apostila ice002 2015 1semestre

LABORATRIO DE CINCIAS (ICE002)

PRTICAS EM

QUMICA

Juiz de Fora, 2 Semestre 2014.

ndice Geral

01 INTRODUO AO LABORATRIO DE CINCIAS ..................................................................... 3

02 CONDUTIVIDADE ELTRICA DAS SOLUES ....................................................................... 10

03 ELETROQUMICA PILHAS .................................................................................................... 16

04 ELETROQUMICA ELETRLISE ........................................................................................... 22

05 PODER CALRICO DOS ALIMENTOS ..................................................................................... 29

06 CALOR ESPECIFICO DOS LIQUIDOS ....................................................................................... 35

07 ESCALA DE PADRES .............................................................................................................. 39

08 FLUORESCNCIA E ESTRUTURA ATMICA .......................................................................... 44

_____________________________________________________________Introduo ao Laboratrio de Cincias

3

01 INTRODUO AO LABORATRIO DE CINCIAS

1 SEGURANA QUMICA EM LABORATRIO

Para tirar o mximo de proveito de um laboratrio, voc deve seguir alguns princpios

bsicos, principalmente porque isso resulta em segurana para voc e para as pessoas que

esto compartilhando este ambiente de trabalho. necessrio que todos os usurios

conheam e pratiquem determinadas regras, desde o primeiro instante que pretenderem

permanecer em um laboratrio. As instrues abaixo so importantes em qualquer

momento do seu Curso, portanto, todas as vezes que voc entrar em um laboratrio de

qumica siga corretamente as regras aqui mencionadas. So regras simples, fceis de

memorizar e de seguir.

Indumentria Apropriada

Avental (Jaleco) de mangas compridas, longos at os joelhos, com fios de algodo

na composio do tecido, em maior proporo;

Cala comprida de tecido no inteiramente sinttico;

Sapato fechado;

culos de segurana;

Luvas.

Equipamentos de Proteo Individual (EPI) avental, luvas, proteo facial/ocular

e proteo respiratria.

Indumentria Proibida

Bermuda, short ou mini-saia;

Sandlia, Chinelo, Sapato aberto;

Uso de lentes de contato;

Uso de braceletes, pulseiras, correntes, bons ou outros adereos;

Avental de nylon ou 100% polister.

Faa no Laboratrio

Lave as mos antes de iniciar o seu trabalho;


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Lave as mos entre dois procedimentos;

Lave as mos antes de sair do laboratrio;

Certifique-se da localizao do chuveiro de emergncia, lava-olhos, e suas

operacionalizaes;

Conhea a localizao e os tipos de extintores de incndio no laboratrio;

Conhea a localizao das sadas de emergncias.

No Faa no Laboratrio

Fumar

Comer

Correr

Beber

Sentar ou debruar na bancada

Sentar no cho

No use cabelo comprido solto

No (ou evite) trabalhar solitrio no laboratrio

No manuseie slidos e lquidos desconhecidos apenas por curiosidade

Com os cidos

Adicione sempre o cido gua; nunca faa o inverso.

Com Bicos de Gs

Feche completamente a vlvula de regulagem de altura de chama;

Abra o registro do bloqueador da linha de alimentao;

Providencie uma chama piloto e aproxime do bico de gs;

Abra lentamente a vlvula de regulagem de altura de chama at que o bico de gs

ascenda;

Regule a chama.

Com Solues


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Importante: Cerca de 80% das solues qumicas concentradas so nocivas aos

organismos vivos, principalmente se ministradas por via oral;

No transporte solues em recipientes de boca larga, se tiver que efetu-lo por

certa distncia, triplique sua ateno durante o percurso e solicite a um colega que o

acompanhe;

No leve boca qualquer reagente qumico, nem mesmo o mais diludo;

Certifique-se da concentrao e da data de preparao de uma soluo antes de

us-la;

No pipete, aspirando com a boca, lquidos custicos, venenosos ou corantes, use

pera de segurana;

No use o mesmo equipamento volumtrico para medir simultaneamente solues

diferentes;

Volumes de solues padronizadas, tiradas dos recipientes de origem e no

utilizadas, devem ser descartados e no retornados ao recipiente de origem.

Com Slidos e Lquidos

O descarte dever ser efetuado em recipientes apropriados separando o descarte

dos orgnicos dos inorgnicos;

Cuidados com Aquecimento, incluindo: Reao exotrmica, chama direta,

resistncia eltrica e banho-maria;

No aquea bruscamente qualquer substncia;

Nunca dirija a abertura de tubos de ensaio ou frascos para si ou para outra pessoa

durante o aquecimento;

No deixe sem o aviso "cuidado material aquecido", equipamento ou vidraria

que tenha sido removida de sua fonte de aquecimento ainda quente e deixado repousar em

lugar que possa ser tocado inadvertidamente.

Manuseio e Cuidados com Frasco de Reagentes

Leia cuidadosamente o rtulo do frasco antes de utiliz-lo, habitue-se a l-lo, mais

uma vez, ao peg-lo, e novamente antes de us-lo;


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Ao utilizar uma substncia slida ou lquida dos frascos de reagentes, pegue-o de

modo que sua mo proteja o rtulo e incline-o de modo que o fluxo escoe do lado oposto ao

rtulo;

Muito cuidado com as tampas dos frascos, no permita que elas sejas

contaminadas ou contamine-se. Se necessrio utilize como apoio vidros de relgio e placas

de Petri para evitar que isso acontea;

Ao acondicionar um reagente, certifique-se antes a compatibilidade com o frasco,

por exemplo, substncias sensveis luz, no podem ser acondicionadas em embalagens

translcidas;

No cheire diretamente frascos de nenhum produto qumico, aprenda esta tcnica

e passe a utiliz-la de incio, mesmo que o frasco contenha perfume;

Os cuidados com o descarte de frascos vazios de reagentes no devem ser

menores que os cuidados com o descarte de solues que eles do origem;

Cuidados com Aparelhagem, Equipamentos e Vidrarias Laboratoriais: antes de

iniciar a montagem, inspecione a aparelhagem, certifique-se de que ela esteja completa,

intacta e em condies de uso;

No utilize material de vidro trincado, quebrado ou com arestas cortantes;

No seque equipamentos volumtricos utilizando estufas aquecidas ou ar

comprimido;

No utilize tubos de vidro, termmetros em rolha, sem antes lubrific-los com

vaselina e proteger as mos com luvas apropriadas ou toalha de pano.

2 RECONHECIMENTOS DE ALGUNS MATERIAIS

Antes de iniciar qualquer experimento em um laboratrio qumico, importante

reconhecer os equipamentos disponveis, conhecer seu funcionamento, indicao de uso e

a maneira correta de manuse-lo.

A grande maioria dos equipamentos utilizados nos laboratrios de qumica de vidro,

portanto necessrio muito cuidado ao manuse-los. Estes podem ser de vidro comum,

pirex ou de quartzo fundido.

A seguir apresentaremos alguns dos equipamentos e vidrarias bsicos que sero

utilizados rotineiramente no laboratrio de qumica da disciplina de Laboratrio de


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Cincias, e as funes de cada um destes. Os alunos que seguirem no Curso de Qumica

tero oportunidade, em outras disciplinas, de conhecerem a grande maioria dos

equipamentos e vidrarias de uso dirio no desenvolvimento de experimentos relacionados

qumica.

Vidrarias:

Tubos de ensaio: utilizados para realizao de reaes qumicas em

pequena escala, principalmente testes qualitativos. Podem ser aquecidos em

movimentos circulares diretamente sob a chama do Bico de Bunsen. Tubos de

ensaio devem ser aquecidos de forma que a extremidade aberta no esteja

virada para uma pessoa.

Bquer: utilizado para dissolver uma substncia em outra, preparar

solues em geral, aquecer lquidos, dissolver substncias slidas e realizar

reaes.

Basto de vidro/baqueta: utilizado para agitao de solues e de

lquidos, na dissoluo de slidos, no auxlio para transferncia de lquidos de

um recipiente para outro e etc.

Pipeta volumtrica: utilizada para medir, com grande preciso, um

volume fixo de lquidos. No pode ser aquecida. Equipamento calibrado.

Erlenmeyer: devido ao seu gargalo estreito, utilizado para dissolver

substncias, agitar solues e aquecer lquidos sobre a tela de amianto. Integra

vrias montagens como filtraes, destilaes e titulaes.

Utenslios gerais:

Suporte para tubos de ensaio: utilizado para sustentao de

tubos de ensaio.

Pipetador de borracha ou pra: utilizado para encher pipetas por

suco, principalmente no caso de lquidos volteis, irritantes ou txicos.


Pina de madeira: utilizada para segurar tubos de ensaio.

Pipeta graduada: utilizada para medida de volumes variveis de lquidos

com boa preciso dentro de uma determinada escala. No pode ser aquecida.

Equipamento calibrado.

Proveta: utilizada para medir volumes de lquidos sem grande preciso.

Piseta ou frasco lavador:

Normalmente contm gua destilada, mas outros solventes podem tambm ser

armazenados.

Esptula: utilizada para transfer

Alguns equipamentos:

Balana: utilizado para determinao de massa. As balanas mais comuns so

mecnicas ou eletrnicas. As balanas mecnicas mais precisas tm sua sensibilidade

restrita a uma ordem de grandeza de 0,01g. As eletrnicas podem ter preciso de 0,0001g.

