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Universidade Federal de Alagoas (UFAL) Instituto de Química e Biotecnologia (IQB) EXPERIMENTAÇÃO EM QUÍMICA COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO Prof. Josué Carinhanha C. Santos Profª Isis M. Figueredo Apoio 2 Oficina Temática Experimentação em Química com Material de Baixo Custo Reponsáveis: Prof. Josué Carinhanha C. Santos e Profª Isis M. Figueredo. Ementa: Esta oficina pretende mostrar que o ensino de química está diretamente associado ao componente experimental. Desta forma, ensinar química, uma ciência de transformações deve estar associada inicialmente a três estágios, a experimentação, a observação e a explicação. Nesta oficina serão executados vários experimentos com o uso de material alternativo de baixo custo e fácil aquisição, num ambiente interativo e com ampla discussão dos fenômenos em consonância com o modelo. Serão realizados experimentos de obtenção e propriedades de algumas substâncias, experimentos de cinética, de eletroquímica, equilíbrio químico, entre outros. Público Alvo: Professores de química do ensino médio da rede pública de Alagoas. Carga Horária: 8 horas Módulo: 20 professores 3 Experimento 01 A Garrafa Azul 1. Material Necessário i) Fraco de aproximadamente 250 mL. ii) Glicose ou soluo de glicose. iii) Soda custica. iv) Azul de metileno ou soluo de azul de metileno. v) Comprimido de vitamina C de 250 mg (sem corante). vi) gua oxigenada de 10 volumes. 2. Procedimento 1) Dissolva 3 g de soda custica em 150 mL de gua destilada ou deionizada. Em seguida acrescente 5 g de glicose ou soluo equivalente. 2) Passe a soluo preparada para uma frasco de vidro ou plstico, com tampa, de aproximadamente 500 mL. 3) Acrescente 10 a 15 gotas de soluo azul de metileno 1 a 2% (m/v) e agite suavemente at o desaparecimento da cor azul. 4) Tampe o frasco e agite vigorosamente de modo a misturar bem a soluo com o ar contido acima da mesma. 5) Deixe a “garrafa azul “ em repouso at o desaparecimento da cor azul. Repita o experimento vrias vezes. 6) Repita o experimento sem adio de soda custica. Nesta etapa adicione cerca dwe 3- 5 gostas de azul de metileno. Agite e observa se ocorre variao de cor. Em seguida adicione o comprimido de vitamina C (250 mg) e realize a agitao do sistema. Observe as alteraes. 7) Adicione gua oxigenada (de 5 a 7 mL). Avalie os resultados. 3. Anotações 4 Experimento 02 Uso de extrato de repolho roxo e suco de frutas como indicador ácido base e confecção de papel indicador 1. Material necessário i) Extrato de repolho roxo, suco de uva ou vinho tinto ii) Água destilada iii) Água de torneira iv) Ácidos (solução de bateria, ácido muriático, vinagre, vitamina C, entre outras) v) Bases (soda cáustica, amônia, água sanitária, entre outras) vi) Bicarbonato de Sódio vii) Refrigerante incolor vii) Papel de filtro de café 2. Procedimento 1) Prepare um extrato em água de repolho roxo, macerando folhas do repolho em um almofariz, ou batendo em liquidificador. 2) Prepare soluções ácidas e básicas diversas. Uma destas de bicarbonato de sódio. 3) Acrescente cerca de 1 mL de extrato a cada uma das soluções preparadas. 4) Repita o procedimento usando suco de uva ou vinho tinto. 5) Compare os resultados obtidos. 6) Umedeça fitas de papel de filtro cortadas em formado retangular na solução de extrato de repolho roxo por alguns segundos. Em seguida, retire da solução e deixe secar ao ar e temperatura ambiente. 7) Após as fitas estarem secas, coloque estas nas soluções ácidas e básicas usadas anteriormente e retire rapidamente. Compare os resultados (coloração) com as obtidas nas soluções anteriores. 3. Anotações 5 Experimento 03 Reao qumica “ativada” pela voz 1. Material necess rio i) Solução do indicador azul de bromotimol 0,1% (m/v) ii) Álcool etílico iii) Canudos iv) Solução de hidróxido de sódio, a partir da soda cáustica v) Extrato de repolho roxo e/ou suco de uva 2. Procedimento 1) Separe 25 mL de álcool etílico em um frasco de vidro. 2) Acrescente 4-5 gotas da solução de azul de bromotimol. 