CURSO DE APRENDIZAGEM INDUSTRIALOPERADOR DE PROCESSOS NA INDSTRIA SUCROENERGTICAQUMICA APLICADACETEC SENAI NaviraAgncia SENAI IvinhemaInstrutora: Karen Furtado Paroni1 SEGURANA EM LABORATRIOIntroduo.O laboratrio de qumica um lugar que possui vidros, equipamentos e materiais perigosos ( explosivos e txicos ) e h reaes entre eles que exalam gases, liberam calor e podem so explosivas ou no. O manuseio dos materiais em geral deve obedecer a critrios preestabelecidos. Siga sempre as regras de segurana existentes a fim de preservar sua integridade fsica e prevenir acidentes. Seguindo as instrues abaixo voc previne a ocorrncia de acidentes, reduzindo o risco de acidentes pessoais e materiais.Instrues de segurana em laboratrio.1.1 -Use sempre avental, de algodo e com mangas compridas evitando queimaduras nos braos e punhos; 1.2 - Use calas e sapatos fechados evitando contato de materiais com pernas e ps;1.3 Use sempre culos de segurana para evitar respingos de materiais corrosivos nos olhos;1.4 - No use relgio, anis ou pulseiras evitando derrubar objetos de vidro causando acidentes; 1.5 - Em caso de acidente, mantenha a calma e chame o professor ou tcnico, eles sabero como proceder; 1.6 -No fume, no beba e no coma no laboratrio, os matrias existentes facilmente contaminam bebidas e alimentos e o cigarro pode causar incndio; 1.7 -Utilize a capela sempre que trabalhar com solventes volteis, reaes perigosas, explosivas ou txicas, evitando assim inalao de vapores; 1.8 - NUNCA jogue reagentes ou resduos de reaes na pia, localize os frascos apropriados para descarte a fim de preservar o meio ambiente e tubulaes; 1.9 - Para trabalhar com produtos corrosivos como cidos e lcalis, utilizar luvas de proteo e culos adequadas; 1.10 - Nas pissetas usar somente gua destilada; 1.11 - Sempre identificar solues preparadas com: Nome do reagente data de preparo, concentrao, nome do preparador e fornecedor; 1.12 - Sempre use equipamentos de proteo individual.Cuidados gerais: Nunca jogue produtos ou solues na pia ou no lixo sem prvio consentimento do professor. Descarte os resduos conforme os procedimentos indicados pelo professor. Leia com ateno o rtulo de qualquer frasco antes de us-lo. Anote no Caderno de Laboratrio os dados constantes nos rtulos dos reagentes. Nunca use as esptulas de um frasco em outro para evitar contaminaes. No toque com os dedos os produtos qumicos, no tente sentir o odor da substncia nem prove qualquer droga ou soluo. Aguarde qualquer equipamento aquecido esfriar para manuse-lo. A aparncia do vidro quente a mesma do vidro frio! Nunca jogue uma base forte sobre um cido forte para neutralizar o cido. Identificao de Produtos:Todo produto obtido e todas as solues preparadas no laboratrio devem ter o frasco identificado com os dados mostrados no rtulo abaixo. Nome dos alunos, iniciais do(a) professor(a)ILQ, data do preparoNome da substncia - concentraoFrmula do compostoEXERCCIOS.1. Complete as lacunas das sentenas.A _______________ e a _________________________ so utilizados para prevenir intoxicao por gases.As _____________________________________ devem sempre ser identificadas. 2. Assinale com um circulo a alternativa correta. Qual o frasco utilizado no laboratrio onde s devemos utilizar gua destilada ?a) Becker;b) Tubo de ensaio;c) Erlenmeyer;d) Proveta;e) Pissetas.O avental de algodo com manga comprida utilizado:a) Para evitar sujar a pele do brao;b) Para no derrubar frascos;c) Para evitar incndio;d) Para no molhar o brao;e) Para evitar acidentes com a pele da mo e antebrao.3) Por que no se pode utilizar chinelos e sandlias abertas no laboratrio?R._____________________________________________________________Por que no de deve utilizar jias, anis e relgios no laboratrio?R._____________________________________________________________4) Relacione a primeira com a segunda coluna:a) EPI ( ) Materiais corrosivos.b) gua destilada ( ) Luvas de proteo e culos.c) Resduo na pia ( ) Contaminao dar rede de esgotos.d) Luvas de proteo e culos ( ) Equipamento de proteo individual.e) lcalis ( ) Pissetas5) Escreva em trs linhas o ,que voc entendeu por Segurana em Laboratrio.2. MATERIAIS DE LABORATRIOVamos conhecer os principais materiais de vidraria do laboratrio. ALMOFARIZ COM PISTILO Usado na triturao e pulverizao de slidos. BALO DE FUNDO CHATO Utilizado como recipiente para conter lquidos ou solues, ou mesmo, fazer reaes com desprendimento de gases. Pode ser aquecido sobre o TRIP com TELA DE AMIANTO. BALO DE FUNDO REDONDO Utilizado principalmente em sistemas de refluxo e evaporao a vcuo, acoplado a ROTAEVAPORADOR. BALO VOLUMTRICO Possui volume definido e utilizado para o preparo de solues em laboratrio BECKER de uso geral em laboratrio. Serve para fazer reaes entre solues, dissolver substncias slidas, efetuar reaes de precipitao e aquecer lquidos. Pode ser aquecido sobre a TELA DE AMIANTO. BURETA Aparelho utilizado em anlises volumtricas. CADINHO Pea geralmente de porcelana cuja utilidade aquecer substncias a seco e com grande intensidade, por isto pode ser levado diretamente ao BICO DE BUNSEN. CPSULA DE PORCELANA Pea de porcelana usada para evaporar lquidos das solues. CONDENSADOR Utilizado na destilao, tem como finalidade condensar vapores gerados pelo aquecimento de lquidos. DESSECADOR Usado para guardar substncias em atmosfera com baixo ndice de umidade. ERLENMEYER Utilizado em titulaes, aquecimento de lquidos e para dissolver substncias e proceder reaes entre solues. FUNIL DE BUCHNER Utilizado em filtraes a vcuo. Pode ser usado com a funo de FILTRO em conjunto com o KITASSATO. FUNIL DE SEPARAO Utilizado na separao de lquidos no miscveis e na extrao lquido/lquido. FOTO. FUNIL DE HASTE LONGA Usado na filtrao e para reteno de partculas slidas. No deve ser aquecido. KITASSATO Utilizado em conjunto com o FUNIL DE BUCHNER em FILTRAES a vcuo. PIPETA GRADUADA Utilizada para medir pequenos volumes. Mede volumes variveis. No pode ser aquecida. PIPETA VOLUMTRICA Usada para medir e transferir volume de lquidos. No pode ser aquecida pois possui grande preciso de medida. PROVETA OU CILINDRO GRADUADO Serve para medir e transferir volumes de lquidos. No pode ser aquecida. TUBO DE ENSAIO Empregado para fazer reaes em pequena escala, principalmente em testes de reao em geral. Pode ser aquecido com movimentos circulares e com cuidado diretamente sob a chama do BICO DE BNSEN. FOTO. VIDRO DE RELGIO Pea de Vidro de forma cncava, usada em anlises e evaporaes. No pode ser aquecida diretamente. OUTROS EQUIPAMENTOSANEL OU ARGOLA Usado como suporte do funil na filtrao. BALANA DIGITAL Para a medida de massa de slidos e lquidos no volteis com grande preciso. BICO DE BNSEN a fonte de aquecimento mais utilizada em laboratrio. Mas contemporaneamente tem sido substitudo pelas MANTAS E CHAPAS DE AQUECIMENTO. ESTANTE PARA TUBO DE ENSAIO usada para suporte de os TUBOS DE ENSAIO. GARRA DE CONDENSADOR Usada para prender o condensador haste do suporte ou outras peas como bales, erlenmeyers etc. PINA DE MADEIRA Usada para prender o TUBO DE ENSAIO durante o aquecimento. PINA METLICA Usada para manipular objetos aquecidos. GARRA METLICA Usada para prender buretas ou termmetros ao suporte universal. PISSETA OU FRASCO LAVADOR Usada para lavagens de materiais ou recipientes atravs de jatos de gua, lcool ou outros solventes. SUPORTE UNIVERSAL Utilizado em operaes como: Filtrao, Suporte para Condensador, Bureta, Sistemas de Destilao etc. Serve tambm para sustentar peas em geral. TELA DE AMIANTO Suporte para as peas a serem aquecidas. A funo do amianto distribuir uniformemente o calor recebido pelo BICO DE BUNSEN. TRIP Sustentculo para efetuar aquecimentos de solues em vidrarias diversas de laboratrio. utilizado em conjunto com a TELA DE AMIANTO. 2.1 UTILIZAO DO BICO DE BUNSENGrande parte dos aquecimentos utilizados em laboratrio so feitos mediante o bico de Bunsen, ou de suas modalidades. O bico de Bunsen um instrumento, que recebe um gs combustvel (por exemplo, gs de cozinha), que entra por um orifcio muito pequeno na base de um tubo que possui janelas (orifcios) que podem ser fechadas ou mantidas abertas por um anel metlico mvel, tambm com orifcios. As regulagens do controle de entrada de gs combustvel originaram outros modelos de queimadores (bicos), como por exemplo, o bico de Tirril e o bico de Mecker (Figura 2.1), que produzem chamas mais quentes.Figura 2.1 Bico de Tirril (a) e Bico de Mecker (b)EXERCCIOS1- Complete as lacunas das sentenas.O ____________________ utilizado em titulaes, aquecimento de lquidos e para dissolver substncias e proceder reaes entre solues bem como o _____________________________ utilizado em operaes como: Filtrao, Suporte para Condensador, Bureta, Sistemas de Destilao etc. e serve tambm para sustentar peas em geral.O Bico de Bunsen utilizado para _______________________ e tem sido substitudo por __________________________________________________________________ para ______________________________ __________________________________. 2- Assinale com um circulo a alternativa correta. Qual o utenslio de laboratrio utilizado para suportar as peas a serem aquecidas?a) Tubo de ensaio;b) Pisseta;c) Suporte Universal;d) Tela de amiantoe) Pina de MadeiraA pina metlica utilizada para :a) Para evitar sujar a pele do brao;b) Usada para prender o tubo de ensaio durante o aquecimento;c) Para no derrubar frascos;d) Usada para manipular objetos aquecidos;e) Usada para prender o condensador haste do suporte ou outras peas como bales, erlenmeyers etc3) Quais so os equipamentos que em alguns casos podem substituir o Bico de Bunsen ?R._______________________________________________________________4) Descreva como montar um sistema de filtrao a vcuo em trs linhas._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5) Relacione a primeira com a segunda coluna:a) Pipeta graduada. ( ) Utilizado na separao de lquidos no miscveis e na extrao lquido / lquido. b) Bureta. ( ) Utilizado em conjunto com o funil de buchner em filtraes a vcuo.c) Proveta. ( ) Possui volume definido e utilizado para o preparo de solues em laboratrio.d) Pipeta volumtrica. ( ) Utilizado na destilao, tem como finalidade condensar vapores gerados pelo aquecimento de lquidos. e) Balo volumtrico. ( ) Usada para medir e transferir volume de lquidos. No pode ser aquecida pois possui grande preciso de medida. f) Funil de separao. ( ) Utilizada para medir pequenos volumes. Mede volumes variveis. No pode ser aquecida.g) Kitassato ( ) Aparelho utilizado em anlises volumtricas. h) Condensador ( ) Serve para medir e transferir volumes de lquidos. No pode ser aquecida. 