Em ambos os casos, a capacidade mxima de uma balana no ultrapassa muito o limite de

10000 ou 20000 vezes o valor da sensibilidade. Em todas as balanas, pesagens prximas

da capacidade mxima acarretam erros de tendncia, alm da reduo da vida til do

instrumento. Para boa utilizao, devem estar niveladas e ter manuteno e calibrao

peridica.

Bico de Bunsen: utilizado como fonte de calor destinada ao aquecimento de

materiais no inflamveis. Possui como combustvel normalmente o

__________________________________________________________Introduo ao Laboratrio de Cincias

utilizada para segurar tubos de ensaio.

utilizada para medida de volumes variveis de lquidos


utilizada para medir volumes de lquidos sem grande preciso.

utilizado para lavagem de diversos materiais.


utilizada para transferncia de substncias slidas.

utilizado para determinao de massa. As balanas mais comuns so

As balanas mecnicas mais precisas tm sua sensibilidade



s o valor da sensibilidade. Em todas as balanas, pesagens prximas



utilizado como fonte de calor destinada ao aquecimento de

. Possui como combustvel normalmente o Gs Liquifeito de

__________________________________________________________Introduo ao Laboratrio de Cincias

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utilizada para medida de volumes variveis de lquidos


utilizado para lavagem de diversos materiais.


utilizado para determinao de massa. As balanas mais comuns so

As balanas mecnicas mais precisas tm sua sensibilidade



s o valor da sensibilidade. Em todas as balanas, pesagens prximas



utilizado como fonte de calor destinada ao aquecimento de

Gs Liquifeito de


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Petrleo (G.L.P.) constitudo de butano e propano e como comburente o gs oxignio do ar

atmosfrico que em proporo otimizada permite obter uma chama de alto poder

energtico.

Possui na sua base um regulador de entrada de ar, a chama torna-se amarela e

relativamente fria (com temperatura mais baixa). A esta temperatura a combusto

incompleta. Com o aumento da entrada de ar a chama torna-se azul, mais quente e forma-

se um cone interior distinto, mais frio.

Zona neutra: uma zona interna prxima da boca do tubo, limitada por uma

"camada" azulada que contm os gases que ainda no sofreram combusto. a regio de

menor temperatura da chama (300 C a 530 C).

Zona redutora: uma zona intermediria, luminosa, que fica acima da zona neutra e

forma um pequeno "cone", onde se inicia a combusto do gs. Nesta zona forma-se

monxido de carbono, que se decompe por ao do calor dando origem a pequenas

partculas de carbono, que, sendo incandescentes, do luminosidade chama e espalham-

se sobre a tela de amianto na forma de "negro de fumo". Regio da chama de temperatura

intermediria (530 C a 1540 C).

Zona oxidante: zona externa de cor violeta-plido, quase invisvel, que compreende

toda a regio acima e ao redor da zona redutora. Os gases que so expostos ao ar sofrem

combusto completa, formando gs carbnico e gua. Regio de maior temperatura (1540

C).

Base

Mangueira

Anel de regulagem do ar

Tubo

Zona redutora Zona oxidante

Zona neutra

_____________________________________________________________Condutividade eltrica das solues

10

02 CONDUTIVIDADE ELTRICA DAS SOLUES

1 INTRODUO

Condutividade eltrica () definida como a capacidade de um material conduzir

corrente eltrica. Ela pode ser descrita como sendo o inverso da resistividade eltrica ().

No SI Sistema Internacional de Unidades, medida em siemens/metro (S.m-1).

Nos materiais slidos h, basicamente, trs classificaes de acordo com a facilidade

com que conduzem corrente eltrica: condutores, semicondutores e isolantes. Metais so

bons condutores, tipicamente tendo condutividades da ordem de 107 S.m-1. No outro

extremo esto os materiais com condutividades muito baixas, situando-se entre 10-10 e 10-

20 S.m-1; estes so classificados como isolantes eltricos. Materiais com condutividades

intermedirias, geralmente entre 106 a 10-4 S.m-1, so denominados semicondutores. Na

Tabela 2.1, h a descrio da para alguns metais e solues.

Tabela 2.1-Tabela de Condutividades Eltricas de alguns materiais.

Material Condutividade (Sm-1)

Prata 62,5x106

Cobre puro 60 x 106

Ouro 45,2 x 106

Alumnio 37,8x106

Zinco 17,8x106

Nquel 10,4x106

Ferro puro 10,2x106

gua do Mar 4,8

gua potvel 5x10-2 a 10-4

gua destilada 5,5x10-6

Substncias puras metlicas, tanto no estado slido quanto fundidas promovem a

condutividade eltrica. Porm, no somente os metais e algumas ligas podem conduzir

corrente eltrica, h outras substncias, que dependendo de seu estado fsico, tambm

podem conduzir corrente.

Uma substncia pura inica no estado slido, usualmente no conduz corrente eltrica,

porm pode ser condutora caso seja fundida ou, sofra ionizao em soluo aquosa.


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No caso de ionizao, os ons formados so chamados de eletrlitos, pois so estes ons

(cargas positivas e negativas) que faro a corrente eltrica passar pela soluo aquosa.

Eletrlito toda a substncia que, dissociada ou ionizada, origina ons positivos (ctions)

e ons negativos (nions), pela adio de um solvente ou aquecimento, tornando-se um

condutor de eletricidade.

AB A+ + B- Em um meio de elevada constante dieltrica, tal como a gua, os eletrlitos dissociam-

se em ctions e nions. Estes, ento, se movimentam simultaneamente e em direes

opostas na soluo eletroltica, o que estabelecer a corrente eltrica. Pode-se observar

que existe uma total ou parcial dissociao inica, dependendo da constante de dissociao

inica do eletrlito.

Uma questo interessante que surge no estudo da conduo de eletricidade que

alguns materiais em determinadas condies fsicas no conduzem eletricidade.

Entretanto, alterando-se estas condies o mesmo material pode passar a conduzir

eletricidade. Um exemplo simples a ser considerado o sal de cozinha, NaCl. Este sal na

temperatura ambiente um pssimo condutor de eletricidade, sendo caracterizado como

um isolante. Entretanto, basta fundi-lo ou dissolv-lo em gua para que se perceba uma

elevada taxa de conduo de eletricidade. Fenmenos como este levaram cientistas do

sculo passado a questionarem se o mecanismo de conduo de eletricidade em metais era

o mesmo observado, por exemplo, no NaCl.

O primeiro a sugerir que os mecanismos de conduo eram completamente distintos

foi Arrhenius. Entre 1880 e 1890, Arrhenius, estudando a condutividade eltrica de

solues cidas, sugeriu que o mecanismo de conduo eltrica em determinadas

substncias ocorria devido a migrao de ons e no de eltrons como nos condutores

metlicos. Esta hiptese abriu as portas para uma srie de desenvolvimentos sobre a

condutividade eltrica e deu o prmio Nobel de qumica Arrhenius em 1903 pela teoria

eletroltica da dissociao.

Vrios tipos de montagens podem ser feitas para estudar, experimentalmente, a

condutividade eltrica das solues. A Figura 2.1 mostra um tipo de montagem, com dois

fios eltricos, uma lmpada, um suporte para a lmpada, dois eletrodos, um plug e um

recipiente para colocar as solues a serem analisadas.


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Lmpada 127V 7W

Figura 2.1 Ilustrao de uma montagem para estudar, experimentalmente, a

condutividade eltrica das solues.

2 OBJETIVOS

- Verificar a condutividade eltrica de diferentes solues aquosas;

- Fazer comparaes na condutividade eltrica dos diferentes eletrlitos;

- Observar o efeito da natureza do solvente, do soluto e da concentrao sobre a

condutividade do meio.

3 MATERIAIS

3.1 Equipamento:

Circuito com uma lmpada de 127 V / 7W.

3.2 Reagentes:

Sacarose Frasco para pesagem;

NaCl Frasco para pesagem;

1L de soluo 0,10 mol/L de NaCl 5,845g em 1L.

3.3 Vidrarias por grupo:

2 Provetas 100 mL, basto de vidro, gua destilada, 7 bqueres 50 mL.

4 PROCEDIMENTOS

Experimento A: Condutividade inica em diferentes solues

Em cada procedimento tire o sistema da tomada, retire e lave os eletrodos e anote

suas observaes na Tabela 2.2.


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gua de torneira: Coloque 40 mL de gua de torneira em um bquer de 50 mL.

Mergulhe os eletrodos, conecte o sistema na tomada e observe a lmpada;

gua destilada: Coloque 40 mL de gua destilada no bquer de 50 mL, Mergulhe os

eletrodos, conecte o sistema na tomada e observe a lmpada;

Soluo aquosa de NaCl: Pese 0,50 g de cloreto de sdio em um bquer de 50 mL,

adicione, cuidadosamente, 40 mL de gua destilada. Ainda com NaCl no dissolvido

totalmente, verifique a condutividade inicial e acompanhe o aumento da condutividade at

que o sal esteja totalmente dissolvido;

Soluo aquosa de sacarose: Pese 1,0 g de sacarose em um bquer de 50 mL, adicione

40 mL de gua destilada e verifique a condutividade.

Tabela 2.2 - Observaes referentes lmpada pela corrente transmitida por algumas

solues.

Amostra Substncia Observao

1 gua de torneira

2 gua destilada

3 Cloreto de sdio

4 Sacarose

Experimento B: Condutividade eltrica em funo da concentrao.

Em cada procedimento tire o sistema da tomada, retire e lave os eletrodos e anote

suas observaes na Tabela 2.3.