3) Acrescente 1 gota da solução de NaOH. 4) Peça para que as pessoas pronunciem algumas palavras dentro do frasco. 5) Repita os passos 1-3 e com uso de canudos assopre dentro do frasco. 6) Repita o experimento substituindo o azul de bromotimol por extrato de repolho roxo. 3. Anotaes 6 Experimento 04 Reação relógio tipo Landolt 1. Material necessário i) Vitamina C (Aspirina C) ii) Tintura de iodo a 2% iii) Água oxigenada a 10 volumes iv) Maisena (Suspensão de amido) v) Ebulidor ou água quente vi) Frascos de aproximadamente 250 mL vii) Medidor de volume de 10 mL (seringa ou medidor de remédio) viii) Frasco de 500 mL para medida. 2. Procedimento 1) Em 500 mL de água (pode ser de torneira) acrescentar 10 mL de tintura de iodo a 2% (m/v). Homogeneíze bem esta solução. 2) Acrescente um comprimido de vitamina C efervescente (preferivelmente incolor), tipo aspirina C (a aspirina não interfere) . Este comprimido tem 240 mg de Vitamina C. O importante aqui é que tem que ter excesso de vitamina C em relação ao iodo. 3) Prepare uma suspensão de amido. A aproximadamente 10 mL de água coloque uma colher de amido (maisena ou equivalente). Acrescente esta mistura a aproximadamente 100 mL de água fervente. Agite, deixe resfriar, em seguida filtre este mistura, os resultados são melhor visualizados desta forma. Use o filtrado. 4) À solução preparada nos itens 1 e 2, acrescente de 10 a 20 mL da suspensão de amido. 5) Distribua 150 mL da solução em 3 frascos de aproximadamente 250 mL. Identifique os frascos 6) A partir de soluções de água oxigenada a 10 volumes, prepare 3 soluções de 100 mL de concentrações diferentes de H2O2 (uma água oxigenada a 10 volumes sem diluir, e as outras duas fazendo uma diluição de 1:2 e 1:3, por exemplo, da solução original de água oxigenada a 10 volumes). 7) Acrescente a cada uma das soluções preparadas em 5 as soluções de água oxigenada de concentrações diferentes e agite bem. Aguarde o resultado. 8) Divida o restante da solução preparada em 1, 2 e 3 em dois frascos. Coloque um num banho de gelo e o outro num banho de água quente. A cada uma destas duas soluções acrescente 1 frasco de água oxigenada a 10 volumes. Agite bem e aguarde o resultado. 3. Anotações 7 Experimento 05 Avaliando a composição de uma pilha comum 1. Material necessário i) Pilhas alcalinas de diferentes tamanhos. ii) Serra ou equivalente. iii) Alicate e chave de fenda iv) Torno pequeno ou equivalente para fixação da pilha. v) Luvas cirúrgicas ou equivalentes. 2. Procedimento 1) Coloque as luvas e retire com auxílio de um alicate e da chave de fenda a parte metálica externa da pilha. 2) Em seguida, retire o papelão. 3) Fixe o corpo da pilha com auxílio de um torno e com a serra faça um corte longitudinal. 4) Com o alicate, retire o suporte superior e inferior e faça uma alargamento da abertura. 5) Retire o eletrodo de carbono do corpo da pilha. 6) Identifique os principais componente e suas respectivas funções. 3. Anotações 8 Experimento 06 Decomposição da água oxigenada 1. Material necessário i) gua oxigenada 10 volumes ii) Detergente iii) Iodeto de potssio ou equivalente (tipo xarope de iodeto de potssio) iv) Fermento biolgico v) Dixido de mangans (extrado de pilhas alcalinas) vi) Fibra de coco verde. vii) Comprimidos de permanganato de potssio. viii) Corantes alimentcios. ix) 10 frascos de 250 mL 2. Procedimento 1) Separe oito frascos de 250 mL, enumere e adicione cerca de 20 mL de gua oxigenada. 2) Para o frasco 2, adicione cerca de 5 a 10 mL de detergente. Em seguida, adicione 1-2 g de iodeto de potssio ou equivalente aos frascos 1 e 2. Para melhor visualizao da decomposioda gua oxigenada adicione algumas gotas de corante alimentcio aos recipientes. 3) Repita o mesmo procedimento do item 2 para os frascos 3 e 4, substituindo o iodeto de potssio por cerca de 1-2 g de fermento biolgico. 4) Repita o mesmo procedimento do item 2 para os frascos 5 e 6, substituindo o iodeto de potssio por cerca de 1 g de dixido de mangans. 