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0 Universidade Federal do Maranhão Bacharelado Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia EXPERIMENTO V Medidas de solubilidade São Luís – MA 2014 1 SUMÁRIO 1-RESUMO .................................................................................................. 2 2-INTRODUÇÃO ........................................................................................ 3 3- MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................. 4 3.1 MATERIAIS E REAGENTES ...................................................... 4 3.2 MÉTODOS ...................................................................................... 4 4-RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................. 5 5-CONCLUSÃO ........................................................................................ 10 6-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................. 11 2 1-RESUMO Neste experimento lidaremos apenas, com soluções de líquidos em líquidos, e líquido em sólidos. Visando relatar os testes de solubilidade em diferentes solventes, colocando-os em tubos de ensaio, adicionando os respectivos solutos em questão, agitando-os vagarosamente, acompanhando visualmente o comportamento do sistema, com o objetivo de classificá-los de acordo com sua interação e sua miscibilidade, mostrando através da mistura de líquidos não miscíveis que os mesmos se distribuem segundo suas polaridades e densidades. 3 2-INTRODUÇÃO Aproximadamente 90% das reações químicas acontecem com os reagentes dissolvidos em algum líquido. Muitas das coisas que consumimos também são soluções. Soluções são misturas homogêneas que podem ser líquido + líquido, líquido + sólido, líquido + gás. Uma solução é sempre composta de duas coisas: uma que dissolve que chamaremos de solvente, e outra que é dissolvida, que chamaremos de soluto. A solubilidade dos compostos orgânicos é um importante parâmetro para a caracterização química e normalmente é expressa em gramas de soluto por 100 gramas de solvente. Os testes de solubilidade permitem prever a presença ou ausência de grupos funcionais e reatividade em alguns casos. As razões que determinam a regra simplificada que diz que “solventes polares dissolvem substâncias polares, e solventes apolares dissolvem substâncias apolares” vêm de forças intermoleculares que mantém as moléculas unidas umas às outras, sendo mais fortes em substâncias que têm moléculas polares (moléculas onde há partes eletricamente mais negativas e partes mais positivas) do que em substâncias que têm moléculas apolares (moléculas em que a carga elétrica se distribui de maneira uniforme pela superfície). No caso das moléculas polares, há forte atração entre a parte negativa de uma molécula e a parte positiva de outra, resultando na necessidade de fornecer grande quantidade de energia para separar essas moléculas. Quando as moléculas são apolares, a atração entre elas deve-se quase exclusivamente às forças de Van de Walls. Simplificando ao máximo, essas forças seriam assim explicadas: num certo momento uma certa molécula apresenta uma ligeira assimetria na distribuição de carga, dando origem a um (ou vários) dipolo(s) de curta duração. Esse dipolo induz a formação de um dipolo de cargas opostas na molécula vizinha, e então as duas atraem mutuamente. Esses dipolos são de curta duração e resultam em forças de tração não muito fortes. Assim é necessária pouca energia para separar as moléculas. Este fator explica o fenômeno químico onde algumas substâncias são solúveis e outras não. 4 MEDIDAS DE SOLUBILIDADE 3- MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Materiais e reagentes Tubos de ensaio; Estante; Água; Etanol (álcool); Butanol (acetona); Querosene; Óleo de Soja; Cloreto de sódio (NaCl) ; Naftaleno sólido (C10H8); Iodo sólido (I2); 3.2 Métodos - Utilizando a bureta, em três tubos de ensaio adicionou-se, nessa ordem 2,0 mL de água. Em cada um dos tubos adicionou-se 2,0 mL de cada um dos solventes: álcool, acetona e querosene. Agitou-se intensamente, anotou e observaram-se os resultados. - Realizando o mesmo procedimento anterior, substituiu-se a água pelo álcool e acrescentou-se a acetona e querosene. Agitou e se observou os resultados. - Em três tubos de ensaio adicionou-se respectivamente 2,0 mL de água, 2,0 mL de álcool etílico e 2,0 mL de querosene. Posteriormente adicionou-se a cada um dos tubos 2,0 mL de óleo de soja. Agitou-se intensamente e se observou os resultados. Repetiu-se o procedimento anterior, substituindo o por quantidades pequenas e equivalentes de: Cloreto de sódio; Naftaleno; e Iodo sólido. 