Soluo aquosa de NaCl: Coloque 40 mL de uma soluo de NaCl 0,10 mol/L em um

bquer de 50 mL e verifique a condutividade;

Coloque 10 mL de soluo de NaCl 0,10 mol L-1 na proveta de 100 mL e complete

para 50 mL com gua destilada. Misture bem com auxlio do basto de vidro. Coloque 40

mL da soluo diluda de NaCl em um bquer de 50 mL e verifique a condutividade;


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Repita o procedimento acima utilizando 10 mL de soluo de NaCl diluda (1

diluio) para obter uma nova soluo. Verifique a condutividade;

Calcule as novas concentraes, em mol/L, das solues de NaCl diludas e

preencha a Tabela 2.3.

Tabela 2.3 - Observaes referentes lmpada pela corrente transmitida por algumas

solues de NaCl de diferentes concentraes.

Amostra Concentrao da soluo de NaCl / mol L-1

Observao

1 0,10

2 1 diluio -

3 2 diluio -

Questes:

1- Defina: ligao inica e covalente, ionizao e dissociao inica.

2- A gua de torneira e a gua destilada possuem a mesma condutividade? Por qu?

3- Com base nos dados obtidos, as solues de cloreto de sdio e sacarose conduzem

corrente eltrica? Por qu?

4- Colocar em ordem crescente de potncia dissipada (luminosidade percebida) as

substncias testadas (Tabela 2.2).

5. A concentrao da soluo de cloreto de sdio influi na intensidade luminosa da

lmpada? Por qu?

Referncias Bibliogrficas:

1. D.F. Trindade, F.P. Oliveira, G.S.L. Banuth, J.G. Bispo, Qumica Bsica Experimental, 3

ed., Ed. cone, 2006.

2. Qumica & Sociedade, Coleo Nova Gerao, Editora Nova Gerao, Mdulo 3, 2004.

3. P. Atkins, J. de Paula, Fsico-Qumica, vol. 1, Editora LTC, 7a edio, 2002.


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4. M.G. Constantino, G.V.J. Silva, P.M. Donate, Fundamentos de Qumica Experimental,

Edusp, So Paulo, 2004.

5. J.M. Postma, J.L. Roberts, J.L. Hollenberg, Chemistry in the Laboratory, W.H.Freeman

and Company, 6a ed., New York, 2004.

6. http://br.geocities.com/chemicalnet/arrhenius.htm, acessada dia 29/05/2009.

Descarte de resduos:

Solues aquosas de NaCl e de sacarose so incuos ao meio ambiente e suas solues

podem ser descartadas diretamente na pia, com excesso de gua corrente.

________________________________________________________________Eletroqumica Pilhas

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03 ELETROQUMICA PILHAS

1 INTRODUO Um dos grandes marcos da eletroqumica ocorreu em 1800 quando Alessandro

Volta comunicou Royal Society of London, os resultados experimentais

descrevendo a pilha eltrica. Na poca, a divulgao do invento despertou profundo

interesse, tanto para o pblico leigo como para os cientistas. Em 1834, Michael

Faraday, estabeleceu as leis da estequiometria eletroqumica. A relao quantitativa

entre corrente eltrica e eventos qumicos associados foi uma das mais fortes

evidncias que levou ao abandono definitivo do modelo de tomo indivisvel,

postulado na poca por John Dalton.

Embora as pilhas eltricas representem atualmente o meio mais popular e

barato de produo de energia eltrica para aparelhos portteis, poucas pessoas

associam seu funcionamento ocorrncia de reaes qumicas.

Em uma pilha h, obrigatoriamente, uma espcie qumica que sofre oxidao

agente redutor (causa reduo em outra espcie) e outra que sofre reduo o

agente oxidante (causa oxidao em outra espcie). No nodo, h migrao do nion

e ocorrer a oxidao destas espcies, j no ctodo, h migrao dos ctions e

ocorrer reduo destas espcies. Desta forma, na pilha, o plo positivo (+) o

ctodo e o plo negativo () o nodo.

As reaes que so caracterizadas por transferncia de eltrons so conhecidas

como reaes de xido-reduo. As reaes de xido-reduo ocorrem atravs de

transferncia de eltrons com respectiva mudana nos nmeros de oxidao dos

tomos envolvidos nas reaes.

O nmero de oxidao (Nox) em compostos covalentes est relacionado a uma

carga efetiva dos tomos em funo do ambiente eletrnico ao redor. No caso de

ons, nos compostos inicos, os valores dos nmeros de oxidao correspondem s

respectivas cargas dos ons.

A seguir, so apresentadas algumas regras prticas para determinao do

nmero de oxidao dos elementos:

Em substncias simples o nox zero. Exemplos: Al, Fe, C, O2, H2, Cl2;


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Hidrognio geralmente 1+ em seus compostos (H2O, H2SO4, NaOH), exceto

nos hidretos metlicos, onde 1- (KH, CaH2);

O oxignio geralmente 2- em seus compostos (H2O, H2SO4, NaOH, Cu(NO3)2),

exceto nos perxidos, onde 1- (H2O2) e no OF2, 2+;

No composto inico, o elemento metlico tem o nmero de oxidao positivo

(NaCl, K2SO4, MgF2);

Nos compostos covalentes, atribui-se um nmero de oxidao negativo ao

tomo mais eletronegativo (HCl, NH3, H2O);

A soma algbrica dos nmeros de oxidao dos elementos num composto

neutro zero;

A soma algbrica dos nmeros de oxidao dos elementos constituintes de um

on poliatmico igual carga do on (PO 34 ,SO2

4 ,Na+, Cl).

As reaes de xido-reduo que ocorrem espontaneamente compem a base

de funcionamento das pilhas, onde uma reao qumica (de xido-reduo) gera

uma corrente eltrica.

As reaes de xido-reduo tambm podem ocorrer induzidas por uma fonte

externa de energia, no processo que chamado de eletrlise.

Oxidao de um elemento o aumento algbrico no seu nmero de oxidao

numa reao qumica; corresponde perda de eltrons por parte desse elemento.

Reduo de um elemento a diminuio algbrica no seu nmero de oxidao;

corresponde ao ganho de eltrons por parte desse elemento. importante ter em

mente que sempre que uma espcie se reduz, uma outra espcie se oxida.

Vistas essas definies, pode-se concluir que agente redutor a espcie que

provoca a reduo, e, portanto, se oxida e agente oxidante a espcie que provoca a

oxidao, e, portanto, se reduz.

A Tabela 3.1 apresenta os potenciais-padro de reduo (Eredo) de algumas

espcies, este uma importante ferramenta que permite prever qual ser o

elemento que sofrer reduo e qual elemento sofrer oxidao em uma reao

qumica. Para fins prticos, o elemento que possui maior valor de potencial padro

de reduo aquele que ir reduzir em uma reao de xido-reduo.


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Os valores de Eredo so tomados tendo como referncia a reduo do on

hidrognio (H+), a 25C e 1,0 mol L-1, portanto, para a reao:

2H+ + 2e H2(g), E0=0,0V

Tabela 3.1 - Tabela de Potenciais-Padro de Reduo de algumas espcies.

Semi-Reao (reduo) Ered0(V) Semi-Reao (reduo) Ered0(V)

2H+ (aq) + 2 H2(g) = 0,00 V (1atm, 1mol L-1, 25oC)

Li+ (aq) + Li(s) -3,05 Sn4+(aq) + 2 Sn2+(aq) +0,13

K+ (aq) + K(s) -2,93 Cu2+(aq) + Cu+(aq) +0,15

Na+ (aq) + Na(s) -2,71 Cu2+(aq) + 2 Cu(s) +0,34

Be2+ (aq) + 2 Be(s) -1,85 I2(s) + 2 2I-(aq) +0,53

Mg2+ (aq) + 2 Mg(s) -2,37 O2(g) + 2 +2H+(aq) H2O2(aq) +0,68

Ca2+ (aq) + 2 Ca(s) -2,87 Fe3+(aq) + Fe2+ (aq) +0,77

Sr2+ (aq) + 2 Sr(s) -2,89 Ag+(aq) + Ag(s) +0,80

Ba2+ (aq) + 2 Ba(s) -2,90 Hg22+(aq) + 2 2Hg(l) +0,85

Al3+ (aq) + 3 Al(s) -1,66 NO3-(aq) + 4H+(aq) + 2 NO(g) + 2H2O +0,92

Mn2+ (aq) + 2 Mn(s) -1,18

Zn2+ (aq) + 2 Zn(s) -0,76 Br2(aq) + 2 2Br-(aq) +1,07

Cr3+ (aq) + 3 Cr(s) -0,74 O2(g) + 4H+(aq) + 4 2H2O +1,23

Fe2+ (aq) + 2 Fe(s) -0,44 MnO2(s) + 4H+(aq) + 2 Mn2+(aq) + 2H2O

+1,23

Cd2+ (aq) + 2 Cd(s) -0,40

Co2+ (aq) + 2 Co(s) -0,28 Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6 2Cr3+(aq) + H2O

+1,33

Ni2+ (aq) + 2- Ni(s) -0,25

Sn2+ (aq) + 2 Sn(s) -0,14 MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5 Mn2+(aq) + 4H2O

+1,51

Pb2+ (aq) + 2 Pb(s) -0,13

2 OBJETIVOS - Abordar o conceito diferena de potencial de diferentes metais;

- mostrar de maneira simples algumas reaes espontneas de xido-reduo,

bem como a produo de energia eltrica a partir de reaes qumicas.

