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QUÍMICA FUNDAMENTAL PRÁTICAS DE LABORATÓRIO 2018 AULA 1 INTRODUÇÃO AO LABORATÓRIO DE QUÍMICA 1. Noções básicas de segurança A ocorrência de acidentes em laboratório pode ser evitada desde que alguns cuidados sejam tomados durante a execução das atividades práticas. A seguir, apresentamos uma lista de recomendações a serem seguidas pelos usuários de laboratórios: 1- Seguir as instruções específicas do professor. 2- Saber a localização e manuseio de extintores e equipamentos de segurança. 3- Não fumar nem comer no laboratório. 4- Usar jaleco e vestimenta apropriados. 5- Nunca deixar frascos de solventes inflamáveis próximos à chama. 6- Evitar contato de qualquer substância com a pele. 7- Não trabalhar com vidros com arestas cortantes ou vidrarias quebradas ou trincadas. 8- Conhecer as propriedades e riscos das substâncias manuseadas. 9- Usar quando necessário os equipamentos de proteção individual. 10- Não descartar reagentes ou soluções na pia. 11- Não trabalhar com frascos sem rótulos. 12- Manipular as substâncias químicas de acordo com as recomendações do professor. 13- Trabalhar com atenção e paciência cada etapa do procedimento experimental. 14- Nunca pipetar soluções com a boca. 15- Verificar a voltagem antes de ligar aparelhos elétricos. 16- Dedicar atenção especial a qualquer operação que necessite aquecimento prolongado ou pressão diferente da atmosférica. 17- Usar a capela para manipular substâncias voláteis. 18- Não falar alto e evitar movimentos bruscos. 19- Manter a ordem e a limpeza do laboratório. 20- Em caso de acidente, AVISAR IMEDIATAMENTE O PROFESSOR ! 2. Acidentes em laboratório Os acidentes mais comuns em laboratórios de química são: queimaduras, explosões, incêndios, cortes, descargas elétricas e envenenamentos. A seguir, apresentamos uma série de ações a serem tomadas em caso de acidentes. 2.1. Queimaduras: De ácidos: - Lavar a área atingida com grande quantidade de água, aplicar uma gaze empapada de solução de bicarbonato de sódio e vedar. De álcalis: - Lavar com bastante água, aplicar uma solução de ácido bórico e vedar. De chamas ou objetos quentes: - Não lavar com água. Aplicar pomada para queimaduras (picrato de butesina) e vedar. Nos olhos: Lavar com bastante água e com algumas soluções para ácidos e/ou bases e finalmente aplicar-se uma ou mais gotas de azeite de oliva ou de rícino 2.2. Incêndios: Os incêndios são constituídos por três elementos: calor, oxigênio e combustível. Desta forma, para apagar um incêndio basta eliminar um destes três elementos. É importante saber a localização dos extintores e também conhecer previamente como deve ser usado. Incêndios em pequena escala em pontos localizados podem ser facilmente apagados por abafamento ou extintor de dióxido de carbono. Nunca usar água para apagar incêndios em sistemas elétricos ou causados por substâncias reativas à água. 2.3. Cortes: Lavar primeiro com água, depois com água oxigenada e desinfetar com tintura de iodo (dissolução de iodo em álcool). 2.4. Intoxicações por Substâncias Químicas: As intoxicações causadas por substâncias químicas podem ocorrer por ingestão, inalação ou absorção cutânea. 2.4.1. Por Ácidos: HCN: é muito venenoso, usar preferivelmente nitrito de amido por 20 segundos no nariz para ser inalado. HCl: Lavar bem o local, não fazer a pessoa vomitar e dar-lhe grandes quantidades de água e leite, na pele, não aplicar graxas ou azeites; HF: lesões cutâneas, lavar com água ou solução de cloreto de cálcio a 1 % e como antídoto, deve dar-se óxido de magnésio. HNO3: Lavar com água ou bórax a 2%. H2SO4: idêntico ao anterior, e também lavar com bicarbonato de sódio. 2.4.2. Por Álcalis: Provocam queimaduras superficiais e desorganização dos tecidos atacados. NH4OH: Transportar o paciente para o ar livre e se este estiver consciente dar-lhe bastante água e leite. Para lesões nos olhos, aplicar a dissolução de acido bórico a 2 %. NaOH ou KOH: Lavar bastante com ácido acético diluído a 1 % ou ingerir solução saturada de acido cítrico. 2.4.3. Por solventes orgânicos Produzem intoxicações por inalação de vapores e lesões superficiais na pele e mucosa: Benzeno: pouca gravidade, expor ao ar livre ou aspirar O2 puro; na ingestão seguir os passos de envenenamento. IDEM PARA O TOLUENO E XILENO. Clorofórmio: os primeiros auxílios são: absorção de oxigênio e respiração artificial. Metanol: causa transtornos visuais, vômitos e náuseas a partir de doses de 25 ml. Tratar-se com bicarbonato de sódio dissolvido em água em intervalos de 03 horas. Nitrobenzeno: em indústrias de calçados e tecidos: na inalação lavar o estômago com água salgada a 1 %; nas lesões superficiais, limpar a pele com água e sabão. 2.4.4. Envenenamentos: Levar ao médico imediatamente ou aplicar-se o antídoto universal: carvão vegetal ativado e pulverizado (2 partes); óxido de magnésio (1 parte); ácido tânico (1 parte);. 3. Equipamento básico de laboratório A execução de experimentos de química envolve a utilização de uma variedade de equipamentos e vidrarias de laboratório com finalidades específicas. O uso destes materiais depende dos objetivos e das condições em que a experiência será realizada. Os principais materiais e equipamentos de laboratório, bem como suas respectivas finalidades, serão apresentados pelo professor. 4. Considerações finais 1- Os trabalhos práticos devem sempre ser executados com todo o rigor de técnica a fim de que os resultados obtidos sejam dignos de confiança. 2- Não gaste soluções desnecessariamente. 3- Não retorne para os frascos restos das soluções que deles foram retiradas. 4- Não aqueça nada em frascos volumétricos. 5- Em todo trabalho prático siga rigorosamente as instruções escritas. Em caso de dúvida, dirija-se ao professor. 6- Todo trabalho experimental deve ter seus resultados expressos de forma clara e inequívoca. 5. Questões 1- Quais são os riscos mais comuns em um laboratório de química? 2- Quais são as formas que o organismo pode der agredido por reagentes químicos? 3- Qual o primeiro cuidado que deve ser tomado ao se manusear um produto químico? 4- Por que os frascos precisam ser rotulados? 5- Quais são os três fatores que associados geram o fogo? 6- Por que o extintor de água não pode ser usado em incêndios em instalações elétricas? 7- Qual o extintor que você usaria em um foco de fogo em um equipamento eletrônico complexo? 8- Faça um esquema dos seguintes materiais usados em laboratório de Química: a. Proveta; b. Pipetas graduadas e volumétricas; c. Balão volumétrico; d. Bureta; e. Béquer; f. Erlenmeyer; g. Kitasato; h. Funil de separação/decantação; i. Tripé e tela de amianto; j. Tubos de ensaio. 9- Qual a diferença fundamental entre uma pipeta graduada e uma volumétrica? AULA 2 MEDIDAS DE DENSIDADE 1. Introdução: A densidade de uma substância é a razão entre a massa e o volume ocupado pela mesma, sendo calculada a partir da seguinte fórmula: d = m/V Quando falamos apenas de densidade de uma substância, sem qualquer outra indicação, queremos nos referir à densidade da substância em relação à água destilada e isenta de ar, a 4ºC e sob pressão normal (760 mmHg). 2. Objetivos: Determinar experimentalmente as densidades de amostras de sólidos e líquidos. Comparar os resultados obtidos com os dados presentes na literatura científica. 3. Parte Experimental: 3.1 Sólidos Numere cada amostra sólida recebida. Determine a massa de cada uma por pesagem. Para encontrar o volume, proceda da seguintemaneira: coloque um volume exato de água em uma proveta; mergulhe o sólido na proveta e anote a variação no nível da água (essa variação corresponde ao volume do sólido). Coloque esses dados em uma tabela. Calcule as densidades, considerando os algarismos significativos. Amostra Massa (g) Volume (mL) Densidade (g/mL) 3.2 Líquidos: Com auxílio de uma pipeta graduada, meça 5, 10, 15 e 20mL de água destilada e faça a pesagem de cada um desses volumes. Coloque esses dados em uma tabela. Calcule a densidade, considerando os algarismos significativos. Faça o mesmo procedimento para o etanol, acetona e mercúrio. Amostra Massa (g) Volume (mL) Densidade (g/mL) Água Etanol Solução salina Mercúrio 4. Questões: 1- Faça uma tabela para comparar os resultados obtidos com os dados presentes da literatura. 2- Além da densidade, que outras propriedades podem ser usadas na identificação de substâncias? 3- Quem pesa mais, 1 Kg de água ou 1 Kg de mercúrioo? Qual das duas substâncias é mais densa? 4- Por que um navio que pesa toneladas flutua no mar e um alfinete afunda se ambos são feitos de metal? AULA 3 SEPARAÇÃO DE MISTURAS 1. Introdução Misturas são sistemas constituídos por mais de uma substância. Como exemplo temos o ar atmosférico, a água do mar e até água mineral. As misturas podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. As misturas homogêneas são aquelas cujos componentes não conseguimos distinguir. Ela é perfeitamente uniforme, portanto monofásica. O ar atmosférico e a água do mar são exemplos de misturas homogêneas. As misturas heterogêneas são aquelas formadas por mais de uma fase. Nelas conseguimos distinguir mais de um componente. Água e óleo, bem como ar e poeira, são exemplos de misturas heterogêneas. Muitas vezes é desejável separar as misturas em seus componentes. Para isto são usados diversos métodos que podem ser aplicados de acordo com a natureza da mistura em questão. 