5 4-RESULTADOS E DISCUSSÃO Na primeira parte do experimento observaram-se os seguintes fenômenos diante das misturas das soluções: Tubo Líquidos adicionados Observações Misciblidade Polaridade 1A Àgua + Àlcool Líquidos incolores, ao serem agitados, misturaram-se completamente formando uma mistura homogenea. Sim Àgua é apolar. Àlcool é polar e apolar Acetona é polar e apolar Querosene é apolar 2A Àgua + Acetona Inicialmente os líquidos são incolores, ao serem agitados formam uma mistura parcialmente homogênea. Parcial 3A Àgua + Querosene Um líquido incolor e outro incolor ao amarelo pálido, ao serem agitados não se misturam, formando uma mistura heterogênea e bifásica Não A mistura do tubo 1A , água + álcool é solúvel, e formam uma mistura homogênea e monofásica em qualquer proporção que forem misturados. Isto ocorre devido à polaridade das substâncias. A água é uma substância polar, já o álcool possui, em sua molécula, uma parte polar e uma apolar. A cadeia carbônica consiste na parte apolar, enquanto a hidroxila constitui a parte polar da molécula. Assim, como a cadeia carbônica é curta, quando misturado à água, o álcool se comporta como uma substância polar, e por isso é miscível completamente em água. A mistura do tubo 1B, água + acetona é parcialmente solúvel, com uma pequena taxa de solubilidade , assim como o álcool a acetona possui uma parte com moléculas onde há partes eletricamente negativas e partes mais positivas . Porém, como o 1-butanol possui uma cadeia carbônica maior, formada por 4 carbonos, a parte apolar é dominante, e por isso, a solubilidade em água é muito pequena. A mistura do tubo 1C, água + querosene é insolúvel porque a querosene é uma combinação complexa de hidrocarbonetos (alifáticos, naftênicos e aromáticos) com um 6 número de carbonos na sua maioria dentro do intervalo de C9 a C16, produzida por destilação do petróleo bruto, com faixa de destilação compreendida entre 150°C e 239°C, e, portanto, sendo hidrocarbonetos, são todos compostos apolares, não havendo miscibilidade com a água que é polar. Na segunda parte do experimento misturou-se o álcool em quantidade proporcioal à querosene e acetona. Tubo Líquidos adicionados Observações Misciblidade 1B Àlcool + Querosene Mistura heterogenea. Àlcool apresntando uma densidade maior que a querosene. Não 2B Àlcool 46 INPM + Acetona Parcial 3b Àlcool 92 INPM + Acetona Mistura homogênea. Sim A mistura do tubo2A é insolúvel. Como a querosene é uma mistura de substâncias apolares, ao ser misturada ao álcool, que se comporta como uma substância polar, não se dissolve, pela diferença de polaridade entre as substâncias. Verificou-se também que o álcool apresenta uma densidade superior a da querosene, comprovada segundo pesquisa na literatura científica. A mistura do tubo 2B é parcialmente solúvel. Utilizou-se álcool saneante de uso doméstico, de graduação 46 °INPM, e levando em consideração a polaridade das substâncias, como ambas as moléculas possuem uma parte apolar e uma parte polar, deveria ocorrer uma atração entre as partes polares e as partes apolares. A parte polar atrai a parte polar, enquanto a parte apolar atrai a parte apolar, miscibilizando as duas substâncias. Como tira prova, se utilizou um álcool de graduação 92,8° INPM (2C) e verificou-se que há a miscibilidade da solução. Então se verificou que a miscibilidade do álcool com a acetona se dá pela maior concentração do grau alcoólico. Pois o álcool com 92 graus INPM tem 92% em massa de álcool, e 8% em massa de água (INPM => %P= porcentagem de álcool em peso ou grau alcoólico / quantidade em gramas de álcool absoluto contida em 100 gramas de mistura hidro- alcoólica) 7 Na terceira parte do experimento, a fim de analisar a solubilidade da água, do álcool e da querosene, misturou-se estes líquidos com o óleo de soja, sal, naftalina e Iodo sólido na respectiva ordem, e obteve-se os seguintes resultados: 1° ÁGUA Tubo Líquidos adicionados Observações Misciblidade Polaridade 1 Água + óleo Mistura heterogênea, bifásica, tendo a água densidade superior ao do óleo. Não Oléo = Apolar 2 Água + Sal Mistura homogênea e incolor Sim Sal = Polar 3 Água + Naftalina Mistura heteronêa, bifásica . Não Naftalina = apolar 4 Água +Iodo Mistura heterogênea, não dissolvendo o grão de iodo. Não Iodo = Apolar Verifica-se que as substâncias que não são solúveis com a água são substâncias apolares. No exemplo do sal, constata-se que ele é bem solúvel em água. E que o fator já declarado de solubilidade é a polaridade dos compostos envolvidos. No