- demonstrar ao aluno como construir clulas eletroqumicas em srie.

3 MATERIAIS E REAGENTES

10 bqueres de 50 mL;

2 lminas de zinco;


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2 lminas de cobre;

2 lminas de alumnio;

2 cm de fita de magnsio;

3 fios multi cable com duplos terminais do tipo jacar;

40 mL de soluo CuSO45H2O (0,10 mol L-1);

40 mL de soluo ZnSO47H2O (0,10 mol L-1);

20 mL de soluo HCl (1,0 molL-1);

Pisseta com gua destilada;

2 pontes salinas com soluo de KCl (3 molL-1);

Palha de ao para limpeza das placas;

Multmetro digital;

Proveta de 25 mL;

Papel para enxugar as placas.

4 PROCEDIMENTO

Inicialmente, limpe todas as placas e as fitas dos metais com auxlio de

palha de ao e gua destilada;

4.1. Deposio de Cobre: Em uma placa de cobre, gotejar duas gotas de gua

destilada e sobre estas gotas, adicione uma gota da soluo de ZnSO4.

Em uma placa de zinco, gotejar duas gotas de gua destilada e sobre

estas gotas adicione uma gota de soluo de CuSO4; espere 1 minuto.

Anote as mudanas observadas nas placas metlicas; seque as placas

com papel, lave-as e seque-as novamente;

4.2. Oxidao do Magnsio: Em um bquer, adicione 10 mL de gua destilada

e 1 cm de fita de magnsio; Em outro bquer, adicione 5 mL de soluo

de HCl (1,0 mol L-1) e 1 cm de fita de magnsio; Observe e anote o que

ocorre em ambos os bqueres.

4.3. Alumnio: Em uma placa de alumnio, gotejar trs gotas de soluo de

HCl (1,0 mol L-1) e aguarde 5 minutos (ou at a soluo na placa

apresentar evoluo de gs). Seque a placa com papel e gotejar duas

gotas de soluo de CuSO4 sobre a regio da placa que continha soluo

________________________________________________________________

de HCl. Observe os resultados. Seque a placa com papel, lave

novamente;

4.4. Clula em Srie: Vide Figura

bqueres coloque 15 mL de soluo de CuSO

cada bquer. No 2 e 4 bqueres coloque 15 mL de soluo de ZnSO

uma placa de zinco em cada bq

bquer placa de cobre do 3 bquer; Coloque as pontes

1 e 2 e entre 3 e 4 bqueres; Mea a diferena de potencial entre o

1 e o 2 bqueres, depois entre o 1 e o 4 bqueres.

na Tabela 3.2.

Figura

Tabela 3.2 - Valores de DDP medidos para diferentes clulas/pilhas

Clula

Cu//Zn (1 e 2 bequer) Cu//Zn (1 e 4 bequer)

QUESTES

1. Qual a reao qumica que ocorre entre a placa de zinco e a soluo de

CuSO4?

2. Qual a reao qumica que ocorre entre o magnsio metlico e a soluo

cida?

3. Os potenciais medidos na pilha de Cu//Zn esto de acordo com os valores

da literatura?

4. Qual seria o potencial medido em uma pilha Fe/Fe

DESCARTE DE RESDUOS

______________________________________________Eletroqumica

de HCl. Observe os resultados. Seque a placa com papel, lave-a e seq

Vide Figura 3.1. Coloque 4 bqueres em linha; no 1 e 3

bqueres coloque 15 mL de soluo de CuSO4 e uma placa de cobre em

2 e 4 bqueres coloque 15 mL de soluo de ZnSO

uma placa de zinco em cada bquer; Conecte a placa de zinco do 2

bquer placa de cobre do 3 bquer; Coloque as pontes-salinas entre o


1 e o 2 bqueres, depois entre o 1 e o 4 bqueres. Anote os valores

Figura 3.1- Esquema da pilha Cu/Zn.

Valores de DDP medidos para diferentes clulas/pilhas

Experimental (V) Literatura (V)

+1,10 +2,20

Qual a reao qumica que ocorre entre a placa de zinco e a soluo de

Qual a reao qumica que ocorre entre o magnsio metlico e a soluo

Os potenciais medidos na pilha de Cu//Zn esto de acordo com os valores

potencial medido em uma pilha Fe/Fe2+(aq)// Cu2+(aq)/Cu?

DESCARTE DE RESDUOS

Eletroqumica Pilhas

20

a e seque-a

1. Coloque 4 bqueres em linha; no 1 e 3

aca de cobre em

2 e 4 bqueres coloque 15 mL de soluo de ZnSO4 e

onecte a placa de zinco do 2

salinas entre o


Anote os valores

Literatura (V)

Qual a reao qumica que ocorre entre a placa de zinco e a soluo de

Qual a reao qumica que ocorre entre o magnsio metlico e a soluo

Os potenciais medidos na pilha de Cu//Zn esto de acordo com os valores

/Cu?


21

- As solues podem ser descartadas normalmente na pia com gua corrente,

pois os ons metlicos utilizados, em concentraes diludas, no apresentam danos

ao meio-ambiente.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1. QUMICA A Cincia Central, Brown, LeMay e Bursten, 9 Ed. Pearson,

Cap.20 Eletroqumica.

2. ECLTICA QUMICA, # 26, 2001 Construo de pilhas eltricas simples: Um

experimento integrado de qumica e fsica, Autores: Luiz Antnio Andrade de

Oliveira; Gisele Gomes Valle; Lus Andr Zanluqui.

PREPARO DE SOLUES

0,5L CuSO4 5H2O (0,10 mol L-1): 12,484g em 0,5L de gua destilada;

0,5L ZnSO47H2O (0,10 mol L-1): 14,376g em 0,5L de gua destilada;

0,5L KCl (3,0 mol L-1): 111,90 g em 0,5L de gua destilada;

1L HCl (1,0 mol L-1): Diluir 84,0 mL de HCl 37% para 1L de gua destilada.

_____________________________________________________________Eletroqumica

04 ELETROQUMICA

1 INTRODUO Eletrlise um processo que decompe substncias qumicas em seus elementos

constituintes atravs do uso da eletricidade. De maneira resumida,

decomposio (ionizao ou dissociao) do composto em ons e, posteriormente, com a

passagem de uma corrente contnua atravs de uma soluo que contm estes ons, s

obtidos os respectivos elementos qumicos. Em muitos casos, de

ser eletrolisada e do meio em que este processo ocorre, alm de formar elementos

ocorrer tambm, a formao de novos compostos. O processo da eletrlise

de oxirreduo no-espontnea, oposta quelas que ocorrem numa clula galvnica

(pilha), portanto, ao invs de gerar corrente eltrica, uma eletrlise precisa da passagem

de corrente eltrica para ocorrer.

Assim como em uma pilha, no processo

espcie qumica que sofre oxidao e outra que sofre reduo. No

do nion e ocorrer a oxidao destas espcies, j no

e ocorrer reduo destas espcies.

positivo (+) o nodo e o

podem ser escritas como semi

eletrlise de uma soluo salina

qumicas podem ser escritas como:

Figura 4.1 Esquema de

eletrlise.

_____________________________________________________________Eletroqumica

ELETROQUMICA ELETRLISE

um processo que decompe substncias qumicas em seus elementos

constituintes atravs do uso da eletricidade. De maneira resumida, procede


passagem de uma corrente contnua atravs de uma soluo que contm estes ons, s

obtidos os respectivos elementos qumicos. Em muitos casos, dependendo da substncia a

ser eletrolisada e do meio em que este processo ocorre, alm de formar elementos

tambm, a formao de novos compostos. O processo da eletrlise

espontnea, oposta quelas que ocorrem numa clula galvnica


de corrente eltrica para ocorrer.

Assim como em uma pilha, no processo de eletrlise, h, obrigatoriamente, uma

espcie qumica que sofre oxidao e outra que sofre reduo. No nodo, h

rer a oxidao destas espcies, j no ctodo, haver migrao dos ctions

e ocorrer reduo destas espcies. Porm, inversamente pilha, na eletrlise, o

e o plo negativo () o ctodo. As reaes de oxirreduo

podem ser escritas como semi-reaes de oxidao (nodo) e de reduo (ctodo). Na

eletrlise de uma soluo salina, exemplo do sal Na2SO4, Figura 4.1, as semi

qumicas podem ser escritas como:

No nodo (+): 4OH-(aq) O2(g) + 2H2O + 4

No ctodo (): 4H2O(l) + 4 2H2(g) + 4OH

A equao global ser: 2H2O(l) 2H2(g) + O

_____________________________________________________________Eletroqumica - Eletrlise

22

um processo que decompe substncias qumicas em seus elementos

procede-se primeiro


passagem de uma corrente contnua atravs de uma soluo que contm estes ons, sendo

pendendo da substncia a

ser eletrolisada e do meio em que este processo ocorre, alm de formar elementos, pode

tambm, a formao de novos compostos. O processo da eletrlise uma reao

espontnea, oposta quelas que ocorrem numa clula galvnica


de eletrlise, h, obrigatoriamente, uma

nodo, haver migrao

migrao dos ctions

Porm, inversamente pilha, na eletrlise, o plo

As reaes de oxirreduo

reaes de oxidao (nodo) e de reduo (ctodo). Na

as semi-reaes

O + 4

+ 4OH-(aq)

+ O2(g)

________________________________________________________________Eletroqumica Eletrlise

23

No nodo, a soluo ficar menos bsica e, no ctodo, a soluo ficar mais bsica.