2. Objetivos Realizar operações de laboratório para a separação de misturas simples em seus componentes. 3. Metodologia 3.1 Separação Magnética Misture um pouco de areia seca com limalha de ferro. Aproxime um ímã envolvido com papel da mistura. Observe e anote o resultado. 3.2 Decantação de sólido-líquido Coloque pó de giz em um tubo de ensaio, junte água até a metade do tubo, agite e deixe em repouso na estante por alguns minutos. Observe de tempo em tempo. Após a fase sólida decantar, transfira com cuidado o líquido da mistura para outro tubo de ensaio. Anote o resultado. 3.3 Filtração Simples Dobre o papel ao meio formando um semi-círculo, faça uma segunda dobra não exatamente ao meio, mas de tal modo que as duas extremidades fiquem afastadas mais ou menos meio centímetro, faça um leve corte numa das extremidades para facilitar a aderência do papel ao funil. Coloque em um béquer 250 mL de água e uma porção de pó de giz, misturando com o bastão, filtre fazendo com que a parte sólida fique no papel filtro e o líquido passe através do funil (filtrado). 3.4 Separação de líquidos não miscíveis Adapte um funil de separação a um suporte universal contendo uma argola. Adicione ao funil 20 mL da solução de iodo 1% e 20 mL de clorofórmio. Agite e deixe em repouso por alguns minutos. Abra lentamente a torneira e recolha o clorofórmio em um erlenmeyer. 3.5 Centrifugação Em um tubo de ensaio (próprio da centrífuga) adicione 5 mL de uma mistura de água e giz em pó. Coloque este tubo na centrífuga, equilibrando-o com outro tubo contendo água. Centrifugue por 3 minutos. 4. Questões 1- Através da separação magnética, é possível separar uma mistura de enxofre e alumínio em pó? Por quê? 2- Uma mistura de água com sal pode ser separada através de uma filtração simples? Por quê? 3- Qual o procedimento que você adotaria para separar uma mistura de areia e serragem? 4- Em uma mistura de água com óleo, por que a fase contendo o óleo fica sobre a fase aquosa? 5- Como você procederia para separar uma mistura contendo sal, areia e limalha de ferro? 6- Compare o processo de decantação com o de centrifugação. AULA 4 TESTE DE CHAMA 1. Introdução O teste de chama baseia-se no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico, alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de um estado excitado. Quando tais elétrons excitados retornam ao estado fundamental, eles emitem uma quantidade de energia radiante, igual àquela absorvida, cujo comprimento de onda é característico do elemento e da mudança do nível eletrônico de energia. Assim, a luz de um comprimento de onda particular ou cor, é utilizada para identificar o referido elemento. A temperatura da chama do bico de Bunsen é suficiente para excitar uma quantidade de elétrons de certos elementos que emitem luz, ao retornarem ao estado fundamental, de cor e intensidade que podem ser detectados com considerável certeza e sensibilidade através da observação da chama. Tal procedimento é denominado teste de chama. Para tal teste, usa-se um bico de Bunsen ajustado para produzir uma chama azul, a qual é observada contra um anteparo negro, com o auxílio de um fio de platina ou níquel- cromo de cerca de 3 cm de comprimento preso a um bastão. O fio deve ser limpo, aquecendo-o ao rubro na chama, e em seguida, mergulhado em ácido clorídrico concentrado. Este processo deve ser repetido várias vezes até que o fio, quando aquecido, não apresente coloração alguma à chama. 2. Objetivos: Verificar que, a uma temperatura elevada, certos elementos emitem luz de cores características; e relacionar os resultados obtidos com o modelo de Böhr. 3. Metodologia Mergulhe o fio de níquel-cromo em uma solução de ácido clorídrico concentrado e leve-o até a chama do bico de Bunsen para limpeza da mesma. Mergulhe o fio na solução de ácido clorídrico concentrado, em seguida, passe-o na amostra a ser analisada e leve-o até a chama. Observe a cor da chama e anote. Repita o procedimento anterior para as demais amostras. Não se esqueça de limpar o fio de níquel-cromo após cada análise. Anote as cores observadas e organize uma tabela com os resultados obtidos e as substâncias utilizadas. Amostra Cor Observada 4. Questões: 1- Por que as diferentes substâncias apresentam cores diferentes ao serem aquecidas na chama? 2- Como o modelo atômico de Böhr pode ser usado para explicar esses resultados? 3- O teste de chama pode ser usado como um método de análise qualitativa? Por quê? AULA 5 ELETRÓLITOS E CONDUTIVIDADE ELÉTRICA 1. Introdução Os eletrólitos são compostos que quando colocados em contato com a água, originam soluções eletrolíticas, podendo ser tanto de natureza covalente, como de natureza iônica. Podem ser classificados em fortes ou fracos. Eletrólito forte é uma substância que está completamente ionizada em solvente. Suas soluções conduzem eletricidade melhor que o soluto puro. Os eletrólitos são oferecidos normalmente por substâncias iônicas ionizáveis. Ex: NaCl ↔ Na+ + Cl- Eletrólito fraco é uma substância molecular que está parcialmente ionizada em solução, ou seja, possui íons livres na solução, assim como possui moléculas, que caracterizam a solução pela pouca condutividade elétrica. O eletrólito fraco e os íons ficam em equilíbrio com moléculas não dissociadas. Ex: CH3COOH↔ CH3COO- + H+ 2. Objetivos Verificar a condutividade elétrica de diferentes soluções e substâncias e, a partir dos resultados, classificá-las como não eletrólitos, eletrólitos fortes ou fracos. 3. Metodologia Preparar 100 mL de soluções 1,0 mol/L de NaCl, sacarose, HCl, HAc, NaOH e NH4OH. Verifique a condutividade elétrica destas soluções. Verifique também a condutividade da água de torneira, água destilada, etanol e amostras sólidas de sacarose e NaCl. Anote os resultados. AMOSTRA CONDUTIVIDADE JUSTIFICATIVA 4. Questões 1- Defina eletrólitos e não-eletrólitos. 2- Qual o requisito básico para uma solução conduzir corrente elétrica? 3- Qual a diferença entre ionização e dissociação? 4- Explique a grande solubilidade do açúcar em água e a condutividade nula em água? 5- Por que uma solução de HCl conduz eletricidade e uma de ácido acético conduz tão pouco a corrente elétrica? AULA 6 GEOMETRIAS MOLECULARES A geometria tridimensional das moléculas é determinada pela orientação relativa de suas ligações covalentes. De acordo com a teoria de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, a estrutura das moléculas é determinada pelas repulsões entre todos os pares de elétrons presentes na camada de valência do átomo central. Existem cinco formas geométricas básicas das quais todas as moléculas derivam: Resumo das principais formas moleculares: CONVENÇÕES: A - átomo central; X - átomos ligantes; E - pares de elétrons não ligantes; Duplas e triplas ligações contam como uma ligação simples (um par de elétrons). Faça as estruturas de Lewis e, utilizando a Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência, determine a geometria das seguintes moléculas: a) BeH2; b) SO3; c) PH3; d) H2S; e) SiH4 f) PCl5; g) SF4; h) ICl3; i) SF6; j) XeF2 k) XeF4; l) Br3-; m) IBr4- AULA 7 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS 1. Parte Experimental: Realizar as reações apresentadas na tabela abaixo. Para as soluções aquosas, misturar 2 mL de cada. Se ocorrer precipitação, efervescência, mudança de cor e/ou temperatura da reação, anotar a evidência e escrever a reação balanceada. No Reação Evidência Eq. Química Balanceada 1 HCl + NaOH 2 HCl + Na2CO3 3 HCl + K2CrO4 4 HCl + Zn 5 BaCl2 + Na2SO4 6 BaCl2 + NaNO3 7 BaCl2 + K2CrO4 8 BaCl2 + Na2CO3 9 BaCl2 + NaOH 10 CuSO4 + BaCl2 11 CuSO4 + Zn 12 CuSO4 + NaOH 2. Questões: 1- Escreva as equações iônicas das reações acima. 2- Qual é a diferença entre reação química e equação química? AULA 8 PRECIPITAÇÃO E SOLUBILIDADE 1. Introdução: As reações de precipitação são aquelas em que ocorre a formação de um sólido insolúvel. Tal sólido recebe o nome de precipitado. Muitas vezes, a solubilidade de um precipitado varia com a temperatura. Um exemplo de reação de precipitação é apresentado a seguir: AgNO3 + NaCl NaNO3+ AgCl As reações em solução aquosa também podem ser descritas por equações iônicas. Desta forma, a equação iônica da precipitação anterior é a seguinte: Ag+ + Cl- AgCl 2. Objetivos Obter um precipitado a partir da mistura entre soluções e verificar o efeito da temperatura sobre a solubilidade do mesmo 3. Metodologia Em um balão volumétrico, prepare 50,0 mL de solução KI 0,02 mol/L. Faça os cálculos necessários. Transfira essa solução a um erlenmeyer. Prepare 50,0 mL de uma solução de Pb(NO3)2 0,01 mol/L. Misture as duas soluções no erlenmeyer. Anote o que ocorreu. Aqueça a mistura e anote o observado. Em seguida, coloque-a em banho de gelo e anote o que foi observado. Justifique as observações. 4. Questões: 1. Escreva as equações da reação envolvida. 