(5) Aula 5 Química Experimental

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UNIVERSIDADE VILA VELHA - UVV
ENGENHARIA
BIANCA MUND
FREDSON CASSIANO DA ROCHA JUNIOR
LUCICLÉIA DOS SANTOS DA SILVA
PEDRO HENRIQUE SEGRINI SETUBAL
RICHARD DE SENA FIRMINO JUNIOR
EXERCÍCIO-CAPÍTULO 3 (14/03/2018):
VETORES
VILA VELHA
MARÇO - 2018
GABRIEL PEREIRA VEIGA
GUILHERME AUGUSTO DA CRUZ CAMUZZI
LUCICLÉIA DOS SANTOS DA SILVA
VINÍCIUS ROBERTO DE MORAES
VITÓRIA NEVES MANTEGAZINE
Prática nº 05 (06/09/2016):
INTERAÇÕES INTERMOLECULARES E SEUS EFEITOS NA SOLUBULIDADE ENTRE AS SUBSTÂNCIAS
Relatório do Curso de Graduação em Engenharia de Produção apresentado à Universidade Vila Velha – UVV, como parte das exigências da disciplina Química Experimental sob orientação da professora Maria Alice Moreno Marques.
VILA VELHA
SETEMBRO - 2016
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
Uma molécula polar contém pólos positivos e negativos. Há uma carga parcial positiva (pólo positivo) em um ponto na molécula e uma carga parcial negativa (pólo negativo) de igual magnitude em um outro ponto. Moléculas polares orientam-se na presença de um campo elétrico. O pólo positivo (+) da molécula alinha-se com a carga negativa(-) externa e o pólo negativo com a carga positiva externa. Em contraposição, não há separação de carga em uma molécula não polar. Em um campo elétrico, moléculas não polares, não apresentam orientação preferencial; elas estão orientadas aleatoriamente. (MASTERTON, SLOWINSKI, STANITSKI, 1990, p 261). 
INSERIR PARAGRAFO SOBRE GEOMETRIA MOLELULAR (BREVE)
INSERIR PARAGRAFO SOBRE INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
“Quando os vetores-polaridade se anulam, ela será apolar. Pelo contrário, quando os vetores-polaridade não se anulam, a molécula será polar. As polaridades das moléculas influem nas propriedades das substancias. Um exemplo importante é o da miscibilidade (ou solubilidade) das substancias. A água e o álcool comum, que são polares, misturam-se em qualquer proporção. A gasolina e o querosene, que são apolares, também se misturam em qualquer proporção. Já a água (polar) gasolina (apolar) não se misturam. Daí a regra pratica que diz: Substancia polar tende a se dissolver em outra substância polar; substância apolar tende a se dissolver em outra substancia apolar. Ou “semelhante dissolve semelhante”. (FELTRE, 2001, p 106).
OBJETIVOS
Verificar a polaridade das moléculas e seu efeito nas solubilidades das substâncias.
MATERIAIS
01 Caneta marcadora de vidrarias;
03 Espátulas para transferência de substancias sólidas;
Béqueres para transferência de líquidos;
01 Estante para tubos de ensaio;
01 Pisseta com água deionizada (𝐻2𝑂);
01 Frasco de reagentes com álcool butílico ou n-butanol (𝐶4𝐻10𝑂(𝑙));
01 Frasco de reagentes com álcool etílico ou etanol (𝐶2𝐻6𝑂 (𝑙));
01 Frasco de reagentes com álcool terc-butílico ou t-butanol (𝐶4𝐻10𝑂(𝑙));
01 Béquer com cloreto de sódio sólido (𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠));
01 Frasco de reagentes com etoxietano ou éter etílico (𝐶4𝐻10𝑂(𝑙));
01 Frasco de reagentes com gasolina (𝐶8𝐻18);
01 Frasco de reagentes com hexano liquido (𝐶6𝐻14(𝑙));
01 Béquer com iodo sólido (𝐼2(𝑠));
01 Frasco de reagentes com metil benzeno ou tolueno liquido (𝐶7𝐻8(𝑙));
01 Béquer com permanganato de potássio sólido ;
20 Tubos de ensaio.
MÉTODOS
Verificação da solubilidade (semelhanças) entre solventes
 
