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AULAS PRÁTICAS DE QUÍMICA GERAL CADERNO DE LABORATÓRIO 2015/2 Controle de pré-laboratório e pós-laboratório Data Experimento Carimbo de pré- laboratório Carimbo de pós-laboratório 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cronograma de Atividades Práticas Experimento Semana Experimento 1 10 a 15 de agosto Experimento 2 17 a 22 de agosto Experimento 3 24 a 29 agosto Experimento 4 31 de agosto a 5 de setembro Experimento 5 7 a 12 de setembro Exercícios 14 a 19 de setembro Experimento 6 21 a 27 de setembro Experimento 7 28 de setembro a 3 de outubro Experimento 8 5 a 10 de outubro Recesso 12 a 17 de outubro Experimento 8 (continuação) 19 a 24 de outubro Experimento 9 26 a 31 de outubro Experimento 9 (continuação) 2 a 7 de novembro Exercícios 9 a 14 de novembro Sumário 1- Apresentação das regras das aulas práticas ................................................................. 5 MODELO DE RELATÓRIO .................................................................................................. 15 2 – Apresentação do laboratório ..................................................................................... 17 3 – Erros e medidas ......................................................................................................... 20 4 - Teste da Chama .......................................................................................................... 28 5 - Processo De Separação De Misturas .......................................................................... 33 6 - Estequiometria........................................................................................................ 38 7 - Aquecimento e Medida de Temperatura ............................................................... 44 8 - Preparação de Soluções Ácidas e Básicas .................................................................. 54 9 - Eletroquímica .............................................................................................................. 60 1- Apresentação das regras das aulas práticas Atividades Pré-Laboratório: Leitura da Introdução Atividades Pós-Laboratório: Exercícios de Fixação Introdução O laboratório é um espaço com instrumentos apropriados para execução de experimentos, medidas e análises. Para que qualquer pessoa possa estar presente em um ambiente como esse, são necessárias que medidas preventivas para evitar acidentes, além disso são necessárias, disciplina e pontualidade, pois o estudante que chegar atrasado não poderá assistir à aula. (Tolerância de 15 minutos) Desta maneira, algumas regras básicas de segurança são importantes e obrigatórias: 1.1 Itens obrigatórios: Jaleco de manga comprida; Sapatos fechados; Cabelos presos; Calça comprida. Permitido Não-permitido ’ ***USO DE SAPATILHAS E SALTO ALTO NÃO SERÁ PERMITIDO*** 1.2 Itens facultativos: Óculos de proteção; Luvas nitrílicas; Máscaras. Neste caso, sigam as instruções dos professores! 1.3 Regras gerais: 1- Evitar levar as mãos à boca ou aos olhos. 2- Lavar as mãos com frequência durante o trabalho e, ao final do mesmo, proteger as feridas; 3- Evitar o manuseio de aparelhos elétricos com as mãos úmidas; 4- Não colocar livros, sacolas, ferramentas, etc. sobre as bancadas ou sobre os bancos; 5- Manter o local sempre limpo e organizado; 6- Não deve usar lentes de contato em laboratórios, principalmente nas aulas de química orgânica; 7- Recorrer sempre ao professor se algo irregular acontecer; 8- Conhecer a localização dos materiais de segurança e saber usá-los, quando necessário; 9- Não comer, beber ou fumar no interior do laboratório devido ao perigo de contaminação com substâncias tóxicas e à presença de inúmeras substâncias inflamáveis; 10- Prestar muita atenção ao trabalho que está realizando; 11- Sempre ler as instruções do procedimento antes de iniciar o trabalho; 12- Antes de iniciar qualquer experiência no laboratório, é importante familiarizar- se com os equipamentos disponíveis, conhecer seu funcionamento, indicação de uso e a maneira correta de manuseá-los. 13- Não correr nem brincar no laboratório; 14- Criar o hábito de ler atentamente o rótulo dos frascos antes de manusear qualquer substância para obter informações adicionais e tomar o conhecimento dos riscos e cuidados necessários na sua utilização; 15- Manter os acessos desimpedidos; 16- Manter os extintores de incêndio em condições de uso e conhecer sua localização; 17- Nunca acionar os aparelhos de proteção coletiva sem necessidade; 18- Nunca provar ou cheirar qualquer reagente químico sem autorização do professor; 19- Manipular reagentes voláteis na capela; 20- Ter sempre em mente que o laboratório é um local sério e de risco potencial; 21- Nunca trabalhar sozinho no laboratório; 22- Nunca introduzir pipetas e espátulas sujas nos frascos de reagentes; 23- Nunca pipetar líquidos com a boca, usando para isto aparelhos apropriados, como a pêra (a única exceção é a água destilada); 24- Pesquisar as propriedades físicas e a toxidez das substâncias que serão utilizadas antes de iniciar o experimento; 25- Nunca devolver reagentes que sobraram às garrafas de origem, coloque os refugos e sobras nos francos indicados para este fim; 26- Materiais que podem rolar, como pipetas, deve ser sempre colocados perpendicularmente à beirada da bancada; 27- Nunca aquecer solventes voláteis e inflamáveis, usar o banho-maria e, se possível, trabalhar na capela; 28- Não jogar material sólido nas pias 29- Não misturar substâncias ao acaso. 30- Nunca apontar a abertura do tubo de ensaio para um colega e nem olhar pela abertura se o tubo estiver sendo aquecido ou contiver água ou reagentes quentes; 31- Nunca aquecer reagentes em sistemas fechados; 32- Sempre que for necessária a diluição de um ácido concentrado, adicione-o lentamente e sob agitação sobre a água. Nunca faça o contrário. 33- Fechar cuidadosamente as torneiras dos bicos de gás após serem utilizados; 34- Nunca deixe frascos de reagentes abertos, após sua utilização; 35- O manuseio correto e a manutenção adequada de vidrarias e reagentes estão diretamente relacionados ao sucesso da experiência e à obtenção de resultados confiáveis. 36- Nunca deixe materiais próximos à beirada da bancada; 37- Se algum líquido for derramado no chão comunique imediatamente o professor para saber como limpá-lo; 38- Não jogar nenhum material sólido dentro de pias. Observar sempre a maneira correta de descartar as substâncias utilizadas ou obtidas em uma experiência; 39- Ao encerrar os trabalhos práticos, cabe ao aluno lavar a vidraria usada, colocar o material utilizado nos devidos lugares, verificar se as chapas, mantas e equipamentos utilizados estão desligados, bem como se os bicos de gás, registros e torneiras estão fechados. 40- Nos laboratórios e nos rótulos das embalagens de reagentes são utilizados símbolos de segurança, que têm a finalidade de informar e alertar sobre a existência de perigo. 1.4 Primeiros Socorros: 1. Comunique imediatamente seu professor se qualquer substância cair na sua pele. 2. Se os olhos forem atingidos por qualquer substância, lavá-los com bastante água. 1.5 Equipamentos e vidrarias: C.1 - INSTRUMENTAÇÃO DE MEDIDAS DE MASSA Equipamento Função Balança Analítica É usada para se obter massas com alta exatidão. Balanças semi-analíticas são também usadas para medidas nas quais a necessidade de resultados confiáveis não é crítica. C.2 - VIDRARIAS Vidraria Função Béquer Utilizado para dissolução ou preparação de soluções à quente, devendo ser protegido do fogo direto pelo uso, por exemplo, de telade amianto ou aquecimento em banho-maria Pipetas São usadas para transferir volumes conhecidos de líquidos. Existem no mercado vários tipos de pipetas, mas as mais populares são as pipetas graduadas (1) e as pipetas volumétricas (2). Pipeta Graduada - Usada para transferir volumes variáveis, como 10,5 mL. Pipeta volumétrica - É usada para transferir um volume fixo. A última gota não é drenada, NÃO se deve assoprar a pipeta Buretas Bureta é um tubo de vidro com escala gravada, que possibilita a medida do volume do líquido colocado em seu interior, escoado por meio de uma torneira ou válvula localizada na