6) Desenhe como montar um sistema de dosagem utilizando uma bureta, um becker, um suporte universal e uma garra metlica atravs de um desenho.3. EXPERINCIA 1 - O MTODO CIENTFICO OBJETIVOSDesenvolver o processo de observao atravs da aplicao do mtodo cientfico e aprender a fazer o registro cientfico dos fatos. MATERIAIS UTILIZADOS- Velas de diferentes tamanhos e bitolas; - Rgua; - Balana; - Relgio; - Bequers; - Erlenmeyers; - Bacia rasa com gua, etc. - Barbante (fio) - Fsforo - Bico de bunsen LEITURA DE INSTRUMENTOSQuando realizamos uma medida precisamos estabelecer a confiana que o valor encontrado para a medida representa. Para representar corretamente a medida realizada devemos utilizar os algarismos significativos. Algarismos Significativos O valor que expressa magnitude de uma grandeza apresenta algarismos conhecidos com certeza mais o algarismo duvidoso e todos estes algarismos so denominados algarismos significativos. Por exemplo, ao medir o volume de uma amostra lquida numa proveta de 25 mL, encontrou se o valor 17,24 mL, como mostra a Figura 3. 1Figura 3.1 Medio do volume de uma amostra lquida. Este resultado 17,24 mL tem quatro algarismos significativos (os dgitos um, sete e dois so conhecidos com certeza e o quatro o algarismo duvidoso aquele que foi estimado). O algarismo duvidoso sempre est na casa decimal em que est o limite de erro do aparelho de medida utilizado. Como o limite de erro de uma proveta corresponde metade de sua menor diviso, no caso da proveta acima mencionada, este limite de 0,05 mL; por isso que no valor 17,24 mL o dgito 4 corresponde ao algarismo duvidoso. J no caso de um valor de massa igual a 7,241 g, medido numa balana cujo fundo de escalas 0,001 g (para balanas, o limite de erro igual menor diviso), os dgitos sete, dois e quatro so conhecidos com certeza e o um o algarismo duvidoso. Qual o nmero de algarismos significativos no valor dos limites de erro da proveta e da balana 0,05 ml e 0, 001 g, respectivamente? 0,05 mL igual a 5x10-2 e 0,001 g igual a 1x10-3 que igual a um (1) mg. Ao se expressar essas magnitudes de volume e de massa, utilizando notao cientfica (potncias de dez), fica claro que tanto 0,05 mL como 0,001 g tm somente um algarismo significativo. Conseqentemente, tem-se a seguinte regra: Se esquerda de um nmero s houver zeros, estes zeros no so algarismos significativos. Freqentemente, difcil decidir qual o nmero de algarismos significativos em valores que contm muitos zeros, por exemplo, em um volume igual a 500 mL ou em uma massa igual a 200 g. Nestes casos, a deciso deve ser tomada levando se em conta o limite de erro do aparelho utilizado. Assim, um volume de 500 mL deve ser expresso como: a) 500,0 mL 5,000x10 mL, se a menor diviso da proveta utilizada for 1 mL; b) 500,0 mL 5,00x10 mL , se a menor diviso da proveta utilizada for 10 mL; J uma massa de 200 g deve ser expressa como: a) 200,00 g, se o fundo de escala da balana for centigrama, isto 0,01 g; b) 200,0 g, se o fundo de escala da balana for decigrama, isto 0,1 g; c) 200 g, se o fundo de escala for grama. Nos casos acima, os valores de volume e massa expressos tem os seguintes significados: 500,0 +/- 0,5 mL, 200,00 +/- 0,01g, 200,0 +/- 0,1 g e 200 +/- 1 g, respectivamente. Note que, em todos os casos, o algarismo duvidoso (o ultimo algarismo) est na mesma casa decimal que o limite de erro. Quando se conhece como expressar corretamente o valor da magnitude de uma grandeza de modo que ele contenha todos e somente os algarismos significativos, precisamos verificar como realizar operaes aritmticas com eles e entre eles? O que ser mostrado a seguir. Exemplo: Se voc mede o comprimento de um barbante e obtm como valor 13 cm. Ao escrever o nmero dessa maneira voc est dizendo que o nmero 3 o algarismo duvidoso. Caso voc queira expressar essa medida em metros, kilometros ou milimetros, como escrever deixando sempre claro que o 3 o algarismo duvidoso? A resposta para essa pergunta o uso de potncias de 10. Veja: 13 cm = 13 x 10-2 m = 0,13 m 13 cm = 13 x 10 mm, seria errado escrever 13 cm = 130 mm, pois aqui voc diz que o 3 certo e o duvidoso o zero. 13 cm = 13 x 10-5 km = 0,00013 km, nesse caso est correto escrever assim pois os zeros a esquerda no so significativos.ArredondamentosSempre arredondamos para o dgito mais prximo, levando em considerao todos os dgitos seguintes; se temos que arredondar um 5 ( seguido somente por zeros), arredondamos para o dgito par mais prximo.Exemplos de arredondamentos para a primeira casa decimal.22,43 22,422,47 22,522,349999 22,322,350001 22,43.1 - Erros de medidasO processo de medidas consiste em atribuir um valor numrico a uma grandeza fsica, considerando um determinado sistema de referncia. Cada grandeza utiliza equipamentos especficos para as medidas. Qualquer medida est sujeita a erro devido s limitaes do observador, do mtodo ou do equipamento usado. Assim, procura-se eliminar as possveis fontes de erro para garantir a confiabilidade de uma medida.3.2- Classificao dos erros de medidasa) Erros grosseiros: So erros resultantes da manipulao da amostra ou do equipamento pelo observador. So causados por descuido, falta de habilidade manual ou de capacidade tcnica do observador. Os erros grosseiros podem ser evitados atravs do treinamento do observador. b) Erros sistemticos: So erros que se repetem, so constantes, tornando sistematicamente maiores ou menores que o valor mais provvel da grandeza. Esto relacionadas com as imperfeies dos instrumentos de observao (equipamentos no calibrados), mtodo e reagentes inadequados (por exemplo, presena de impureza). Os erros sistemticos podem ser detectados pela comparao dos dados obtidos por diferentes observadores ou atravs de diferentes instrumentos do mesmo tipo. c) Erros aleatrios: Ocorrem devido as mudanas que ocorrem sem regularidade nas condies de medida, causadas, por exemplo, por flutuaes na corrente ou na diferena de potencial eltrico, vibraes mecnicas, correntes de ar e interferncias eletromagnticas. A ocorrncia desse tipo de erro no pode ser prevista e frequentemente no pode ser controlada pelo observador. Entretanto, admite-se que os erros aleatrios sigam a Lei da Distribuio Normal ou Distribuio de Gauss, ou seja, pode-se submeter os dados obtidos a tratamentos estatsticos para a determinao do valor mais provvel a partir de uma srie de medidas. 3.3 - Definies de errosErro absoluto: a diferena entre o valor exato (ou verdadeiro) da grandeza fsica e o seu valor determinado experimentalmente.Eabs= X - Xv,onde: Eabs= erro absoluto, X= valor medido e Xv= valor verdadeiro da grandeza.Nos casos em que o valor exato desconhecido, se usa o valor mais provvel ou representativo. Esse valor obtido pela mdia aritmtica ou atravs da mediana do conjunto de medidas realizadas.Se fizermos vrias medidas de temperatura e obtemos como resultado: 20,46; 20,42; 20,45; 20,48 e 20,48. O melhor valor para representar esta medida a mdia aritmtica dos valores medidos, por exemplo:20,4620,4220,4520,4820,48 Mdia _ 20,46CO desvio de cada medida ser: [20,46 20,46] = 0,00 [20,42 20,46] = 0,04 [20,45 20,46] = 0,01 [20,48 20,46] = 0,02 [20,48 20,46] = 0,02Mdia dos desvios _ 0,02Portanto, o desvio mdio de 0,02 e o valor da medida : 20,46 0,02 oC.Erro relativo (Erel): expressa a incerteza da determinao como uma frao da quantidade medida, sendo calculada atravs da relao:22Erel= Eabs / XvO erro relativo adimensional e frequentemente expresso em partes por cem:Erel percentual= Erel(%)= (Eabs/ Xv) x 100Ou em partes por mil.Exemplo: Uma certa amostra possui um teor exato de ferro igual a 65,80g de Fe/100g de amostra. Numa anlise, o teor obtido foi igual a 66,10 % (m/m). Calcular o erro absoluto e o erro relativo dessa determinao.Resoluo:Eabs=66,10g -65,80g= 0,30g de Fe/100g de amostraErel percentual= 0,30 gdeFe /100 gdeamostra x100 65,80gdeFe /100gdeamostraAs unidades iguais se cancelam e,Erel percentual= + 0,45%= 0,45 partes em cem ou 4,5 partes em milPreciso: A preciso de uma determinao est relacionada com a concordncia entre as diversas medidas de uma mesma quantidade (reprodutibilidade). Assim, quanto menor for a disperso dos valores obtidos, mais precisa ser a determinao.Exatido: A exatido de uma medida tem relao com seu erro absoluto, ou seja, com a proximidade entre o valor medido e o valor verdadeiro da grandeza. A exatido pode ser alcanada atravs da eliminao dos erros e do aumento da preciso.Exemplo: considere que um objeto teve sua massa determinada oito vezes numa balana de centigramas, com os seguintes resultados (o valor 0,01g refere-se incerteza associada ao emprego da balana de centigramas):2314,22 0,01g 14,20 0,01g14,21 0,01g14,20 0,01g 14,21 0,01g14,21 0,01g14,20 0,01g 14,22 0,01gEsta determinao pode ser considerada precisa, uma vez que h pequena diferena entre resultados individuais.Considere agora que a massa verdadeira do objeto igual a 14,22g. De posse desta informao, pode-se afirmar que a determinao realizada exata, alm de precisa, pois os valores encontrados diferem pouco do valor verdadeiro da grandeza.3.4 - Registro e interpretao de resultadosOs registros devem ser feitos, quando possvel, na forma de tabelas e ou grficos (figuras). Esses devem ser claros para que o leitor consiga compreender o que eles querem informar.TabelasUma tabela sempre deve conter um ttulo, um cabealho, um corpo e um rodap. Exemplo: Tabela 3.1 - Valores de Ka para cidos monoprticos fracos.Nome do cidoFrmula Ka*cido nitroso HNO27,1x10-4cido frmico HCHO21,8x10-4cido hipocloroso HOCl3,0x10-8* Os valores foram obtidos a 25C.Grficos (Figuras)O grfico pode ser a representao dos dados tabelados ou no. Ele deve ter um ttulo que colocado em baixo da figura e se necessrio deve apresentar