Numerou-se dois tubos de ensaio (1 e 2), adicionou-se nos dois tubos, uma ponta de espátula de cloreto de sódio, em seguida adicionou-se 2 mL de água deionizada no tubo 1 e 2 mL de álcool etílico no tubo 2, agitou-se e observou-se. Anotou-se a solubilidade em ambos solventes;
 
Numerou-se três tubos de ensaio (3, 4 e 10), adicionou-se 2mL de éter etílico em cada tubo. Ao tubo 3 adicionou-se 1mL de água deionizada, ao tubo 4, 1mL de hexano e ao tubo 10 adicionou-se 2ml de etanol, agitou-se e observou-se. Anotou-se a solubilidade em todos os solventes;
 
Numerou-se três tubos de ensaio (5, 6 e 11), adicionou-se 2mL de tolueno nos tubos 5 e 6, e ao tubo 11 adicionou-se água deionizada. Ao tubo 5 adicionou-se 1 mL de água deionizada e aos tubos 6 e 11, 2 mL de hexano. Agitou-se e observou-se. Anotou-se a solubilidade em ambos solventes;
 
Numerou-se três tubos de ensaio (7, 8 e 9), em cada tubo adicionou-se 1 mL de água deionizada. Em seguida adicionou-se 2 mL etanol no tubo 7, 2 mL de t-butanol (terc-butílico) no tubo 8, 2 mL de n-butanol no tubo 9. Agitou-se, observou-se e anotou-se a solubilidade. 
 
Identificação das fases no sistema água-etanol-gasolina  
  
Adicionou-se em 3 tubos de ensaio 3 mL de água deionizada, nomeando-os de 1a, 1b e 1c, no tubo 1b adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 1c uma pequena quantidade de permanganato de potássio. Comparou-se e anotou-se as observações;
 
Adicionou-se em 3 tubos de ensaio 3 mL de gasolina, nomeando-os de 2a, 2b e 2c, no tubo 2b adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 2c uma pequena quantidade de permanganato de potássio. Comparou-se e anotou-se as observações; 
 
Adicionou-se em 3 tubos de ensaio 1,5 mL de água deionizada e 1,5 mL de gasolina, numerando-os de 3a, 3b e 3c, no tubo 3b adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 3c uma pequena quantidade de permanganato de potássio. Comparou-se e anotou-se as observações. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados a seguir, apresentados em forma de tabela, foram obtidos através de vários experimentos, observações e comparações feitas baseadas nas propriedades químicas dos elementos utilizados. Misturamos diversas substâncias diferentes para verificar a solubilidade ou miscibilidade entre elas e analisar as interações intermoleculares.
5.1. Verificação da solubilidade (semelhanças) entre solventes
Quadro 1
INSERIR QUADRO
Água + Cloreto de Sódio:
Observando o Quadro 1, verifica-se que o cloreto de sódio (NaCl) é solúvel em água. O NaCl é um composto iônico, enquanto a água é uma substância muito polar, que juntos formam uma ligação íon-dipolo. A equação da reação entre água e cloreto de sódio tem como produto uma dissociação dos íons, e pode ser representada da seguinte forma: NaCl + H2O Na+ + Cl-
 Figura 1: Molécula de NaCl Figura 2: Molécula de água
 