exemplo citado, temos que o sal é polar, a água também é polar . O sal é formado por átomos de sódio (Na) e cloro (Cl) que se ligam por meio de ligações iônicas, em que o sódio doa definitivamente um elétron para o cloro, formando os íons Na + e Cl - . Como esses íons possuem cargas opostas, eles se atraem e se mantêm unidos (Na + Cl - ). Em se tratando de temperatura, há uma observação importante que se pode fazer: o sal em excesso, aquele que não se dissolveu totalmente na água, pode ser dissolvido se for aquecida à solução, ou seja, a solubilidade varia com a temperatura. E quando se adiciona pequena quantidade de sólido a um líquido no qual ele seja solúvel, e se agita a mistura heterogênea por algum tempo, a mistura transforma-se em homogênea. Diz-se que o sólido se dissolveu no líquido, produzindo uma solução. Adicionando novas pequenas quantidades de sólido, o processo de dissolução pode ser repetido algumas vezes, produzindo soluções de concentração cada vez maior, mas este processo não pode continuar indefinidamente. Chega-se sempre a um ponto em que a adição de novas quantidades de sólido não produz uma solução de maior concentração, por mais que se agite. 8 Ao invés disso, o sólido adicionado permanece não dissolvido, formando uma mistura heterogênea. A essa solução, que é incapaz de dissolver quantidades adicionais de sólidos, damos o nome de solução saturada. A temperatura tem influência muito pronunciada sobre a solubilidade na maioria dos casos. A pressão tem importância menor para trabalhos comuns de laboratório, porque geralmente se trabalha com pressão de aproximadamente 1 atmosfera, e as variações que ocorrem não alteram substancialmente a solubilidade. 2° ÁLCOOL Tubo Líquidos adicionados Misciblidade 1 Álcool + Naftalina Não 2 Álcool + Sal Parcial 3 Álcool + Óleo Parcial, muito grande 4 Álcool +Iodo Parcial A não solubilidade do álcool com a naftalina se dar pela questão dela ser um hidrocarboneto aromático cuja molécula é constituída por dois anéis benzênicos condensados, e apolar. Sua parcialidade na solubilidade com o sal se deu devido a ao carater polar presente em ambas substâncias. Da mesma forma como acontece com o óleo e o iodo que são substâncias apolares, atraídas devido a atração molecular com os dipolos apolares presente na constituição do álcool. E a alta parcialidade de miscibilidade do óleo vegetal com o álcool pode ser feita uma relação superficial com a afinidade que gera o biodiesel, produzido partir da reação química de lipídios, óleos , com um álcool na presença de um catalisador (reação conhecida como transesterificação). 9 3° QUEROSENE Tubo Líquidos adicionados Misciblidade 1 Querosene + Naftalina Não 2 Querosene + Sal Não 3 Querosene + Óleo Sim 4 Querosene +Iodo Parcial No caso da naftalina com a querosene, mesmo ambas as susbtâncias serem apolares, elas não se misturam, formam uma mistura heterogênea e bifásica. No caso do sal, ele é insoluvel na querosene devido a sua polaridade. O óleo apresenta solubilidade com a querosene devido ambas serem apolares, mas há uma mistura heterogênea. Na mistura do iodo + querosene apresentou uma solubilidade parcial por que o iodo, sendo uma molécula formada por dois átomos iguais ao agitar-se com a querosene, que possui polaridade semelhante à do iodo se o dissolve parcialmente. 10 5-CONCLUSÃO Portanto, neste experimento puderam-se descrever todos os fenômenos que ocorreram em cada tubo de ensaio. Relacionando o fator de solubilidade das substâncias, de alguns reagentes serem solúveis e outros não, através da polaridade, miscibilidade e também pela densidades. O caso especial discutido foi o caso da mistura do sal e água, verificou-se que nesta pode ocorrer variação se haver influência na temperatura. Através do aumento da concentração dos solutos que foram solúveis no solvente pode-se obter uma solução saturada ou insaturada. Não se verificou aquecimento em nenhuma das soluções misturadas. 11 6-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSTANTINO, Mauricio Gomes. Fundamentos de Química Experimental/ Maurício Gomes Constantino, Gil Valdo José da Silva e Paulo Marcos Donate. – São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2004. REGER, D.; SCOTT, G.; MERCER, E. Química: Princípios e Aplicações. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1997. FRANÇA, Maria do Socorro Bastos. Química experimental básica. São Luís, 1993. Polaridade das Moléculas – Ligações Intermoleculares. Disponível em http://www.fisica.net/quimica/resumo5.htm, acesso em 14/05/2014.
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