5) Repita o mesmo procedimento do item 2 para os frascos 7 e 8, substituindo o iodeto de potssio por 5-10 comprimidos de permanganato de potssio. 6) Retire do coco verde algumas partes de “casca” (fibra) e adicione ao frasco 9. Aguarde algum tempo e observe o que ir acontecer. 7) Deixe o frasco 10 como comparativo para os demais experimentos. 8) Avalie os resultados obtidos. 3. Anotações 9 Experimento 07 Eletrólise de uma solução de cloreto de sódio 1. Material necessário i) Sal de cozinha e colher de plástico ii) Grafites de lapiseiras de 2,0 mm ou eletrodo de carbono de pilhas iii) Fios de cobre e conectores. iv) Fonte elétrica contínua (bateria de 9 V). v) Soluções 0,1% (m/v) de vermelho de fenol ou fenolftaleína e o-toluidina vi) Água destilada ou deionizada vii) Copos plásticos ou de vidro 2. Procedimento 1) Prepare cerca de 50 mL de uma solução de cloreto de sódio dissolvendo meia colher de chá de cloreto de sódio em água destilado ou deionizada. 2) Divida a solução em duas partes. Na primeira coloque algumas gotas de o-tolidina e na segunda algumas gotas do indicador vermelho de fenol ou fenolftaleína. 3) Introduza sucessivamente os eletrodos de grafite ligados aos pólos da fonte de eletrólise em cada uma das soluções. 4) Observe as alterações nas soluções 5) Avalie e discuta os resultados obtidos. 3. Anotações 10 Experimento 08 Eletrólise: eletrodeposição do cobre 1. Material necessário i) Solução de sulfato de cobre (dissolver o máximo de sulfato de cobre em solução). ii) Barra de aço inoxidável (pode ser um talher ou uma moeda). iii) Fios de cobre e conectores. iv) Fonte elétrica contínua (bateria de 9 V). 2. Procedimento 1) Transfira a solução de sulfato de cobre até a metade da capacidade do frasco. 2) Pegue dois fios de cobre e conecte-os a cada um dos fios que serão conectados aos pólos da fonte. O fio de cobre referente ao pólo positivo da fonte deve ser imerso sem a capa plástica (descoberto) na solução. 3) O fio de cobre referente ao pólo negativo da fonte deve ser conectado ao objeto (talher ou moeda), e em seguida, imerso parcialmente na solução. 4) Cuidado para que o fio de cobre e o objeto não se toque em solução. 5) Observe a superfície do objeto antes de conectar os fios a fonte. 7) Conecte os fios a fonte. 8) Avalie os resultados obtidos. 3. Anotações 11 Experimento 09 Descontaminação da água por eletrofloculação 1. Material necessário i) Bateria de 9 V ii) 2 pregos comuns iii) 2 fios de cobre (aproximadamente de 20 cm comprimento) iv) garras do tipo “jacar” v) 1 frasco de 50 mL vi) cloreto de sdio (sal de cozinha) vii) corante alimentcio, caf ou refrigerante tipo cola viii) filtro de papel de poro fino e coador (do tipo para caf) 2. Procedimento 1) Adicione aproximadamente 30 mL de gua em um frasco (plstico ou de vidro) de 50 mL, contendo cerca de 100 mg (1 colher de caf) de sal de cozinha e algumas gotas de corante alimentcio, caf ou refrigerante tipo cola. 2) Monte o sistema como demonstrado na Figura 1, de forma que os dois pregos fiquem completamente imersos na soluo em lados opostos. Figura 1. Esquema prtico do experimento. 4) O corante imediatamente comear a mudar de cor ao redor do ctodo e uma espcie de lama ir se formar. Dentro de alguns minutos haver lama suficiente para absorver a maior parte do corante e o experimento poder ser encerrado. Agite bem a clula e seu contedo; ento, derrame a soluo em um funil contendo filtro de papel de poro fino (coador de caf) e colete o filtrado. 3. Anotações 3) Os pregos sero, a seguir, conectados a uma fonte de corrente contnua (bateria de 12 V ou 3 pilhas em srie), por meio de fios de cobre comuns utilizando garras do tipo “jacar”. Os pregos no devem ser tocados para impedir a ocorrncia de um curto- circuito. A partir desse momento, o anodo da clula comea a ser lentamente dissolvido por oxidao, enquanto possvel observar bolhas de hidrognio sendo produzidas sobre o ctodo. 