Fonte: https://www.emaze.com/@ACIOCLRW/Presentation-Name
A substancia iônica NaCl se dissolve com facilidade na água porque a interação atrativa entre os íons de NaCl (figura 1) e as moléculas polares de H2O (figura 2) supera as forças que mantêm a rede cristalina do NaCl. Quando NaCl é adicionado à agua, a extremidade positiva do dipolo da água é orientada no sentido dos íons Cl-, e a extremidade negativa do dipolo da água é orientada no sentido dos íons Na+, conforme pode-se ver na figura 3 logo abaixo:
Figura 3: Interação entre NaCl e H2O
Fonte: http://atomoemeio.blogspot.com.br/2009_05_01_archive.html
As atrações íon-dipolo entre os íons e as moléculas de água são suficientemente fortes para puxar os íons de suas posições no cristal. Portanto há formação de solução quando as forças atrativas entre as partículas do soluto e do solvente têm a mesma ordem de grandeza que as forças existentes entre as partículas do soluto e entre as do solvente.
Etanol + Cloreto de Sódio:
Observa-se que o cloreto de sódio não se dissolve no etanol. Isso acontece porque o etanol tem uma polaridade bem menor do que a da água e não consegue fazer a dissociação dos íons, por isso que o cloreto de sódio é pouco solúvel neste solvente.
Figura 4: Molécula de etanol
Fonte: ATKINS, 2012, p. 762.
Conforme pode-se observar na figura 4, a molécula de etanol é polar, porém possui muitas cargas parciais positivas (azul) e uma carga parcial negativa (vermelho), sendo difícil uma interação com íons.
Éter + Água:
Observa-se, no quadro 1, que o éter é imiscível na água. Isso acontece porque a molécula de éter é pouco polar, é uma molécula que contém um oxigênio possuindo carga parcial negativa com as demais ligações possuindo carga parcial positiva,sendo assim a parte apolar muito maior que a pequena parte polar.
Figura 5: Molécula de éter
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89ter_et%C3%ADlico#/media/File:Diethyl-ether-3D-balls.png
Observando a figura 5, verifica-se que pela forma como os átomos estão distribuídos, fica muito difícil de o oxigênio estabelecer uma ligação de hidrogênio com a molécula da água, então o éter não se mistura com a água. O éter tem uma densidade menor que a densidade da água, portanto nesse sistema bifásico o éter fica na camada superior.
Éter + Hexano:
De acordo com o quadro 1, o hexano e o éter são miscíveis. O Hexano é uma molécula apolar composta por átomos de hidrogênio e carbono, conforme pode-se observar na figura 6 abaixo.
Figura 6: Molécula de hexano
Fonte: http://www.wikiwand.com/es/Hexano
A molécula de hexano estabelece uma ligação de London com a molécula de éter pela parte apolar da mesma, sendo, portanto, miscíveis.
Éter + Etanol:
Conforme pode-se observar no quadro 1, o éter e o etanol são miscíveis. Isso ocorre porque, de acordo com o que foi visto anteriormente, a molécula de éter é pouco polar, mas é em maior parte apolar e assim também acontece com a molécula de etanol (sendo o etanol só um pouco mais polar que o éter), então as partes apolares de ambas moléculas fazem ligação por forças de dispersão de London, sendo miscíveis.
Tolueno + Água:
O quadro 1 indica que tolueno e água não se misturam. O tolueno é uma molécula apolar. Ao ser adicionada água, que é polar o resultado obtido foi que os elementos não se misturaram, não são miscíveis, ficou claramente dividido por uma linha os limites de cada elemento. 
Figura 7: Molécula de tolueno
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Tolueno
Esse resultado foi devido a polaridade das moléculas. A água, como visto anteriormente, tem polos bem definidos (positivo nos hidrogênios, e negativo nos oxigênios. O tolueno é fortemente apolar, como pode-se verificar na figura 7 (suas ligações ocorrem, basicamente, entre carbono e hidrogênio). Devido a essa diferença de polaridade, água e o tolueno são imiscíveis. O tolueno possui densidade menor que a da água, portanto ficou na parte superior do sistema bifásico.
Tolueno + Hexano:
A mistura de tolueno com hexano forma um sistema de uma fase, sendo assim miscível. O tolueno que possui molécula fortemente apolar faz ligações de forças de dispersões de London com o hexano que também é uma molécula apolar, conforme visto anteriormente, se misturando.
Água + Hexano:
Assim como aconteceu com o tolueno mais água, a mistura de hexano com água também é imiscível por causa da diferença de polaridade entre a molécula de água que é fortemente polar e a molécula de hexano que é fortemente apolar. Como todo sistema imiscível, observou-se duas fases ficando o hexano na parte inferior por ser mais denso que a água. 
Água + Etanol:
De acordo com o quadro 1, a água e o etanol são miscíveis. Isso acontece, porque apesar de a molécula de etanol possuir maior parte apolar, ela possui uma extremidade polar, sendo possível fazer ligações de hidrogênio com a molécula da água através dessa extremidade. Portanto essas duas substâncias se misturam.
É interessante observar que o etanol pode se misturar com substâncias polares (como a água) e com substâncias apolares (como o éter visto anteriormente). Isso acontece devido a molécula de etanol possuir parte polar e parte apolar, sendo assim uma substância anfifílica.
Água + T-butanol:
Conforme está no quadro 1, a água e o t-butanol são miscíveis. A molécula de t-butanol é polar, em uma extremidade possui um oxigênio ficando com uma carga parcial negativa, e possui cargas parciais positivas nas demais extremidades conforme é possível observar na figura 8 abaixo:
Figura 8: Molécula de t-butanol
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/1-Butanol#/media/File:T-butanol-3D-vdW.png
A molécula de t-butanol faz ligação de hidrogênio, através da parte polar, com a molécula de água, ficando assim miscíveis.
Água + N-butanol:
Observa-se no quadro 1 que a mistura de água com n-butanol é imiscível. Na verdade, a água é pouco miscível no n-butanol, pois quando o experimento foi realizado, observou-se que parte da água se misturou com n-butanol e outra parte permaneceu imiscível. Isso aconteceu porque a molécula de n-butanol possui uma pequena extremidade polar que fez ligação de hidrogênio na molécula da água, mas a molécula é em maior parte apolar, conforme a figura 9 a seguir:
Figura 9: Molécula de n-butanol
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/1-Butanol#/media/File:Butan-1-ol-3D-vdW.png
Classificou-se essa mistura como imiscível devido a maior parte da molécula de n-butanol ser apolar e porque a maior parte da mistura permaneceu sem se misturar.
5.2. Identificação das fases no sistema água-etanol-gasolina  
Tabela I: Sequência de adição de reagentes nos tubos de ensaio para identificação das fases com indicadores de polaridade
	Teste
	Controle
	