uma legenda.Finalidades de um grfico: visualizar a correlao existente entre variveis medidas; calcular parmetros (constantes, etc.). Por exemplo, a determinao do coeficiente linear e do coeficiente angular; 24 escolher entre dois mtodos o mais sensvel. Por exemplo, a determinao da sensibilidade de um mtodo analtico; identificar compostos qumicos, conforme Figura 3.1; interpolar respostas. Por exemplo, atravs da curva analtica determinar a concentrao de uma soluo desconhecida; mostrar a estrutura e funcionamento de algum equipamento; mostrar o caminho de algum processo, ou mtodo, neste caso denominado de fluxograma. Figura 3.1: Espectro vibracional na regio do infra-vermelho do lcool etlico. (http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/04/espect.pdf)As bandas que aparecem na regio de 2800 a 3000 cm-1 referem-se ao movimento vibracional dos grupos funcionais C-H, existentes nos dois grupos funcionais, CH2 e CH3. A banda que aparece em 1200 cm-1 refere-se ao movimento de vibrao do grupo C-O, e o modo vibracional observado em 3400 cm-1 refere-se ao grupo funcional O-H. A banda em 1600 cm-1 refere-se ao movimento de deformao de ngulo das ligaes CH2 e CH3.Anlise GrficaSabemos que, em escalas lineares, uma reta sempre descrita por uma equao dotipo:Y = ax + bA inclinao da reta fornece o valor de a. A interseo da reta com o eixo dos Y fornece o valor de b se o eixo Y passar por x = 0.25Os pontos obtidos na experincia devem ser marcados no papel milimetrado. Traa-se a seguir uma reta mdia como mostrado na Figura 3.2. A reta mdia a reta mais provvel: areta no passa necessariamente sobre todos os pontos marcados no papel, nem mesmo sobre os pontos inicial e final.Figura 3.2 - Exemplo de grfico a partir de dados experimentais.Clculo dos coeficientesCoeficiente LinearO coeficiente linear da reta o valor da ordenada Y quando a abscissa vale zero. Isto . Coeficiente linear = b = (Y) (quando X=0)Coeficiente angularPela Figura 3.2, os pontos P e Q no so pontos experimentais. Os pontos P e Q devem ser marcados fora da regio delimitada pelos pontos experimentais, de forma a obter-se b com maior quantidade de algarismo. O coeficiente angular da reta ser dado por:a y p yqx p xqDeterminao dos coeficientes pelo mtodo dos mnimos quadradosOs coeficientes a e b so determinados pelas equaes:a n.(_Yi .X i ) (_ X i ).(_Yi ) n.[_( X i )2 ] (_ X i )226b (_Yi ).[_( X i )2 ] (_ X i ).(_ X iYi ) n.[_( X i )2 ] (_ X i )2A Tabela 3.2 apresenta os clculos com as variveis Y e X necessrias nas frmulas acima.Tabela 3.2 - Parmetros para o clculo do coeficiente linear e angular da funo Y = f (X)n YiXi(Xi)2Yi.Xi1 5.005 100,0 1,000.1045,005.1052 2505 50,00 2,500.1031,2525.1053 505,0 10,00 1,000.1035,050.1034 5,000 0,0000 0,0000 0,000.1005 -495,0 -10,00 1,000.1024,950.1036 -2.495 -50,00 2,500.1031,2475.1057 -4.995 -100,0 1,000.1044,995.105 Yi = 35,00 Xi = 0,0000 (Xi)2 = 2,520.104 Yi.Xi = 1,260.106a) Clculo do coeficiente angularSubstituindo as expresses da equao pelos respectivos valores da Tabela 3.1, temos,a 7 (1,262.106 ) (0,0000)(35,00) 50,00 7 2,520.10 0,0000Comparando os resultados obtidos pelos dois mtodos, observamos que, os resultados obtidos pelo mtodo matemtico dos mnimos quadrados so resultados mais exatos, mais precisos, isto , com um nmero maior de algarismos significativos. O papel milimetrado limitado quanto ao nmero de algarismos significativos do resultado. Alm do mais, a inclinao da reta, ou da curva, se os pontos forem dispersos muito subjetiva. Isto introduz incertezas na determinao grfica de a e de b.b) Clculo do coeficiente linearSubstituindo as expresses da equao pelos respectivos valores da Tabela 3.2, temosb (35,00)(2,520.104 ) (0,0000)(1,262.106 ) 5,0007 2,520.104 0,0000Experincia 3 - MedidasObjetivosNo final desta experincia o estudante dever ser capaz de: Usar e ler termmetros, balanas, provetas e pipetas; Utilizar algarismos significativos; Distinguir o significado de preciso e exatido. Materiais Bquer (50 mL e 200 mL) Cadinho de porcelana Termmetro Vidro relgio Gelo Conta gotas Basto de vidro Proveta (50 mL) Cloreto de sdio (NaCl) Pipeta volumtrica (50 mL) Rolha de borrachaProcedimento ExperimentalMedidas de Temperaturaa)Coloque cerca de 200 mL de gua da torneira em um bquer, mea e anote a temperatura utilizando o termmetro, descarte a gua na pia. b)No bquer prepare uma mistura de 20 mL de gua e gelo (1 a 2 cubos). Agite devagar com o basto de vidro e mea a temperatura da mistura. c) Adicione 5g de cloreto de sdio (sal de cozinha) na mistura de gelo e gua. Agite devagar com o basto de vidro e mea a temperatura da mistura. Medidas de Massaa) Trs objetos: uma rolha de borracha, um cadinho de porcelana e um frasco de pesagem(vidro de relgio), encontram-se em sua bancada.b) Antes de pes-los, pegue cada objeto e tente estimar qual o mais pesado e qual o mais leve, enumerando de 1 (mais pesado) a 3 (mais leve) na tabela da folha de dados. c) Pese um bquer seco. Adicione 50 gotas de gua destilada com um conta-gotas e pese o conjunto. O propsito deste procedimento encontrar o nmero de gotas em um mililitro (mL) e o volume de uma gota de gua. Medida de Volume (Exatido e Preciso)Medida com a proveta:a) Pese um bquer seco e anote o seu peso, anotando at uma casa depois da vrgula. b) Mea 50 mL de gua destilada utilizando uma proveta. c)Coloque os 50 mL de gua no bquer e pese-o novamente. d) Mea novamente mais 50 mL de gua e adicione no mesmo bquer e pese-o novamente. e) Faa isso mais uma vez, ou seja, mea mais 50 mL de gua e adicione no bquer, completando 150 mL e pese-o novamente. Medida com a pipeta volumtrica:a) Utilizando o mesmo bquer anteriormente pesado, seque-o bem e adicione 50 mL de gua destilada utilizando uma pipeta volumtrica, a seguir pese-o. b) Mea novamente mais 50 mL de gua e adicione no mesmo bquer e pese-o novamente. c) Faa isso mais uma vez, ou seja, mea mais 50 mL de gua e adicione no bquer, completando 150 mL e pese-o novamente. DADOS:Medidas de TemperaturaTemperatura da gua da torneira: ________oC gua com gelo e sal: ________ oC gua com gelo depois de agitada: ________ oCMedidas de MassaNumere de 1 a 3 os objetos (1 = mais pesado)Objeto Ordem da massaMassa medida (g)Ordem da massa realestimadaRolha de borrachaVidro relgioCadinhoMedida da massa de uma gota de guaMassa do bquer: _________gMassa do bquer + 50 gotas de gua: _________gMassa de 50 gotas de gua: _________gMassa de 1 gota de gua:____________gMedida de Volume:PROVETAPIPETAMassa do bquer antes da adio da guaAps a adio do 1o (50 mL) de guaAps a adio do 2o (50 mL) de gua = 100mlAps a adio do 3o (50 mL) de gua = 150 mlMassa do 1o (50 mL) de guaMassa do 2o (50 mL) de guaMassa do 3o (50 mL) de guaMdia das trs medidas de massaDesvio de cada medida com relao mdiaMdia dos desviosValor da medida ( )g ( ) g30EXERCCIOS1. O que rro absoluto ? D exemplo.R._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. O que erro relativo ? D exemplo.R.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3. Do que depende o erro absoluto?R.____________________________________________________________________________________________________________________________________4. Arredonde o nmero 2,3456 para duas casas decimais.R._________________________________________________________________5. Se o erro relativo 0,03 ento o erro percentual igual a ___________________.4 - Identificao de compostos a partir de suas propriedades fsicas4.1 - Propriedades fsicasAs propriedades fsicas de um composto so aquelas que ele possui no estado puro e a partir destas propriedades possvel fazer a sua identificao. As propriedades mais conhecidas incluem a densidade, o ponto de fuso e o ponto de ebulio. Mas, existem outras propriedades importantes como o peso molecular, o ndice de refrao, a rotao ptica, espectros (infravermelho, ressonncia magntica, ultravioleta-visvel), etc.4.1.1 DensidadeA densidade expressa relao entre a massa de um corpo e o volume ocupado porele.A sua unidade de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI) so gramas por mililitro (g.mL-1) para um lquido e gramas por centmetro cbico (g.cm3) para um slido.31Quando se juntam dois materiais de densidades diferentes, o menos denso flutua no mais denso. Por causa disso, leo e gelo flutuam na gua.O densmetro um aparelho capaz de medir a densidade dos lquidos nos quais colocado. Quanto mais denso for esse lquido, maior a tendncia do instrumento flutuar nele. Assim possvel medir a densidade de vrios fluidos (lquidos ou gases).Pode-se medir a densidade dos lquidos colocando-se neles um objeto para flutuar. O nvel de flutuao do objeto depende da densidade do lquido no qual o objeto colocado. Comparando-se os nveis de flutuao em vrios lquidos, possvel estimar suas densidades.Experincia 4 - Construo de um DensmetroObjetivosNo final desta experincia o estudante dever ser capaz de: Construir um densmetro e estimar a densidade de diversos tipos de lquidos.Materiais Tubo de ensaio Areia lcool comercial Sal de cozinha Acar leo de cozinha Leite Proveta 50 mL Parte experimental1. Coloque no fundo do tubo de ensaio aproximadamente 2g de areia. Experimente colocar o tubo de p dentro da proveta com aproximadamente 30 mL de gua. A quantidade de areia deve ser suficiente para permitir que o tubo de ensaio se mantenha em p e flutue na gua. Caso isso no ocorra, aumente ou diminua a quantidade de areia que voc colocou no interior do tubo at conseguir seu objetivo. O nvel de flutuao do aparelho depende da densidade do lquido no qual colocado. Comparando o deslocamento de volume da gua que tem densidade conhecida possvel calcular a densidade de um lquido desconhecido sabendo qual o volume deslocado por regra de trs inversa. necessrio fazer a regra de trs inversa pois a densidade e o volume so variveis inversamente proporcionais.2. Verifique o volume de gua deslocado pelo densmetro na gua. D a esse deslocamento o valor de densidade igual a 1 (densidade da gua = 1 g/cm). 3. Coloque o densmetro em lcool comercial. O deslocamento encontrado corresponde densidade 0,8 (ou seja, 0,8 g/cm). 