Estes fatos sero observados com a utilizao de indicadores cido-base1. Atravs de

dados obtidos da eletrlise da gua possvel obter o valor da constante de Avogadro2,

cujo valor de 6,02214 x 1023 mol-1 , que a constante que indica o nmero de partculas

por mol de uma substncia, informao fundamental para o entendimento de vrios

conceitos em qumica. Experimentalmente, esta constante pode ser obtida atravs de

mtodos como eletrlise, emisses radioativas, raios X, entre outros. Portanto, pode se

calcular a constante de Avogadro utilizando-se das seguintes frmulas, constantes e

converses:

pV = nRT e Q = i x t e N = Q/ e NA = N/n

onde: p = presso atmosfrica (Pa);

V = Volume do gs (m3);

n = nmero de mol do gs (mol);

R = constante dos gases (8,3145 J/Kmol);

T= temperatura (K);

t = tempo (s);

i = corrente eltrica em (A);

Q = Quantidade de energia eltrica (C);

n = nmero de mol de eltrons (mol);

= carga do eltron (C);

N = nmero de eltrons (u.a.);

NA = Cte de Avogadro (mol-1)

converses:1 atm = 760 mmHg = 101.325Pa; 1,0 mL = 1,0m3; K = 273,15+oC

Os procedimentos aqui descritos pretendem mostrar de maneira simples alguns

processos de eletrlise de solues e de como os resultados obtidos podem ser utilizados

para o clculo da constante de Avogadro.

____________________________________________________________________________________________________ [1] So substncias halocrmicas, ou seja, possuem diferentes cores em funo do pH. Ver material suplementar. [2] Lorenzo Romano Amedeo Carlo Bernadette Avogadro di Quaregna e Cerreto, (09/08/1776 09/07/1856), Turin, Itlia.


24

2 OBJETIVOS Abordar os conceitos de eletrlise e demonstrar ao aluno como calcular a constante

de Avogadro dos dados obtidos. Conceitos de cidos, bases e hidrlise de sais tambm

sero abordados.


2 Provetas de 10 mL;

150 mL de soluo de Na2SO4 (0,10 mol L-1); com indicadores;

1 bquer de 100 mL;

2 fios de cobre (um preto e outro vermelho) com pontas desencapadas/jacars;

1 eletrodo de grafite;

Pisseta com gua destilada;

Fonte de Corrente Contnua;

Cronmetro;

Pina;

Algodo.

4 PROCEDIMENTO

Inicialmente, ligue a fonte de corrente contnua e ajuste a tenso e a corrente para

seus respectivos mximos.

Preencha duas provetas de 10 mL com soluo de Na2SO4 0,1 mol L-1, tampe-as com

algodo e com os fios de cobre dentro da proveta em contato com a soluo do sal. A

seguir, coloque as provetas de modo invertido dentro do bquer preenchido at a metade

com a mesma soluo do sal, como descrito no esquema abaixo.

Esquema 4.1 Esquema de montagem da prtica de eletrlise.


25

Importante: Dentro das provetas no deve haver bolhas de ar e os fios de cobre

nunca devem ficar fora das solues.

Esquema da montagem do experimento de eletrlise

4.1. Eletrlise com fios de Cobre: Conecte o fio de cobre preto no terminal () da Fonte

de Tenso. A seguir, conecte o fio de cobre vermelho no terminal (+) e, imediatamente,

acione o cronmetro. Verifique e anote os valores da DDP, em Volts e da Corrente, em A.

Estes valores, especialmente o da corrente, podem variar, caso isto ocorra anote os novos

valores de acordo com o tempo. O experimento deve ocorrer por 1 minuto apenas. A

soluo contida no eletrodo positivo deve ser descartada em frasco apropriado, e o

restante da soluo pode ser reutilizado.

4.2. Eletrlise com fio de Cobre e eletrodo de grafite: Lave na pia todo o material

utilizado. Novamente, encha uma proveta com soluo de Na2SO4 (0,10 mol L-1) e tampe-

a com algodo. Na proveta, coloque o fio preto de cobre. A seguir, coloque a proveta de

modo invertido dentro do bquer preenchido pela metade com a soluo do Na2SO4.

Conecte o fio preto no terminal () da Fonte de Tenso e o terminal (+) da fonte ligado no

eletrodo de grafite. Mergulhe o eletrodo de grafite na soluo. Imediatamente, acione o

cronmetro. Verifique e anote os valores da DDP e de Corrente. Caso ocorra variao da

corrente, anote os novos valores de acordo com o tempo. Fazer a leitura do tempo e

corrente quando houver formao de 2,5; 5,0 e 7,5 mL do gs H2. A soluo de Na2SO4

(0,10 mol L-1) contm os indicadores fenolftalena e timolftalena. Esta soluo deve ter a

cor inicial rosa.

Tabela 4.1- Dados experimentais da eletrlise

Volume (mL) Tempo (s) Corrente (A) Cte Avogadro 2,5 5,0 7,5

Calcular a constante de Avogadro com os valores obtidos na Tabela 4.1 utilizando

as frmulas descritas na introduo e comparar com o valor da literatura.


26

QUESTES

1. Escreva as semi-reaes e as reaes globais que ocorrem nos plos (+) e (-) dos

experimentos 4.1 e 4.2.

2. Calcule a constante de Avogadro com os valores obtidos e compare com o valor

da literatura.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. QUMICA A Cincia Central, Brown, LeMay e Bursten, 9 Ed. Pearson, Cap.20

Eletroqumica

2. Qumica Nova na Escola, #3, maio/1996, Constante de Avogadro simples

determin-la em sala de aula, por Gerson de Souza Ml; Geraldo A.Luzes Ferreira;

Roberto Ribeiro da Silva; Hrcules F.Laranja.

DESCARTE DE RESDUOS:

A soluo de sulfato de sdio ser reutilizada e no deve ser descartada, apesar de ser

incua ao meio ambiente e poder ser descartada diretamente na pia, com excesso de gua

corrente. Os gases O2 e H2, nas quantidades obtidas, so tambm incuos e podem ser

liberados mesmo dentro do laboratrio. A soluo de sulfato de cobre gerada durante a

eletrlise no item 4.1 pode ser descartada diretamente na pia, com excesso de gua, pois a

concentrao de ons Cu2+(aq) muito baixa.

MATERIAL SUPLEMENTAR:

A Soluo de Na2SO4 0,10 mol L-1 com indicador deve conter os indicadores

Fenolftalena e Timolftalena; A soluo final dever ter o pH ajustado para ~8 com adio

de H2SO4 ou NaOH diludos.

Indicadores cido-base:

________________________________________________________________

Fenolftalena

Nome IUPAC:

3,3-Bis(4-hidroxifenil)

isobenzofuranona

Propriedades

Frmula

Molecular:

C20H14O4

Ponto de Fuso:

262,5 C

Espcies In

Estrutura

pH < 0

Cor laranja

Imagem

Timolftalena

Nome IUPAC: 3,3-bis(4-hidroxi

Frmula molecular: C28H30O4;

______________________________________________Eletroqumica

Nome IUPAC:

hidroxifenil)-1(3H)-

isobenzofuranona

Outros Nomes:

cido 2-(bis-(4-

hidroxifenil)metil)benzico, 3,3

hidroxifenil)ftlido, NCI-C55798

Propriedades

Massa Molar:

318,323 g mol1

Densidade:

1,277 g cm

C

Solubilidade:

Pouco solvel em benzeno e em gua; muito solvel

em etanol e ter, ligeiramente solvel em DMSO

H2In In2

08.2 8.212.0 >12.0

incolor rosa incolor

hidroxi-2-metil- 5-propan-2-ilfenil)- 2-benzofuran-

; Massa Molar: 430,53 g mol-1; P.Fuso: 253oC.

Eletroqumica Eletrlise

27

hidroxifenil)metil)benzico, 3,3-bis(p-

C55798

Densidade:

1,277 g cm3, a 32

Pouco solvel em benzeno e em gua; muito solvel

em etanol e ter, ligeiramente solvel em DMSO

In(OH)3

>12.0

incolor

-1-one

C.


28

pH < 9,3 --> incolor;

pH > 10,5 --> azul intenso

Estrutura molecular

Outros Indicadores:

_____________________________________________________________Poder Calrico dos Alimentos

29

05 PODER CALRICO DOS ALIMENTOS

1 INTRODUO

Quando se fala em quantidade de calorias em um determinado alimento, nos

referimos energia armazenada nas ligaes qumicas dos constituintes destes

alimentos. No organismo, estas macromolculas so oxidadas a produtos menores,

ocorrendo liberao de energia. Esta energia quantificada atravs da unidade

fsica denominada caloria, que possui o smbolo cal. Esta uma unidade de medida

que define a quantidade de energia necessria para elevar a temperatura em 1C de

1 grama (o equivalente a 1 mililitro) de gua. Por exemplo, para aquecer 250

mililitros de gua (aproximadamente 1 copo) de 20C para 21C, necessrio

fornecer 250 calorias de energia. Por ser uma unidade muito pequena, em nutrio,

costuma-se utilizar a quilocaloria, kcal, que equivale a 1000 calorias.