parte inferior (Harris, 2007). A precisão alcançável com uma bureta é substancialmente maior que a precisão de uma pipeta. Balão volumétrico Os frascos volumétricos são fabricados com capacidades que variam de 5mL a 5L e são geralmente calibrados para conter um volume específico quando preenchidos até uma linha gravada no gargalo do frasco. Eles são utilizados para a preparação de soluções-padrão e para a diluição de amostras, a volumes fixos. Proveta Frasco destinado a medidas aproximadas de volume. São encontradas no comércio provetas com volume nominal variando de cinco mililitros a alguns litros. Elenmeyer Recipiente largamente utilizado na análise titulométrica, no aquecimento de líquidos e na dissolução de substâncias. Por possuir forma cônica, é muitas vezes utilizado para conter soluções durante reações conduzidas sob agitação. Kitassato (1) (2) Frasco cônico de paredes reforçadas, munido de saída lateral (1). É usado em filtrações sob sucção usando uma bomba a vácuo (2). Funil Empregado na transferência de líquidos e em filtrações simples, com utilização papel de filtro adequado. Funil de separação Recipiente de vidro em forma de pera, que possui uma torneira. É Utilizado para separar líquidos imiscíveis. Tubo de ensaio Geralmente utilizado em reações tipo teste e em ensaios de precipitação, cristalização e solubilidade. Pode ser aquecido, com cuidado, diretamente sobre a chama do bico de gás. Balão de fundo chato Utilizado como recipiente para conter líquidos ou soluções, ou mesmo, fazer reações com desprendimento de gases. Pode ser aquecido sobre o tripé e a manta aquecedora. Balão de fundo redondo Muito usado em destilações, para colocação do líquido a ser destilado ou para a coleta do liquido após a condensação do vapor. Pode se apresentar também na forma de balão de destilação, que possui gargalo longo e é provido de saída lateral por onde passam os gases e vapores. Vidro relógio Utilizado no recolhimento de sublimados, na pesagem de substâncias sólidas, em evaporações e na secagem de sólidos não-higroscópicos. Condensador 1 2 3 Equipamento destinado à condensação de vapores, utilizado em destilações ou aquecimentos sob refluxo. Os mais comuns são: 1) condensador reto: apresenta uma superfície de condensação pequena e por isso não é apropriado para o resfriamento de líquidos de baixo ponto de ebulição. 2) condensador de bolas: empregado em refluxos. Contribui para que os vapores condensados retornem ao balão de origem. 3) condensador de serpentina: proporciona maior superfície de condensação e é usado principalmente no resfriamento de vapores de líquidos de baixo ponto de ebulição. Dessecador O dessecador é um recipiente que contém um agente de secagem de objetos chamado dessecante. Usado no armazenamento de substâncias que devem ser mantidas sob pressão reduzida ou em condições de umidade baixa. Bastão de vidro Usado na agitação e na transferência de líquidos. Quando envolvido em uma das extremidades por um tubo de látex é chamado de "policial" e é empregado na remoção quantitativa de precipitados. C.3 – MATERIAL DE PORCELANA Material Função Cápsula de porcelana Usada na evaporação de soluções, na sublimação e secagem de sólidos e na preparação de misturas. Cadinho Os cadinhos simples servem apenas como frascos. Os cadinhos de porcelana, de óxido de alumínio, de silicatos e de platina mantêm massa constante – dentro dos limites do erro experimental – e são utilizados, principalmente, para converter precipitados em uma forma adequada para a pesagem. Almofariz e pistilo Destinados à pulverização e homogeneização de sólidos, bem como na maceração de amostras que devem ser preparadas para posterior extração. Podem ser feitos de porcelana, ágata, vidro ou metal. Funil de Buchner Utilizado em filtrações por sucção (ou sob pressão reduzida), devendo ser acoplado a um frasco Kitassato. C.4 - EQUIPAMENTO DE SECAGEM A massa de muitos sólidos varia com a umidade, devido à sua tendência em absorver apreciáveis quantidades de água. Esse efeito é especialmente pronunciado quando uma grande área superficial fica exposta, como em reagentes químicos ou em uma amostra que tenha sido triturada até se tornar um pó fino. A primeira etapa em uma análise típica, então, envolve a secagem da amostra para que os resultados não sejam afetados pela umidade da atmosfera do ambiente. C.5 - EQUIPAMENTO DE IGNIÇÃO Equipamento Função Mufla É um aparelho que produz altas temperaturas. É utilizada na calcinação de substâncias por aquecimento até 1800oC. C.6 - EQUIPAMENTOS DE AQUECIMENTO Equipamento Função Bicos de bünsen http://www2.fc.unesp.br/lvq/exp01.htm Fonte de calor destinada ao aquecimento de materiais não inflamáveis. A chama de um bico de gás pode atingir temperatura de até 1500oC. Existem vários tipos de bicos de gás, mas todos obedecem a um mesmo princípio básico de funcionamento: o gás combustível é introduzido numa haste vertical, em cuja parte inferior há uma entrada de ar para suprimento de oxigênio, o gás é queimado no extremo superior da haste. Tela de amianto Tela metálica, contendo amianto, utilizada para distribuir uniformemente o calor durante o aquecimento de recipientes de vidro ou metal expostos à chama do bico de gás. Banho maria Equipamento utilizado para aquecimento e incubação de líquidos a temperaturas inferiores a 100oC. Tripé Apoio para efetuar aquecimentos de soluções em vidrarias diversas de Equipamento Função Estufa de secagem É um equipamento empregado na secagem de materiais por aquecimento. Atinge, em geral, temperaturas de até 200oC. Após a secagem o material é encaminhado ao dessecador. http://www2.fc.unesp.br/lvq/exp01.htm laboratório. É utilizado em conjunto com a manta aquecedora Manta aquecedora Utilizada no aquecimento de líquidos contidos em balões de fundo redondo C.7 - OUTROS EQUIPAMENTOS Equipamento Função Pisseta ou garrafa lavadeira Frasco próprio para armazenamento de pequenas quantidades de água destilada, álcool ou outros solventes. É usado para efetuar a lavagem de recipientes ou precipitados com jatos do líquido nele contido. Estante para tubos de ensaio Utilizado para tubos de ensaio. Pode ser feita de metal, acrílico ou madeira. Pinças Usadas para o manuseio de materiais aquecidos. Argola Usada como suporte para funis. Suporte universal Sustenta equipamentos em geral. Garras São feitas de alumínio ou ferro, podendo ou não ser dotadas de mufas. Ligam-se ao suporte universal por meio de parafusos e destinam-se à sustentação de utensílios com buretas, condensadores, frascos Kitassato e balões de fundo redondo. Pêra Acoplado a uma pipeta ajuda a “puxar” e a “expelir” pequenos volumes de líquidos. MODELO DE RELATÓRIO Um relatório é um relato detalhado de um experimento científico, geralmente realizado em laboratório. Aprender a elaborar um relatório significa, antes de tudo, aprender a organizar dados, informações e resultados obtidos e transmiti-los de maneira correta, segundoos critérios científicos aceitos no mundo todo. Assim, o relatório faz parte do experimento. Devido à importância de se saber escrever bem dados científicos, o que também é de extrema importância para professores, após a realização de alguns experimentos desta disciplina, cada equipe de alunos elaborará um Relatório Cientifico. Este deverá ser entregue, no início da próxima aula prática, impreterivelmente. Nesse relatório deverão constar obrigatoriamente, e na sequência indicada abaixo, os seguintes itens: 1- Capa: O nome da instituição, o nome dos autores, titula do experimento e local/data de realização do experimento. 2- Introdução: Compreende uma breve descrição do assunto central do experimento. Uma introdução pode conter também uma descrição teórica sobre o objeto em estudo extraído de livros textos relacionado ao assunto. 3- Objetivos: Parte do relatório onde são apresentados os objetivos específicos do experimento, ou seja, o que realmente se quer observar. Este item pode ser o último parágrafo da introdução. 