4. Prepare uma soluo saturada de sal de cozinha e gua. Para isso, junte sal gua at que ela no consiga dissolv-lo mais. A soluo obtida tem densidade prxima a 1,2 g/cm. Faa no tubo a marca correspondente a esta densidade. 5. Com o densmetro construdo procure avaliar as densidades de diferentes tipos de lquidos como: Mistura de lcool e gua em propores iguais; Soluo saturada de acar em gua; leo de cozinha; Leite. Os densmetros profissionais so fabricados de vidro. Rigorosamente calibrado, permitem medir densidades com grande preciso. Com eles possvel, por exemplo, controlar a composio do lcool combustvel vendido nos postos, o teor de gua no leite, o percentual de uma substncia presente numa soluo, etc.4.1.2 - Ponto de fusoO ponto de fuso de um composto serve para identific-lo e tambm para estabelecer sua pureza. A tcnica de determinao consiste em aquecer lentamente uma pequena quantidade de material em uma aparelhagem equipada com um termmetro e um banho ou placa de aquecimento. O ponto de fuso tambm indica a pureza do material, um intervalo de 4C entre o valor experimental e o esperado da temperatura de fuso indica que a amostra aproximadamente 96% pura. Cada 1% de impurezas diminui aproximadamente o ponto de fuso de 1C. Alem disso, impurezas, fazem com que a temperatura varie durante a fuso como mostrado nas figuras abaixo.Figura 4.1 Substncia pura Figura 4.2 Substncia impuraAssim se um composto apresenta um ponto de fuso de 86C, mas comea a fundir a 79C e fica totalmente lquido a 83C dizemos que o composto impuro, pois possui um intervalo de fuso. Portanto, 86 79 = 7, ou seja, 7% de impurezas e a pureza do material de 93%.O fato de que as impurezas diminuem os pontos de fuso possibilita a distino entre dois compostos com o mesmo ponto de fuso. Suponha que no laboratrio haja dois frascos rotulados A e B, e um terceiro frasco sem rtulo. O slido, nos trs frascos, possui o mesmo ponto de fuso (por exemplo, 86C). Agora, se misturarmos o composto desconhecido com A e depois com B, observamos o seguinte: A mistura do composto desconhecido com A funde a exatamente 86C enquanto a mistura do composto desconhecido com B funde no intervalo de 79C 83C. Esta uma forte indicao que o franco sem rtulo contm o composto A.Experincia 5 - Medidas de ponto de fusoObjetivosNo final desta experincia o estudante dever ser capaz de: Medir o ponto de fuso de diferentes substncias Dever ser capaz de identificar se h a presena de contaminantes ou no em uma dada substncia. Materiais Tubo capilar leo de cozinha/leo mineral Tubo de ensaio 2 garras Bico de Bunsen Suporte universal Termmetro Amostra a ser analisada Fita de borracha Parte Experimental 1 Medida do ponto de fuso da sacarose1. Coloque no tubo capilar cerca de 1 cm da amostra a ser analisada. Amarre o tubo capilar no termmetro com o auxlio da fita de borracha, colocando a parte onde est a amostra prxima ao bulbo do termmetro. Coloque leo mineral no tubo de ensaio e insira o sistema capilar-termmetro no leo. Fixe todo o sistema com as garras e o suporte universal. 2. Aquea vagarosamente o tubo de ensaio numa taxa de 5C por minuto, at a amostra fundir. Resfrie o banho e a amostra at essa solidificar, faa isso vagarosamente numa taxa de 1C por minuto. Aquea novamente at a fuso, esse ser o ponto de fuso da amostra. 3. Repita novamente o procedimento, resfriando a amostra at se solidificar e aquecendo at fundir. O ponto de fuso ser a mdia dos dois valores obtidos. Dados:Temperatura de fuso: 1) ______oC, 2) ______oC,Mdia entre os valores obtidos: ______oCParte experimental 2 Medida do ponto de fuso do naftalenoa) Fixe a argola de metal ao suporte com a tela de amianto acima do bico de Bunsen (8 a 12 cm) com indicado na Figura 5.1. Com a garra fixe o tubo de ensaio que contm o naftaleno e o termmetro, de maneira a ficar dentro do bquer. Coloque gua no bquer suficiente para que todo o naftaleno dentro do tubo fique imerso. Ligue o bico de Bunsen para aquecer a gua do bquer lentamente. Quando a temperatura atingir 60C comece a anotar a temperatura a cada 30 segundos (0,5 min.) na Tabela 5.1, at atingir 90C, desligue o gs do bico de Bunsen e inicie logo o item b.Obs.: No tente mexer o termmetro, pois poder quebr-lo e o mercrio contido no termmetro muito txico.Figura 5.1 Esquema utilizado para medir a temperatura de fuso do nafteleno.b) Sem retirar o tubo com naftaleno de dentro do bquer com gua, anote a temperatura de resfriamento do naftaleno a cada 30 segundos (0,5 min.) at atingir 60C. Com o termmetro agite com cuidado o naftaleno fundido, at ficar slido. Quando a temperatura chegar a 60C pare de anot-la. A experincia terminou. Desmonte o equipamento e limpe o seu local de trabalho. Verifique se o gs est desligado. c) Em uma folha de papel milimetrado desenhe a curva de aquecimento e a de resfriamento. Coloque no eixo das abscissas o tempo e no eixo das ordenadas os valores das temperaturas. Faa o grfico traando linhas retas pelos pontos, como na Figura 4.1 e 4.2. Indique tambm o intervalo de temperatura em que ocorre a fuso do naftaleno e sabendo que o ponto de fuso do naftaleno de 80,5C (valor publicado no Handbook of Chemistry and Phisics, CRC) indique a percentagem de pureza. Responda porque necessria a agitao durante o resfriamento. 36Tabela 5.1 Curva de aquecimento e resfriamento.Curva de aquecimentoCurva de resfriamentoTempo Temp. Tempo Temp.Tempo Temp. Tempo Temp.(min.) (oC) (min.) (oC) (min.) (oC) (min.) (oC)0,0 10,5 0,0 10,50,5 11,0 0,5 11,01,0 11,5 1,0 11,51,5 12,0 1,5 12,02,0 12,5 2,0 12,52,5 13,0 2,5 13,03,0 13,5 3,0 13,53,5 14,0 3,5 14,04,0 14,5 4,0 14,54,5 15,0 4,5 15,05,0 15,5 5,0 15,55,5 16,0 5,5 16,06,0 16,5 6,0 16,56,5 17,0 6,5 17,07,0 17,5 7,0 17,57,5 18,0 7,5 18,08,0 18,5 8,0 18,58,5 19,0 8,5 19,09,0 19,5 9,0 19,59,5 20,0 9,5 20,010,0 20,5 10,0 20,55 - Tcnicas de purificao e separao de misturas5.1 - Cristalizao de sais inorgnicos e de compostos orgnicosA cristalizao o processo (natural ou artificial) de formao de cristais slidos com 100% de pureza a partir de uma soluo uniforme, ou seja homognea. Ela consiste de dois principais eventos, a nucleao e o crescimento dos cristais ou crescimento molecular. Na37cristalizao criam-se as condies termodinmicas que levam as molculas a se aproximarem e se agruparem em estruturas altamente organizadas, que chamamos de cristais. Mas, necessrio criar condies para que as molculas se aproximem para darem origem ao cristal. O primeiro fator necessrio para que ocorra a cristalizao a supersaturao na mistura lquida, ou seja, a existncia de uma concentrao de soluto na soluo superior concentrao de saturao (limite de solubilidade).Na Tabela 5.1, destacamos as amostras cujos experimentos obtiveram melhores resultados em qualidade e aspectos fsicos nos processos de cristalizao e recristalizao. importante ressaltar que a recristalizao mais eficiente quando h o aquecimento para dissolver completamente o material e que, com o resfriamento lento da soluo quente, os cristais se formam gradativamente. Nos casos ideais, os cristais formam-se lentamente, apresentando tamanho uniforme. Muitas vezes foi necessrio esperar mais de um dia, ou at mais tempo, para que a recristalizao completa ocorra.Tabela 5.1 Compostos inorgnicos que cristalizam facilmente em lcool etlico, gua, etc.Amostras inorgnicas Cor e retculoK2CrO7 (Cromato de potssio) Amarelo rmbicoK2Cr2O7 (Dicromato de potssio) Laranja triclnicoK3[Fe(CN)6] (Ferricianeto de potssio) Vermelho monoclnicoCuSO4.5H2O (Sulfato cprico penta-hidratado) Azul TriclnicoExperincia 6 Cristalizao de sais inorgnicosObjetivoNo final desta experincia o aluno dever ser capaz de separar um componente slido de uma soluo lquido-slido.Materiais gua destilada Funil Amostras de sais inorgnicos. Papel de filtro Bquer Trip Bico de bunsen. Tela de amianto38Parte experimental1. Coloque 10 mL de gua destilada em um bquer. Aquea-a na chama do bico de bunsen at quase a ebulio. 2. Adicione o sal fornecido pela professora dissolva-o, agitando a mistura com um basto de vidro. A soluo deve ficar saturada. 3. Filtre a soluo em funil com papel de filtro (Figura 5.1) e deixe a soluo em repouso por uma semana identificada com um rtulo. 4. Repeta o procedimento com gua destilada temperatura ambiente (dissolva, filtre e rotule o bquer). 5. Anote no caderno as caractersticas do sal usado para a cristalizao (solubilidade, retculo cristalino, etc.). Experincia 7 - Recristalizao de compostos orgnicosObjetivosNo final desta experincia o estudante dever ser capaz de: extrair um determinado composto a partir de uma determinada soluo.Materiais 0,5g de cido saliclico Basto de vidro 5mL de etanol Funil de vidro 2 Bquers (50 mL) Argola Suporte universal Papel filtro Vidro relgio39Parte ExperimentalDissolva cerca de 0,5 g de cido saliclico em 5 mL de etanol em um bquer. Coloque a soluo preparada vagarosamente em um becker com 20 ml de gua destilada. No agite a mistura. Anote suas observaes. A seguir, filtre a amostra. Para filtrar a amostra dobre um papel filtro duas vezes como indicado na Figura 7.1, coloque o papel no funil de vidro e coloque um bquer embaixo do funil de modo que a ponta do funil toque a parede interna do bquer. Com o frasco lavador, molhe o papel filtro levemente com gua destilada para fix-lo no funil. Transporte todo o contedo do bquer contendo o cido saliclico, etanol e gua para o filtro com ajuda de um basto de vidro. Terminada a filtrao, retire o papel filtro com o cido saliclico.Figura 7.1 Dobradura do papel filtro e montagem de sistema de filtrao.Experincia 9 Extrao com gua (Determinao do teor de etanol em gasolina)ObjetivosEstabelecer relaes entre propriedades fsicas, como solubilidade e densidade, e aprender a associar estas propriedades ao processo de identificao e quantificao de substncias.Materiais 50 mL de gasolina Proveta de 100 mL com tampa Soluo de NaCl 42Parte ExperimentalColoque 50 mL de gasolina comum em uma proveta de 100 mL com tampa. Complete o volume at 100 mL com uma soluo saturada de NaCl. Feche a proveta, misture os lquidos invertendo-a. OBSERVAO: Segure firme para evitar vazamentos. Mantenha a mistura em repouso at a separao das duas fases. Leia o volume de ambas as fases. Calcule a quantidade de etanol presente em 50 mL