1000cal = 1kcal

Os alimentos fornecem diferentes quantidades de energia. A determinao da

quantidade de energia que est armazenada em cada alimento importante,

especialmente no planejamento de uma dieta para balancear a quantidade de

energia que ingerida e que gasta. Se a quantidade de energia ingerida for maior

do que a energia gasta, as calorias que sobram se acumulam em forma de gordura,

fazendo o indivduo engordar.

A Tabela 5.1 mostra os gastos calricos em algumas atividades fsicas.

Tabela 5.1 - Gastos de calorias nas diversas atividades esportivas, de rotina e de entretenimento.

Atividade Energia consumida (kcal/min)

Futebol 10,4 Caminhar moderado 3,60

Corrida a p 10

Corrida de bicicleta 5 Arrumar a cama 3,9

Dormir 1,2 Escrever sentado 1,8


30

Os calormetros so instrumentos cientficos essencialmente destinados a medir

variaes de energia em sistemas onde a temperatura tem um papel relevante. Um

dos mais simples o calormetro de gua. Provocando-se uma reao qumica

dentro da gua contida em um calormetro, a temperatura da gua ir variar.

Medindo-se a variao da temperatura, pode-se calcular a quantidade de calor que

liberada ou absorvida pela reao.

A quantidade de calor (Q) absorvida ou liberada de um sistema dada pela

seguinte expresso:

Q = m.c.T

Onde:

Q= quantidade de calor (cal);

m= massa(g);

c= calor especfico (cal/gC) e

T= a variao de temperatura (C);

O calor especfico da gua 1cal/gC.

Pode-se utilizar um calormetro de gua para se determinar o valor calrico de

um alimento. Nesse caso, a quantidade de energia liberada no processo de queima

do alimento depende da massa de gua e da variao da temperatura da mesma

ocorrida durante a queima do alimento.

Finalmente, para se determinar o valor calrico do alimento, ou seja, a

quantidade de energia que liberada por grama de alimento, utiliza-se a seguinte

expresso:

galimentodomassa

calQ=CalricoValor

2 OBJETIVOS


31

Reconhecer a presena da Qumica na determinao das calorias presentes

nos alimentos;

Determinar a quantidade de calorias presentes em alguns alimentos

utilizando um calormetro de gua.

3 MATERIAIS NECESSRIOS

1 balana; 1 proveta (100mL); 2 copos de alumnio de 350 mL; 2 latas de

refrigerante de 250 mL com as extremidades cortadas; 1 termmetro; 2 garras; 1

suporte universal; 1 clipe; 1 pina; 1 vidro de relgio; palitos de fsforo; bico de

Bunsen, gua de torneira; 1 amendoim; 1 pedao de castanha-do-par.

4 PROCEDIMENTO

1) Montar o equipamento como representado na Figura 5.1 e posteriormente

seguir os procedimentos descritos abaixo (substituir o frasco de refrigerante pelo

copo de alumnio).

Figura 5.1 - Esquema da montagem da prtica.

2) Pesar 1 amendoim e de castanha-do-par e anotar as massas na Tabela

5.2.


32

Tabela 5.2 - Resultados obtidos na determinao da energia contida nos alimentos

3) Adicionar 100 mL de gua de torneira a um copo de alumnio de 350 mL e

fixar o copo, com o auxlio de uma garra, no suporte universal.

4) Com o auxlio do termmetro, verificar a temperatura da gua (temperatura

inicial) e anotar na Tabela 5.2. O termmetro tambm dever estar preso em outra

garra. necessrio ateno para que o termmetro no encoste na parede do copo

de alumnio e nem no fundo deste, caso contrrio haver erro na leitura da

temperatura.

5) Dobrar um clipe formando um apoio para segurar a amostra e fix-lo na

base do suporte.

6) Prender a amostra de alimento no clipe.

7) Acender o bico de Bunsen e iniciar a combusto do alimento.

8) Aps o incio da combusto do alimento, coloque a capa da lata de

refrigerante para proteger a chama e deixe-o queimar at verificar a extino total

do fogo. Neste momento anotar a temperatura final da gua. Anote o dado obtido na

Tabela 5.2 (neste momento pese o que restou da amostra depois da combusto e

desconte da massa inicial).

9) Repita o procedimento para a amostra de castanha-do-par (substitua o

copo de alumnio e verifique que a temperatura do termmetro encontra-se na

mesma temperatura da gua).

Amostra Massa inicial

(g)

Massa aps a

queima (g)

Massa final (g)

Volume de gua

(mL)

Temp. inicial da gua

(C)

Temp. final da

gua (C)

T(C)

Amendoim (1)

Castanha- do-par

(2)


33

Ateno: Certifique-se de que a distncia entre a lata de refrigerante e a amostra suficiente para que a chama produzida pela queima da amostra possa aquecer a gua do recipiente.

5 QUESTES:

1 De acordo com os dados anotados na Tabela 5.2, determine a quantidade de

energia liberada na reao de combusto para cada uma das amostras utilizadas no

experimento.

2- Ainda com os dados anotados na Tabela 5.2, determine o valor calrico de

cada alimento. Qual das amostras a mais calrica?

3 Se uma pessoa ingerisse 100 gramas de cada uma dos alimentos utilizados

neste experimento, quanto tempo ele precisaria caminhar para queimar as calorias

consumidas? (utilize os dados da Tabela 5.1).

4- A Tabela 5.3 mostra os valores calricos do amendoim e da castanha do par

retirados de rtulos de supermercado. Compare esses valores com os obtidos no

experimento e faa um comentrio.

Tabela 5.3: Valor calrico de alguns alimentos. Alimento Valor calrico (kcal)

(em 100 g do alimento)

Amendoim 567

Castanha-do-par 654

5 A quantidade de calor por grama no SI deve ser expresso em J/kg (Joule por

quilograma), sabendo que 1,0cal/g = 4200 J/kg, determine os valores energticos

dos alimentos utilizados no experimento em J/kg.


1. Neves, A. P.; Guimares, P. I. C. e Meron, F. Qumica Nova na Escola, 31(1), 34-

39, 2009.


34

2. http:www.quimica.ufpr.br/eduquim/pdf/experimento8.pdf acessado em

25/05/2009.

3. Atkins, P. W. Physical Chemistry. 5 ed. Oxford: Oxford University Press, 1994.

4. Santos, W. L. P. dos; Souza, G. de; Qumica e Sociedade: Clculos, Solues e

Esttica: Mdulo 4: Ensino Mdio. So Paulo: Nova Gerao, p. 17-20, 2004.

5. http://portal.saude.gov.br/saude/ acessado em 22/05/2009.

6. Revista Super Interessante, edio 285 dez/2010 infogrfico pg 56.

__________________________________________________________________Titulao Calorimtrica

35

06 CALOR ESPECIFICO DOS LIQUIDOS

1 INTRODUO

Uma grande parcela da populao apresenta conceitos alternativos (diferentes

daqueles aceitos pela Cincia) sobre calor e temperatura. Segundo pesquisadores

da rea de Ensino de Cincias tais idias resistem pelo fato de estarem

relacionadas diretamente com a experincia cotidiana e resultam do fato de que o

calor e o frio so pensados como atributos de substncias e materiais, logo, um

corpo quente possuiria calor enquanto um corpo frio possuiria frio.

Visando melhor exemplificar as origens destas idias alternativas, podemos

considerar a interpretao usada para a prtica de resfriar uma bebida pela adio

de gelo. Neste caso, a idia de que o gelo transfere frio para a bebida aceita.

Como conseqncia, teramos dois processos de transferncia de energia: o do

calor e o do frio. Na verdade, sabemos que somente possvel a transferncia de

calor de corpos com temperaturas mais altas para corpos com menores

temperaturas, ou seja, neste caso a bebida inicialmente apresenta maior

temperatura e, em contato com o gelo, transfere energia na forma de calor para o

gelo at que o equilbrio trmico seja atingido, assim, observamos o resfriamento

da bebida. Portanto, podemos definir calor como uma forma de energia, logo, no

uma substncia, de fato:

O conceito de temperatura, do ponto de vista cientfico, deriva da observao

de que energia pode fluir de um corpo para outro quando eles esto em contato. A

temperatura a propriedade que nos diz a direo do fluxo de energia. Assim, se a

energia flui de um corpo A para um corpo B, podemos dizer que A est a uma

temperatura maior do que B. Essa maneira de definir a temperatura tambm

estabelece a relao entre calor e temperatura. O calor, como fluxo de energia,

sempre passa de um sistema a uma temperatura maior para um outro a uma

temperatura menor, quando os dois esto em contato. Deve-se destacar que s h

fluxo de energia e, portanto, calor, quando h diferena de temperatura. O calor ,

dessa maneira, diretamente proporcional diferena de temperatura entre os dois


36

sistemas entre os quais est havendo a transferncia de calor, e no temperatura

de qualquer dos sistemas (Mortimer e Amaral, 1998).

Tendo como base o exposto acima podemos analisar a questo abaixo:

comum utilizarmos a seguinte expresso quando a temperatura est muito

baixa: gostaria de vestir um agasalho bem quentinho. Considerando que

ocupamos o mesmo ambiente que o agasalho, portanto em condies de equilbrio

trmico, est correto dizer que o agasalho est quente? Mas, como podemos

explicar o fato de que algumas roupas so melhores isolantes trmicos que outras?

A anlise desta questo aponta para o fato de que diferentes materiais comportam-

se de forma diferente quanto transferncia de calor. Assim, possvel determinar

que o calor dependa da constituio das substncias e dos materiais, de fato:

O calor especfico definido como a quantidade de calor que cada grama de

determinada substncia ou material deve ganhar ou perder para que sua

temperatura varie em 1C e, depende de sua constituio.