4- Parte Experimental 4.1- Materiais (Reagentes, Vidraria, Equipamentos) 4.2- Métodos (Descrição dos procedimentos) Deve conter uma descrição precisa e detalhada dos procedimentos utilizados, inclusive modificações que tenham sido feitas no roteiro, informando todos os dados importantes como qualidade dos reagentes, solventes, tempo, temperatura da reação, métodos de análise, etc. Deve conter uma lista dos materiais, instrumentos, reagentes e soluções utilizadas. 5- Resultados e Discussão Os resultados obtidos devem ser apresentados da forma mais clara e completa possível, na forma de tabelas, gráficos, equações químicas, cálculos etc. Os dados devem estar inseridos dentro de um texto, seguindo uma sequência lógica e de fácil entendimento. Os resultados obtidos devem ser discutidos, ou seja, comentados pelos autores. Devem discutir possíveis fontes de erro, correlacioná-los com os dados obtidos, e, sempre que possível, comparar os resultados obtidos com os da literatura. 6- Conclusões Constitui numa análise crítica e resumida do trabalho todo tendo relação estreita com os objetivos propostos. Neste item deve ser verificado se os objetivos específicos foram atingidos, podendo-se ainda fazer proposições que levem a melhores resultados. 7- Exercícios de Fixação e Questões Extras 8- Referências Bibliográficas Lista de livros ou obras de referência e artigos de revistas utilizados na confecção dos relatórios. É OBRIGATÓRIO O USO DA APOSTILA DE PRÁTICAS, DESDE O PRIMEIRO DIA, PARA ESTAR PRESENTE NAS RESPECTIVAS AULAS PRÁTICAS!!!! O RELATÓRIO DEVE SER MANUSCRITO. 2 – Apresentação do laboratório ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 1- Parte experimental; 2- Resultados e discussão. Introdução Segurança O Laboratório é o local construído com a finalidade de se realizar experimentos, ou seja, reações químicas e físicas. Os reagentes utilizados para preparar as reações oferecem diversos riscos, pois se tratam de ácidos fortes, gases, soluções superaquecidas, entre outras. É justamente por isso que o estudante deve ter em mãos os chamados equipamentos proteção individual (EPI): avental de mangas longas (jaleco) para proteger os braços, sapato fechado e luvas de borracha. Deve contar ainda, para um laboratório oferecer maior segurança aos estudantes, com água em abundância, equipamentos de primeiros socorros, ventilação e iluminação favoráveis. Um estudante nunca deve misturar reagentes sem a autorização de seu professor. Vidrarias e equipamentos Para a execução de qualquer experimento em um laboratório de Química envolve geralmente o uso de uma variedade de vidrarias e equipamentos com finalidades específicas. Exercícios de fixação 1. Que cuidados devem ser tomados para a diluição de um ácido concentrado? Justifique sua resposta. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 2. O que é capela? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 3. Como se deve proceder se os olhos forem atingidos por respingos de ácido ou base? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 4. Por que se deve trabalhar de jaleco em um laboratório de química? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Objetivo: Conhecer as vidrarias disponíveis no laboratório. Materiais Vidrarias disponíveis no laboratório como béqueres, pipetas, provetas, balões, buretas, erlenmeyers etc. Parte experimental Preencha a tabela fazendo o desenho dos equipamentos apresentados em sua bancada, escreva o nome de cada um deles, a finalidade de uso e o desvio avaliado. Tabela 1: Equipamentos utilizados em laboratório e suas finalidades Desenho do equipamento Nome Finalidade Desvio Avaliado Exercícios 1. Qual a diferença entre uma vidraria graduada e uma volumétrica? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 3. Por que as sobras de reagentes devem ser armazenadas e não jogadas na pia ou lixo? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Referências Bibliográficas HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 7 a . ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 3 – Erros e medidas ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação 3- Estudo dirigido ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 4- Parte experimental; 5- Resultados e discussão. Introdução O processo científico é iniciado com observações, embora estas sejam algumas vezes acidentais, são normalmente realizadas sob condições rigorosamente controladas no laboratório. As observações podem ser qualitativas (pode-se observar, por exemplo, que a cor da oxidação do ferro é simplesmente marrom avermelhada) ou quantitativas (pode-se observar qual a massa obtida de um produto numa reação). Nenhuma ciência pode progredir muito sem se valer de observações quantitativas; isto significa que devemos fazer medidas. Um processo de medida envolve, geralmente, a leitura de números em algum instrumento; em consequência, tem-se quase sempre alguma limitação no número de dígitos que expressam um determinado valor experimentalmente. Cada medida, não importando o grau de cuidado com qual ela é feita, está sujeita a erro experimental. A magnitude desse erro pode ser expressa, de um modo simples, usando-se algarismos significativos. 3.2 Grandeza química Uma grandeza sempre pode ser considerada um produto de um valor numérico com uma unidade:Grandeza química = número x unidade Exemplos: A massa m de um corpo é m = 25,3 g, o volume de um balão volumétrico é 50 mL. Em química as principais grandezas são: Tabela 1 – Grandezas básicas em Química Grandeza básica Unidade (SI) Comprimento M Massa Kg Volume L Quantidade de substância Mol ERROS: É a diferença entre o valor encontrado em uma medida e o valor real desta medida. Erro = Medida Real – Medida Experimental. Entretanto, nem sempre o valor real é conhecido. Existem alguns tipos de erros: Erro Grosseiro: aquele cometido por um engano grosseiro, como por exemplo a troca de algarismos ao registrar algum número. Erro Sistemático: acontece devido a uma causa sistemática, como erro da calibração do equipamento ou erro do operador. É um erro repetitivo e difícil de ser detectado. Uma forma de encontra-lo é medir uma amostra de valor conhecido e certificado. Erros aleatórios: são erros que interferem na precisão de um experimento e fazem com que resultado flutue em torno da média. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Os algarismos significativos são importantes quando é necessário expressar o valor de uma dada grandeza determinada experimentalmente. Esse valor pode ser obtido diretamente (ex.: determinação da massa de uma substância por pesagem ou a determinação do volume de uma solução com uma pipeta ou bureta) ou indiretamente, a partir dos valores de outras grandezas medidas (ex.: cálculo da concentração de uma solução a partir da massa do soluto e do volume da solução). Quando se fala de algarismos significativos de um número, refere-se aos dígitos que representam um resultado experimental, de modo que apenas o último algarismo seja duvidoso. O número de algarismos significativos expressa a precisão de uma medida. A tabela abaixo mostra as regras de arredondamento do número à direita do último algarismo significativo: Tabela 2: Regras para o arredondamento de números. Caso Regra Exemplo Maior que 5 Aumenta 1 unidade 5,4987 = 5,499 Igual a 5 Se o último algarismo significativo for par – mantém-se igual. Se o último algarismo significativo for ímpar – aumenta 1 unidade. Par: 3,2845 = 3,284 Ímpar: 9,135 = 9,14 Menor que 5 Mantem-se igual 2,1921 = 2,192 Operações com algarismos significativos: Soma e subtração: se os dois números a serem somados ou subtraídos têm o mesmo número de algarismos, a resposta deve ter o mesmo número de casas decimais que os números envolvidos na operação: 1,362 x 10-4 + 3,11 x 10-4 4,472 x 10-4 O resultado dessa operação deve ser escrito com 3 algarismos significativos, pois o menor número de algarismos significativos envolvidos na operação é 3. Dessa forma, temos como resposta 4,47 x 10-4. Multiplicação e divisão: Em uma multiplicação levando em consideração os algarismos significativos o resultado deve ter o mesmo número de algarismos significativos do operando com a menor quantidade de algarismos significativos. 3,26 x 10-5 x 1,78 = 5,80 x 10-5 A potência de 10 não influencia em nada o número de algarismos significativos que devem ser mantidos. 