12 Experimento 11 Eletrólise da água 1. Material necessário i) Seringas descartáveis de 20 mL ii) Copos comuns de vidro ou plástico iii) Mangueira látex (tipo garrote) iv) Bateria de 9 volts v) Fio elétrico vi) Recipiente plástico alto e delgado (da altura das seringas) vii) Sulfato de sódio (sal de Glauber) ou de magnésio (sal amargo) viii) Água destilada ou de ionizada (desmineralizada) ix) Tubos de ensaio pequenos (10 mL) ou equivalente x) Espetos de madeira xi) Fósforos longos xii) Grafites de lapiseiras de 2,0 mm xiii) Cola tipo durepox ou cola quente 2. Procedimento 1) Construa uma cuba de eletrólise conforme figura abaixo. É importante ter um tipo de suporte que evite que as bases das seringas encostem no fundo da cubo, pois é necessário um pouco de espaço para que os gases produzidos expulsem solução de dentro das seringas. A conexão grafite seringa tem que ser bem vedada assim como a conexão do tubo látex com a saída da seringa. 2) Prepare uma solução de sulfato de sódio ou de magnésio dissolvendo umas duas colheres de chá em volume suficiente para quase encher a cuba. 3) Sobreponha as duas seringas, com as mangueiras de látex abertas, sobre os dois eletrodos. A solução subirá pelas seringas até nivelar os volumes dentro e fora das mesmas. 4) Estrangule as mangueiras de látex com clipes fortes (ou equivalente). Veja parte (A) da figura. 13 5) Ligue a bateria ao aos eletrodos. 6) Quando um dos tubos estiver quase cheio, recolha cada um dos gases para dentro de um tubo de ensaio e retire o grampo. A água irá empurrar o gás para dentro do tubo de ensaio. Veja parte (B) da figura. 7) Segure os tubos de ensaio com a saída virada para baixo. No tubo contendo gás hidrogênio introduza um fósforo longo acesso. No tubo contendo gás oxigênio um espeto de madeira em brasa (não em chama) 3. Anotações 14 Experimento 12 À procura de vitamina C 1. Material necessário i) 1 comprimido efervescente de 1 g de vitamina C ii) Tintura de iodo a 2% (m/v) (comercial) iii) Sucos de frutas variados (limão, laranja, maracujá, abacaxi, caju, entre outros) iv) Seringas de plástico descartáveis v) 1 fonte para aquecer a água (aquecedor elétrico ou secador de cabelo) vi) 6 copos de vidro vii) 1 colher de chá de amido de milho viii) 1 frasco de 500 mL ix) Água filtrada x) Conta-gotas xi) 1 garrafa de refrigerante de 1 L xii) Pepino fatiado em cubos 2. Procedimento 1) Coloque 200 mL de água filtrada em um béquer de 500 mL. Em seguida, aqueça o líquido até uma temperatura próxima a 50ºC, cujo acompanhamento poderá ser realizado com um termômetro ou com a imersão de um dos dedos da mão (nessa temperatura é difícil a imersão do dedo por mais de 3 s). Em seguida, coloque uma colher de chá cheia de amido de milho (ou farinha de trigo) na água aquecida, agitando sempre a mistura até atingir a temperatura ambiente. Em seguida filtre este mistura, os resultados são melhor visualizados desta forma. Use o filtrado. 2) Em uma garrafa de refrigerante de 1 L, contendo aproximadamente 500 mL de água, dissolva um comprimido efervescente de vitamina C e complete o volume até 1L. 3) Escolha as frutas cujos sucos você queira testar, e obtenha o suco dessas frutas. 4) Deixe à mão a tintura de iodo a 2% (m/v), comprada em farmácia. 5) Numere os copos de vidro. Coloque 20 mL da mistura (amido de milho + água) em cada um dos copos de vidronumerados. No copo 1, deixe somente a mistura de amido e água. Ao copo 2, adicione 5 mL da solução de vitamina C; e, a cada um dos outros copos adicione 5 mL de um dos sucos a serem testados. Não se esqueça de associar o número do copo ao suco escolhido. 6) A seguir adicione, gota a gota, a solução de iodo no copo 1, agitando constantemente, até que apareça uma coloração azul. Anote o número de gotas adicionado (neste caso, uma gota é geralmente suficiente). 7) Repita o procedimento para o copo 2. Anote o número de gotas necessário para o aparecimento da cor azul. Caso a cor desapareça, continue a adição de gotas da tintura de iodo até que ela persista, e anote o número total de gotas necessário para a coloração azul persistir. 8) Repita o procedimento para os copos que contêm as diferentes amostras de suco, anotando para cada um deles o número de gotas empregado. 