Adicionalmente, podemos aceitar que a quantidade de calor transferida

dependa, ainda, da massa dos corpos envolvidos, assim, possvel escrever a

expresso bsica da calorimetria:

Q = m.c.T

Hoje, utilizaremos um mtodo para determinao do calor especfico de alguns

lquidos baseado na comparao do comportamento trmico da gua com o

comportamento das amostras de interesse. Portanto, ser fornecida a mesma

quantidade de calor para massas iguais de gua e de amostra, logo:

Qgua = mgua.cgua.Tgua (i) e Qamostra = mamostra.camostra.Tamostra (ii)

Uma vez que faremos com que Qgua = Qamostra e mgua = mamostra podemos igualar

as expresses (i) e (ii), que aps rearranjada fica:


37

camostra = (cgua.Tgua) / Tamostra

Onde o valor de cgua = 1,0 cal/goC e os valores de T da gua e da amostra

sero obtidos experimentalmente.

2 OBJETIVOS

Determinar o calor especfico de alguns lquidos e avaliar a aplicao de

diferentes materiais a partir do calor especfico dos mesmos.


1 Pisseta para gua destilada;

2 Bqueres de vidro 100 mL (dimetro externo 5,0 cm);

2 Bastes de vidro;

2 Provetas de 100 mL;

1 Lamparina c/ tampa e pavio;

1 Suporte universal e argola com mufa (dimetro interno 5,1 cm);

1 termmetro e 1 cronmetro digital;

Glicerina.

4 PROCEDIMENTO

Mea o volume equivalente a 50 g de gua com auxlio de uma proveta;

Transfira o volume determinado para um bquer de 100 mL;

Acenda a lamparina (Ateno: trabalhe com cuidado e evite acidentes);

Posicione o bquer a uma distncia de aproximadamente 4,0 cm do pavio da

chama com auxlio do sistema montado (Figura abaixo).

Valores de densidade: - gua: 1,00 g.cm-3, - leo: 0,91 a 0,93 g.cm-3 e - Glicerina: 1,26 g.cm-3


38

Inicie o aquecimento da amostra simultaneamente contagem do tempo

(utilize o cronmetro disponvel);

Aps aproximadamente 1 minuto de aquecimento registre valores de

temperatura e tempo a cada intervalo de 1 minuto (sistematize uma tabela com 3

conjuntos de dados). Ateno: Antes das medidas agite o lquido com auxlio do

basto.

Repita o procedimento acima para as amostras indicadas professor.

Ateno: Mantenha as mesmas condies de aquecimento, como a distncia

entre o bquer e a chama. Registre os novos valores de temperatura de acordo com

os valores de tempo obtidos para a gua.

5 - Questes

1 Determine o valor mdio do calor especfico das amostras.

2 Porque panelas de metal esquentam mais rapidamente que panelas de

pedra ou barro? Qual delas deve ser selecionada para manter os alimentos

aquecidos por mais tempo aps a extino da fonte de calor? Justifique!

3 Voc considera possvel caracterizar e selecionar materiais a partir da

determinao do calor especfico? Apresente um exemplo.

Referncias

- Mortimer, E.F. e Amaral, L.O.F. Quanto mais quente melhor: calor e

temperatura no ensino de termoqumica, Qumica Nova na Escola. 7 (1998) 30-34.

- Atkins, P. Princpios de Qumica: questionando a vida moderna e o meio

ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001.

______________________________________________________________________Escala de Padres

39

07 ESCALA DE PADRES

1 INTRODUO

Na natureza temos a predominncia de misturas em relao s substncias

puras. Como exemplos, podemos citar as rochas, o solo, o ar, o sangue, etc. Uma

mistura, diferentemente de um composto puro, pode ter qualquer composio

desejada, logo, o tratamento quantitativo de uma mistura extremamente

importante em diversas reas, como no monitoramento de poluentes, na dosagem

do princpio ativo de frmacos etc.

Misturas so sistemas formados por duas ou mais substncias e podem ser

classificadas em homogneas ou heterogneas. Podemos identificar os componentes

de uma mistura heterognea (que apresenta duas ou mais fases) a olho nu ou com

auxlio de um microscpio. Por outro lado, no possvel distinguir os componentes

de uma mistura homognea (que apresenta uma nica fase) nem mesmo com

microscpios muito potentes. As misturas homogneas so conhecidas como

solues, que podem ser lquidas, slidas ou gasosas. Os componentes de uma

soluo so classificados como soluto e solvente:

- Soluto: a substncia presente em menor quantidade e que est dissolvida no

solvente.

- Solvente: componente da soluo, usualmente, presente em maior quantidade

com o papel de dissolver o soluto.

Uma questo essencial para os qumicos e outros profissionais de reas

correlatas a determinao da relao existente entre a quantidade de uma

substncia (normalmente denominada soluto) e o volume total da mistura. A

constante de proporcionalidade determinada por esta relao denominada

concentrao e pode ser expressa em diferentes unidades (vide material

suplementar).

Existem diversas tcnicas para determinar a concentrao de um determinado

soluto numa soluo, dentre elas destacam-se as denominadas espectroscpicas,

que tem como princpio a interao da radiao eletromagntica com a matria. De

______________________________________________________________________Escala de Padres

40

fato, diferentes substncias interagem diferentemente com a luz, o que permite

relacionar alguns fenmenos pticos como o desvio de luz polarizada e a

absoro seletiva de luz com a concentrao destas substncias em um

determinado meio.

Outro modo a utilizao de agentes que, aps reao com o soluto, podem

produzir solues muito mais coloridas.

Na presente prtica utilizaremos o conceito de colorimetria visual ou Mtodo

da Escala de Padres. Este mtodo apenas qualitativo para determinar a

concentrao de solues. No entanto, a base de inmeros mtodos analticos e

instrumentais para a determinao quantitativa de ons/compostos em solues.

Nesta prtica ser determinada de forma, aproximada, a concentrao de ons de

Fe3+ em solues aquosas.

2 OBJETIVOS

- Preparar solues em diferentes concentraes por diluio e determinar a

concentrao aproximada de uma soluo pelo Mtodo da Escala de Padres;

- Compreender o conceito de soluo do ponto de vista qualitativo;

- Compreender como a interao de luz com matria pode ser a base para o

desenvolvimento de tcnicas de anlise quantitativa.


1 estante para tubos de ensaio;

12 tubos de ensaio;

1 bquer de 10 mL;

1 pisseta de 500 mL com gua destilada;

2 provetas de 10 mL

2 pipeta de Pasteur;

50 mL de soluo de KSCN 0,10 mol L-1;

1 proveta de 100 mL para toda a turma.

4 PROCEDIMENTO

______________________________________________________________________Escala de Padres

41

1- Numerar os tubos de ensaio de 1 a 12;

2- Transferir 10 mL da soluo de FeCl3 0,25% para o 1 tubo;

3- Lavar a proveta com gua destilada;

4- Transferir para a proveta uma alquota de 2,5 mL da soluo do tubo (1);

5- Ainda na proveta adicione gua destilada at 10 mL;

6- Adicione a soluo no tubo (2), volte a soluo para a proveta e, finalmente,

volte a soluo ao tubo (2);

7- Lave a proveta com gua destilada;

8- Transferir para a proveta uma alquota de 5,0 mL da soluo do tubo (2) e

em seguida adicionar gua destilada at 10 mL;

9- Adicione a soluo no tubo (3), volte a soluo para proveta e, finalmente,



11- Transferir para a proveta uma alquota de 7,5 mL da soluo do tubo (3) e

em seguida adicionar de gua destilada at 10 mL.

12- Adicione a soluo no tubo (4), volte a soluo para proveta e, finalmente,



14- Repetir as etapas 12 a 14 para preparar solues nos tubos (5) at (12),

partindo sempre da soluo preparada no tubo anterior.

15- Em cada tubo, adicione 1,0 mL de soluo de KSCN 0,10 mol L-1 com auxlio

de uma pipeta de Pasteur;

16- Aps a adio do tiocianato de potssio, agite cada tubo;

17- Determine a concentrao da soluo-problema disponibilizada pelo

professor, atravs da comparao com a escala de padres previamente preparada.

Ateno: Este procedimento permite a preparao de solues com valores

aproximados de concentrao. Existem mtodos analticos para o preparo de

solues que no sero discutidos no momento.

Material Suplementar

______________________________________________________________________Escala de Padres

42

Unidades e converso

As unidades mais comuns para expressar concentrao so (% m/v); (mol L-1);

(mg L-1); (g mL-1); ppm (partes por milho) e ppb (partes por bilho).

Existem diversos modos para convertes as unidades, a seguir ser ilustrado um

destes modos.

Ppm = mg L-1, ou seja temos uma milsima parte (0,001g) em 1000

partes (1000 mL ou ~1000 g).

A % m/v a massa do soluto por volume de solvente, portanto, uma

soluo 0,1% por exemplo, significa que temos 0,10 g de soluto para

100 mL de solvente, ou 1,0 g para 1 L. Para converter % m/v em mg

L-1,ou ppm, basta multiplicar o valor de % por 10.000.

Exemplo: Soluo aquosa 0,40% de NaOH = 0,40 g de NaOH em 100 mL de gua

ou 4,0 g de NaOH em 1L, ou ainda, 4.000 ppm ou 4.000 mg L-1.