4,02 : 2 = 2 A não ser que 2 é uma constante, cujo valor tem um número arbitrariamente elevado de algarismos significativos. Neste último caso, íamos obter: 4,02 : 2= 2,01 (aqui 2 - é uma constante, com valor absolutamente certo) Formas de Medição Os instrumentos comuns de medida de volume de líquido são de dois tipos: os que medem volume variáveis (e para tanto possuem uma escala graduada) e os que medem volumes definidos (e para tanto possuem apenas um risco ou marca). A medida de volumes de líquidos, em qualquer um dos instrumentos mencionados, implica numa comparação da altura do líquido com uma divisão da escala graduada ou com a marca. A altura do líquido é definida por um menisco, que geralmente é côncavo, a parte inferior do menisco deve ser usada como referência nas medidas de volume. O regime de escoamento para qualquer dos instrumentos mencionados para volume não é total, sobrando sempre líquido na ponta ou em suas laterais. Para obter medições mais precisas, o que fica do volume nos instrumentos, não deve ser transferido, pois essa quantidade já é levada em conta pelo fabricante. Quando medimos a massa, medimos a quantidade de matéria que a amostra contém. Uma vez que a aceleração da gravidade é constante para um ponto determinado da superfície terrestre, o peso é proporcional à massa. Figura 1 – Instrumentos de medida de volume. Da esquerda para direita, temos; pipeta volumétrica, pipeta graduada, balão volumétrico, bureta e proveta ou cilindro graduado. Objetivo: Apresentar ao aluno vidrarias de diferentes graus de precisão e através de medições práticas realizadas, fazer com que o mesmo possa familiarizar-se com tais instrumentos além de fazer aplicações práticas de Algarismos Significativos na obtenção e apresentação dos resultados Exercícios de Fixação 1. O que é uma grandeza química? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2. O que são erros sistemático, aleatório e grosseiro? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 3. Como é feita a medição de um volume de um líquido? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Materiais Provetas de 100 ml, 50 ml e 10 ml Pipeta volumétrica de 5ml Pipeta graduada de 5ml Béquer de 100ml Balão volumétrico de 50ml Bureta de 50ml Balança Analítica Parte Experimental 1. Comparação de volumes medidos com a proveta e com o balão volumétrico a) Meça cinquenta mililitros de água destilada em uma proveta adequada e transfira para um balão volumétrico de cinquenta mililitros de capacidade. Anote as medidas. Tabela 3: Comparação entre volumes medidos em vidrarias diferentes Vidraria Volumes(ml) Justificativa Proveta Balão Volumétrico b) Justifique se houve ou não coincidência nas medidas. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 2. Comparação de volumes medidos com a proveta e com a bureta a) Recolha cinquenta mililitros de água em uma bureta adequada, transporte para uma proveta de 100 ml de capacidade. Anote corretamente os valores medidos. Tabela 4: Comparação entre volumes medidos em uma bureta e uma proveta. Vidraria Desvio Volume (mL) Bureta Proveta b) Justifique se houve ou não coincidência entre eles. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 3. Adição de volumes medidos em instrumentos diferentes a) Em uma proveta de cinquenta mililitros de capacidade, adicione : cinco mililitros de água medidos em uma pipeta volumétrica; cinco mililitros de água medidos em uma pipeta graduada; cinco mililitros de água medidos em uma bureta; dez mililitros de água medidos em uma proveta. Tabela 5: Somatório de volumes medidos em instrumentos diferentes. Instrumento Desvio Medida (mL)Pipeta volumétrica Pipeta graduada Bureta Proveta b) Anote corretamente o volume de água existente na proveta na qual foram coletados os líquidos. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ c) Calcule e expresse o valor resultante da soma dos valores adicionados, considerando a precisão de cada instrumento. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ d) Compare o valor calculado com o valor observado. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Parte 4: Treino de pesagem a) Pese um béquer de cem mililitros de capacidade e determine a sua massa em gramas. Adicione a este béquer cinquenta mililitros de água medidos em uma proveta e determine a massa deste conjunto. Tabela 6: Massas do bequer vazio, do béquer com a água e da água e o volume medido. Peso do béquer Peso do béquer com água Peso de água Volume estimado de água b) Comparare o valor do volume de água medido com o valor calculado. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ c) Justifique se houve coincidência destes valores e as possíveis causas de erros. Considere 3OH m/kg10002 . ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Referências bibliográficas HARRIS, Daniel C. Análise química quantitativa. 7 a . ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. Estudo Dirigido de Algarismos Significativos 1. Indique quantos algarismos significativos há em cada um dos seguintes números: a) 25,42 b) 15,32 c) 0,152 d) 0,000103 e) 2,01. 10-2 f) 10,00000 g) 0,00000000000032 2. Expresse cada um dos seguintes números com notação exponencial, com um dígito à esquerda da vírgula no coeficiente. a) 415,546 b) 0,2654 c) 0,000000000123 d) 9000 e) 300,975 3. Arredonde cada um dos seguintes números com dois algarismos significativos. a) 76,8 b) 76,4 c) 76,5 d) 76,45 e) 9,545x10-9 f) 4,789x102 4. Calcule e expresse, corretamente, o resultado das seguintes operações. a) 25,00 mL + 31,2 mL + 9 mL = b) 444 g - 22,2 g= c) 20 m 4.000 s = d) 2,0 g/mL x 2,220 mL = 5. Descreva como você procederia para realizar uma pesagem, por diferença, de 5,6643g de NaCl, sendo a massa do recipiente (vidro de relógio) igual a 10,2590g. _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 6) Para a preparação de uma solução a partir de um reagente líquido, qual o material utilizado, o procedimento a ser adotado e os cuidados necessários? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 7) Faça o arredondamento dos números abaixo, para três casas decimais após a vírgula. a) 120, 4784 = __________ b) 83, 1236 = ___________ c) 71, 2315 = ___________ d) 457,1025 = __________ 4 - Teste da Chama ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 3- Parte experimental; 4- Resultados e discussão. Introdução Segundo o modelo atômico proposto por Bohr, o átomo é representado por camadas ou níveis de energia. O elétron, no átomo de Bohr, descreve uma órbita circular ao redor do núcleo sem ganhar ou perder energia. Bohr propôs que ao receber energia o elétron fica excitado, passando da sua camada para outra camada mais energética, e quando a fonte de energia é retirada o elétron retorna a camada de origem, liberando esta energia sob a forma de luz. Figura 1: Representação do modelo atômico de Bohr. Assim, os átomos excitados de um determinado elemento, ao voltarem ao seu estado fundamental, emitem radiação que, quando decomposta, constitui um espectro de linhas característico e único do elemento químico. Este espectro de linhas, chamado de espectro atômico funciona como uma impressão digital do elemento químico. E = h E = h Figura 02: Espectro Eletromagnético A análise espectral é o conjunto de técnicas que permitem a identificação dos elementos químicos constituintes de uma amostra através da análise dos espectros obtidos. A maioria destas técnicas de análise espectral tem como pré-requisito a excitação dos átomos da amostra a analisar. O processo de excitação pode ser obtido por: - elevação de temperatura (teste de chama); - descarga elétrica através de uma amostra gasosa e rarefeita; - ação da radiação eletromagnética. Uma técnica analítica simples para identificar elementos químicos presentes numa amostra é o teste de chama também conhecida como análise elementar por via seca. O teste de chama então, se baseia no fato de que elétrons de determinados átomos excitados na chama do bico de gás emitem uma radiação visível característica do elemento, ao retornarem aos estados energéticos de origem. Essa radiação serve para caracterizar, por exemplo, elementos como Na, K, Li, Ca e Sr que possuem energia de excitação baixa e também para dosá-los por um método de análise chamado