2. A solubilidade de um sal pode variar em função da temperatura? Por quê? 3. Calcule qual a massa de precipitado que será formada na reação acima. AULA 9 ESTEQUIOMETRIA EM REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO 1. Procedimento experimental: Ensaio I: AgNO3 vs NaCl 1. Numere os tubos de ensaio de 1 a 5. 2. Em cada tubo, adicione as respectivas soluções de acordo com a tabela: Tubo de ensaio V (mL) AgNO3 1 mol/L V(mL) NaCl 1 mol/L 01 1,00 5,00 02 2,00 4,00 03 3,00 3,00 04 4,00 2,00 05 5,00 1,00 3. Deixe os tubos em repouso por 15 minutos e anote os resultados. Ensaio II: AgNO3 vs. CaCl2 1. Faça o mesmo procedimento com as soluções de AgNO3 1 mol/L e CaCl2 1 mol/L. 2. Anote os resultados. 2. Questões: 1. Escreva as equações para as duas reações descritas acima. 2. No ensaio I, em qual tubo obtivemos a precipitação máxima? Em quais casos houve excesso de cada reagente? 3. No ensaio II, em qual tubo obtivemos a precipitação máxima? Em quais casos houve excesso de cada reagente? 4. Com base nas equações de cada reação, justifique os casos nos quais houve o máximo de precipitação. 5. Para precipitar 1,00 g de cada um dos sais acima, determine os volumes das soluções a serem utilizados, considerando em todos os casos a concentração de 1 mol/L. AULA 10 RENDIMENTO DE UMA REAÇÃO EM SOLUÇÃO AQUOSA 1. Introdução: Uma propriedade das substâncias que chamamos ácidos e bases é que elas reagem entre si de forma que o conceito ácido – base é extremamente útil em química para classificarmos as substâncias. De fato, quase todas as reações químicas podem ser amplamente classificadas como reações entre ácidos e bases ou como reações envolvendo oxidação e redução. Ácidos e bases exibem certas propriedades que nos conduzem a caracterizá-los como ácidos ou bases. Uma destas propriedades é que eles reagem um com o outro em um processo chamado neutralização. Em solução aquosa, a reação de neutralização toma a forma da equação iônica representativa: H3O+ + OH- 2H2O Uma reação típica entre um ácido e uma base é a que ocorre entre o ácido clorídrico e o hidróxido de sódio: HCl + NaOH NaCl + H2O 2. Objetivos Determinar o rendimento de uma reação de neutralização em solução aquosa. 3. Metodologia Transfira com auxílio de uma proveta de 30,0 mL uma solução de NaOH 1 mol/L para um erlenmeyer de 250 mL. Adicione ao erlenmeyer contendo a solução de NaOH, 35,0 mL de uma solução de HCl 1 mol/L. Aqueça a mistura até quase a secura e finalize a secagem numa estufa a 110o C. Pese a massa de produto obtida. Escreva a equação referente a essa neutralização. Qual reagente foi colocado em excesso? Qual a massa de NaCl esperada? Calcule o rendimento da reação. 4. Questões 1- Qual o rendimento da reação executada neste experimento? 2- Quais as fontes de erros neste experimento? 3- Se reagirmos 22 gramas de NaOH com HCl em excesso, qual será a massa esperada de NaCl a ser produzida? AULA 11 DETERMINAÇÃO DE CARBONATOS NATURAIS 1. Introdução Métodos de análise gravimétrica são baseados na determinação da massa de uma substância. A vantagem deste método quantitativo é que se pode determinar massas com uma grande precisão. Entretanto, é necessário isolar uma substância numa forma pura, o que é trabalhoso em muitos casos. Pedras calcárias são compostas principalmente de carbonato de cálcio, carbonato de magnésio e sais duplos de cálcio e magnésio, CaMg(CO3)2. Podem conter detritos de outrasformações geológicas na forma de areia e de argila, materiais orgânicos e minerais secundários. A determinação de carbonato em pedra calcária normalmente é feita através da determinação da perda de massa durante a decomposição térmica dos carbonatos. MCO3 MO + CO2 Esta decomposição requer temperaturas altas, de até 1000°C. Um método alternativo é medir a perda de CO2 na reação dos carbonatos com ácido: MCO3 + 2H+ M2+ + H2O + CO2 2. Objetivos Determinar a quantidade de carbonatos em uma amostra mineral por gravimetria. 3. Metodologia Coloque uma estante de tubos na balança e em seguida zere a mesma. Pese um tubo de ensaio (1) com algodão. Anote a massa. Adicione 0,30 g da amostra contendo carbonato de sódio. Pese novamente e anote a massa total. Pese outro tubo (2) com 10,0 mL de HCl 2 mol/L. Transfira o ácido para o tubo (1), e coloque o algodão na boca do tubo, para evitar a perda de água. Após cessar totalmente a efervescência, pese novamente os tubos (1) e (2) e calcule a perda da massa da amostra. Determine o teor de carbonato de sódio na amostra. Repita pelo menos uma vez para verificar a reprodutibilidade do procedimento. Pesagem Material (I) Massa (g) (II) Massa (g) A Tubo (1) + Algodão B Tubo (1) + Algodão + Carbonato C Tubo (2) + Ácido D Tubo (2) E Tubo (1) + Algodão + Carbonato + Ácido Massa Carbonato = B - A Massa CO2 = (B + C – D) - E 4. Questões 1 - Complete a tabela de dados. 2 - Calcule a massa de carbonato e de CO2 liberado na reação. 3 - Calcule a percentagem de carbonato na amostra. 4 - Quais são as fontes de erros nesta análise química? AULA 12 CONFRONTO DE DENSIDADES 1. Introdução A densidade é uma propriedade que pode ser usada para identificar diferentes amostras. A densidade de soluções é afetada pela concentração e natureza das espécies dissolvidas. Desta forma, o conhecimento dos componentes de uma solução permite realizar a estimativa da densidade da mesma ou os procedimentos para eventuais alterações conforme o objetivo desejado. 2. Objetivo Mostrar a diferença de densidade entre refrigerantes comum e diet e entre diferentes amostras de água. 3. Metodologia Pese 100ml de refrigerante comum e de refrigerante diet. Faça uma tabela contendo os valores da massa, volume e da densidade de cada refrigerante. Repita o procedimento usando água destilada, água da torneira e água salgada. Amostra Massa Volume Densidade Refrigerante Comum Refrigerante Diet Água da torneira Água Destilada Água Salgada 4. Questões 1 - Explique os resultados acima. 2 - Quando você dissolve uma xícara de açúcar em uma xícara de água, você adquire duas xícaras de solução? AULA 13 SOLUBILIDADES DE SAIS DE METAIS ALCALINOS TERROSOS 1. Introdução Os elementos da segunda coluna da tabela periódica possuem somente dois estados comuns de oxidação: 0 e +2. A química desses elementos é tão semelhante que se torna difícil sua separação. Muitos dos seus compostos são pouco solúveis, mas é possível, pela escolha do ânion apropriado, encontrar diferenças na solubilidade, permitindo separar os cátions desses metais. 2. Objetivos Nesta experiência, estudaremos a solubilidade dos íons de metais alcalinos terrosos na presença de ânions selecionados. 3. Metodologia Organize uma tabela na qual possa anotar os resultados obtidos quando cada solução que contém um cátion de metal alcalino terroso é testada com cada um dos reagentes abaixo: Soluções dos reagentes para estudo das solubilidades relativas: (NH4)2CO3 – 2 mol K2CrO4 - 0,5 mol (NH4)2C2O4 - 0,2 mol (NH4)2SO4 – 1 mol NH3(aq) - 1mol Use tubos de ensaio limpos de 13 x 100 mm. Teste 1 ml (cerca de 20 gotas) de cada uma das soluções dos nitratos metálicos, com 1 ml de cada reagente. Em cada caso verifique a quantidade de sólido formado comparando-os (mais ou menos) e anote na tabela. Estude cuidadosamente a tabela de dados dos experimentos da etapa acima ao receber uma solução desconhecida que contem um dos cátions estudados. Teste-a para saber se contém Mg2+, Ca2+, Sr2+ ou Ba2+. 4. Questões 1- Faça um fluxograma ilustrando os resultados e mostrando como você pode diferenciar uma amostra desconhecida. 2- Se a amostra desconhecida conter bário e cálcio, como devemos proceder para separar e identificar esses cátions? AULA 14 TITULAÇÃO 1. Introdução: A determinação da quantidade de uma substância dissolvida em um solvente qualquer, geralmente pode ser feita por uma técnica denominada titulação. Basicamente faz-se reagir uma solução de concentração conhecida com uma precisão grande (1/1000) (titulante), adicionada continuamente a uma solução de concentração desconhecida (titulado), na presença de um indicador. A partir dos volumes de reação e do conhecimento da estequiometria da reação química é possível determinar a concentração da solução desconhecida. 2, Objetivos 3. Metodologia Dissolva 0,2500 gramas da amostra do ácido sólido (ácido oxálico diidratado, C2H2O4.2H2O) em cerca de 50 ml de água destilada e adicione três gotas de fenolftaleína. Se o ácido não se dissolver totalmente, dissolver-se-á durante a titulação, quando será convertido num sal de sódio mais solúvel. Encha a bureta com a solução de NaOH 0,1000 mol/L e anote a leitura inicial. Adicione a base à solução ácida até que apareça a primeira coloração rosa permanente. Cuidado para não ultrapassar o ponto de viragem. Repita o procedimento mais uma vez. Anote os volumes gasto e determine a massa molar do ácido oxálico. Compare o resultado com a massa esperada. OH OOH O ácido oxálico 4. Questões 1 - Apresente os cálculos para a determinação da massa molar do ácido oxálico. 2 - Se ao invés de ácido oxálico, titulássemos 0,25 gramas de ácido acético, qual seria o volume de NaOH gasto? 