Para converter % m/v em mol L-1, necessrio saber a massa molar

do soluto. Inicialmente, faa a converso para g L-1. Para converter

gramas em mol, basta dividir o valor de g pela massa molecular do

soluto.

Exemplo: Soluo aquosa 0,40% de NaOH = 4,0 g L-1 e MMNaOH = 40,0 g mol-1.

Portanto, NaOH 0,40% 0,10 mol L-1.

Para saber a concentrao de um dos constituintes do soluto, basta

saber a % deste constituinte, em massa, no soluto.

Exemplo: Qual a concentrao de ons Na+ em uma soluo de NaOH 0,40%

m/v? Dados: MMNaOH = 40,0 gmol-1, MMNa = 23,0 gmol-1,

57,5% da massa de NaOH de ons de sdio, portanto em uma soluo 0,40%

NaOH, temos 0,23% de ons Na+.

______________________________________________________________________Escala de Padres

43

QUESTES

1 Calcule a concentrao, em % (m/v) das solues de FeCl3 preparadas nos

tubos 2 a 12.

2 Qual a concentrao de ons Fe3+(aq) presentes no tubo 3?

3 Qual a concentrao, em mmol L-1 da soluo de FeCl3 do tubo 5?

4 Qual a concentrao, em ppm, de Fe3+, na soluo do tubo 12?


- Curi, Denise; Colorimetria Determinao de Fe3+ em gua; Qumica Nova na

Escola, vol 24, 2006

- Atkins, P. Princpios de Qumica: questionando a vida moderna e o meio

ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001.

- Carmo, M.P. e Marcondes, M.E.R. Abordando Solues em Sala de Aula uma

Experincia de Ensino a partir das Idias dos Alunos, Qumica Nova na Escola. 28

(2008) 37-41.

- Rocha-Filho, R.C. e Silva, R.R. Clculos Bsicos da Qumica. So Carlos:

EdUFSCar, 2006.

DESCARTE DE RESDUOS:

As solues de utilizadas podem ser descartadas na pia. Os ons Fe3+ e Cl-

apresentam baixa toxicidade. O on tiocianato (SCN-) somente nocivo ao meio-

ambiente em concentraes acima de 100 mg L-1.

PREPARO DE SOLUES:

1,0 L KSCN 0,10 mol L-1: 9,718g em 1,0 L de gua destilada;

_________________________________________________________Fluorescncia e Estrutura Atmica

44

08 FLUORESCNCIA E ESTRUTURA ATMICA

1 INTRODUO

Luminescncia o nome do fenmeno mais genrico que engloba a

fluorescncia e a fosforescncia. A luminescncia definida como a emisso de luz

na faixa do visvel (400-700 nm) do espectro eletromagntico como resultado de

uma transio eletrnica. O incio de um processo de luminescncia envolve a

absoro de quanta de luz (ftons) por uma molcula/on e, consequentemente, a

produo de um estado eletronicamente excitado. Isto significa dizer que a

molcula/on absorveu uma quantidade discreta de energia, suficiente para

promover um eltron de um nvel inferior para um nvel superior de energia. A

energia do fton deve coincidir com aquela correspondente transio eletrnica.

Como a molcula/on no pode permanecer indefinidamente no estado excitado, a

energia absorvida pode ser dissipada atravs dos seguintes processos:

Fluorescncia emisso do fton de luz e retorno ao estado fundamental;

Fosforescncia o eltron excitado decai para um nvel intermedirio de

energia e ocorre emisso de radiao do intermedirio ao estado fundamental;

Transio vibracional ou no radiativa a molcula retorna ao estado

fundamental emitindo energia trmica atravs de uma srie de transies

vibracionais;

Reao fotoqumica a molcula sofre algum tipo de reao no estado

eletronicamente excitado.

A energia da radiao eletromagntica envolvida pode ser calculada atravs da

equao de Planck:

=

Onde h = constante de Planck = 6,63 x 10-34 J. s;

c = velocidade da luz no vcuo = 3 x 108 m/s;


45

= comprimento de onda;

e tambm pode ser expressa em termos de frequncia ():

=

A energia da radiao eletromagntica depende apenas de sua frequncia

quanto maior a frequncia, menor o comprimento de onda e maior a energia.

A luz visvel compreende a faixa de comprimento de onda de 400 a 700 nm; j a

radiao infravermelha (IV), invisvel, est compreendida entre 700 a 200.000 nm. A

radiao ultravioleta (UV) est entre 10 e 400 nm (veja a Figura 8.1).

(a) (b)

Figura 8.1 a) Espectro eletromagntico compreendido desde as ondas de rdio at

os raios gama; b) Salto quntico do eltron com a emisso da radiao absorvida

cujo comprimento de onda se encontra na faixa do visvel.

De acordo com suas propriedades fsicas e efeitos biolgicos, parte da radiao

UV dividida em trs sub-regies: UV-A de 320 a 400nm, UV-B de 290 a 320nm e

UV-C abaixo de 200 a 290nm. Dentre elas, a radiao UV-A a menos nociva, sendo

que suas fontes podem ser adquiridas comercialmente com o nome de luz negra. A

radiao UV-B a responsvel pelo cncer de pele e a UV-C no chega a atingir a

superfcie terrestre.

A colorao da luz emitida depende da variao de energia envolvida na

transio eletrnica; assim, uma emisso avermelhada dever ocorrer em uma faixa

de energia associada a comprimentos de onda prximos de 700nm.

Os vegetais verdes, a gua tnica, a vitamina B2, a casca dos ovos marrons e at

mesmo os sabes em p tm em comum o fato de possurem compostos

fluorescentes em sua composio. J os mostradores de relgios e enfeites de


46

quartos exibem o fenmeno da fosforescncia. De uma forma bastante simplificada,

podem-se distinguir os fenmenos com relao ao tempo de emisso de radiao:

enquanto na fluorescncia a emisso instantnea e cessa quando a fonte de

energia desligada, na fosforescncia pode durar horas, depois de desligada a fonte

de excitao.

2 OBJETIVOS

- Introduzir o conceito de energia quantizada;

- Descrever o fenmeno da excitao eletrnica e estabelecer a relao com o

modelo atmico de Bohr;

- Introduzir aos alunos o fenmeno de fluorescncia.


Basto de vidro; 30 mL de HCl 3,0 mol L-1; casca de ovo vermelho; almofariz e

pistilo; 15 mL Soluo de Fluoroscena 0,10 g L-1; de comprimido de complexo B;

10 mL de H2O tnica; folhas de Hortel; etanol; 6 bqueres de 50 mL; gua

destilada; Sabo em P; Lmpada UV (luz Negra).

4 PROCEDIMENTO

Preparar as solues e aps o trmino colocar as solues obtidas sob a luz

Negra e anotar as cores observadas na Tabela 8.1.

4.1. Casca do Ovo Protoporfirina IX: Quebrar em pequenos pedaos 1/5 de

casca do ovo em um bquer, adicionar 20 mL de HCl 3,0 mol.L-1 e aguardar cerca de

5 minutos;

4.2. Extrato de Folhas Verdes Clorofila: Triturar folhas de hortel com 10 mL de

etanol at se obter uma soluo verde intenso. Coletar em um bquer;

4.3. Complexo B Riboflavina: Triturar de comprimido de complexo B com 30

mL de gua. Coletar em um bquer;

4.4. Sabo em p: Pesar 0,5 gramas de sabo em p e dissolver o sabo em 10

mL de gua destilada em um bquer;


47

4.5. Fluoroscena: Colocar 5,0 mL da soluo de fluoroscena em um bquer (AO

FINAL DO EXPERIMENTO NO DESCARTAR);

4.6. gua Tnica: Colocar 5,0 mL de gua tnica em um bquer (AO FINAL DO

EXPERIMENTO NO DESCARTAR).

Tabela 8.1: Cores emitidas pelas solues iluminadas por Radiao UV

Amostra Cor inicial Cor luz negra

Protoforfirina IX

Clorofila

Riboflavina

Sabo em P

Fluoroscena

gua Tnica

DESCARTE DE RESDUOS

As solues utilizadas, aps filtrao, podem ser descartadas na pia com excesso

de gua corrente. O filtrado pode ser descartado em lixo comum. As solues de

Fluoroscena e gua tnica podem ser devolvidas ao frasco original.

QUESTES

1. Os modelos atmicos de Dalton e Thomson podem explicar o fenmeno da

luminescncia? Explique.

2. Quais evidncias experimentais no podiam ser explicadas com os modelos

atmicos anteriores ao de Bohr?

3. Utilize o modelo de Bohr para explicar as transies eletrnicas.

REFERNCIA BIBLIOGRFICAS

1. QUMICA A Cincia Central, Brown, LeMay e Bursten, 9 Ed. Pearson,

Cap.6 Estrutura eletrnica dos elementos


48

2. INORGANIC CHEMISTRY, Catherine E. Housecroft and Alan G.Sharpe, 3 Ed.

Pearson, Captulo 25, pgs 854-877.

3. QUMICA NOVA NA ESCOLA, n0 19, 2004 pgs 53-56 Fluorescncia e

Estrutura Atmica: Experimentos Simples para Abordar o Tema Autores: Ana Luiza

Petillo Nery e Carmen Fernandez.

PREPARO DE SOLUES

HCl 3 mol.L-1 (250 mL de HCl conc 37% diludo para 1 litro);

Fluoroscena (0,10 g de Fluoroscena em 100 mL de Etanol e 900 mL de H2O).

apostila ice002 2015 1semestre

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