espectrofotometria de chama. Outra aplicação importante dessa característica dos elementos e a Absorção Atômica. Nesse tipo de técnica os elementos são vaporizados em uma chama na qual se faz passar um feixe luminoso produzido por uma lâmpada especial constituída pelo próprio elemento em estudo. Os átomos vaporizados absorverão somente as radiações características dele. Estas radiações são registradas graficamente na forma de um espectro de absorção. A absorção do elemento é então comparada com a absorção de padrões de concentrações conhecidas. Na absorção atômica quase todos os metais são dosados mesmo em pequenas quantidades, tornando esse método um dos mais importantes na identificação de metais. Objetivo: Verificar a coloração da chama provocada pela presença de alguns íons metálicos. Exercícios de Fixação 1) Faça um resumo com os principais modelos atômicos estudados, relacionando o modelo e o experimento. Parte Experimental Materiais e Reagentes: Fósforo Bico de Bunsen Alça de Platina Solução de HCl 3M Água Destilada Béquer Tubos de Ensaio Suporte Soluções de: cloreto de lítio, cloreto de estrôncio, cloreto de potássio, cloreto de cálcio e sulfato de cobre (II) Fita de Magnésio Metodologia: Limpeza da alça 1 - Coloque em um tubo de ensaio um pequeno volume de HCl (aq) e no outro, água destilada. 2 - Mergulhe a alça metálica no ácido e leve a chama aquecendo até o rubro. Repita a operação usando água destilada e em seguida ácido, água, etc., até que não se observe nenhuma coloração diferente da original da chama. Neste caso,a alça estará completamente limpa de íons interferentes. Figura 3. Limpeza da alça Teste com as soluções escolhidas 1 - Coloque em tubos de ensaio algumas gotas das soluções escolhidas, uma de cada vez. 2 - Introduza a alça metálica, completamente limpa, na solução a ser testada e depois leve a alça a chama do bico de gás. 3 - Anote os dados na tabela própria 4 - Compare os resultados com os da literatura Resultados e Discussão A Tabela 1 indica o símbolo dos elementos e suas cores correspondentes, quando submetidas ao teste da chama. Tabela 01: Cores características de alguns elementos no teste de chama. Símbolo Nome Cor Símbolo Nome Cor As Arsênio Azul P Fósforo Verde turquesa B Boro Verde Pb Chumbo Azul Ba Bário Verde Rb Rubídio Vermelha Ca Cálcio Laranja para vermelho Sb Antimônio Verde pálido Cs Césio Azul Se Selênio Azul celeste Cu(I) Cobre(I) Azul Sr Estrôncio Vermelho carmesim Cu(II) Cobre(II) (não-haleto) Verde Te Telúrio Verde pálido Fe Ferro Dourada Tl Tálio Verde puro K Potássio Lilás Zn Zinco Verde Turquesa Li Lítio Magenta Mo Molibdênio Verde amarelado Mg Magnésio Branco brilhante Na Sódio Amarelo intenso A Tabela 2 deve ser preenchida com os dados de nome da substância de cada amostra, cor da chama e elemento presente. Tabela 2: Dados de nome das substâncias, cor da chama e elemento detectado. Amostra (cor da chama) Cor da Chama Elemento presente 1- 2- 3- 4- 5- 6- Conclusões Anote as conclusões do experimento. Referências 1- Lula, I.S.; Pádua, A.P. Aulas Práticas de Química Geral; Instituto de Engenharia e Tecnologia – UNIBH, Belo Horizonte, 2013 (Adaptado). 5 - Processo De Separação De Misturas ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 3- Procedimento operacional padrão; 4- Parte experimental; 5- Resultados e discussão. INTRODUÇÃO Várias substâncias são encontradas na natureza como misturas de dois ou mais componentes. Da mesma forma, quando preparamos compostos no laboratório, frequentemente obtemos misturas nas quais as substâncias componentes retêm sua identidade e suas propriedades fundamentais. Estas misturas podem ser homogêneas ou heterogêneas, dependendo de elas apresentarem uma única fase ou mais de uma fase, respectivamente. Por exemplo, o álcool e a água formam uma mistura homogênea, mas água e a gasolina são classificadas como uma mistura heterogênea. Se um dos componentes de uma mistura estiver presente numa quantidade muito maior que os outros componentes, a mistura pode ser considerada como uma substância impura e os componentes em menores quantidades são considerados como impurezas. Um dos problemas frequentemente encontrados num laboratório de química é a separação dos componentes de uma mistura, incluindo a purificação de substâncias impuras. Há basicamente dois tipos de processos de separação: os processos mecânicos e os processos físicos. Nos processos mecânicos de separação não ocorrem transformações físicas ou químicas das substâncias, e, geralmente, são utilizados para separar misturas heterogêneas. Alguns exemplos de processos mecânicos são a catação, a peneiração, a decantação, a centrifugação e a filtração. Por outro lado, nos processos físicos de separação ocorrem transformações físicas das substâncias, como por exemplo, a mudança de estado líquido para gasoso de uma determinada substância. Esses processos de separação são mais eficientes e, geralmente, são usados para separar misturas homogêneas e para purificar substâncias. Alguns exemplos são: dissolução fracionada, recristalização, fusão fracionada, sublimação, destilação simples e fracionada, etc. A filtração é o processo utilizado para a separação de uma mistura heterogênea formada por sólidos suspensos em líquidos. Certas reações químicas que ocorrem em solução formam sólidos insolúveis chamados precipitados. No laboratório, estes precipitados são geralmente separados da mistura através de filtração com um papel de filtro. O líquido que passa pelo papel é chamado de filtrado e o sólido que permanece no filtro é o resíduo ou precipitado. Objetivo: Realizar a separação de alguns tipos de misturas a fim de conhecer os principais processos utilizados e os equipamentos de laboratório envolvidos. Exercícios de Fixação 1) O que é uma mistura homogênea? E heterogênea? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 2) Cite exemplos de misturas homogêneas e heterogêneas. ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ 3) Explique o processo de destilação fracionada? Qual a sua importância no processo de refino do petróleo? ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Materiais Balança Analítica Pipeta graduada béquer de 100,00 mL pipeta de Pasteur funil de decantação proveta papel de filtro funil suporte universal argola para fixação do funil vidro de relógio imã Três sistemas com as misturas a seguir: a) Sílica e cloreto de sódio b) Água e óleo c) limalha de ferro e sílica. Parte experimental Para realização de separação de misturas deve-se levar em consideração os estados físicos das amostras, se há miscibilidade (a mistura é homogênea ou heterogênea), as diferenças de propriedades físicas dos materiais como temperatura de fusão ou ebulição, capacidade magnética, densidade. Em nosso caso não existe um roteiro e você deverá ser capaz, junto com seu grupo e após a explicação do seu professor, de traçar uma estratégia para a separação das misturas e a quantificação de cada uma das misturas. Dicas para execução do trabalho: 1- Observe as misturas fornecidas no laboratório. 2- Relacione vidrarias e equipamentos necessários para essas medidas por nome. 3- Trace um roteiro de separação de misturas baseado nas propriedades de cada material. 4- Distribua as tarefas no grupo para que a quantificação seja realizada e desenvolva um POP para cada separação de mistura com resultados. 36 POP – Procedimento Operacional Padrão _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________Resultados _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Conclusões _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 37 _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ Referências Bibliográficas UNA, Centro Universitário. Apostila de Química Geral Prática; Instituto Politécnico - UNA. Belo Horizonte, Minas Gerais, 2015. 