da amostra de gasolina, calcule tambm a porcentagem (%) de etanol na gasolina, determine a massa da gasolina e expresse a porcentagem (%) em m/m. No caderno escreva os fundamentos tericos da tcnica utilizada mostrando os princpios utilizados (propriedades fsicas) e porque ocorre a extrao. Cite os fatores de erro envolvidos na tcnica.Referncias:1. http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc17/a11.pdf10 Separao de substnciasGeralmente os qumicos so expostos a muitos desafios como, por exemplo, separar uma substncia da outra. Como voc separaria uma amostra de minrio de ferro que pode conter uma mistura de magnetita, Fe3O4 (um xido de ferro) e slica (SiO2)?Alguns mtodos de separao j foram citados como a cristalizao e a extrao por solvente que tambm conhecida como dissoluo fracionada, mas existem outros mtodos de separao que um qumico precisa conhec-los como a catao, separao magntica, peneirao, ventilao, levigao, flotao, decantao, filtrao, evaporao, sublimao, destilao simples e destilao fracionada. Catao: Mtodo de separao bastante rudimentar utilizado para separar slido-slido que se baseia na identificao visual dos componentes da mistura, a separao dos compostos feita manualmente. Separao magntica: Os componentes so atrados por um im. Peneirao: Separa os compostos que apresentam granulometria diferentes utilizando uma peneira. Ventilao: Mtodo utilizado para separar sistemas slido-slido onde um dos compostos pode ser arrastado por uma corrente de ar, por exemplo, separao do amendoim da casca. Levigao: Neste caso a gua corrente arrasta o componente menos denso e o mais denso deposita-se no fundo do recipiente, por exemplo, a lavagem da poeira do arroz. Flotao: Mtodo utilizado para separao de slidos que apresentam densidades diferentes em um determinado lquido. O slido mais leve (menos denso) flutua no lquido. Um exemplo separao entre serragem e areia, por adio de gua. Figura 10.1 Separao por flotao. Decantao: Processo de separao que permite separar misturas heterogneas. Utilizada em misturas bifsicas, como slido-lquido (areia e gua), slido-gs (poeira-gs), lquido-lquido (gua e leo) e lquido-gs (vapor dgua e ar). Esse processo se baseia nas diferenas existentes entre as densidades dos componentes da mistura, e na espera pela sua decantao. Se a mistura composta de substncias slidas em suspenso numa substncia lquida, a decantao pode ser acelerada pelo uso de centrfuga.Figura 10.2 - Esquema da montagem de separao de slido em suspenso num lquido.44 Filtrao: A separao se faz atravs de uma superfcie porosa chamada filtro; o componente slido ficar retido sobre a sua superfcie, separando-se assim do lquido que atravessa.A BFigura 10.3 - Equipamentos utilizados numa filtrao simples (A) e numa filtrao a vcuo (B). Evaporao: Passagem do estado lquido para o estado gasoso. Sublimao: Processo utilizado quando um dos componentes do sistema sublima (passa diretamente do estado slido para o gasoso) quando sob aquecimento. O iodo e a naftalina so slido que sublimam. Figura 10.4 Esquema da purificao do iodo e a purificao da naftalina.45 Destilao simples: Separao da mistura por meio da diferena de temperatura de ebulio dos lquidos. No pode ser utilizada para separao de misturas azeotrpica na qual o ponto de ebulio no se altera, ou seja, se apresenta como se fosse uma substancia pura no processo de ebulio.Figura 10.5 - Desenho e esquema da montagem de um equipamento para destilao simples. Destilao fracionada: processo de separao onde se utiliza uma coluna de fracionamento na qual possvel realizar a separao de diferentes componentes que apresentam diferentes pontos de ebulio, presentes em uma mistura.Figura 10.6 Coluna de destilao fracionada do petrleo.46Neste experimento voc usar uma tcnica para separar uma mistura de areia, sulfato de cobre pentahidratado e uria baseando-se na diferena de solubilidade destas substncias em dois solventes: gua e etanol. Alm disso, voc utilizar a propriedade magntica do ferro para separ-lo dos outros componentes da mistura.Geralmente, no basta apenas separar os componentes de uma mistura. preciso tambm, verificar a pureza do material isolado. Para isso so utilizadas algumas propriedades fsicas da matria: densidade, ponto de fuso, ponto de ebulio, ndice de refrao, etc.O ponto de fuso pode ser utilizado para identificar a pureza de slidos orgnicos comparando-se os valores encontrados na literatura com os observados no intervalo de temperatura durante a fuso do slido em estudo. Normalmente, o ponto de fuso (PF) constitudo de um intervalo de temperatura, onde a temperatura inicial aquela em que os primeiros cristais se fundem e a final aquela em que todos os cristais esto liquefeitos. Os slidos puros, em geral, possuem um intervalo de fuso muito pequeno, em torno de no mximo 2C. Uma pequena quantidade de impureza na amostra suficiente para aumentar consideravelmente seu intervalo de fuso.Todos os slidos cristalinos puros possuem ponto de fuso bem definido, o que lhes caracteriza e obviamente, comum existirem compostos diferentes com pontos de fuso iguais. Por isso, no caso de identificao de um composto, devemos verificar vrias propriedades fsicas para no cometermos erros.Experincia 10 Separao de uma misturaObjetivos Separar os componentes de uma mistura baseada na diferena de solubilidade em gua e etanol e nas suas propriedades magnticas. Identificar a pureza da uria utilizando a medida do PF. Aprender algumas tcnicas de laboratrio: filtrao, aquecimento de lquidos e slidos e determinao de pontos de fuso. Materiais: Bqueres pequenos __Erlenmeyers Banho-maria Bico de Bunsen Proveta Tubos de ensaio Pisseti Conta-gotas Esptula Funil Papel de Filtro Placas de Petri ou cpsulas de porcelana Sulfato de cobre (II) pentahidratado [CUSO4.5H2O] 47 Etanol P.A. (lcool etlico) Areia Uria [H2N-CO-NH2] Limalha de ferro gua destilada Pinas para tubos de ensaio Tubo de Thiele/Glicerina/Term-metro (at 150C) Basto de vidro ma Capilares Parte experimental: Inicialmente voc dever testar a solubilidade dos slidos a serem separados nos solventes disponveis, colocando uma ponta de esptula de cada uma das substncias em tubos de ensaios diferentes (caso necessrio, triture os cristais maiores com um basto de vidro) e adicione um pequeno volume de solvente. Agite e anote os resultados obtidos. Se necessrio, aquea o tubo de ensaio em banho-maria. Tabela 10.1 Solubilidade das amostras testadas.SolventesSubstnciasguaEtanolAreiaUriaCuSO4.5H2OFerro48 A partir dos resultados obtidos no teste de solubilidade, construa um fluxograma para proceder separao da mistura que contm areia, uria, sulfato de cobre e limalha de ferro. Etapas de separao da mistura: Separe a limalha de ferro da mistura, utilizando o m. Em um bquer pequeno, coloque uma esptula da mistura a ser separada (que foi previamente preparada pelo professor). Adicione cerca de 5 ml de lcool etlico, agite e filtre a soluo, recolhendo o filtrado em um outro bquer. Antes de transferir o resduo (resduo 1) lave-o com 4 pores de 2 ml de lcool etlico e depois o transfira para uma cpsula de porcelana e coloque a cpsula de porcelana na estufa para evaporar o solvente. Sem retirar o resduo 1 do funil, adicione 4 pores de 3 ml de gua destilada e recolha o filtrado em outro recipiente. Coloque uma pequena quantidade do filtrado em um tubo de ensaio e aquea lentamente (com cuidado!) na chama do Bico de Bunsen. Que componente foi obtido nesta etapa da separao? Para verificar a identidade e a pureza do componente presente no filtrado 1, cada grupo dever determinar o ponto de fuso do slido obtido aps a evaporao do etanol. Para isso ser utilizado um sistema de fuso denominado tubo de Thiele (Figura 10.7) e o professor ir orientar os grupos na determinao deste ponto de fuso. OBSERVAO: verifique se uma das extremidades do tubo capilar est fechada, se no tiver feche uma das extremidades utilizando o bico de bunsen. Figura 10.7 Tubo de Thiele.49Questionrio para anlise dos resultados:1) Qual (ais) componentes da mistura so solveis em gua? 2) Qual (ais) componentes da mistura so solveis em etanol? 3) O que aconteceu quando voc adicionou etanol mistura de slidos? 4) Descreva a aparncia do(s) material(ais) que permaneceu(ram) na cpsula de porcelana aps a evaporao do solvente? 5) Voc conseguiu separar efetivamente a mistura? 6) Qual a temperaturas de fuso da uria pura:_____C e qual a temperatura de fuso da uria separada da mistura:____C. 7) O que voc pode concluir a partir das determinaes do ponto de fuso? 8) Quais tcnicas de separao foram utilizadas no processo de separao da mistura? 9) Analisando as etapas de separao no fluxograma, classifique as misturas como homognea ou heterognea. 10) Que tcnica poderia ser usada para obter o CUSO4.5H2O puro. 11) Considerando a mistura inicial: Qual procedimento de separao deveramos adotar se fssemos separar somente o CUSO4.5H2O? 12) Quais propriedades fsicas so usadas para separar os componentes de uma mistura por (a) filtrao e (b) destilao. Referncias:Experincia 11 - Destilao por arraste de vaporObjetivosAprender e compreender a tcnica de destilao por arraste a vapor utilizada na separao decompostos.50MateriaisBico de Bunsen MangueirasProveta Tela com amiantoBalo de fundo redondo gua destiladaPisseta CravoSuporte universal e garras Banho de areiaTermmetro Funil de separaoCondensador de vidro terFunil de vidroParte experimental Montar o sistema de destilao de acordo com a Figura 10.5. Em um balo de fundo redondo de 500 ml, adicionar 50g de cravo modo (ou anela, anis, hortel, capim limo, etc.) e 150 ml de gua destilada. Ligar o aquecimento e efetuar a destilao aps montar o sistema. Aps ter recolhido aproximadamente 60 ml do destilado (cerca de 1 hora) interrompa a destilao. Para isolar o leo obtido, transfira o destilado para o funil de separao com a torneira fechada a adicione 20 ml de ter. Tampe o funil de separao e agite a mistura com cuidado, abrindo a torneira de vez em quando para diminuir a presso interna. Coloque o funil de separao no suporte apropriado, aguarde alguns minutos at que a mistura forme duas fases e, em um bquer recolha uma das fases abrindo a torneira cuidadosamente, Figura 8.2. Coloque a fase em um bquer e deixe o solvente evaporar para obter o leo essencial correspondente. Anote as observaes no caderno e faa a discusso baseada nas questes propostas: 1. Qual (ais) componentes da mistura esto presente(s) no destilado? 