3 - Qual seria o volume de NaOH gasto, caso a concentração do NaOH fosse 0,25 mol/L? AULA 15 DUREZA DA ÁGUA 1. Introdução: Dureza da água é a propriedade relacionada com a concentração de íons de determinados minerais dissolvidos nesta substância. A dureza da água é predominantemente causada pela presença de sais de Cálcio e Magnésio, de modo que os principais íons levados em consideração na medição são os de Cálcio (Ca2+) e Magnésio (Mg2+). Eventualmente também o Zinco, Estrôncio, Ferro ou Alumínio podem ser levados em conta na aferição da dureza. A dureza de uma amostra de água pode ser expressa por mg/L de CaCO3. As águas com dureza menor que 50mg/L são consideradas moles, enquanto que as com valores maiores que 300mg/L são consideradas muito duras. 2, Objetivos Determinar por titulação com EDTA a dureza de várias amostras de água. 3. Metodologia Colete pelo menos 3 tipos de amostras de água diferentes. Coloque 100mL de amostra de água em erlrnmeyer de 250 mL. Adicione 2 mL de solução tampão 10 ou hidróxido de amônio concentrado. Adicione 2 gotas do indicador negro de eriocromo T. Titule com solução de EDTA 0,01 mol/L. Repita o procedimento para ter cada análise em duplicata. 4. Questões 1 - Faça os cálculos da dureza de cada amostra de água utilizada. 2 - Quais os interferentes mais comuns nesta análise? AULA 16 ESTUDO DO EQUILÍBRIO DE ÁCIDOS E BASES FRACAS. Uma aplicação importante do princípio de Le Chatelier é o estudo das reações envolvendo o chamado efeito do íon comum. Por exemplo, numa solução aquosa de amônia (também chamada hidróxido de amônio) existeo equilíbrio: NH H Oaq3 2( ) NH OHaq aq4 ( ) ( ) Kb = 1,8 x 10-5 A adição do NH4Cl, (NH4)2SO4 ou qualquer outro sal de amônio solúvel, alterará este equilíbrio? 2. Objetivos Estudar, com o uso de indicadores, os efeitos de íons comuns em equilíbrios envolvendo ácidos e bases fracas. 3. Metodologia a) Para observar o efeito de ácidos e bases sobre indicadores, adicione uma gota de alaranjado de metila a 3 ml de água. Então adicione 2 gotas de HCl 1 mol/L, observe, e em seguida adicione 4 gotas de NaOH 1 mol/L e observe. Este é um indicador de acidimetria, cuja viragem ocorre na faixa de pH 3 - 4,5 (vermelho - amarelo). b) Repita a experiência usando fenolftaleina no lugar alaranjado de metila. A fenolftaleína é um indicador cuja viragem ocorre na faixa de pH 8,2 - 9,8 (incolor - vermelho). c) Coloque em um tubo de ensaio 2 ml de solução 0,1M de HAc (ácido acético) e uma gota de alaranjado de metila. Adicione lentamente e com agitação gotas de solução de acetato de sódio 1 mol/L. Observe e anote. d) Coloque em um outro tubo de ensaio 2 ml de solução 0,1mol/L de NH3 e uma gota de fenolftaleína. Adicione, com agitação, alguns cristais de NH4Cl. Observe e anote. 4. Questões: 1 - O que são indicadores? Quais as cores dos indicadores usados em meio ácido e básico? Monte uma tabela. 2 - Qual o equilíbrio envolvido no item (c)? Qual a ação do acetato de sódio? 3 - Qual o equilíbrio envolvido no item (d)? Qual a ação do cloreto de amônio? 4 - Se trocássemos os indicadores usados anteriormente, as mudanças de pH seria notadas? Por quê? 5 - Qual o pH de uma solução 0,1 mol/L de HAc? Ka = 1,8.10-5 AULA 17 EQUILÍBRIO QUÍMICO DE FORMAÇÃO DE ÍONS COMPLEXOS 1. Introdução Uma das propriedades químicas dos elementos de transição é a capacidade de formar complexos. Um complexo é um composto formado de vários agregados que podem existir independentemente em solução. Não podemos, por exemplo, considerar o íon SO42- um complexo, porque S6+ e O2- ou outros pares, não existem em solução aquosa. Um complexo consiste de um átomo central, que é um ácido Lewis, rodeado por várias bases de Lewis como NH3, OH- CN-, C2O42-, etc Estes complexos são formados quando as moléculas de água na esfera de hidratação do íon do metal de transição são substituídas por outras moléculas ou íons presentes na solução em concentrações altas. Exemplos de Complexos e suas Estruturas Ag NH3NH3 Cu NH3 NH3NH3 NH3 Zn OH OH OH OH Fe CN CN CN CN CN CN linear tetraédrica plana quadrada octaédrica + 2+ 2- 3- Os hidróxidos dos metais de transição são geralmente pouco solúveis em água. Quando se adiciona hidróxido de sódio a uma solução contendo íons de zinco, por exemplo, um precipitado é formado: Zn OHaq aq2 2 ( ) ( ) Zn s(OH) ( )2 Pelo princípio de Le Chatelier, um excesso de íons hidróxido deveria deslocar o equilíbrio para a direita e provocar uma precipitação mais completa. Porém no caso do zinco o precipitado dissolve-se. Pode-se explicar isto pela tendência do íon zinco em formar um complexo com excesso de íon hidróxido. Zn OHs aq(OH) ( ) ( )2 2 Zn aq(OH) ( )4 2 2. Objetivos Estudar o equilíbrio químico envolvido na formação de íons complexos e o efeito da concentração dos reagentes sobre esse equilíbrio. 3. Metodologia 3.1 Formação de Íon Complexo de Cobre A 1 ml de uma solução de sal de cobre 0,1 mol/L (por exemplo Cu(NO3)2) adicione uma gota de solução de NH4OH 6 mol/L, agite e observe se houve mudança na coloração da solução, ou formação de um sólido. Continue a adição de NH4OH gota a gota, até observar algo distinto. Para determinar que espécies presentes na solução de amônia (NH4+, OH- ou NH3) são responsáveis pelas mudanças observadas, faça os três experimentos a seguir: NH4 + : Adicione 1 ml de NH4Cl 1 mol/L a 1 ml da solução de Cu2+ 0,1 mol/L. OH - : Adicione 1 ml de NaOH 6 mol/L a 1 ml de solução Cu2+ 0,1 mol/L. NH3: Realize este experimento na capela. Coloque alguns cristais de CuSO4.5H2O no fundo de um béquer pequeno. Coloque este béquer em uma cuba fechada saturada contendo amônia. 3.2. Formação de Hidróxido de Zinco e do Complexo [Zn(OH)4] 2- A 1 ml de solução de Zn2+ 0,1 mol/L adicione 1 gota de NaOH 6 mol/L, com agitação, e observe; agora continue adicionando NaOH até outra grande mudança. Evite um grande excesso. Agora adicione HCl 6 mol/L, gota a gota e anote o resultado, continue adicionando mais HCl. Interprete todas as mudanças em termos do Princípio de Le Chatelier. 4. Questões 1. Qual o precipitado inicialmente formado? Por que ele se dissolve em seguida? 2. Qual o íon complexo formado com o excesso de amônia? 3. Escreva as reações iônicas envolvidas. 4. Qual o precipitado inicialmente formado? Por que ele se dissolve em seguida? 5. Qual o íon complexo formado com o excesso de NaOH? 6. Escreva as reações iônicas envolvidas. AULA 18 SEPARAÇÃO DE CÁTIONS DO GRUPO V 1. Introdução Os íons do grupo V são precipitados na forma de cloretos insolúveis pela adição de excesso de ácido clorídrico. O cloreto mercuroso é o menos solúvel dos três. O cloreto de chumbo, entretanto, tem apreciável solubilidade em água, e por isso não é completamente removido na precipitação do grupo V. O PbCl2 não é muito solúvel em soluções frias, mas a sua solubilidade aumenta com o aumento de temperatura. A quantidade de íon Pb2+ que passa para o grupo IV, pode ser reduzida à uma quantidade mínina mediante resfriamento e usando-se excesso de HCI. Um teste positivo para Pb2+ neste grupo deve também ser seguido de um teste positivo no grupo IV. Quando a quantidade de Pb2+ for muito baixa, pode não ocorrer precipitação de PbCl2 e o teste para Pb2+ deve ser feito no grupo IV. Na precipitação deste grupo, usa-se o ácido clorídrico e não cloreto de amônio ou outro cloreto solúvel, porque o HCI fornece os íons H+ e Cl-, e a solução deve ser suficientemente ácida para impedir a precipitação eventual de outras espécies presentes na amostra. Necessita-se de um ligeiro excesso de NaCl a fim de que a concentração dos três cátions em solução fique a mais baixa possível. Por outro lado, um excesso muito grande deve ser evitado, pois leva à formação de cloro-complexos solúveis: 2. Objetivos Realizar a rota analítica para separação e identificação dos cátions do Grupo V. 3. Metodologia Colocar em um tubo de ensaio cerca de 10 gotas de solução 0,2 M de nitratos de cátions deste grupo; adicionar cerca de 10 gotas de HCI 6 M, agitar e centrifugar. Decantar e verificar se a precipitação foi completa pela adição de 1 gota de HCI 6 M ao líquido sobrenadante. Lavar o precipitado com 2 ml de água contendo 3 gotas de HCl 6 M. Agitar bem. Centrifugar e desprezar o líquido sobrenadante. Ao Precipitado I, que pode conter os cloretos do Grupo V, adicionar cerca de 4 ml de água destilada. Aquecer em banho-maria por pelo menos três minutos, agitar constantemente. Centrifugar rapidamente e decantar o líquido sobrenadante, que pode conter Pb2+, em um tubo de ensaio, adicionando-se a seguir 2 gotas de ácido acético 6 M e 4 gotas de K2CrO4 1 M. A formação de um precipitado amarelo de PbCrO4 confirma a presença de Pb2+. A centrifugação pode auxiliar a identificação do sólido, pois a fase líquida é cor alaranjada. O precipitado que eventualmente restar nesta etapa após a adição de água destilada e aquecimento em banho-maria, pode ser chamado de Precipitado II, que pode conter AgCl e Hg2Cl2 Lavar o Precipitado II com 4 ml de água destilada aquecer em banho-maria. Centrifugar e testar o Pb2+ nolíquido sobrenadante. Continuar a lavagem até que não ocorra nenhuma reação positiva para Pb2+. Ao precipitado lavado adicionar cerca de 2 ml de NH3 6 M e agitar bem. O aparecimento de um precipitado de cor negra ou cinza-escuro indica presença de Hg22+. Centrifugar e decantar o líquido sobrenadante, que pode conter Ag(NH3)2+, em um tubo de ensaio. A presença de Ag+ pode ser confirmada pela adição à esse líquido de cerca de 3 ml de HN03 6 M. Verificar com papel tornassol se a solução está ácida. A formação de um precipitado branco de AgCI indica a presença de Ag+. 