38 6 - Estequiometria ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 3- Parte experimental; Resultados e discussão. Introdução A estequiometria (stoicheon = elemento e metron = medida) é o ramo da química que relaciona quantidade das substâncias a partir das fórmulas químicas. Modernamente, a Estequiometria compreende as informações quantitativas relacionadas a fórmulas e equações químicas, e está baseada nas leis ponderais, principalmente, na lei da conservação das massas e na lei das proporções fixas (ou definidas) (CAZZARO, 1999). A lei da conservação das massas pode ser enunciada como “[...] a soma das massas dos reagentes é sempre igual à soma das massas dos produtos” (LAVOISIER, 1785 apud CAZZARO, 1999). Já a lei das proporções fixas pode ser enunciada como “[...] uma substância qualquer que seja sua origem, apresenta sempre a mesma composição em massa” (PROUST, 1799 apud CAZZARO, 1999). As leis ponderais, importantes para o estabelecimento da Química como ciência, estão subjacentes à teoria atômica de Dalton (CAZZARO, 1999. Está relacionada com as leis ponderais, principalmente da conservação de massa e proporções definidas. As leis ponderais estão diretamente relacionadas com a teoria atômica de Dalton, onde é possível determinar a quantidade das substâncias que participam das reações químicas. De uma maneira geral, conhecendo-se a equação de um determinado processo químico é possível calcular a quantidade de reagentes e produtos presentes. Os cálculos estequiométricos envolvem os seguintes conceitos: 1- Previsão da quantidade total de produto; 2- Cálculo da quantidade de reagentes necessários para formar determinada quantidade de produtos; 3- Rendimento reacional; 4- Cálculo da quantidade dos reagentes levando em conta as purezas; 5- Reagentes limitantes e reagentes e reagentes em excesso. Todos esses conceitos serão estudados em sala de aula. Tendo em vista os conceitos de estequiometria, neste experimento serão estudadas duas hipóteses para a reação de decomposição de bicarbonato de sódio (NaHCO3): 1ª Hipótese: NaHCO3 (s) → NaOH (s) + CO2 (g) (1) 2ª Hipótese: 2 NaHCO3 (s) → Na2CO3 (s) + H2O (g) + CO2 (g) (2) 39 Cada uma das hipóteses apresenta produtos diferentes, por exemplo, na segunda hipótese há formação de água no estado físico gasoso (H2O(g)) o que não se observa na primeira hipótese. Se não houver presença de água nos vapores, a primeira hipótese pode ser excluída. A dúvida pode ser sanada, colocando sobre a boca do béquer uma placa metálica ou um vidro de relógio, onde o vapor de água poderá ser condensado: o que efetivamente acontece (Lula, 2015). Outra forma de analisar as hipóteses é por meio da análise do sólido residual obtido a partir de um estudo em um sistema aberto. Usando os dados de massa molar, temos: 1ª Hipótese NaHCO3(s) → NaOH(s) + CO2(g) Massas molares NaHCO3 = (23 + 1 + 12 + (3x16)) = 84 g/mol NaOH = (23 + 16 + 1) = 40 g/mol 2ª Hipótese 2 NaHCO3 (s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g) Cada dois mols de NaHCO3 (2 x 84 g) deveriam formar 1mol de Na2CO3, ou seja 106 g: 2 mols de NaHCO3 = 2 x 84 = 168 g/mol Na2CO3 = ((2 x 23) + 12 + (3 x 16)) = 106 g/mol Estudo das Hipóteses: Se partíssemos de 5 gramas de NaHCO3, por exemplo, segundo os cálculos acima deveríamos obter, uma vez terminada a REAÇÃO 1: 84 g de NaHCO3 ------------------ 40g de NaOH x= 2,38 g de NaOH (massa do sólido residual) 5 g de NaHCO3 -------------------- x Segundo a REAÇÃO 2: 168 g de NaHCO3 ------------------- 106 g de Na2CO3 x= 3,15 g de NaOH (massa do sólido residual) 5 g de NaHCO3 -------------------- x Objetivo: Determinar qual das hipóteses explica a decomposição térmica do bicarbonato de sódio (NaHCO3). Exercícios de Fixação: 1. O que é mol ? 40 2. Como determinar a partir de uma quantidade de massa o número de mols? 3. Como é feito o cálculo da mossa molecular de um composto? 4. Faça o balanceamento da equação abaixo. HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + H2O 5. Escreva a equação balanceada que descreve a reação entre o KI e o Pb(NO3)2, levando a formação de PbI2 e KNO3 6. Qual quantidade de matéria (mol) contida em 66,2 g de Pb(NO3)2 7. Determine quantos mols de KI são necessários para reagir com 66,2 g de Pb(NO3)2. Parte Experimental: Materiais o Bicarbonato de sódio o Béquer; o Pinça e/ou garra; o Bastão de vidro; o Balança; o Bico de Bunsen; o Tripé; o Tela de amianto. Métodos 1- Utilizando um béquer, pese cerca de 4 g de bicarbonato de sódio (NaHCO3), fazendo as anotações na tabela abaixo: Tabela 1: Dados de pesagem de bicarbonato de sódio no início do experimento: Peso do béquer vazio Peso do Béquer + Amostra Peso da Amostra **** não esqueça de anotar o desvio da balança**** 2- Leve o sólido para aquecer no béquer durante 15 minutos, agitando constantemente. 3- Deixe esfriar. 4- Pese novamente o béquer com a amostra e anote, na tabela abaixo os dados solicitados. Tabela 2: Dados de pesagem de bicarbonato de sódio no início do experimento: Peso do béquer vazio Peso do Béquer + Resíduo Peso do Resíduo **** não esqueça de anotar o desvio da balança**** 5- Calcule qual das hipóteses podem explicar o processo: 6- Escreva a equação que corresponde o processo ocorrido. 7- Leve o béquer ao aquecimento novamente por 5 minutos, para confirmar a hipótese e anote os dados solicitados na tabela abaixo: Tabela 3: Dados de pesagem debicarbonato de sódio no início do experimento: Peso do béquer vazio Peso do Béquer + Resíduo Peso do Resíduo 42 **** não esqueça de anotar o desvio da balança**** 8- Calcule o rendimento reacional: Resultados e Discussão a) Compare os resultados obtidos nas Tabelas 2 e 3 e discuta se há alguma diferença: b) Qual das duas hipóteses descreve o processo? Escreva a equação e explique: Conclusões a) Escreva as conclusões do experimento: 43 Referências 1- Lula, I.S.; Pádua, A.P. Aulas Práticas de Química Geral; Instituto de Engenharia e Tecnologia – UNIBH, Belo Horizonte, 2015. 2- Maia, A.S. e Osorio, V.K.L. Decomposição Térmica Do Bicarbonato De Sódio – Do Processo Solvay Ao Diagrama Tipoellingham. Quim. Nova, Vol. 26, No. 4, 595- 601, 2003. 4- Cazzaro, F. Um experimento envolvendo estequiometria. Química Nova na Escola, no.10, 53-54, 1999. 44 7 - Aquecimento e Medida de Temperatura ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 3- Parte experimental; 4- Resultados e discussão. Introdução Os conceitos relacionados às substâncias levam em conta seu aspecto submicroscópico, por exemplo, elemento químico é considerado um tipo de átomo (diferenciado pelo número de prótons, ou número atômico), o conceito de substâncias envolve um agrupamento definido de determinados átomos que podem ser formados por um elemento ou mais elementos, a substância, por sua vez pode ser simples é aquela que é formada por apenas um elemento (exemplo, H2, N2, O2, O3), substância composta seria aquela formada por mais de um elemento químico (H2O, H2SO4). Conhecendo-se as substâncias, é possível estudar os sistemas, sendo que um sistema é uma parte do universo em estudo. Temos sistemas homogêneos (que apresentam apenas uma fase visível), sistemas heterogêneos (que apresenta mais de uma fase visível) e sistemas coloidais (que apresentam mais de uma fase na escala microscópica). Quando estudamos um sistema, ele pode conter uma ou mais substâncias, o sistema formado por uma substância contém uma substância pura, o sistema que contém mais que uma substância é uma mistura. Experimentalmente é possível determinar o tipo de sistema estudando-se o aquecimento ou resfriamento de um sistema. Ao aquecer um sistema, por exemplo, ocorre o aumento da temperatura, no entanto, quando ocorre alguma transformação física (passagem de estados físicos, sólido para líquido ou líquido para gasoso) a taxa de crescimento da temperatura diminui ou a temperatura permanece constante. Se o sistema é composto por uma substância pura, a temperatura das duas transformações físicas de estado físico sólido até gasoso ou de estado físico gasoso até o sólido são constantes. Em caso de misturas, ao menos uma destas duas transformações terá uma taxa de crescimento variável (mas em menor quantidade do que a do início do aquecimento ou resfriamento). Além disso a mistura pode ser classificada como mistura eutética (com ponto de fusão constante e de ebulição variável), mistura azeotrópica (com ponto de ebulição constante e de fusão variável), ou uma mistura (que apresenta tanto ponto de fusão como de ebulição variável). Combustão, aquecimento e temperatura Combustão e Fonte de Energia 45 Uma maneira simples de se obter calor no