	
	
	
	
	
	1
	 (
	
	
	2
	 (
	
	
	3
	
	
	
PARTE A SER EDITADA (essas tabelas que estão aí não valem, tem que ser refeitas do jeito que a professora passou):
IDENTIFICAÇÃO DE FASES NO SISTEMA AGUA-ETANOL-GASOLINA
Alguns testes forma feitos para verificar a solubilidade da gasolina e do etanol na água utilizando, o Iodo, I 2 (substância covalente apolar) como indicador de polaridade.
(A tabela abaixo apresenta os resultados das reações entre Iodo, H2O e Permanganato de potássio)
	Tubos
	H2O +
	Resultado
	1
	
	Somente Água
	2
	Iodo
	Insolúvel
	3
	Permanganato de potássio
	Solúvel
No tubo de ensaio com água adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, observou-se uma coloração amarela clara, a solução foi moderadamente solúvel, ocorrendo interações do tipo dípolo-induzido e ligações de H. 
No outro tubo de ensaio contendo água adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, observou-se uma coloração violeta escuro, ocorrendo interações do tipo dipolo-dipolo e ligações de H. A diretriz “igual dissolve igual” ou “semelhante dissolve semelhante” também se aplica a sólidos moleculares dissolvendo-se em líquidos. Sólidos orgânicos apolares se dissolvem rapidamente em solventes.
 O iodo, I2, um sólido apolar inorgânico, se dissolve em água até certo ponto, mas se houver opção, se dissolverá melhor em líquido apolar. Esta diretriz é menos efetiva, mas ainda útil, quando se considera sólidos iônicos. Portanto, pode-se prever que compostos iônicos, que podem ser considerados exemplos extremos de compostos polares, não se dissolverão em solventes apolares. Este fato é amplamente sustentado pela observação. O cloreto de sódio, por exemplo, não se dissolverá em líquidos, como o Hexano, mas este composto iônico comum apresenta grande solubilidade em água. Muitos outros compostos iônicos são solúveis em água e outros não são solúveis.
(A tabela apresente os resultados das reações entre Gasolina, Iodo e permanganato de potássio)
	Tubos
	Gasolina +
	Resultado
	1
	