2. Qual (ais) componentes devem estar presentes em cada uma das fases? 3. Como voc poderia verificar a pureza do leo essencial extrado? 4. Quais os mtodos de separao que voc utilizou nesta prtica? 5. Quais as propriedades que uma mistura deve ter para que se possa separ-la utilizando a destilao simples? 516. Quais as vantagens e desvantagens do mtodo de destilao simples como mtodos de purificao? 7. Em que se baseia a separao por extrao com solventes? 8. O que uma mistura azeotrpica? 12 - CromatografiaO nome cromatografia foi cunhado pelo botnico russo Mikhael Semenovich Tswett em 1906. Naquela poca, os qumicos e bilogos tinham um grande problema: ainda no haviam conseguido encontrar uma maneira de separar as substncias contidas nos extratos vegetais e animais. Foi quando Tswett teve a brilhante idia de encher com carbonato de clcio um tubo de vidro semelhante a uma bureta (aberto na parte superior e com uma torneira na parte inferior). O tubo foi fixado na posio vertical e sobre o carbonato de clcio foi colocado um extrato de folhas e depois adicionado ter de petrleo. Tswett percebeu que o extrato vegetal estava sendo arrastado para a parte inferior da coluna e que a cor verde-escura original estava sendo decomposta em zonas coloridas com duas tonalidades de verde (clorofilas), laranja (caroteno) e amarela (xantofila). Estava descoberto um mtodo de separao dos componentes de uma mistura. Embora Tswett tenha dado a ele o nome cromatografia, referindo-se s zonas coloridas, essa tcnica se aplica tambm a substncias incolores.A cromatografia um mtodo fsico-qumico de separao dos componentes de uma mistura, realizada atravs da distribuio desses componentes entre duas fases, que esto em contato. Uma das fases permanece fixa, denominada fase estacionria, enquanto a outra move-se atravs dela, por isso denominada fase mvel. Durante a passagem da fase mvel sobre a fase estacionria, as substncias da mistura so distribudas entre duas fases, de maneira que as menos solveis na fase estacionria (mais solveis na fase mvel) tm uma52movimentao mais rpida ao longo da coluna, enquanto as mais solveis na fase estacionria sero seletivamente retidas, tendo uma movimentao mais lenta.Na cromatografia lquida, a fase mvel um lquido ou uma mistura de lquidos como, por exemplo, a gua e o lcool. J a fase estacionria consiste de um material slido. A slica (SiO2)n, e a alumina (Al2O3) so fases estacionrias bastante utilizadas em cromatografia. A Figura 12.1 apresenta uma representao esquemtica de uma separao cromatogrfica de pigmentos com a utilizao de uma coluna empacotada com slica ou alumina. Observa-se que devido interao com a fase estacionria os pigmentos eluem com velocidades diferentes, o que torna possvel a separao quantitativa destes.Figura 12.1 - Representao esquemtica de uma separao cromatogrfica.A cromatografia de adsoro um procedimento no qual uma soluo de substncias a separar se desloca numa direo predeterminada por uma disposio de aparatos, por meio de uma fase slida, insolvel, inorgnica ou orgnica, sendo os componentes retidos em medida individualmente distinta. Em geral, na cromatografia de adsoro empregam-se como adsorventes xidos, xidos hidratados ou sais.A mistura de substncias atravessa a fase slida, finamente dividida, sendo que cada componente da mistura percorre uma distncia por ser menos ou mais retido na superfcie do slido. A escolha do dissolvente baseia-se, em geral, no fato de que as substncias em questo podem eluir-se bem com os mesmos solventes ou misturas de solventes que as dissolvem bem.Se o dissolvente e o soluto movem se ao mesmo tempo, pode-se expressar a relao entre as distncias percorridas por cada um atravs da frmula:Rf = Distncia percorrida pelo soluto/Distncia percorrida pelo eluente53Este mtodo muito usado na cromatografia em papel, representada na Figura 12.2. A distncia percorrida pelo soluto em um certo tempo medida desde seu ponto de aplicao at o centro de sua zona de distribuio, enquanto para o dissolvente se mede at o extremo mximo de seu caminho percorrido.Quando no possvel visualizar as substncias separadas por cromatografia, adiciona-se um agente cromgeno ou revelador, que um agente fsico (como luz ultravioleta ou radioatividade)ou qumico (como vapores de iodo) que tornam visveis essas substncias. Os mtodos fsicos tm a vantagem de que a substncia no sofre transformaes e pode-se recuper-la e estud-la melhor.Figura 12.2 - Representao esquemtica do cromatograma obtido num experimento. Dfm = distncia percorrida pela fase mvel; Dc = distncia percorrida por corantes.Experincia 12 - Cromatografia em papelA clorofila facilmente identificada nas plantas, pois a responsvel pela colorao verde das mesmas. A clorofila a a mais abundante no reino vegetal, sendo encontrada, juntamente com a clorofila b, numa proporo de 3:1, respectivamente. O mais conhecido dos carotenos o _-caroteno, com ampla ocorrncia no reino animal e vegetal, sendo normalmente encontrado nas plantas, junto com a clorofila. o mais importante dos precursores da vitamina A e utilizado como corante na indstria alimentcia. As estruturas das clorofilas a e b e a do _-caroteno so ilustradas abaixo.54O experimento envolve a extrao das clorofilas e carotenos presentes no espinafre com o auxlio de solventes e posterior emprego de tcnicas cromatogrficas para a visualizao e separao desses componentes.Materiais Gral e pistilo Espinafre Bquer Etanol Vidro de relgio Hexano Basto de vidro Papel de filtro Tubo capilar Parte experimental- Colocar aproximadamente 50 g de folhas de espinafre picadas no gral. Adicionar etanol e macerar para extrair os componentes. - Recortar tiras do papel de filtro com 1,5-2,0 cm de largura e 5-6 cm de comprimento. Fazer uma marca com o lpis a 1 cm da base do papel. 51- Colocar hexano no bquer tal que a altura do solvente no ultrapasse 0,5cm. Tampar o bquer com o vidro de relgio. - Recolher um pouco do extrato no tubo capilar. - Colocar o capilar com o extrato em contato com o papel a 1cm de distncia da base (na altura da marca). A aproximao do tubo deve ser realizada perpendicularmente folha do papel de filtro. Esperar secar o solvente e repetir o procedimento mais duas ou trs vezes. - Colocar o papel com o extrato no bquer e tampar com o vidro de relgio. - Retirar o papel do bquer quando a frente de eluio estiver a 0,5cm da borda superior do papel. - Observar as manchas, anotar os resultados e fazer a discusso no caderno. Observao: faa um desenho do papel com as manchas. Questes para auxiliar na discusso.1)Quais so as caractersticas fsico-qumicas das fases estacionria e mvel utilizadas nesse experimento? 2)Por que um pigmento sai primeiro que o outro? 3)Qual foi a ordem observada na separao dos pigmentos? Explique. 13 - SoluesTodas as amostras de matria podem ser constitudas de uma espcie qumica (substncia pura) ou da reunio (mistura) duas ou mais substncias. A substncia pura constituda de uma nica espcie qumica e ela apresenta propriedades qumicas e propriedades fsicas caractersticas. Na mistura, cada uma das substncias puras que a compem, guardam as suas propriedades qumicas e fsicas. Uma substncia fica dispersa em outras ou em outras, dessa forma, a mistura tambm pode ser denominada de disperso.As misturas so classificadas de acordo com o tamanho das partculas das substncias presentes, como mostrado na tabela 13.1Tabela 13.1 Classificao das misturas de acordo com o dimetro das partculasClassificao Dimetro das Partculas / Solues < 10Colides 10-1000Misturas heterogneas >1000A soluo uma mistura homognea de duas ou mais substncias, ela apresenta uma fase. Ela formada pelo solvente (ou dispersante) e um soluto (ou disperso). O solvente o componente que est em maior quantidade na mistura e, o soluto, est em menor quantidade.A quantidade mxima de soluto que pode ser dissolvida numa certa quantidade de solvente denominada de solubilidade. Conforme a proporo soluto/solvente a soluo ser denominada de:- Soluo saturada: contm o mximo de soluto disperso, ou dissolvido, em equilbrio com o soluto slido (no dissolvido) na soluo. - Soluo insaturada: contm menos soluto que ela pode dissolver. - Soluo diluda: quando a quantidade de soluto dissolvido muito menor que a quantidade que pode ser dissolvida. - Soluo concentrada: quando a quantidade de soluto dissolvido grande comparada quantidade mxima que pode ser dissolvida. Os termos miscveis, parcialmente miscveis e imiscveis so usados quando o soluto e solvente esto na mesma fase. Por exemplo, soluto e solvente so gases, so lquidos ou so slidos. Se o soluto est numa fase diferente, por exemplo, o soluto slido e o solvente lquido se usam o termo solvel, pouco solvel ou insolvel. A relao entre a quantidade de soluto e a quantidade especificada de solvente ou de soluo denominada de concentrao. 5313.1 - Unidades de concentraoConcentrao em quantidade de matria: A unidade de medida da quantidade de matria o mol (n). A deciso do uso dessa unidade foi ratificada pela 14 Conferncia Geral de Pesos e Medidas, tornando o mol uma unidade base do SI. A concentrao em quantidade de matria de uma soluo a quantidade de matria por volume de soluo, mol.L-1.M nVConcentrao em porcentagem (%) de soluto na soluo total:C(m / m) massado soluto_100 massado soluto_100 massada soluomassado soluto massado solventeC(m /V ) massado soluto_100volumeda soluoC(V /V ) volumedo soluto_100volumeda soluoConcentrao em ppm, ppb e ppt.