REO3-Cálculos-de-densidades-de-líquidos-2021-1

Prévia do material em texto

ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
DADOS DO COMPONENTE CURRICULAR 
Código e nome: GQI161 – Química experimental 
Docentes Responsáveis: 
Guilherme Max Dias Ferreira, Evanise Silva 
Penido, Filippe Elias de Freitas Soares, 
Kalynka Gabriella do Livramento, Katia Júlia de 
Almeida, Mário César Guerreiro 
Período do REO: 06/09/2021 a 19/09/2021 
 
1. O que vamos estudar? 
Neste REO, estudaremos como determinar a densidade de sólidos e líquidos e como 
aplicar conhecimentos químicos ao estudo de misturas binárias como o comercialmente 
conhecido álcool 70%. Estes conceitos envolvem as práticas 2 e 3 da apostila 
[referência 1]. 
 
2. O que já sabemos e por que precisamos aprender? 
“Uma fábrica clandestina de álcool líquido (em tese, álcool 70%) foi fechada pela Polícia 
Civil de Araranguá, no bairro Jardim das Avenidas, nesta terça-feira, dia 24.” [referência 
2] Notícias como esta tornaram-se evidentes diante do aumento dos números de casos 
do novo coronavírus no Brasil, que fizeram a procura por álcool 70% nas farmácias e 
supermercados se intensificar. Diante dessa problemática, é de extrema importância 
conhecer os métodos de aferição de qualidade de produtos químicos. 
Dentre as diversas propriedades das substâncias e misturas que vocês estudaram na 
disciplina de química geral, a densidade tem algumas aplicações interessantes na 
certificação de qualidade. Vocês devem saber que essa propriedade é definida pela 
razão entre a massa e volume de um sistema, dependendo de fatores como a 
temperatura e a pressão, assim como a concentração, quando a densidade de um 
sistema contendo mais de uma substância é analisada. 
Para obter, com precisão, o valor da densidade de uma substância ou mistura, tanto o 
volume como a massa precisam ser medidos de forma adequada. Usualmente, para 
trabalhos de precisão, emprega-se um aparelho denominado picnômetro. Também é 
possível utilizar instrumentos de medida direta da densidade, como um densímetro. 
Uma vez que pudermos medir precisamente o valor da densidade de um sistema, 
poderemos correlacionar essa propriedade, por exemplo, com a concentração de um 
soluto em uma mistura, usando isso para aferir padrão de qualidade de diferentes 
produtos, como etanol combustível ou álcool comercial 70%. 
 
3. O que devemos fazer para aprender? 
Na prática de número 2 da apostila (página 35), você encontrará a descrição de métodos 
utilizados na determinação da densidade de líquidos. Nesta prática vocês próprios 
construiriam, no laboratório, um densímetro a partir de materiais de baixo custo (Página 
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
39). Na prática 3 (Página 42) vocês utilizariam o método do picnômetro para 
determinação de densidade. É importante, num primeiro momento, que vocês 
conheçam esses importantes métodos de medida de densidade. 
Como não seremos capazes de ir ao laboratório, a familiaridade com as técnicas e 
vidrarias, nesse momento remoto, se dará por meio de esquemas e vídeos. Para cada 
um deles, elaboramos um pequeno roteiro de estudos com questões envolvendo os 
fundamentos por trás das técnicas, que se seguem nas seções A-D a seguir. Num 
primeiro momento, você fará uma leitura e reflexão, de forma individual, do roteiro de 
aprendizagem. Você verá que em cada seção há um conjunto de questões norteadoras 
e elas motivarão as discussões nos fóruns de discussões no Campus Virtual. Ao final 
do período de realização dessas discussões, as questões desse REO deverão ser 
entregues, na forma de um documento em PDF via campus virtual, por cada equipe. 
Vocês também utilizarão os conhecimentos para aplicar em uma situação problema de 
determinação do teor de álcool em uma amostra de álcool comercial 70%. Os detalhes 
sobre o que fazer seguem resumidos na Tabela 1. 
Tabela 1. Tarefas e datas importantes a se observar para realização deste REO.* 
Dia Importante Participação 
06/09/2021 a 08/09/2021 Leitura e reflexão do REO, 
preparando-se para o fórum de 
discussão 
Individual 
09/09/2021 Assistir a Vídeo aula do REO3 Individual 
09/09/2021 a 12/09/2021 Participação no Fórum de 
discussão – Revisão dos 
conceitos 
Individual – Alunos 
respondem alunos e 
professor é mediador 
13/1092021 a 19/09/2021 Enviar um documento com as 
respostas às questões do 
REO3 
Grupo – o mesmo 
definido no REO1 
*veja seção 4 (avaliações) para mais esclarecimentos sobre avaliações. 
Pedimos que para cada tipo técnica de medida de densidade avaliada nesse REO, você 
avalie cuidadosamente cada procedimento experimental descrito, prestando atenção às 
vidrarias e às técnicas utilizadas. 
 
