Avaliado Volume do Líquido Pipeta d) Coloque pequena porção da gasolina em outro béquer pequeno. Lave o béquer e a pipeta graduada com gasolina. Adicione 10 mL do líquido, medidos com a pipeta graduada, ao béquer pesado anteriormente. Para medir 10 mL encha a pipeta até o traço correspondente a 0 mL e deixe escoar o líquido até o traço correspondente a 10 mL. Anote o volume do líquido na tabela anterior.(letra c) O valor da medida deve ser expresso com o número de algarismos de acordo o desvio avaliado. e) Pese o béquer com o líquido e anote a massa na segunda tabela, (letra b). Anote todos os algarismos fornecidos pela balança. f) Calcule a massa do líquido: (Anote a massa do líquido na segunda tabela, letra b). g) Cálculo da densidade: INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 2- Determinação do teor de álcool em amostras de gasolina a. Adicione 25 mL de gasolina em uma proveta (50 mL). b. Em seguida, adicione 25 mL de água na mesma proveta c. Agite a mistura heterogênea formada com bastão de vidro durante 1 minuto. d. Após a nítida separação entre as fases, registre o volume da fase aquosa. O volume da fase aquosa, inicialmente 25 mL, sofre um aumento após a mistura com a fase orgânica. A percentagem de etanol presente na gasolina pode ser calculada a partir desse aumento do volume da fase aquosa. Volume inicial de gasolina Volume inicial de água Volume final da solução aquosa (água + álcool) Cálculo Resultado C%= [(V (água+álcool) – Vi (água))/ Vi (gasolina)] x 100 Onde: C % = Percentagem de teor alcoólico; V(água +álcool ) = Volume final de álcool + água; Vi(água) = Volume inicial da água; Vi( gasolina) = Volume inicial da gasolina. Exercícios complementares: 1) Por que um aparelho volumétrico deve ser lavado com o líquido a ser medido, antes de ser usado? 2) Explique por que não se deve: a. Pesar um sal diretamente no prato de uma balança; b. Pesar um objeto cuja massa seja maior que a capacidade da balança. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 3) Calcule as densidades: a. 40,0 mL pesam 20 g b. 40.000 L pesam 20.000 kg. e. Qual densidade foi determinada com maior exatidão? Por quê? 4) A densidade do chumbo é 11,34 g/mL. Calcule: a) A massa de 1,00 L de chumbo: 5) 1 mol de oxigênio pesa 32 g e ocupa o volume de 22,4 L, calcule: a. A densidade do oxigênio em g/L b. A densidade do oxigênio em g/ml c. A densidade do oxigênio em kg/L d. A densidade do oxigênio em kg/ml 6) Por que o álcool foi extraído pela água? 7) É possível separar o querosene (mistura de hidrocarbonetos, que são substâncias apolares) de uma mistura querosene-gasolina colocando-a em contato com água (substância polar)? Por que? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE Experimento 06: REAGENTES O termo reagente designa as substâncias, soluções ou misturas utilizadas nos trabalhos químicos: na síntese e análise de outros materiais, e na produção energia. São exemplos de reagentes: ácido sulfúrico, hidróxido de sódio, bicarbonato de sódio, amônia, água oxigenada, acetona. Os reagentes são usados para produzir transformações químicas (reações), vindo daí o nome. O vinagre é uma solução de ácido acético (CH3CO2H, 3-5%), usada para temperar alimentos. Já o ácido acético puro, denominado ácido acético glacial, causa intoxicação e queimaduras. O suco gástrico contém ácido clorídrico (HCl), porém, o HCl concentrado (ácido muriático, ácido clorídrico 37% p/p) causa queimaduras na pele e é irritante para as mucosas. Tanto o ácido acético glacial quanto o ácido clorídrico são considerados reagentes e são mais reativos que o vinagre e o suco gástrico, por serem mais concentrados. O rótulo do frasco de um reagente de boa procedência fornece informações sobre a sua identidade, qualidade e precauções, que são úteis na manipulação e estocagem do reagente. A pureza do reagente é um dado importante e vem expressa, no rótulo, em % p/p. A pureza informa a massa da substância existente em 100 g do material. Para os reagentes líquidos, ou em solução