laboratório é queimando gás de cozinha num bico de gás. O gás de cozinha ou gás liquefeito de petróleo (GLP), utilizado como combustível no bico de gás, é uma mistura gasosa onde predominam o propano (C3H8) e o butano (C4H10). Quando a combustão do gás consome a quantidade suficiente de ar, ela é completa: produz dióxido de carbono (CO2), água e a máxima quantidade de energia possível. Se a quantidade de ar for insuficiente, a combustão será incompleta, e haverá produção adicional de monóxido de carbono (CO), fuligem (C(s) ) e vários outros produtos, além de reduzir a produção de calor. O monóxido de carbono é tóxico. Aquecimento de líquidos O aquecimento de líquidos requer cuidados. Quando o aquecimento é feito lentamente, as correntes térmicas homogeneízam a temperatura em toda a amostra. Se o aquecimento for rápido, uma região do líquido pode se superaquecer, ocorrer vaporização de parte do líquido e ocorrer projeção do material. A tela de amianto colocada sob um béquer, onde se aquece água, espalha o calor evitando que uma região do fundo do recipiente sofra superaquecimento. As pérolas de vidro movimentando-se no meio de um líquido em aquecimento mistura o líquido quente com o líquido frio. Também se pode evitar o superaquecimento agitando o líquido com um bastão de vidro. A difusão do calor pelas correntes térmicas é a maneira natural de a temperatura do líquido ser homogeneizada. Quando a pressão de vapor de um líquido iguala-se à pressão atmosférica, ele entra em ebulição. O líquido e o vapor entram em equilíbrio térmico e a temperatura permanece constante, como você irá comprovar. Temperatura A temperatura mede o estado de aquecimento de um corpo (muito ou pouco quente). Ela é uma propriedade intensiva: não depende da massa do corpo. É a temperatura que nos dá a sensação de quente ou frio. Ela é uma medida da energia cinética média do material que constitui o corpo. Existem várias maneiras de se medir a temperatura. Os termômetros de vidro são frágeis e, portanto, devem ser manuseados com cuidado. Objetivos: Manusear o bico de gás; aquecer líquidos; manusear o termômetro; observar a ebulição; traçar gráficos; estudo do aquecimento de um líquido e proposta do tipo de sistema que o compõe. 46 Exercícios de Fixação 1- Esboce os gráficos de aquecimento de: (a) uma mistura, (b) uma mistura eutética e (c) uma mistura azeotrópica. 47 2- Quais são os principais constituintes do gás liquefeito de petróleo? 3- Quais são as diferenças entre combustão completa e incompleta? 4- Quais são os inconvenientes da combustão incompleta? 5- Qual é o principal cuidado que se deve ter ao trabalhar com o bico de gás? 6- Como proceder no caso de vazamento de gás e em caso de incêndio? 7- Como se pode evitar o superaquecimento de líquidos? 8- O que é temperatura? 9- Cite dois cuidados que se deve ter ao utilizar um termômetro. Parte Experimental 1- O manuseio do bico de gás Atenção: Não abra demasiadamente as válvulas ao acender o bico de gás. Afaste os objetos e materiais inflamáveis do bico de gás. Se você tem cabelos compridos, prenda-os. Não ligue o bico de gás debaixo do termômetro ou da garra que está presa ao suporte metálico. 48 Para ligar: 1. Localize as válvulas de saída de gás na bancada e na sua mesa 2. Feche a entrada de ar (uma válvula que fica na parte inferior do aparelho); 3. Acenda um fósforo e o aproxime da parte superior, que é o ponto mais alto da câmara de mistura; 4. Abra a válvula de gás do aparelho; 5. Regule a chama através dessa válvula; 6. Regularize a coloração da chama. Para desligar: Desligue o bico de gás fechando a válvula da mesa e, depois, a válvula do bico. 2- O manuseio do termômetro: Exame da escala do termômetro: 2.1. Qual é a temperatura máxima que o termômetro pode medir?_____________________ 2.2 Qual é a temperatura mínima que o termômetro pode medir? _____________________ 2.3. Qual é o valor da menor divisão da escala? ____________________________________ 2.4. Qual é o valor do desvio avaliado?___________________________________________ Observações importantes: 1- O desvio avaliado é a metade da menor divisão da escala. 2- O desvio avaliado é o erro que será atribuídoàs medidas efetuadas com esse termômetro. 3- Montagem do Experimento: Faça montagem para aquecimento, conforme a figura a seguir. Figura 1: Montagem para o aquecimento Atenção: 1. Não encoste o termômetro no fundo ou nas paredes do béquer. 2. A garra que prende o termômetro não deve cobrir a região que marca 100 oC. 49 Após a montagem, siga o roteiro a seguir: 1- Coloque cerca de 100 mL de água destilada em um béquer. 2- Prenda o termômetro no suporte, calçando a garra com um anel de borracha ou uma rolha, de maneira que o seu bulbo (parte inferior) fique imerso na água. 3- Meça a temperatura da água, sem tirar o termômetro dela. (Este será o ponto zero da curva). 4- Anote a temperatura da água usando o número correto de algarismos e a unidade considerando o desvio (na tabela da página 37). 5- Coloque 5 ou 6 pérolas de vidro ou pedaços de porcelana no béquer. Acenda o bico de gás e aqueça o béquer. 6- Observe as pérolas de vidro, a formação de bolhas de ar e as correntes térmicas, durante o aquecimento. 7- Acompanhe o aquecimento do sistema anotando os dados de temperatura na Tabela 1, (Pag. 37), em intervalos de tempo fixos de 30 segundos. 8- Quando o líquido entrar em ebulição continue acompanhando o aquecimento por mais três minutos, anotando a temperatura na Tabela 1 (30 em 30 seg.). 9- Desligue o bico de gás, fechando as válvulas da mesa e depois a válvula do bico de gás. Resultados e Discussão 1. Descreva o que você observou durante o aquecimento da água. 2. De que são constituídas as bolhas que aparecem na água, no início do aquecimento? 3. De que são constituídas as bolhas que se desprendem da água em ebulição? 4. Escreva a equação química correspondente à vaporização da água. 5. Compare o valor encontrado para a temperatura de ebulição da água com o valor esperado (100°C a 1 atm). Explique a discrepância de valores. 50 6. Com os dados obtidos durante o experimento construa um gráfico mostrando a variação da temperatura (eixo Y) em função do tempo (eixo X). Discuta o resultado obtido TABELA 1: Tempo (seg) Temperatura (0c) Tempo (seg) Temperatura (0c) Tempo (seg) Temperatura (0c) 51 GRÁFICO 1: 52 Conclusões Escreva as conclusões do experimento: Referência 3- Lula, I.S.; Pádua, A.P. Aulas Práticas de Química Geral; Instituto de Engenharia e Tecnologia – UNIBH, Belo Horizonte, 2015. 53 54 8 - Preparação de Soluções Ácidas e Básicas ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 3- Parte experimental; 4- Resultados e discussão. Introdução Preparo, diluição e transformação de unidades Soluções são misturas homogêneas formadas por dois ou mais constituintes, a solução é formada por soluto (substância dissolvida) e solventes (substância predominante que dissolve o soluto). Geralmente, o constituinte que confere forma física à solução ou que está em maior proporção é denominado solvente e os demais solutos. Muitas substâncias são mais facilmente manipuláveis quando estão dissolvidas. Por isso, as soluções líquidas são comuns nos laboratórios e merecem, neste curso, atenção especial. Uma maneira de quantificar quantidade de soluto presente na solução é calculando-se a concentração. Quimicamente uma solução é representada pela fórmula do soluto, o solvente (entre parênteses) e, finalmente, acrescenta-se o valor da sua concentração. NaOH (aq) 10% = solução aquosa de hidróxido de sódio I2 (alcóolico) 2,0 g/L = solução alcoólica de iodo NaHCO3 (aq) 0,100 mol/L = solução aquosa de bicarbonato de sódio A quantidade relativa do soluto em uma solução é expressa pela concentração. Nessa prática, usaremos apenas a concentração em grama por litro e a concentração percentual: g/L: A concentração em gramas por litro refere-se à massa do soluto (em gramas) existente em 1 L de solução. % v/v: A concentração percentual em volume por volume refere-se ao volume do soluto líquido existente em 100 mL da solução. Dissolução é o processo de incorporar o soluto no solvente, formando um sistema homogêneo. A técnica de dissolução mais simples é a agitação do soluto no