A) Medidas de densidade usando densímetro 
Os densímetros comerciais são muito usados para determinação da densidade de 
diferentes líquidos. O princípio de funcionamento desses instrumentos baseia-se no 
equilíbrio de forças que se estabelece quando um corpo é imerso em um fluido. Leia a 
prática 2 da apostila (referência 1) para responder às questões que seguem: 
A1) Quais forças estão envolvidas no equilíbrio de forças do densímetro quando ele é 
imerso em um líquido? 
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
A2) Por que é importante definir uma constante (k) do densímetro? Explique por que 
densímetros diferentes apresentam valores de k diferentes. 
Você pode verificar o processo de utilização de um densímetro comercial no vídeo 
disponibilizado pelo link https://www.youtube.com/watch?v=g03KIxGoadA. Observe 
atentamente as instruções de utilização e responda: 
A3) Por que é importante manipular o densímetro utilizando luvas? 
A4) Por que o densímetro não pode entrar em contato com a parede nem com o fundo 
do recipiente em que a medida está sendo feita? 
Um esquema da medida utilizando o densímetro é mostrado na Figura 1a e a escala de 
um densímetro comercialmente disponível no mercado é apresentada na Figura 1b: 
 
(a) (b) 
Figura 1. Esquema de medida de densidade de um densímetro (a) e escala para um 
densímetro comercial (b). 
Perceba que a escala de medida do densímetro comercial pode variar, dependendo da 
geometria e da massa do instrumento. Baseado no esquema acima, responda: 
A5) Qual a leitura de densidade na escala para a seta vermelha indicada no esquema? 
Forneça o valor com sua devida incerteza e unidade. 
← 
 
https://www.youtube.com/watch?v=g03KIxGoadA
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
A6) Para que o densímetro possa realizar leituras de líquidos com densidades maiores 
do que aquelas da escala mostrada no esquema da Figura 1, qual(is) da(s) parte(s) do 
instrumento (indicadas na Figura 1a) deveria(m) ser alterada(s)? Explique. 
 
B) Medidas de densidade usando picnômetro 
Outra maneira de determinar a densidade de líquidos é usando o método picnométrico, 
em que a massa e o volume do líquido são obtidos com precisão usando uma balança 
e um picnômetro. Leia os procedimentos 4.3.2A e 4.3.2B da apostila (prática 3 – página 
41) e compare o que está descrito com o que é mostrado no vídeo disponível no link 
https://www.youtube.com/watch?v=IvLUPwIhxks (a partir do minuto 3:58). A partir da 
leitura do procedimento e do vídeo assistido, você deverá analisar e responder às 
seguintes questões: 
B1) Por que a tampa do picnômetro é formada por um capilar interno que permite o 
excesso de líquido extravasar? O método teria precisão se essa tampa não fosse 
utilizada? 
B2) Por que é importante secar a parte externa do picnômetro antes de realizar a medida 
da massa do conjunto picnômetro + líquido? 
Considere que no procedimento de calibração do picnômetro (4.3.2A – página 42), os 
valores obtidos para cada etapa são aqueles mostrados na Figura 2. 
 
Figura 2. Medidas de massas para a calibração de um picnômetro. 
 