concentrada, também vem expresso o peso específico (densidade), que é útil para calcular a massa de uma solução, a partir do seu volume, e vice-versa. PUREZA Massa da substância (g) existente em 100 g do reagente O manuseio de reagentes requer cuidados para evitar danos a si, às outras pessoas, ao laboratório e ao meio ambiente. Algumas normas de segurança, de caráter geral, devem ser observadas: Leia, no rótulo, as informações referentes à segurança, antes de usá-lo; Após o uso, tampe o frasco do reagente; Em caso de derramamento, limpe imediatamente o frasco e o local atingido; Nunca prove ou ingira um reagente; Evite cheirar reagentes. Se necessário, abane um pouco do vapor com a mão em direção ao nariz; Não jogue as sobras na pia: coloque-as nos frascos de "refugos"; Não introduza conta-gotas ou pipetas no frasco; Não volte as sobras para o frasco de reagentes: avalie a quantidade a ser utilizada, para evitar muita sobra; Os reagentes voláteis devem ser manipulados na capela. As propriedades físicas e químicas dos reagentes podem ser obtidas na bibliografia especializada. Duas fontes de consulta importantes são o "Handbook of Chemistry and Physics" da The Chemical Rubber Company Press e o "TheMerck Index". A identificação de um reagente é feita comparando suas propriedades físicas e químicas com as registradas na literatura especializada. A cor, o cheiro, a densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição e as reações químicas são as propriedades mais usadas na identificação. Os reagentes devem ser acondicionados e armazenados adequadamente. Alguns requerem frascos que os protejam da luz; outros exigem refrigeração; outros não podem entrar em contato com o ar atmosférico. Os reagentes só podem ser armazenados de acordo com as compatibilidades químicas. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE balanceando Nesta aula você conhecerá alguns reagentes comuns em laboratórios: coletará informações nos rótulos, aprenderá a manipulá-los e verificará algumas de suas propriedades. Essas propriedades podem ser úteis no manuseio, estocagem e na identificação do reagente. As atividades programadas para esta aula pretendem iniciá-lo, também, no processo de relacionar fórmulas aos materiais químicos, executar reações e representar os fenômenos por equações químicas. Uma substância pode ser representada por sua fórmula química, acompanhada por índices que especificam os seus estado físico: O2(g) H2O(l) NaCl (s) Uma solução é representada pela fórmula química do soluto, seguida do índice que especifica o solvente: NaCl (aq) = solução aquosa de cloreto de sódio I2 (álcool) = solução alcoólica de iodo As reações químicas são representadas pelas equações químicas. As equações químicas descrevem as transformações utilizando as fórmulas químicas das espécies que participam do processo e os símbolos + e . Para balancear as equações, coloque coeficientes (número antes da fórmula) de maneira que o número de átomos dos reagentes seja igual ao dos produtos. O ferro sólido ...................................... Fe (s) Fe (s) reage com ............................................ + + solução aquosa de ácido clorídrico, ..... HCl (aq) 2HCl (aq) produzindo .......................................... solução de cloreto de ferro II ............... FeCl2 (aq) FeCl2 (aq) e .......................................................... + + gás hidrogênio .................................... H2 (g) H2 (g) Exercícios de fixação: 1) O que são "reagentes"? Quais são as utilidades dos reagentes? 2) Por que os reagentes são mais reativos que os materiais usuais? 3) Onde podem ser encontrados, com facilidade, o valor da pureza, os cuidados na manipulação e outras informações sobre um reagente? 4) O que é "pureza" de um reagente? 5) Quais são os principais cuidados que se deve ter ao manusear um reagente? 6) Onde se encontram informações sobre as propriedades físicas de um reagente? 7) Como se identifica um reagente? INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 8) Como os reagentes devem ser armazenados? 