- Solues slidas: 1,0 ppm (m/m) = 1,0 g/g = 10-6g/g = mg/Kg 1,0 ppb (m/m) = 1,0 ng/g = 10-9g/g = g/Kg 1,0 ppt (m/m) = 1,0 pg/g = 10-12g/g- Solues gasosas: 1,0 ppm (V/V) = 1,0 L/L = 10-6mL/LMolalidade: A molalidade de uma soluo o nmero de mols de soluto por Kg de solvente. A unidade mol.Kg-1.13.2 - Preparao de soluesA unidade de concentrao mais usual num laboratrio de qumica a concentrao mol.L-1. O equipamento usado para fazer a soluo o balo volumtrico. Portanto, para preparar 1,0 L uma soluo 1,0 mol.L-1 deve-se dissolver 1,0 mol de soluto, transferir para um balo volumtrico de 1,0 L e completar o volume.54Experincia 13 - Preparar 100 mL de soluo de NaOH(aq) 0,1M e 100 mL de soluo de HCl(aq) 0,1M.Materiais NaOH slido Basto de vidro HCl concentrado Balo volumtrico de 100 Vidro de relgio mL Bquer Pisseta com gua destiladaParte experimentalFazer os clculos para determinar a massa de NaOH e o volume de HCl concentrado necessrios para obter as solues. Soluo de NaOH(aq): medir a massa de NaOH calculada em balana analtica num vidro de reglgio. Transferir TODA a massa para um bquer, lavando o vidro de relgio com gua destilada. Dissolver todo o slido, transferir a soluo para balo volumtrico de 100 mL com o auxlio do basto de vidro e completar o volume para 100 mL. Colocar a tampa no balo e homogeneizar. Guardar a soluo em frasco etiquetado.Figura 13.1 Preparo de uma soluo.Soluo de HCl(aq): Medir o volume de HCl conc. calculado em pipeta volumtrica, transferir o volume para balo volumtrico de 100 mL com o auxlio do basto de vidro e completar o volume para 100 mL. Colocar a tampa no balo e homogeneizar. Guardar a soluo em frasco etiquetado.14 Diluio de soluesA diluio o processo de tornar uma soluo menos concentrada em partculas de soluto atravs do aumento do solvente, como a quantidade de soluto no se altera, a concentrao diminui. Na prtica parte-se de uma soluo concentrada de concentrao C1 ( ou M1) e chega-se a uma soluo diluda de concentrao C2 (ou M2). O volume inicial da soluo concentrada V1 e o volume da soluo diluda V2. Como a quantidade de soluto (em massa ou mol) no varia, tem-se as frmulas:Quantidade de soluto na soluo concentrada = Quantidade de soluto na soluo diludaC1V1 = C2V2 ou M1V1 = M2V2Experincia 14 Diluio de solues de NaOH(aq) e HCl(aq)ObjetivosCompreender conceitos de soluo, concentrao e diluio de soluo. Calcular a concentrao da soluo diluda.Materiais Soluo de HCl 0,6 mol.L-1Pipetas volumtricas Soluo de NaOH 0,5 mol. L-1Basto de vidroParte experimental1) Preparar 500 mL de soluo de HCl 0,1 mol. L-1 a partir da soluo HCl 0,6 mol.L-1 preparada na aula anterior, utilizando balo volumtrica e uma pipeta adequada. 562) Preparar 100 mL de soluo de NaOH 0,1 mol. L-1, pela transferncia de volume adequado de NaOH 0,5 mol.L-1 (soluo preparada na aula anterior) para balo volumtrico de 100 mL, utilizando pipeta volumtrica adequada. 3) Descreva no seu caderno o procedimento utilizado e os clculos realizados. 15 - TitulaoNa cincia e na indstria, freqentemente necessrio determinar a concentrao de ons em solues. Para determinar a concentrao de um cido ou uma base, um mtodo chamado titulao utilizado. A titulao utiliza o fato de que cidos so neutralizados por bases para formar sal e gua.As concentraes de muitos compostos so usualmente expressas como molaridade (mols/litro).O ponto em que uma soluo cida for completamente neutralizada por uma soluo bsica chamado de ponto de equivalncia, que a altura da titulao em que a relao entre o nmero de moles do titulante adicionado e o nmero de moles do titulado a prevista pela estequiometria da reao, no caso de titulao cidobase neste ponto o nmero de ons H+ igual ao nmero de ons OH-.O ponto onde a base neutraliza um cido (ou vice versa) pode ser detectado com um indicador, que muda de cor com o excesso de ons H+ ou OH-. No caso dessas titulaes, os indicadores so cidos ou bases orgnicos fraco, que apresentam coloraes diferentes em funo da concentrao de ons H3O+ na mistura da reao. Na Tabela 15.1 so listadas algumas dessas substncias, com suas coloraes e intervalos de viragem caractersticos.Tabela 15.1 - Propriedades de alguns indicadores cido-baseIndicadorCor em soluoRange de mudana Cor emcida de cor (pH)soluo bsicaMetil violeta amarelo 0.0 - 1.6 violetaAzul de bromofenol amarelo 3.0 - 4.6 azulAlaranjado de metila vermelho 3.1 - 4.4 amareloVermelho de metila vermelho 4.4 - 6.2 amareloAzul de bromotimol amarelo 6.0 - 7.6 azulFenolftalena incolor 8.3 - 10.0 rosaAmarelo de alizarina amarelo 10.1 - 12.0 vermelhoA faixa de viragem de cada indicador depende da constante de equilbrio da sua ionizao em soluo aquosa. Para um indicador de carter , por exemplo, representado por HIn, esta reao de ionizao pode ser escrita como:HIn(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + In-(aq)Na equao acima HIn e In- correspondem, respectivamente, s formas no-ionizada e ionizada do indicador. Cada uma destas formas possui uma colorao diferente em soluo aquosa, conforme ilustrado na reao a seguir. + H2O H3O+ + Padronizao de soluesNo preparo de solues como em todo procedimento experimental, alguns erros podem ser cometidos. Eles tm como causas comuns o uso inadequado da vidraria ou do equipamento, as falhas nas determinaes de massa e de volume e a utilizao de reagentes de baixo grau de pureza, entre outras. Atravs do processo de padronizao, largamente empregado em laboratrio de anlise qumica, possvel verificar o quanto a concentrao da soluo preparada aproxima-se da concentrao da soluo desejada.Existem substncias com caractersticas bem definidas, conhecidas como padres primrios que so utilizados como referncia na correo da concentrao das solues atravs do procedimento denominado padronizao. Tal procedimento consiste na titulao da soluo de concentrao a ser determinada com uma massa definida do padro primrio adequado.Caractersticas bsicas de um padro primrio Deve ser de fcil obteno, purificao, conservao e secagem; deve possuir uma massa molar elevada, para que os erros relativos associados a pesagens sejam minimizados; deve apresentar alta solubilidade em gua; deve possuir estabilidade ao ar, sob condies ordinrias, se no por longos perodos, pelo menos durante a pesagem. No deve ser higroscpico e nem conter gua de hidratao; as reaes que participa devem ser rpidas e praticamente completas; no deve formar produtos secundrios no decorrer da reao. Experincia 15 - Padronizao de soluo e titulao cido baseMateriais Bquer Fenolftalena Bureta Alaranjado de metila Suporte universal e garras HCl 0,1 mol.L-1 Pipeta NaOH (molaridade desconhecida) Proveta Na2CO3 Basto de Vidro gua destiladaParte Experimentala) Padronizao da soluo de HCl Encher a bureta com a soluo de HCl preparada pela equipe que deve ter uma concentrao de aproximadamente 0,1 mol.L-1, zere-a recolhendo o excesso de soluo em um bquer, de forma que o menisco fique na marca do zero. Certifique-se que a parte de baixo da torneira esteja cheia de lquido. Desta forma a bureta est pronta para ser utilizada na padronizao. Separe o que sobrou do HCl para reutiliz-lo. Prepare a soluo padro de carbonato de sdio (Na2CO3) medindo 1,06g em um bquer e adicione 100 mL de gua destilada (voc pode utilizar um balo volumtrico para o preparo dessa soluo). Coloque 20 mL desta soluo em um outro bquer (ou erlenmeyer) e adicione 2 ou 3 gotas de alaranjado de metila. Titule esta soluo gotejando a soluo de HCl da bureta no bquer que contem a soluo de carbonato de sdio, sob agitao, at a mudana de cor (alaranjado para vermelho). Pare de gotejar HCl e anote o volume gasto, lendo direto na bureta. Encha novamente a bureta com HCl, zere-a e repita a titulao, utilizando outros dois bqueres. Anote os volumes gastos em cada titulao.Obs: Voc deve parar de gotejar HCl assim que a cor ficar permanente.Descartar os resduos das solues tituladas na pia. A soluo de HCl no precisa ser descartada, pois, ser utilizada no procedimento b;b) Determinao da concentrao de NaOH Coloque 20 mL da soluo de NaOH em um bquer. Adicione trs gotas de fenolftalena e titule com HCl at o ponto de viragem do indicador (cor de rosa para incolor). Anote o volume de HCl gasto. Encher novamente a bureta com HCl, zere-a e repita a titulao do NaOH mais 2 vezes. Anote os resultados no caderno e faa a discusso baseada nas questes propostas:1) Calcule a concentrao molar real do HCl e do NaOH utilizado. 2) Determine o erro percentual encontrado para as solues de HCl e NaOH 3) Escreva as equaes qumicas de neutralizao. 4) Discuta porque os resduos gerados neste experimento podem ser descartados na pia. 16 Volumetria de Complexao - Determinao do teor de clcio em leiteObjetivos- Conhecer um mtodo analtico para determinao da concentrao de clcio em produtos comerciais - Aprender a padronizar solues analticas IntroduoA complexometria um mtodo analtico volumtrico que compreende a titulao de ons metlicos com agentes complexantes ou quelantes. O agente complexante mais utilizado o cido etilenodiaminotetractico(EDTA). O EDTA forma complexos estveis de estequiometria 1:1 com um grande nmero de ons metlicos em soluo aquosa. Pode ser obtido com alta pureza, na forma do cido propriamente dito ou na forma do sal dissdico diidratado. As duas formas possuem elevada massa molar, tendo o sal dissdico, a vantagemde ser mais solvel em gua. Um composto orgnico que apresenta dois ou mais grupos com pares de eltrons capazes formar ligaes coordenadas (complexar) um on metlico denominado de agente quelante, enquanto o complexo formado denominado quelato. A estrutura qumica do EDTA apresentada na Figura 1.Figura 1 - Estrutura qumica do EDTA.Um par de eltrons disponvel capaz de complexar com o on metlico est presente em cada um dos dois tomos de nitrognio e em cada um dos quatro grupos carboxlicos ( um cido tetraprtico). Assim, existem seis grupos complexantes no EDTA. Este agente complexante pode ser representado pelo smbolo H4Y. O ligante no protonado Y4- forma complexos com os ons de metais. A Figura 2 ilustra a estrutura do complexo de clcio com o EDTA. O ponto de viragem das titulaes complexomtricas determinado com indicadores metalocrmicos. Os indicadores mais comumente usados so negro de eriocromo T, alaranjado de xilenol, calcon, calmagita, murexida, violeta de pirocatecol e outros.Figura 2 - Estrutura do complexo clcio-EDTA.61Materiais:Equipamentos Reagentes64,0 g de NH4Cl570 mL de NH4OHBureta de 25 mLIndicador ErioT (0,5 g/100 mL etanol)Bquer 100 e 250 mL EDTAProveta de 50 mL 180 mg de CaCO3 P.A.Erlenmeyer de 250 mL 24,56g de Mg.SO4.7H2OfenolftalenaPipetas volumtricas de 10 e 20 mL 20 mL HCl 6 mol L-1Balo volumtrico 100 mL NaOH 1 mol L-1MgCl2.6H2OProcedimentosPREPARO