Considerando que a medida acima foi realizada a 20°C (densidade da água a 20°C = 
0,99823 ± 0,00005 gmL-1), responda: 
B3) Qual o valor do volume do picnômetro calibrado? Mostre oscálculos realizados e 
determine a incerteza associada à medida. 
B4) Explique a importância de se realizar a calibração do picnômetro antes de cada 
conjunto de medidas. 
https://www.youtube.com/watch?v=IvLUPwIhxks
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
Agora, considere que na realização do procedimento 4.3.2B (prática 3 – página 42) a 
massa do picnômetro + líquido de densidade desconhecida foi medida, encontrando-se 
o valor de 27,195 ± 0,001 g. Responda: 
B5) Qual a densidade desse líquido? Mostre os cálculos realizados e determine a 
incerteza associada à medida. 
 
C) Relacionando densidade e concentração de soluções – Curva analítica 
Uma curva que relaciona uma propriedade de uma solução com a concentração de uma 
determinada espécie naquela solução é chamada de curva analítica. Assim, é possível 
estabelecer uma correlação entre a densidade de soluções de etanol (álcool etílico) e a 
concentração desse componente na solução, estabelecendo uma curva de correlação 
entre essas duas propriedades. A Tabela 2 traz os dados de densidade de soluções de 
etanol em função do teor desse componente, expresso em porcentagem em volume, 
em misturas água-etanol: 
Tabela 2. Dados de densidade de soluções de etanol em função do teor desse 
componente, a 20°C.* 
Teor de etanol / % (v/v) d / gmL-1 
0 0,99287 
10,0 0,98393 
20,0 0,97480 
30,0 0,96383 
40,0 0,94480 
50,0 0,92756 
100,0 0,80893 
*Retirado de: Peixoto et al., Miniprojeto para ensino de química geral experimental baseado na fermentação 
do caldo de cana-de-açúcar, /Química nova, 35 (8), 2012. 
Antes de analisar o tratamento dos dados da Tabela 2, precisamos discutir o que é o 
teor expresso em % (v/v). Existem diversas formas de expressar a concentração de um 
componente numa solução (concentração molar, molalidade, porcentagem em massa, 
etc.). Vocês devem ter visto esse conteúdo quando estudaram soluções na disciplina de 
Química Geral e podem relembrá-lo no link disponível na referência 3 – Capítulo 6, 
seção 6.5. Após relembrar esses conceitos, responda: 
C1) Explique como se calcula a concentração de uma solução em unidade de %(v/v)? 
C2) Como se deve fazer no laboratório para preparar uma solução de etanol com 
contração de 70% (v/v) de etanol dispondo de água destilada, álcool etílico de alto grau 
de pureza e as vidrarias necessárias? Dê o máximo de detalhes que conseguir imaginar, 
levando em consideração as vidrarias que seriam adequadas para esse fim. 
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
Utilizando essas informações, você deve analisar o comportamento da densidade das 
misturas etanol + água em função do teor desse componente fazendo as seguintes 
atividades: 
C3) Esboce, utilizando um software adequado, o gráfico da densidade em função do 
teor de etanol (dados da Tabela 2). Qual a forma da curva obtida? Que tipo de função 
matemática [y=f(x)] pode descrever esse comportamento? 
C4) Encontre, utilizando a regressão estatística adequada, a equação da função 
matemática proposta na questão C3. 
Agora imagine que você é o perito que vai avaliar a adulteração de concentração de 
etanol em álcool comercial 70% (v/v) de um lote que foi apreendido, como na notícia 
descrita no início desse REO. Você então opta por, inicialmente, medir a densidade da 
amostra sob investigação, de forma a calcular a concentração do etanol na solução 
utilizando a curva analítica construída a partir da Tabela 2. 
(C5) Se a densidade da amostra supostamente adulterada for 0,8662 g mL-1, qual será 
o valor da concentração de etanol na amostra calculada a partir da curva analítica? 
Assumindo erros experimentais dos quais todo experimento é passível, esse valor está 
de acordo com o esperado? 
(C6) Apenas o teste de densidade é suficiente para certificar a qualidade do etanol 
comercial? Justifique. 
 