9) Como se representa uma substância usando a linguagem química? 10) Como se representa uma solução usando a linguagem química? 11) Como se representa uma transformação química usando a linguagem química? Objetivos: Coletar dados dos rótulos de reagentes; Manusear reagentes sólidos e líquidos; Verificar algumas propriedades gerais de reagentes; Executar cálculos envolvendo pureza. Procedimento Experimental: 1- Informações: exame dos rótulos Examine os rótulos dos frascos dos reagentes que lhe forem fornecidos. Nem todas as informações estão presentes no rótulo, dependendo da procedência do reagente. A pureza pode ser expressa de diversas maneiras, dependendo do fabricante: teor, %, densidade, ensaio, limite mínimo, etc. Nome Químico Fórmula Química Peso Molecular 1 2 3 Pureza Marca Segurança 1 2 3 2- Hidratação: absorção de umidade pelo NaOH sólido O hidróxido de sódio, conhecido como soda cáustica, é higroscópico: absorve água. Por isso, não deixe o frasco destampado por muito tempo. Quando tampar o frasco, verifique se o mesmo está bem vedado. a) Coloque 2 ou 3 pastilhas de hidróxido de sódio em um vidro de relógio. Utilize uma espátula de porcelana para a transferência. Não toque o NaOH com as mãos! Lave a espátula e seque-a com toalha de papel. b) Deixe em repouso e, no final da aula, examine as pastilhas. Anote a transformação observada. Escreva a equação química que representa a dissolução da substância: hidróxido de sódio sólido absorvendo vapor de água, produzindo solução aquosa de hidróxido de sódio. INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE 3- Decomposição: desidratação do sulfato de cobre II pentahidratado O sulfato de cobre é azul quando hidratado (CuSO4.5H2O) e branco quando anidro (CuSO4). a) Transfira uma pequena quantidade de sulfato de cobre II pentahidratado para um tubo de ensaio seco, usando uma espátula de porcelana. Usando uma pinça de madeira para segurar o tubo, aqueça o fundo do tubo em um bico de gás, até que os cristais percam a cor. b) Examine o sólido e as paredes do tubo. Coloque o tubo de ensaio, para esfriar, no suporte. Anote o que você observou. Escreva a equação química balanceada que representa a desidratação: sulfato de cobre II pentahidratado sólido, produzindo o sulfato de cobre II anidro sólido e água líquida. Faça o balanceamento da equação. c) Deixe o tubo esfriar por alguns minutos e, com o frasco lavador, acrescente 1 ou 2 gotas de água ao sólido. Observe. Anote o que você observou. Escreva a equação química que representa a hidratação: sulfato de cobre II sólido absorvendo água líquida e produzindo o sulfato de cobre pentahidratado sólido. Faça o balanceamento da equação. d) Adicione cerca de 3 ml de água ao tubo e agite até dissolver o sólido. Não é necessário medir a água. Encha o tubo colocando cerca de 3 cm de altura de água. Escreva a equação química que representa a dissolução: sulfato de cobre pentahidratado sólido e água líquida produzindo solução de sulfato de cobre II CuSO4(aq) ). 4- Acidez/basicidade: vapores ácidos e básicos (DEMONSTRATIVO) O tornassol é um indicador para ácidos e bases: Em meio ácido é vermelho Em meio básico é azul a) Umedeça com água uma tira de papel de tornassol azul e aproxime-a de um frasco de solução de .NaOH. Repita o procedimento usando o tornassol vermelho. Anote os resultados na tabela. Tornassol vermelho Tornassol azul Acido ou Básico Vapor de NaOH Vapor de HCl Escreva a equação de dissolução do NaOH em água. Escreva a equação de dissociação do soluto em água: hidróxido de sódio (NaOH(aq)) produzindo os íons sódio (Na+(aq)) e íons hidroxila (OH ─ (aq)). INSTITUTO DE ENGENHARIA e TECNOLOGIA - IET Química Geral CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BELO HORIZONTE b) Repita os procedimentos anteriores usando um frasco de HCl concentrado. Escreva a equação de dissolução do vapor em água: cloreto de hidrogênio gasoso e água líquida produzindo
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