4. Questões 1 - Faça um fluxograma ilustrando a separação e a identificação dos cátions do grupo V. 2 - Por que o íon prata é solúvel em excesso de NH4OH e não em excesso de NaOH? QUÍMICA FUNDAMENTAL MEDIDAS DE pH: INDICADORES, EFEITO DO ÍON COMUM E TAMPÃO Introdução Eletrólitos fracos dissociam-se parcialmente quando puros ou quando dissolvidos em líquidos de elevada constante dielétrica, como a água. A água pura é um bom exemplo de eletrólito fraco e a equação química que representa a sua dissociação iônica é: )()(32 )( 2 aqaq OHOHlOH K H O OH xw [ ][ ] ,3 141 0 10 [1] Na água pura e, portanto, neutra, a 25 ºC tem-se que: [ ] [ ] ,H O OHeq eq3 710 10 [2] Ou, sabendo que pHOH ]log[ 3 e log[ ]OH pOH , tem-se: pH pOH 7 [3] Muitos ácidos e bases, além de outros compostos, classificam-se como eletrólitos fracos porque se dissociam parcialmente em íons quando dissolvidos em água. Constitui exemplo o ácido acético, cuja equação de dissociação é: CH COOH H O laq3 2( ) ( ) CH COO H Oaq aq3 3( ) ( ) Ka = 1,8 x 10-5 [4] A 25 ºC e para uma solução 1,0 M de ácido acético tem-se: K COO H O COOH xa [CH ] [ ] [CH ] ,3 3 3 518 10 [5] [CH3COOH] [H3O+] [CH3COO-] Antes da ionização (M) 1,0 0 0 No equilíbrio 1,0 – x 0 + x 0 + x Ka = x x 2 10, ; 1,0 - x � 1,0 � x = 18 10 5, x = 4,18 x 10-3 M = [H3O+] � [H3O+] = [CH3COO-] = 4,18 x 10-3 M Dois aspectos devem ser ressaltados no que se refere às concentrações dos íons na solução aquosa exemplificada: a) Para a concentração de H3O+ no equilíbrio, a soma das contribuições desse íon devido à dissociação de H2O e de CH3COOH é praticamente determinada por essa última substância; e b) O aumento da concentração de H3O+ provocado pela dissociação de CH3COOH produz um deslocamento do equilíbrio [1]. A nova concentração de equilíbrio do H+ passa a ser maior do que 10 10 7, e o pH < 7. O deslocamento do equilíbrio e a consequente redução da concentração, exemplificada em (b), constitui o assim chamado efeito do íon comum. Enquanto o equilíbrio [4] afeta de maneira sensível o equilíbrio [1], a influência contrária é praticamente desprezível. Isto porque a constante de dissociação iônica correspondente ao equilíbrio [4] é muito superior a correspondente ao equilíbrio [1] e a concentração do ácido acético não é extremamente pequena (compare [1] e [4]). O equilíbrio [4] pode ser afetado pelo acréscimo de um ácido mais forte, se a sua concentração não for muito pequena. Se à solução 1,0 M de ácido acético for acrescentada uma concentração equivalente de ácido clorídrico, o equilíbrio [4] é afetado de maneira importante e a concentração de equilíbrio do H3O+ é praticamente determinada pelo eletrólito forte, HCl. O equilíbrio [4] também pode ser afetado pelo aumento da concentração do íon CH3COO-, o que se consegue acrescentando, por exemplo, acetato de sódio em concentração semelhante à do ácido acético à solução aquosa deste último. Neste caso é a [CH3COOH]eq que é praticamente determinada pela concentração do acetato de sódio acrescentado. Nesta prática, através da avaliação do pH, serão estudados os três exemplos de efeitos do íon comum acima discutidos, a saber: do ácido acético, sobre o equilíbrio de dissociação da água e do acetato de sódio sobre o equilíbrio de dissociação do ácido acético. Soluções que contém ácido acético e acetato de sódio apresentam: a) [CH3COOH]eq praticamente igual à concentração colocada, porque a constante de dissociação deste ácido (equação [4]) é relativamente pequena; e b) [CH3COO-]eq praticamente igual à concentração do acetato de sódio, porque este é eletrólito forte e é desprezível à contribuição de CH3COO- da dissociação do ácido acético. Assim, o pH da uma solução pode ser calculado usando-se a expressão abaixo, que é uma transformação de Eq. [5]: pH pK CH COO CH COOHa log [ ] [ ] 3 3 onde pKa = -log Ka Soluções como as referidas, em que os dois eletrólitos têm concentrações relativamente elevadas e da mesma ordem de grandeza, apresentam uma propriedade notável: como têm concentrações relativamente elevadas de CH3COOH, são capazes de neutralizar soluções alcalinas; como também têm concentrações relativamente elevadas de CH3COO- que também são capazes de neutralizar soluções ácidas. Essa dupla ação caracteriza o que se denomina de efeito tamponante da solução. O acréscimo de acetato de sódio à água também afeta o equilíbrio [1]. Isso porque a água reage com o íon acetato, na forma da equação [4]. A equação (VII) abaixo representa a combinação desses dois equilíbrios: CH COO H O3 2 CH COOH OH3 K K K CH COOH OH CH COOhid w a [ ][ ] [ ] 3 3 Essa equação representa a hidrólise o íon acetato e como ocorre um aumento da concentração de OH-, consequentemente aumenta-se também o pH. Sofrem hidrólise os ânions de qualquer outro ácido fraco e também os cátions de qualquer base fraca, como NH4+, Fe3+, Al3+, etc. Procedimento experimental Numere os tubos de ensaio recebidos de 1 até 17. Meça 10 cm3 de água destilada na proveta e transfira para o tubo 6. Use este tubo para fazer marcas de 10 cm3 nos tubos 1 a 5 e guarde-o para ser usado na parte I. O pH das soluções é avaliado pelo emprego de indicadores, de acordo com critérios de cor (Tabela 1). Tabela 1 - Correspondência entre pH e cores apresentadas pelos indicadores. INDICADOR COR DA SOLUÇÃO pH DA SOLUÇÃO Verde de Bromocresol (VBC) Amarela Verde Azul < 3,8 3,8 - 5.4 > 5,4 Azul de Bromotimol (ABT) Amarela Verde Azul < 6,0 6,0 - 7,6 > 7,6 Fenolftaleína (FFT) Incolor Rósea Púrpura < 8,0 8,0 - 10 > 10,0 Parte I: Avaliação do pH da água destilada. Coloque cerca de 50 cm3 de água destilada num erlenmeyer de 125 cm3 e leve à ebulição durante alguns minutos. Tampe o frasco com rolha de cortiça e resfrie a parede externa com água de torneira. Acrescente, sem agitação, cerca de 10 cm3 da água fervida (e resfriada à temperatura ambiente) a cada um dos tubos de ensaio 1, 2 e 3. Faça o mesmo com os tubos 4, 5 e 6, empregando água destilada não fervida. Acrescente aos seis tubos de ensaio 3 gotas dos indicadores (Tabela 2) e registre, na mesma, a cor observada em cada tubo e o pH correspondente, empregando o critério de cores (Tabela 1). Compare as tonalidades dos tubos 2 e 5. Analise os resultados. Tabela 2 - pH da água destilada. TUBO ÁGUA INDICADOR COR OBSERVADA INTERVALO DE pH 1 Fervida VBC 2 Fervida ABT 3 Fervida FFT 4 Não-fervida VBC 5 Não- fervida ABT 6 Não- fervida FFT Parte II: Avaliação do pH de soluções aquosas.Nos tubos de ensaio 7 a 15 coloque os volumes das soluções e 4 gotas dos indicadores assinaladas na Tabela 3. Anote as cores observadas e os respectivos valores de pH. Analise os resultados. Tabela 3 - Avaliação do pH de soluções aquosas. TUBO COMPONENTES E VOLUMES (cm3) INDICADOR COR pH ác. acético 0,2M acetato de sódio 1M água 7 8 0 2 VBC 8 8 0 2 ABT 9 8 0 2 FFT 10 0 2 8 VBC 11 0 2 8 ABT 12 0 2 8 FFT 13 8 2 0 VBC 14 8 2 0 ABT 15 8 2 0 FFT Parte III: Estudo do efeito tamponante. A parte III é realizada com as soluções contidas nos tubos 1, 3, 13 e 14. Passe a metade do tubo 13 para o tubo 16 e metade do tubo 14 para o tubo 17. Estime o pH de cada solução e anote na Tabela 4. Adicione 1 mL de solução 0,5 M de HCl aos tubos 1 e 13 e adicione 1 mL de solução 0,5 M de NaOH aos tubos 3, 16 e 17 (Tabela 4). Anote as cores observadas e os valores de pH avaliados. Analise os resultados. Tabela 4 - Estudo do efeito tamponante. Tubo Solução inicial Indicador Reagente acrescentado pH inicial pH final 1 Água destilada VBC HCl 0,5 M 3 Água destilada FFT NaOH 0,5 M 13 Solução tampão VBC HCl 0,5 M 16 Solução tampão VBC NaOH 0,5 M 17 Solução tampão ABT NaOH 0,5 M Bibliografia: a) J.C. Kotz e P. Treichel Jr., Chemistry and Chemical Reactivity, 3ª edição, Saunders College Publishing, (1996) cap. 17 (A Química de Ácidos e Bases). QUÍMICA FUNDAMENTAL DETERMINAÇÃO DE CONSTANTE DO PRODUTO DE SOLUBILIDADE Em uma solução saturada de cloreto de chumbo (II) observamos o seguinte equilíbrio entre as espécies presentes: PbCl2 Pb2+ + 2Cl- A constante de produto de solubilidade (Kps) expressa matematicamente a relação entre os íons envolvidos no ponto de saturação da solução: Kps = [Pb2+] x [Cl-]2 = 1,6 x 10-5 Procedimento experimental 1. Pese um erlenmeyer seco. 2. Transfira a esse erlenmeyer 25,00 mL de uma solução saturada de PbCl2 com auxílio de uma pipeta volumétrica. 