D) Preparo de solução de etanol 70% 
Procure em sua casa ou em anúncios na internet um rótulo de álcool comercial. Você 
verá que em alguns casos esses rótulos expressam a concentração em unidades de 
0GL e 0INPM. Assim, inicialmente, é recomendável pesquisar sobre o significado de 0GL 
e 0INPM. Após essa investigação inicial, pense no significado de uma mistura 
identificada como álcool 70 0GL. Pesquise sobre o valor que seria indicado caso essa 
mistura fosse identificada em termos de 0INPM. É possível, com instrumentos 
adequados, preparar essa mistura a partir de um álcool comercial com quantidade 
menor de água. É importante entender que o que é denominado álcool comercial, 
corresponde a uma mistura de água e álcool. Assista o vídeo seguinte para continuar 
os estudos: 
 https://www.youtube.com/watch?v=jGFvOGA3HuI 
Faça a leitura do arquivo: 
https://www.incoterm.com.br/media/2010/01/5682-manual.pdf 
O referido arquivo corresponde a um manual de instruções de um alcoômetro (de Gay-
Lussac) contendo uma tabela de correção de leitura em função da temperatura. Após 
verificar o material citado, responda os itens abaixo: 
D1) Ao misturar 70 mL de etanol puro a 30 mL de água destilada, processo exotérmico, 
não será produzida, precisamente, uma mistura que possa ser identificada como álcool 
70 0GL. Explique por quê. 
https://www.youtube.com/watch?v=jGFvOGA3HuI
https://www.incoterm.com.br/media/2010/01/5682-manual.pdf
 
 
ROTEIRO DE ESTUDOS ORIENTADOS – REO3 
 
 
D2) Para preparar adequadamente uma mistura de álcool 70 0GL, diferentemente do 
procedimento descrito em D1, uma proveta contendo 70 mL de etanol puro deve receber 
água destilada em quantidade suficiente, em dada temperatura, até que atingir a marca 
de 100 mL. O que justifica esse procedimento? 
D3) A concentração de soluções aquosas que contêm razões em volume (molL-1, gL-1 
ou % v/v) se mantém constante com aumento da temperatura, a partir de 40C e 1 atm? 
Justifique sua resposta. 
D4) Tendo por base o item anterior, qual tendência geral pode ser observada a partir da 
tabela de correção de um alcoômetro (vide manual) com aumento da temperatura (para 
concentração em % fixa)? O que pode justificar essa tendência? 
 
4. Que produtos devem ser gerados e como serão avaliados? 
Como produto de avaliação, vocês deverão participar dos fóruns de grupo de discussão 
que envolverão as questões desse REO. Esses fóruns consistirão em perguntas que o 
professor deixará como norteadoras para a discussão. Novas perguntas poderão ser 
realizadas por cada estudante. A partir das discussões realizadas, cada equipe deverá 
enviar um documento com as respostas das questões do REO até o dia 19/09/2021. 
Esse documento deve ser enviado via Campus Virtual, em local específico para isso, 
seguindo as instruções dadas em momento oportuno – cabe ressaltar que o documento 
deve estar devidamente formatado, contendo tanto as perguntas quanto as respostas 
do REO, e ser enviado na extensão .pdf. A nota desse REO é dividida em 20% para o 
fórum de discussão e 80% para o questionário. 
 
5. Referências 
[1] – Apostila de Química Geral Experimental – Universidade Federal de lavras - 
Semestre 2020/1 – Disponível no Campus Virtual. 
[2] - Araranguá: fábrica de álcool líquido falso é fechada - 
https://tnsul.com/2020/geral/ararangua-fabrica-de-alcool-liquido-falso-e-fechada/ 
Acesso: 09/06/2020. 
[3] - Farrell, Frederick A. Bettelheim; William H. Brown; Mary K. Campbell; Shawn O. 
Introdução à química geral: Tradução da 9ª edição norte-americana. Cengage Learning 
Brasil, 2016-10-25. [Minha Biblioteca]. 
OBS: Para acessar o Link da referência 3, primeiro entre em MINHA BIBLIOTECA 
com seu login institucional e depois copie e cole o link 
(https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522126354/pageid/181) na barra 
de endereços do seu navegador. 
 
 
 
https://tnsul.com/2020/geral/ararangua-fabrica-de-alcool-liquido-falso-e-fechada/
http://www.biblioteca.ufla.br/pergamum/biblioteca_s/php/login_usu.php?flag=minhabiblioteca_redirect.php
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522126354/pageid/181