15 9) Repita o procedimento do item 6 para o copo 2, contudo adicione alguns cubos de pepino verde. Anote o número de gotas necessário para o aparecimento da cor azul. Compare com o resultado obtido inicialmente sem adição dos cubos de pepino. 3. Perguntas a) Em qual dos sucos houve maior consumo de gotas de tintura de iodo? b) Através do ensaio com a solução do comprimido efervescente é possível determinar a quantidade de vitamina C nos diferentes sucos de frutas? c) Procure determinar a quantidade de vitamina C em alguns sucos industrializados, comparando-os com o teor informado no rótulo de suas embalagens. d) Qual o efeito da presença de pepino no consumo de iodo na solução de vitamina C? 4. Anotações 16 Experimento 13 Separação de corantes presentes em doces comerciais 1. Material necessário i) Copo de vidro de 100 mL ii) Pincel pequeno com ponta arredondada iii) 2 clips de plástico iv) Papel para cromatografia (pode ser usado um papel de filtro qualitativo ou papel de coador de café; nesse caso a separação das substâncias fica menos nítida) v) 1 lápis vi) 1 borracha vii) 1 secador de cabelo (opcional) viii) 1 saquinho de balas coloridas, de preferência da marca M&M’S, 2. Procedimento Recomendação: Para obter resultados melhores neste experimento, recomenda-se o uso de papel de filtro qualitativo, prprio para laboratrio. Caso no se tenha acesso a esse tipo de papel, aceitvel o uso de papel de coador para caf. No procedimento original, foi sugerido o uso de M&M’S, que possui em torno de seis a sete cores. Outros confeitos ou corantes podem ser usados, inclusive corantes l quidos para bolos. 1) Corte um pedaço de papel de filtro, na forma de um retângulo, que caiba num béquer de 100 mL, de modo que o retângulo cortado fique afastado das laterais do béquer em 1 cm de cada lado e 1 cm da borda. Em seguida, marque com um lápis uma linha na horizontal que esteja afastada 1,5 cm da base do papel. 2) Use um pincel umedecido em água para remover a cor do confeito M&M’S e faça, com esse pincel, um círculo pequeno na linha traçada sobre o papel. 3) Lave o pincel e aplique outra cor, da mesma forma, mantendo os círculos afastados em pelo menos 0,5 cm, até preencher a linha com várias cores. 4) Anote com lápis o nome da cor embaixo de cada círculo (não use caneta!). 5) Ponha água no béquer, de modo que seu fundo seja preenchido com um pequeno volume de água (a quantidade de água deve preencher cerca de 0,5 cm). 6) Leve o papel com os círculos coloridos ao béquer. O papel deve ficar com sua borda inferior mergulhada na água, porém sem que a água toque nas manchas coloridas. A base do papel deve ser deixada o mais reta possível para que, com a passagem da água, as manchas se movimentem ao mesmo tempo e não borrem. 7) Deixe a água subir pelo papel. Quando ela chegar próximo ao topo do papel, remova- o do béquer. 17 8) Marque a altura final que a água alcançou no papel. 9) Deixe o papel secar ao ar ou seque-o com um secador de cabelos. 10) Use uma régua para medir o a altura da coluna de água e das machas. 11) Avalie o número de machas para cada cor. 3. Anotações 18 Bibliografia 1. Experimentos 01, 02, 04, 07 e 09 créditos a: Prof. Dr. Per Christian Braathen, Química Experimental com material de baixo custo e fácil aquisição, Apostila prática, UFV, 2007. 2. Experimentos 09, 10 e 11 créditos a: Sociedade Brasileira de Química (org.), A química perto de você: experimentos de baixo custo para a sala de aula do ensino fundamental e médio; Organizador: Sociedade Brasileira de Química, São Paulo, 2010. 3. Experimentos 03 e 09 créditos a: Agnaldo Arroio, Káthia M. Honório, Karen C. Weber, Paula Homem de Mello, Maria Teresa do Prado Gambardella e Albérico B. F. da Silva, O show da química: motivando o interesse científico, Química Nova, 29(1), 173-178, 2006. 4. Experimentos 08 créditos a: Jorge L. Narciso Jr. e Marcelo Jordão, Química: Projeto escola e cidadania para todas, volume 2, Ed. do Brasil, São Paulo, 2005.
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