3. Aqueça até a evaporação completa da água. 4. Pese novamente o erlenmeyer e determine a massa de sal presente. Resultados Massa do erlenmeyer Massa do erlenmeyer + Sal Massa de PbCl2 Concentração PbCl2 (g/L) Molaridade PbCl2 [Pb2+] [Cl-] Kps experimental QUÍMICA FUNDAMENTAL CURVA DE SOLUBILIDADE DO NITRATO DE POTÁSSIO Introdução A solubilidade de uma substância em um determinado solvente é em função principalmente da natureza do solvente e da natureza do soluto, mas é também afetada pela temperatura. Para os solutos gasosos, quando se aumenta a temperatura do solvente, diminui-se a solubilidade do gás. Para os solutos sólidos e mesmo líquidos a regra geral é que um aumento da temperatura aumenta sua solubilidade. Procedimento 1. Pese, em tubos de ensaio grandes, nitrato de potássio, nas seguintes quantidades (em gramas): TUBO A B C D E Massa (g) 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 2. Adicione a cada tubo 3,0 mL de água destilada, por meio de uma pipeta. Execute o procedimento abaixo em cada um dos tubos, começando pelo que contém a maior quantidade de sal, e assim sucessivamente. 3. Aqueça os tubos em banho-maria até que o sal se dissolva, agitando a mistura para isso. 4. Quando o sólido tiver dissolvido cesse o aquecimento, coloque o termômetro na solução e deixe esfriar agitando continuamente com muito cuidado. Meça a temperatura na qual o sal começa a cristalizar e anote. 5. Determine a solubilidade do nitrato de potássio em cada temperatura (massa de sal por 100 gramas de água). 6. Com os dados obtidos nesta experiência construa a curva de solubilidade do nitrato de potássio. Observações Considere a densidade da água 1,00g/mL e, portanto, 5 mL correspondem a 5g. Se necessário, repita a operação, bastando para tal reaquecer o tubo até a dissolução dos cristais. QUÍMICA FUNDAMENTAL CALOR DE REAÇÃO Introdução Nesta experiência será utilizado um erlenmeyer como recipiente para a reação e como calorímetro simples para medir o calor desprendido ou absorvido durante as reações. Admitiremos que o calor de reação seja usado para modificar a temperatura da solução aquosa e do frasco. Desprezaremos pequenas perdas de calor para o ambiente. Lembre-se que é preciso 1,0 caloria para fazer variar de 1oC a temperatura de 1 g de água. Para alterar de 1oC a temperatura de 1 g de vidro, precisa-se de 0,2 cal. Nesta experiência serão medidas e comparadas as quantidades de calor envolvidas em três reações: Reação 1 - Hidróxido de sódio sólido dissolvido em água, formando solução aquosa de íons: NaOH(s) �Na+(aq) +OH -(aq), +x1 cal �H1 = -x1 cal Reação 2 - Hidróxido de sódio sólido reagindo com solução aquosa de cloreto de hidrogênio, formando água e solução aquosa de cloreto de sódio: NaOH(s) + H+(aq) + Cl-(aq) � H2O + Na+(aq) + Cl-(aq) + x2 cal �H2 = -x2 cal Reação 3 - Solução aquosa de hidróxido sódio reagindo com solução aquosa de cloreto de hidrogênio, formando água e solução aquosa de cloreto de sódio: Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl -(aq) � H2O + Na+(aq) + Cl-(aq) + x3 cal �H3 = - x3 cal Procedimento experimental DETERMINAÇÃO DO CALOR DA REAÇÃO 1 (a) Determine a massa do erlenmeyer limpo e seco. (b) Coloque no erlenmeyer cerca de 200 mL de água, pese e anote a temperatura. (c) Coloque cerca de 2 g de NaOH (o NaOH se torna úmido enquanto fica na balança, por isso pese rapidamente). (d) Deixe cair essa quantidade de NaOH na água. Movimente o frasco até que o hidróxido de sódio se tenha dissolvido. Introduza o termômetro no frasco e anote a temperatura extrema. DETERMINAÇÃO DO CALOR DA REAÇÃO 2 Repita as etapas b, c, e d usadas na determinação do calor da reação 1, mas na etapa b substitua água filtrada por 200 mL de HCl 0,25 M. Lave de novo o frasco e passe para a reação 3. DETERMINAÇÃO DO CALOR DA REAÇÃO 3 (a) No erlenmeyer coloque 100 mL de solução 0,5 M de HCl e num becker de 300 mL coloque 100 mL de solução 0,5 M de NaOH. As duas soluções devem estar à temperatura ambiente ou ligeiramente abaixo dessa. Verifique isto com um termômetro (lave-o antes de passá-lo de uma solução para a outra). Anote as temperaturas. (b) Adicione a solução de hidróxido de sódio à solução de ácido clorídrico. Misture rapidamente e anote a temperatura mais elevada que for atingida. (c) Em seguida pese o frasco com a solução e anote o valor. CÁLCULOS 1. Para cada uma das reações calcule: (a) A variação de temperatura. (b) A quantidade de calor absorvida pela solução. (c) A quantidade de calor absorvida pelo frasco. (d) A quantidade total de calor absorvida. (e) O número de moles de NaOH usados em cada reação. (f) A quantidade total de calor envolvida por mol de NaOH. 2. Exprima seus resultados como calores de reação: �H1, �H2, �H3, todos por mol de NaOH. 3. (a) Compare �H2 com �H1 + �H3 e explique. (b) Calcule a diferença percentual entre �H2 e �H1 + �H3, admitindo que �H2 esteja correto. QUÍMICA FUNDAMENTAL ENTALPIA DE SUBLIMAÇÃO DE CO2 Objetivos O objetivo deste experimento é a determinação da variação de entalpia de sublimação (�Hsub) do CO2 (gelo seco), o que corresponde ao processo: CO s2 ( ) CO Hg sub2 ( ); CO CO ; H2(s) 2(g) sub Parte Experimental Adicione ao copo plástico dentro do ”isopor” uma quantidade conhecida de cerca de 100 g de água destilada, pesada comprecisão de 0,01 g. Não use o agitador de fio de cobre. Adapte o termômetro com divisão de escala de 0,2oC à tampa de isopor, de modo que seu bulbo fique bem no centro do líquido. Leia a temperatura inicial da água e anote; pese com precisão de 0,01 g uma barrinha de gelo seco, de 5 a 10 g com o auxílio de um copinho plástico, adicione o gelo seco ao copo e tampe rapidamente o isopor. Anote a temperatura a cada 60 segundos, até que todo CO2 tenha passado ao estado gasoso. Continue as medidas por mais 5 minutos. Sem agitação mecânica se formarão gradientes de temperatura no copo durante o processo. Repita o procedimento e calcule �Hsub nas duas medidas. Agora repita todo o procedimento, trocando a água destilada por NaOH 0,1M. Relatório Apresente seus resultados em tabelas e faça um gráfico da temperatura em função do tempo. Calcule o valor de �Hsub nas três medidas e compare com o valor da literatura (26 4 13, , kJ/mol). O valor de �Hsub obtido usando NaOH é diferente? Explique. Bibliografia a) J.A. Simoni, Química Nova, 12, 4 (1989), 376-378. QUÍMICA FUNDAMENTAL VELOCIDADE DE REAÇÕES QUÍMICAS Introdução As substâncias interagem quimicamente nos estados líquido e gasoso quando suas moléculas colidem. O número de colisões efetivas depende da energia e orientação destas colisões, que depende do número de moléculas por volume (concentração) e também da temperatura. Quando duas substâncias A e B reagem em um sistema à temperatura constante, a velocidade V pode ser calculada por meio de uma equação matemática, normalmente denominada lei de velocidade: V k [A] [B]m n V = função de tempo, pois [A] e [B] são função do tempo. A constante k (constante de velocidade) depende da natureza dos reagentes e das condições experimentais (temperatura, pressão e catalisador). Os coeficientes m e n são obtidos experimentalmente e são denominados “ordem de reação”. Em relação aos reagentes A e B, a soma (m + n) é a ordem de reação global e não tem qualquer correlação com os coeficientes estequiométricos da reação química. Os coeficientes m e n podem assumir quaisquer valores, inclusive “zero”. Hoje você estudará a influência da concentração e da temperatura na velocidade de uma reação química. Parte I: Dependência da velocidade em relação à concentração. A seguinte reação química global será estudada: S O + 2H2 3 2- (aq) + (aq) H O + SO + S2 (aq) 2 (aq) (s) Na reação acima o enxofre coloidal aparece como uma turvação quando a quantidade de enxofre formado chega uma concentração crítica. O tempo entre a mistura dos reagentes (início da reação) e o aparecimento dos primeiros traços de enxofre depende das concentrações dos reagentes e da temperatura. Assim, 1/tempo é proporcional a velocidade inicial da reação, já que: Vel. inicial = moles de S formado/tempo e número de moles de enxofre formado quando aparece o primeiro sinal de turbidez é o mesmo em todas as medidas. Procedimento Preencha 3 buretas com água, solução de Na2S2O3 0,2M e H2SO4 0,05M. Preencha os quatro tubos numerados com 8, 6, 4, 2 mL de Na2S2O3 e água 0, 2, 4 e 6 mL, respectivamente, para preparar soluções com volume total de 8 mL. Adicione 6mL de H2SO4 a outros quatro tubos de ensaio. Agora adicione um dos tubos de H2SO4 ao 1o tubo contendo 8mL de Na2S2O3, agite rapidamente ao mesmo tempo em que começa a marcar o tempo; ao aparecimento da primeira turvação, anote o tempo decorrido. Repita o processo para os tubos 2, 3 e 4. Calcule as concentrações molares dos reagentes em cada tubo, no instante da mistura e construa o gráfico t x [S2O32-] e (1/t) x [S2O32-]. Que tipo de função aparece? A curva passa pela origem? Por quê? Dá para se ter uma ideia da ordem da reação em relação ao [S2O32-]? Parte II: Efeito da temperatura na velocidade da reação. Coloque 4 mL de Na2S2O3 em 5 tubos de ensaio numerados (1, 2, 3, 4, 5) e 4 mL de H2SO4 em outros cinco tubos numerados (1a, 2a, 3a, 4a, 5a). Mergulhe os tubos 1 e 1a em um béquer com água à temperatura ambiente, anote seu valor e espere 5 minutos. Agora adicione o conteúdo do tubo 1a ao do tubo 1, agite vigorosamente e faça como na parte I, mantendo o conteúdo reacional dentro do béquer com água até o término do processo (aparecimento de