solvente. A preparação das soluções envolve, geralmente, as seguintes etapas: a) Medir a massa ou o volume calculado do soluto; b) Dissolver o soluto, através da agitação, em uma pequena quantidade do solvente, contida num béquer; c) Transferir, quantitativamente, a solução para o aparelho de medida de volume; 55 d) Completar o volume com o solvente; e) Homogeneizar a solução, por agitação; Observações: As soluções de concentrações rigorosas devem ser preparadas usando balão volumétrico; As soluções de concentrações aproximadas podem ser preparadas usando proveta. Se a solução apresentar impureza sólida, esta deve ser eliminada através de filtração. As soluções são classificadas como moleculares ou iônicas, de acordo com a dissociação do soluto. Nas soluções moleculares o soluto não sofre dissociação e a solução é constituída de moléculas do soluto e do solvente. Ex. I2 (aq) (moléculas de água e iodo), C6H12O6 (aq) (moléculas de água e glicose). Nas soluções iônicas, o soluto está dissociado em íons: 1) Os sais, no estado sólido, são constituídos por íons e em solução encontram-se dissociados. Exemplo: NaCl (aq): íons sódio (Na+(aq)) e íons cloreto (Cl –(aq) ) 2) Os ácidos são constituídos por moléculas que sofrem ionização e dissociação quando estão em solução. Exemplo: HNO3(aq): íons hidrônio (H +(aq)e íons nitrato (NO3 (aq)). 3) Os hidróxidos são iônicos e em solução estão dissociados. Exemplo: NaOH(aq) : íons hidroxila (OH (aq) e íons sódio (Na+ (aq)). Conhecer a composição de soluções iônicas e soluções moleculares tem importância do ponto de vista teórico e prático. Nesta aula você preparará as soluções de sulfato de cobre II e de amônia, fará diluição do álcool e uma filtração simples. Soluções são misturas homogêneas que podem ser preparadas a partir da dissolução de um soluto ou a partir de outra solução mais concentrada. Contração: Unidades de concentração: Parte Experimental 1 – Preparo de 100 mL de uma solução de NaHCO3(bicarbonato de sódio) a 0,5 mol/L. 1.1- Calcule a massa molar do bicarbonato de sódio. 56 1.2- Calcule qual a massa de bicarbonato necessária para produzir a quantidade de solução proposta. 1.3- Verifique no frasco a pureza do reagente. 1.4- Qual a quantidade de reagente necessária para produzir a quantidade de solução proposta? (Calcule) Meça a massa de reagente, calculada, em um béquer e dissolva o reagente completamente com o auxílio de um bastão de vidro em, aproximadamente, 50 mL de água destilada. Filtre a solução e transfira-a quantitativamente a solução para um balão volumétrico de 100 mL e complete o volume proposto com água destilada. Volume da solução preparada (com o desvio):__________________________________ Concentração da solução preparada (em mol/L):________________________________ Calcule a concentração da solução preparada em: a) g/L b) %m/v 57 c) %m/m 2 – Preparo de 40 mL de uma solução de HCl (ácido clorídrico) a 0,25 mol/L a partir de uma solução de HCl a 1,00 mol/L 2.1- Calcule o volume de solução de HCl a 1,00 mol/L necessário para produzir a solução proposta. (C1.V1=C2.V2) 2.2- Meça, em uma proveta, a quantidade de solução ácida calculada e adicione água até obter o volume proposto. 2.3- Misture a solução com um bastão de vidro e transfira-a para um frasco rotulado. 2.4- Faça a equação de dissolução do ácido clorídrico. 2.5- Faça a equação de dissociação do ácido clorídrico, na qual há formação de íons H+(aq) e Cl-(aq). Volume da solução preparada (com o desvio):__________________________________ Concentração da solução preparada (em mol/L):________________________________ Calcule a concentração da solução preparada em: a) g/L b) %m/v 58 c) %m/m 3 – Determinação do pH de uma solução ácida a partir de uma solução padrão de NaOH a 1,0 mol/L. 1- Meça 10,00 mL da solução problema com uma pipeta volumétrica (a pipeta volumétrica já estará em ambiente) e transfira para um elermeyer. 2- Adicione uma gota de fenolftaleína. 3- Titule a solução medida, com o auxílio de uma bureta que já contém a solução de NaOH padrão. 4- Anote a quantidade de NaOH consumido assim que a solução no erlemeyer ficar rosa claro. 5- Faça a equação de dissolução do NaOH(s), formando Na+(aq) e OH-(aq). 6- Sabendo que a reação que ocorre entre um ácido e uma base é a de neutralização, segundo a equação abaixo: H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l) Calcule a concentração de ácido presente na solução problema. (C1.V1=C2.V2) 59 7- Calcule o pH da solução estoque. (pH = -log [H+]). 60 9 - Eletroquímica ATIVIDADES PRÉ-LABORATÓRIO: 1- Leitura da Introdução 2- Exercícios de Fixação 3- Exercícios complementares ATIVIDADES PÓS-LABORATÓRIO: 4- Parte experimental; 5- Resultados e discussão. Introdução Redução e Oxidação Em uma reação redox uma substância ou espécie perde elétrons (sofre oxidação), enquanto outra substância ganha elétrons (sofre redução). Exemplos: Oxidação: Na → Na+ + e Redução: Na+ + e → Na A espécie que oxida (perde elétrons) na reação é o agente redutor, já a espécie que reduz (ganha elétrons) é o agente oxidante. Cabe ressaltar que a oxidação acontece simultaneamente com a redução. Para um fenômeno acontecer, necessariamente o outro também acontece. Pilha A pilha galvânica é um sistema no qual a energia química é transformada em energia elétrica de modo espontâneo. A pilha é caracterizada por uma diferença entre seus eletrodos. Segundo a convenção de sinais usada pela IUPAC, o potencial da pilha é igual a diferença entre o potencial de redução do catodo e o potencial de redução do anodo. Epilha = Ecatodo - Eanodo Os elétrons liberados no eletrodo onde há oxidação (anodo) passam pelo circuito externo para o eletrodo onde há redução (catodo) de forma espontânea. Assim, o Epilha sempre é positivo. Célula eletrolítica É um dispositivo no qual energia elétrica é fornecida em um sistema para que aconteça uma reação química. Ou seja, o processo eletrolítico é um processo não espontâneo responsável pela decomposição de uma substância por corrente elétrica. Esse processo é muito utilizado para a fabricação de alguns produtos, como por exemplo alumínio. Eletrodo São dispositivos que removem elétrons do agente redutor, no anodo) e servem como fonte de elétrons para o agente oxidante (no catodo). 61 Objetivo Compreender o princípio de funcionamento de uma pilha e de uma célula eletrolítica. Exercícios de Fixação 1. Como podemos verificar a espontaneidade de uma reação redox? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 2. Cite aplicações práticas das reações redox. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 3. O que é anodo? E catodo? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 4. Em uma célula eletrolítica, qual a prioridade de oxidação e de redução? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 5. O que é um eletrólito? Por que as reações redox acontecem em soluções eletrolíticas? _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 6. Desenhe uma pilha galvânica. 7. Desenhe uma célula eletrolítica. 62 Materiais Béquer de 100 mL Béquer de 250 mL Tubo de vidro em U Voltímetro Fonte de corrente contínua Eletrodos de grafite Fios e conectores Placas de Cu e Zn Solução de sulfato de cobre 1 mol/L Solução de sulfato de zinco 1 mol/L Solução de cloreto de sódio 3% (m/v) Solução de cloreto de sódio 1 mol/L Solução de fenolftaleína Parte Experimental 1. Pilha Galvânica a) Calcule a diferença de potencial teórica para uma pilha de cobre e zinco. b) Identifique o anodo:______________________ c) Identifique o catodo: _______________________ d) Preencha o tubo em U com a solução de cloreto de sódio 3% Feche as extremidades com chumaços de algodão e verifique se há a formação de bolhas na parte interna do tubo. Monte a pilha de zinco e cobre conforme a orientação do professor. Faça a leitura no voltímetro. e) Compare a diferença de potencial teórica e a encontrada na prática. _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 2. Célula eletrolítica a) Em um béquer de 250 mL, adicione uma quantidade de solução de NaCl suficiente para cobrir os eletrodos de grafite. Adicione 3 gotas de fenolftaleína. b) Faça as conexões elétricas
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