	Somente Gasolina
	2
	Iodo
	Solúvel
	3
	Permanganato de potássio
	Insolúvel
No primeiro tubo contendo gasolina adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, verificando-se que o mesmo é solúvel em gasolina, apresentando uma coloração marrom escuro. No outro tubo contendo gasolina adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, verificando-se que o mesmo é solúvel em gasolina, apresentando uma coloração rósea claro.
 Verificou-se que nas duas substâncias acima que foram adicionadas a gasolina, ocorreram interações do tipo dipolo induzido. Duas moléculas apolares podem se atrair, lembrando que os elétrons em átomos ou moléculas estão em um estado de movimentação constante. 
Na média, suas nuvens eletrônicas são esféricas. Quando dois átomos ou moléculas apolares aproximam-se, entretanto, atrações ou repulsões entre seus elétrons e núcleos podem levar a distorção nas suas nuvens eletrônicas. Isto é, dipolos podem ser momentaneamente induzidos em átomosou moléculas vizinhos, e esses dipolos induzidos levam a uma atração intermolecular. Assim, a força intermolecular de atração em líquidos e sólidos compostos de moléculas apolares é uma força de dipolo induzido/dipolo induzido ou força de London. 
O iodo, I2, é um solido e não um gás, nas condições de temperatura e pressão ambiente, comprovando que moléculas apolares devem também apresentar forças intermoleculares. Uma estimativa dessas forças é fornecida pela entalpia de vaporização da substancia em seu ponto de ebulição.
(A tabela apresente os resultados das reações entre Gasolina, Iodo e Permanganato de potássio)
	Tubos
	H2O +
	Resultado
	1
	Gasolina
	Insolúvel
	2
	Gasolina + Iodo
	Insolúvel
	3
	Gasolina + Permanganato de potássio
	Solúvel em H2O, insolúvel em Gasolina
No primeiro tubo, verificou-se que a água e a gasolina são insolúveis, havendo formação de duas fases homogêneas, a gasolina ficou por cima com coloração rósea e agua ao fundo.
No segundo tubo adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, verificou-se que a solução é insolúvel, formação de duas fases, como a gasolina é mais densa, majoritariamente o iodo dissolveu na gasolina por ser apolar, mas uma pequena parte foi dissolvida em H2O. 
No terceiro tubo adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, verificou-se que a solução é insolúvel, havendo formação deum sistema bifásico, com a predominância do permanganato de potássio na fase aquosa solubilizando com H2O, havendo interações do tipo íon-dipolo. Moléculas polares como a água pode induzir, ou criar, um dipolo em moléculas que não apresentam dipolo permanente. 
O processo de indução de um dipolo é denominado polarização, e a extensão com que a nuvem eletrônica de um átomo ou uma molécula pode ser distorcida para induzir um dipolo dependem da polarizabilidade do átomo ou da molécula. É difícil medir essa propriedade experimentalmente; entretanto, faz sentido que a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula com nuvem eletrônica grande, possa ser polarizada, ou distorcida, mais facilmente que a nuvem eletrônica em um átomo ou molécula muito menor, em que os elétrons de valência estão próximos do núcleo e são mais fortemente retidos. 
Quanto maior a massa molar, maior a nuvem eletrônica e maior a polarizabilidade da molécula. Uma molécula polar, como a da água, pode induzir um dipolo no O2, apolar, pela distorção da nuvem eletrônica da molécula. O I2, apolar, dissolve-se em etanol (C3H5OH), polar.
BIBLIOGRAFIA
FELTRE, R; Fundamentos da Química. 3ª ed. Vol 1. São Paulo – SP. Editora Moreira, 2001.
BIBLIOGRAFIA MASTERTON