turvação). Aqueça a água cerca de 10oC acima da temperatura anterior e repita o processo com os tubos 2 e 2a, procurando manter constante a temperatura do banho de água. Repita o processo para os tubos 3 e 3a, elevando a temperatura 10oC acima da anterior. Troque a água do béquer por água à temperatura ambiente e adicione gelo até resfriá-la de cerca de 10oC. Mergulhe os tubos 4 e 4a e espere 5 minutos procurando manter a temperatura do banho de água constante. Adicione o conteúdo do tubo 4a ao tubo 4. Agite e meça o tempo para o aparecimento da turvação, mantendo o tubo imerso no banho e a temperatura do banho constante. Repita o procedimento para os tubos 5 e 5a com uma temperatura cerca de 20°C abaixo da temperatura ambiente. Construa um gráfico (1/t) x T e ln(1/t) x (1/T), T em kelvin. Tente outras funções para estas variáveis. Seria possível obter uma reta em algum caso? Qual o efeito da temperatura na velocidade da reação? Bibliografia a) Kotz e P. Trichel Jr., Chemistry and Chemical Reactivity, 3ª edição. Saunders College Publ. (1996) cap. 15 (Cinética Química: as Velocidades e os Mecanismos das Reações Químicas. b) W.L. Masterton, E.J. Slowinski, "Química Geral Superior", 4a. edição, Editora Interamericana Ltda, Rio de Janeiro, 1978. pág. 70-86. c) Mahan, "Química - Um Curso Universitário", Editora Edgard Blucher Ltda., São Paulo, 1972. p.26-37 e 207. QUÍMICA FUNDAMENTAL CINÉTICA QUÍMICA I: EFEITO DA CONCENTRAÇÃO Objetivo Observar como a mudança da concentração dos reagentes afeta a velocidade de uma reação. Introdução A velocidade de uma reação química pode ser medida de diversas maneiras. Em reações onde há envolvimento de gases a velocidade pode ser medida monitorando as mudanças de pressão no sistema. O aumento de pressão do sistema é a medida do aumento do número de moléculas que está ocorrendo. Medidas da velocidade de mudanças de cor de uma solução são outro método de medida da velocidade de reação. Instrumentos capazes de medir a quantidade de luz que passa através de uma solução contendo espécies que absorvem cor são usados para medir velocidades de reação. Em todos os casos onde velocidades de reação são trocas de concentração ou número de moléculas reagentes, átomos ou íons por unidade de volume, essas influenciam a velocidade de uma reação. Moléculas colidindo entre moléculas reagentes ocorrem com maior frequência sob condições de alta concentrações, aumentando a velocidade da reação. Nesta experiência, ácido clorídrico reage com o tiossulfato de sódio (Na2S2O3) para produzir enxofre coloidal como um dos produtos. Em algum ponto na reação o teor de enxofre da solução resulta em uma solução opaca. O tempo para cada solução tornar-se opaca será a medida da velocidade de reação. A reação é: 2 HCl + Na2S2O3 � SO2 + S + 2 NaCl + H2O Procedimento experimental 1. Numere 4 tubos de ensaio. 2. Coloque respectivamente em cada tubo 2, 4, 6 e 8 mL de solução de Na2S2O3 0,1 mol/L. 3. Complete os tubos com água destilada até 8 mL de volume total. 4. Agora, em cada tubo, um por vez, adicione 8 mL de HCl 1 mol/L, agite rapidamente e marque o tempo necessário para que a solução fique opaca. O relógio deve ser acionado no instante de adição do ácido. 5. Repita o procedimento para verificar a reprodutibilidade das medidas. 6. Faça uma tabela com esses dadose determine o tempo médio de reação em cada caso. Questões 1. Faça um gráfico relacionando a concentração do Na2S2O3 com o tempo de reação. 2. Qual a conclusão que você obtém com os resultados do experimento? 3. Que tipo de dispersão o enxofre forma com a água? QUÍMICA FUNDAMENTAL PRINCÍPIO DE LE CHATELIER E EQUILÍBRIO QUÍMICO Introdução Muitas reações químicas são reversíveis. Em outras palavras, se duas espécies químicas em solução são misturadas e formam novas espécies, há uma tendência para que as novas espécies reajam formando as espécies originais. A velocidade de formação das novas espécies será no início mais rápida do que a reação contrária. Entretanto, após algum tempo, quando não se percebe mais nenhuma mudança, a velocidade de formação das novas espécies iguala-se a da reação reversa que forma as substâncias originais e diz-se que o equilíbrio foi alcançado. Equações de equilíbrio são escritas com duas setas apontadas em direções opostas entre reagentes e produtos, indicando que ambos os processos ocorrem simultaneamente. Reagentes Produtos Por exemplo, o equilíbrio para uma solução saturada de carbonato de cálcio (CaCO3 não dissolvido permanece no fundo do tubo) é representada pela equação: CaCO3 (s) Ca2+(aq) + CO32-(aq) As duas setas indicam que alguns íons Ca+2(aq) e CO32-(aq) estão se separando indo para a solução (reação direta) e outros estão se juntando para formar o CaCO3 sólido (reação inversa). O equilíbrio é alcançado quando a velocidade da reação direta se iguala a velocidade da reação inversa. Para uma equação geral que se processa em uma só etapa, em ambas direções, A + B C + D as velocidades das reações diretas e inversas são: Veloc. Direta = k1.[A].[B] Veloc. Inversa = k2.[C].[D] No equilíbrio, as duas velocidades são iguais. k1.[A].[B] = k2.[C].[D] Keq = k1/k2 = [C].[D]/[A].[B] ou seja Keq = [C].[D] / [A].[B] Ou, para o caso mais geral: aA + bB + ... cC + dD + ... Keq = [C]c.[D]d... / [A]ª.[B]b... A relação matemática para K demonstra o Princípio de Le Chatelier em que uma ação em um sistema em equilíbrio provoca uma ação contrária amenizando aquela ação. Se uma solução de ácido ascórbico para a qual Ka = [H+].[Asc-] / [H Asc] é perturbada pela adição de HCl (aumentarmos a concentração de H+) o sistema se deslocará no sentido da reação que consome H+. Produtos de solubilidade A constante de equilíbrio para compostos que tem uma solubilidade em água muito baixa é chamada produto de solubilidade. Por exemplo, somente 2 x 10-4g de cloreto de prata se dissolve em 100 mL de água para formar íons prata e cloreto. AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) Onde a constante de equilíbrio é: Keq = [Ag+].[Cl-] / [AgCl] Entretanto, como a concentração de AgCl sólido é constante, a equação fica: Keq = [Ag+].[Cl-] Ksp = [Ag+].[Cl-] Onde Ksp é chamada produto de solubilidade. Ca(OH)2 também possui uma solubilidade pequena (0,1 g/100 mL). Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) Ksp = [Ca2+].[OH-] Íons complexos Cobre (II) reage com amônia para formar um complexo de acordo com a equação: Cu2+(aq) + 4NH3(aq) Cu(NH3)42+(aq) A redução na concentração de Cu2+(aq) ou NH3(aq) causará a dissociação do complexo nos reagentes. Procedimento A. Equilíbrio dos íons cromato, CrO42- e dicromato, Cr2O72-. 2CrO42- Cr2O72- Antes de utilizar qualquer pipeta limpe a extremidade com papel toalha molhado. 1. Com uma pipeta graduada coloque 10 mL de cromato de potássio (K2CrO4) em um tubo de ensaio e 10 mL de dicromato de potássio (K2Cr2O7) em um outro tubo. Anote a cor de cada solução. Esses dois tubos servirão de estoque para o procedimento a seguir. Não utilize mais os frascos de soluções. 2. Em dois tubos de ensaio coloque 10 gotas (cerca de 0,5 mL) de cada solução, respectivamente, em cada tubo. Acrescente, de gota a gota NaOH 1,0 M alternadamente em cada um dos tubos até mudança de cor em um deles. Anote as cores nesse momento. Guarde essas soluções para a etapa 5. 3. Repita o procedimento anterior mas acrescente HCl 1,0 M, gota a gota, alternadamente em cada um dos tubos até mudança de cor em um deles. Guarde essas soluções para a etapa 4. 4. Acrescente, gota a gota, NaOH 1,0 M a um dos tubos da etapa 3 até mudança de cor. Anote a cor final. 5. Em um dos tubos da etapa 2 acrescente, gota a gota, HCl 1,0 M até mudança de cor. Anote a cor final. B. Equilíbrio de cromato de bário, BaCrO4(s), com uma solução saturada de seus íons. BaCrO4(s) Ba2+(aq) + CrO42-(aq) 1. Em um tubo de ensaio coloque 10 gotas (cerca de 0,5 mL) de K2CrO4 0,10 M e acrescente, gota a gota, nitrato de bário (Ba(NO3)2) 0,10 M até perceber alguma alteração. Guarde este tubo para a etapa 3. 2. Em outro tubo de ensaio, coloque 10 gotas de K2Cr2O7 0,10 M. Acrescente 2 gotas de HCl e depois 10 gotas de Ba(NO3)2 0,10 M. Anote se houve mudança de cor e/ou formação de precipitado. Guarde esse tubo de ensaio para o item 4. 3. Ao tubo de ensaio da etapa 1 acrescente, gota a gota, HCl 1,0 M até notar alguma alteração. Anote o que observou. 4. Ao tubo de ensaio da etapa 2 acrescente NaOH 1,0 M até notar alguma modificação. 5. Sugira uma maneira de inverter as observações nas etapas 3 e 4. Teste suas sugestões. Questionário 1. Qual a influência de H+(aq) sobre o equilíbrio? 2CrO42-(aq) Cr2O72-(aq) Complete a equação, acrescentando no lado adequado o número de íons H+ e moléculas de H2O respectivamente. 2. Qual a influência da concentração de OH-(aq) sobre o equilíbrio? Cr2O72-(aq) 2CrO42-(aq) Complete e balanceie a equação acrescentando íons OH- e moléculas de H2O. 3. Baseando-se no Princípio de Le Chatelier, explique os dois equilíbrios investigados nesta prática. QUÍMICA FUNDAMENTAL ESTUDO QUANTITATIVO DE UM EQUILÍBRIO QUÍMICO Introdução Nesta experiência faremos um exame quantitativo da reação: Fe SCNaq aq3 ( ) ( ) [ ] ( )FeSCN aq2 Se determinarmos a concentração de cada um dos íons no equilíbrio, poderemos procurar uma expressão matemática que relacione estas quantidades e determinar o valor da constante de equilíbrio. A determinação das concentrações será feita fotometricamente ou colorimetricamente. A intensidade da cor de uma solução depende da concentração c da substância colorida, da espessura da solução e de uma constante � chamada o coeficiente de absorção molar, que é característica de cada substância e cujo valor depende do comprimento de onda da luz que é absorvida pela substância colorida. Podemos quantificar a quantidade de luz absorvida, a um dado comprimento de onda, pela transmitância %T = ( I / Io ) x 100, onde Io é a intensidade de luz incidente e I é a intensidade de luz após de passar pela amostra. A grandeza absorbância é definida pela expressão: A I I o log . Em soluções diluídas a absorbância segue a Lei de Beer-Lambert: A = �..c. Assim, para as intensidades de cor de duas soluções de uma mesma substância em recipientes de mesma espessura podemos escrever: A1 /A2 = c1 /c2 Dessa forma, se medirmos a absorbância de uma solução de concentração conhecida podemos, pela relação acima, determinar a concentração desconhecida de uma outra solução da mesma substância, medindo sua absorbância. Procedimento Para a preparação da solução padrão, será utilizada uma pequena concentração conhecida de íon tiocianato (SCN-(aq)) e um grande excesso de íon férrico (Fe3+(aq)). Dessa forma podemos considerar que todo o íon tiocianato será utilizado na formaçãodo complexo [FeSCN]2+(aq). Sendo assim, a concentração de [FeSCN]2+(aq) no equilíbrio será igual à concentração inicial de SCN-(aq). 1. Numere dez tubos de 1 a 10. 2. Adicione 5 mL de KSCN 0,001M aos tubos numerados de 1 a 5 e 5 mL de H2O destilada aos tubos numerados de 6 a 10. 3. Ao tubo 1 e ao tubo 6 adicione 5 mL de solução 0,05M de Fe(NO3)3. O tubo 1 será usado como padrão. 4. Coloque 10 mL de Fe(NO3)3 0,05M em um balão volumétrico e dilua até 25 mL com H2O destilada. Misture bem. 5. Transfira 5 mL desta solução para o tubo 2 e 5 mL para o tubo 7. 6. Pegue 10 mL da solução que restou no balão volumétrico e dilua até 25 mL com água destilada. Transfira 5 mL desta nova solução para os tubos 3 e 8. 7. Proceda de maneira análoga para os pares de tubos 4, 9 e 5,10. Atenção: as diluições devem ser feitas com um máximo de precisão. O problema consiste em comparar as soluções de cada tubo com a solução de tubo 1 (padrão), a fim de determinar a concentração do [FeSCN]2+(aq). Determine a absorbância de cada uma da soluções usando a solução Fe(NO3)3 preparada com a mesma diluição como branco (para o tubo 1 use o tubo 6 como branco; para o tubo 2, use o tubo 7, e assim sucessivamente). Determine as absorbâncias a 550 nm ou usando o filtro verde do colorímetro. Cálculos Nos cálculos considere que ambos os sais estão complemente dissociados e que no tubo 1 praticamente todos os íons tiocianato formaram [FeSCN]2+. Lembre-se de que as soluções se diluíram mutualmente quando misturadas. Calcule as concentrações em cada tubo: [Fe3+] inicial, [SCN-] inicial, [FeSCN2+] no equilíbrio, [Fe3+] no equilíbrio e [SCN- ] no equilíbrio. Determine a constante de equilíbrio em cada tubo a partir dos valores das concentrações dos íons e compare os valores obtidos. Bibliografia a) J.C. Kotz e P. Treichel Jr., Chemistry and Chemical Reactivity, 3ª Edição, Saunders College Publishing, (1996) cap. 16 (Equilíbrio Químico). QUÍMICA FUNDAMENTAL PODER DE ÓXIDO-REDUÇÃO Objetivos Na parte I desta experiência você deverá observar algumas reações de óxido-redução envolvendo vários metais e íons metálicos. Através da análise dos resultados você poderá determinar o poder relativo dos metais como agentes redutores e o dos íons metálicos como agentes oxidantes. Na parte II você fará uma comparação entre os poderes oxidantes de três halogênios: cloro, bromo e iodo. Neste caso você poderá determinar quais dos três halogênios são capazes de remover elétrons dos íons haletos (cloreto, brometo e iodeto) e, portanto, colocar as meias reações haleto-halogênio (2X - X 2e )2 - na ordem crescente da facilidade de oxidação. Procedimento Parte I: Use amostras dos metais zinco, cobre, chumbo e ferro, e as soluções 0,1M de Zn(NO3)2, FeCl3, Cu(NO3)2, Pb(NO3)2 e Hg(NO3)2, e HCl 6M. Observe as possíveis reações de cada um desses metais em cada uma das soluções. Para cada combinação use 2 mL da solução e uma pequena porção limpa do metal. Algumas das reações de metais com ácido são lentas. Nestes casos aqueça o tubo em banho de água quente. Faça uma tabela de todas as combinações e observe quais reações ocorreram. Baseado nos resultados, você saberia dizer qual é o melhor agente redutor? E o melhor agente oxidante? As suas conclusões concordam com os dados tabelados de potencial de redução de elétrodos? Parte II: Em tubos de ensaio separados coloque 2 mL de uma solução dos três halogênios: no primeiro, água de cloro (cloro dissolvido em água); no segundo, água de bromo (bromo dissolvido em água); e no terceiro, solução aquosa de iodo. a) Adicione cerca de 1 mL de CCl4 em cada tubo, agitando vigorosamente em seguida. Anote a cor da fase orgânica (CCl4) que contém o halogênio dissolvido. Você saberia dizer por que agitar vigorosamente os tubos? Qual é a função do CCl4? Não jogue fora as soluções. b) Tome dois tubos de ensaio e coloque 2 mL de NaBr 0,1M em um e 2 mL KI 0,1M no outro. Adicione a cada tubo 1mL de CCl4, agite o tubo e observe. Adicione em seguida 1mL de solução de água de cloro, agite e observe. Anote a cor da fase orgânica nos dois testes e compare com o que foi observado no item (a). Você saberia dizer se houve ou não reação? Por quê? Não jogue fora as soluções. c) Repita o procedimento anterior usando agora NaCl 0,1M e KI 0,1M em cada tubo. Adicione 1 mL de CCl4 e cerca de 5 gotas de água de bromo cada tubo. Agite vigorosamente e compare a coloração da fase orgânica com a que foi observada no item (a). Numa dessas experiências não ocorre reação; como você pode chegar a esta conclusão? Os dados teóricos concordam com a prática? d) Repita o procedimento usando as soluções 0,1M de NaCl e 0,1M de NaBr em cada tubo. Adicione 1 mL de CCl4 e cinco gotas de solução de iodo. Agite vigorosamente e compare a coloração da fase orgânica com a que foi observada no item (a). Faça, como na parte I, um quadro que envolva as reações e tire conclusões a respeito (melhor oxidante, melhor redutor, etc.). Compare com os dados teóricos. Observações: NÃO JOGUE NADA NA PIA. Existem frascos apropriados para descarte das soluções dos íons metálicos, dos sólidos metálicos e das fases orgânicas. Bibliografia a) J.C. Kotz e P. Treichel Jr., Chemistry and Chemical Reactivity, 3ª edição, Saunders College, Publishing (1996), cap. 21 (Eletroquímica: A Química das Reações de Oxidação - redução. b) W.L. Masterton, E.J. Slowinski, "Química Geral Superior", 4a. edição, Editora Interamericana Ltda, Rio de Janeiro, 1978. pág. 70-86. c) Mahan, "Química - Um Curso Universitário", Editora Edgard Blucher Ltda., São Paulo, 1972. p.26-37 e 207. QUÍMICA FUNDAMENTAL INVESTIGAÇÃO SOBRE A CORROSÃO DO FERRO A corrosão do aço por si só ocasiona anualmente enormes prejuízos financeiros para todos os países. Quais os fatores responsáveis por essa perda? O que se pode fazer para reduzi-la? “Corrosão” é um termo genérico aplicado aos processos pelos quais os metais não combinados são transformados em óxidos ou outros compostos. Isto provoca a deterioração gradativa dos metais. Embora a química da corrosão do ferro não esteja ainda completamente esclarecida, é certo que envolve uma oxidação por meio de algum agente oxidante. Nesta experiência investigaremos alguns fatores envolvidos na corrosão e tentaremos correlacioná-los por meio de algumas generalizações. Procedimento PARTE I: Reações do ferro com vários reagentes aquosos. (a) Pegue 5 tubos de ensaio e em cada um coloque um prego limpo e polido. Faça-os escorregarem cuidadosamente ao longo das paredes para evitar quebrar o fundo dos tubos. (b) Em cada tubo de ensaio coloque um dos reagentes abaixo, de maneira a apenas cobrir os pregos. O professor o dirá qual o grupo de reagentes usar. Todas as soluções são 0,1 M. Reagente Grupo A Grupo B Grupo C 1 NaOH KOH KH2PO4 2 Na2Cr2O7 Na2CO3 Na2C2O2 3 NaCl KNO3 AgNO3 4 HCl HNO3 H2SO4 5 Água deionizada Água deionizada Água deionizada (c) Anote se a solução é ácida, básica ou neutra. Passe para a parte II, pois os itens (d), (e) e (f) ficam para a semana seguinte. (d) Observe e anote qualquer modificação que tenha ocorrido. Compare seus resultados com os dos colegas que usaram outros grupos de reagentes. Organize uma tabela com seus resultados e os deles. (e) Acrescente a cada solução 1 ou 2 gotas de ferrocianeto de potássio 0,1 M, K3Fe(CN)6 que contém os íons K+ e Fe(CN)6-3. Observe qualquer modificação. (f) Acrescente 1 gota de ferrocianeto de potássio 0,1 M a cerca de 1 mL de solução de sulfato ferroso. Compare este resultado com o obtido quando
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