DE REAGENTESA) Preparo da soluo tampo de pH 10: Dissolver 64,0 g de NH4Cl P.A. em 570 mL de NH4OH concentrado e P.A. e diluir para 1 litro com gua destilada. Guardar a soluo em frasco de polietileno para evitar a passagem de ons metlicos do vidro soluo-tampo e o frasco deve permanecer bem fechado para impedir a perda de NH3 e a entrada de CO2. B) Preparo da soluo de rio T: Dilua 0,5% (m/v) de negro de eriocromo T em etanol. A soluo de indicador deve ser preparada recentemente, pois instvel. C) Preparo da soluo de EDTA 0,02mol/L: O sal dissdico (Na2H2C10H12O8N2.2H2O) dihidrogenoetilenodiamino tetraacetato de sdio contm 0,3% de umidade absorvida e sua massa molar 372,3g/mol. Pode-se dessec-lo mediante aquecimento a 80C durante 2 ou 3 horas em uma estufa a 110C, as duas molculas de gua de hidratao permanecem intactas nessas condies. Se este procedimento de secagem for realizado a soluo de EDTA pode ser considerada como soluo padro mas, se for armazenada durante um certo perodo esta soluo dever ser padronizada. Calcular e pesar uma massa do sal dissdico (Na2H2C10H12O8N2.2H2O) necessria para preparar 100 mL de uma soluo 0,02 mol/L.Lembre-se: M = m/MM.V 0,02 = m/372,3.0,1 m = 0,745gPesar exatamente a massa do sal dissdio e transferir para um bquer de 100 mL de capacidade. Juntar 50 mL de gua destilada e dissolver por completo o reagente. Transferir essa soluo para um balo volumtrico de 100mL de capacidade e completar seu volume com gua destilada. Agitar para homogeneizar. Esta soluo deve ser armazenada em frasco de polietileno.D) Padronizao da soluo de EDTA 0,02 mol/L. Pesar 180 mg de CaCO3 P.A. previamente dessecado e dissolver num bquer utilizando a mnima quantidade de soluo de HCl 1:1. Evaporar at quase a secura, redissolver em gua destilada e transferir para um balo volumtrico de 100 mL. Pipetar uma alquota de 20 mL desta soluo, acrescentar 10 mL de tampo NH3/NH4+, 6 a 8 gotas de negro de eriocromo T. Titular com a soluo de EDTA a ser padronizada, gota a gota, at desaparecer a ltima colorao avermelhada e aparecer a cor azul indicadora do ponto final da titulao. E) Preparao da soluo de Mg-EDTA: Pesam-se 37,22g de EDTA e dissolve-se em 500mL de gua destilada. Adicionam-se 24,56g de Mg.SO4.7H2O e agita-se para dissolver. Adicionam-se de 3 a 4 gotas de fenolftalena e goteja-se lentamente hidrxido de sdio 3 mol/L at a soluo tornar-se levemente rosada. Dilui-se para um litro. Se esta soluo for bem preparada, ela apresentar uma cor violeta quando tamponada em pH 10 e tratada com uma mnima quantidade do indicador rio T. Testa-se a composio da soluo pela adio de Mg2+ ou EDTA. Uma nica gota de soluo de EDTA 0,02 mol/L causa uma mudana na cor de vermelho para azul. Tambm uma s gota de uma soluo MgSO4 0,02 mol/L causar uma mudana da cor de azul para vermelho. F) Soluo de clcio padro: Pesar exatamente 1,000 g de CaCO3 anidro e P.A. e transferir para um Erlenmeyer de 250 mL de capacidade. Adicionar aos poucos, com auxlio de um funil, soluo de HCl (1:1) at dissolver todo o carbonato. Em seguida juntar 200 mL de gua e levar ebulio por alguns minutos para eliminar todo o CO2. Esfriar. Adicionar 2 a 3 gotas de vermelho de metila e ajustar a cor laranja intermediria pela adio de soluo NH4OH ou HCl (1:1). Transferir toda a mistura para um balo volumtrico de 1 63litro e completar com gua destilada. Agitar para homogeneizar. Cada mL dessa soluo equivale a 1,00 mg de CaCO3.DETERMINAO DE CLCIO EM LEITEPr-titulao: transferir para um erlenmeyer aproximadamente 1 mL de leite, 20 mL de gua destilada, 2 mL de tampo pH 10, 2 gotas de indicador rio T. Tambm pode-se adicionar alguns cristais de KCN (Cuidado muito txico) para mascarar ons como Zn2+, Cu2+ e Fe3+ que interferem bloqueando o indicador. Introduzem-se a seguir 20 gotas de uma soluo de Mg-EDTA e titula-se como o EDTA 0,02 mol L-1 usando rio T como indicador, at o aparecimento da cor azul. Calcular o teor de clcio na amostra de leite em p, expressando o resultado em microgramas de Ca (II) por 200mL de leite. Comparar com o valor do rtulo, se disponvel.17 - Curvas de titulaoAs curvas de titulao so representaes grficas dos valores de pH em funo do volume de titulante adicionado. Elas apresentam trs regies distintas de variao de pH: uma regio em pH cido (ou bsico) e outra regio em pH bsico (ou cido) com variao pequena nos valores de pH, a terceira regio mostra uma variao brusca do pH cido para o bsico (ou do bsico para o cido, dependendo se o titulante bsico ou cido, respectivamente). O64ponto de equivalncia se encontra nessa terceira regio, ele ponto de inflexo da curva. A Figura 16.1 tem a curva de titulao cido forte/base forte.14.0Titulao do cido clordrico(20 mL, 0,1 mol/L, com NaOH 0,1 mol/L)12.010.08.0pH6.04.02.00.00.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0Volume de titulante (mL)Figura 17.1 - Curva de titulao de cido forte/base forte.Experincia 17 - Curva de Titulao cido fraco/base forteMateriais Soluo de cido actico Pipeta volumtrica Soluo de NaOH 0,1 mol. L-1Basto de vidro Bureta de 50 mL Bquer de 250 mL tampo de pH 4,0 Potencimetro/eletrodo de vidro Tampo de pH 7,0 Suporte e garrasParte Experimental1) Calibrao do potencimetro: conectar o cabo do eletrodo, do sensor de temperatura e da entrada de energia. Ligar o equipamento. Fazer a calibrao com o tampo de pH = 7,0 65e de pH = 4,0 de acordo com as instrues do manual do equipamento. Importante: lavar o eletrodo com gua destilada e enxugar com papel absorvente aps cada medio.2) Construir uma tabela de pH versus volume de NaOH adicionado. 3) Pipetar 20 mL de soluo de cido actico, CH3COOH(aq), em um copo de bquer. 4) Preencher a bureta com soluo de NaOH(aq) 0,1 mol.L-1. 5) Medir o pH da soluo de CH3COOH(aq). 6) Iniciar a adio da soluo de NaOH e fazer medies a cada 2 mL adicionados at um total de 14 mL. 7) Adicionar 1 mL, fazer a leitura. 8) A partir de 15 mL fazer leitura de pH a cada adio de 0,2 mL at o volume total de 16,6 mL. 9) Fazer mais duas adies de 1mL e 2 mL com leituras, respectivamente. 10) Construir o grfico de pH vs volume de NaOH adicionado. 11) Determine o ponto de inflexo e o pH e volume da viragem. Questes:1)O que significam os termos base forte, cido forte, base fraca e cido fraco? 2) Identifique na curva de titulao da Figura 6.1 as regies do ponto de equivalncia e as regies de viragem dos indicadores que esto listados na Tabela 6.1. Quais podem ser escolhidos para uma Qumica Aplicada_______________________________________________________________titulao cido forte/base forte? 3) Qual o indicador apropriado para uma titulao cido fraco/base forte? Responda de acordo com a curva de titulao que voc construiu no Experimento 15. 4)Qual a concentrao do cido actico na soluo titulada? 5)Explique porque o perfil da curva de titulao de cido forte/base forte diferente do perfil da curva obtida no experimento 15. 20 - Soluo TampoO conceito original de ao tamponante surgiu de estudos biogeoqumicos e da necessidade do controle do pH em diversos aspectos da pesquisa biolgica, como por exemplo em estudos com enzimas que tm sua atividade cataltica muito sensvel a variaes de pH.A capacidade tamponante em sistemas biogeoqumicos pode ser fator decisivo em impactos ambientais. Um estudo interessante sobre o impacto da chuva cida sobre lagos da regio das montanhas Adirondack, rea de Nova Iorque, revelou que lagos sobre reas ricas em calcrio so menos susceptveis a acidificao devido considervel capacidade tamponante das guas destes lagos.Hoje, o conceito de tampo aplicado nas diversas reas do conhecimento. Uma definio mais abrangente foi apresentada recentemente por Harris(1999): uma soluo tamponada resiste a mudanas de pH quando cidos ou bases so adicionados ou quando uma diluio ocorre. (Fiorucci, 2001)Um tampo cido uma soluo aquosa de um cido fraco e sua base conjugada na forma de sal e estabiliza as solues de pH < 7.Exemplo: Soluo aquosa contendo cido actico/acetato de sdio.Quando adicionamos um cido forte nesta soluo, o on acetato, CH3COO-, que uma base forte, recebe um prton para formar molcula de cido actico, CH3COOH. Desta maneira mantm a Pgina 87Qumica Aplicada_______________________________________________________________constante de equilbrio Ka para este cido e, o pH que deveria diminuir devido presena de prtons fornecidos pelo cido forte se mantm constante. Se adicionarmos uma base, esta ser neutralizada pelo prton proveniente do cido actico e o equilbrio ser deslocado no sentido direto da reao, mantendo o Ka e o pH.CH3COOH H 2O ~ CH3COO H3OUm tampo bsico uma soluo aquosa de uma base fraca e seu cido conjugado na forma de sal e estabiliza as solues de pH > 7.Exemplo: Soluo aquosa contendo amnia/cloreto de amnio.Quando adicionamos uma base forte nesta soluo, o on amnio, NH4+, que um cido forte, doa um prton para formar molcula de amnia, NH3. Desta maneira mantm a constante de equilbrio Kb para esta base e, o pH que deveria aumentar devido presena da base forte, se mantm constante. Se adicionarmos um cido, este ser neutralizada pela amnia e o equilbrio ser deslocado no sentido direto da reao, mantendo o Kb e o pH.NH3 H 2O ~ NH OH 4 _ Clculo do pH de uma soluo tampoSuponha que estamos preparando culturas de bactrias que exigem um ambiente cido e queremos preparar um tampo prximo de pH=4. Preparamos uma soluo tampo que 0,040 mol.L-1 NaCH3CO2(aq) e 0,080 mol.L-1 CH3COOH(aq), em 25C. Qual o pH da soluo tampo?Etapa 1: Escreva a reao de equilbrio do cido actico com a gua. Identifique o cido e a base conjugada. Escreva a expresso de equilbrio, Ka.Etapa 2: Rearranje a expresso de Ka isolando [H3O+] [H3O+] = Ka x [CH3COOH] / [CH3COO-]Pgina 88Qumica Aplicada_______________________________________________________________Etapa 3: Considere as molaridades de equilbrio do cido e da base iguais as molaridades iniciais.[H3O+] = Ka x (0,080/0,040) , consultando na tabela Ka = 1,8x10-5Etapa 4: Tome o logaritmo negativo de ambos os lados. - log [H3O+] = - log (3,6x10-5) _ pH = 4,44A soluo age como um tampo prximo a pH = 4.Podemos determinar o pH de uma soluo tampo diretamente pela equao deHenderson-Hasselbach.Considere os seguintes equilbrios:HA(aq) + H2O(l) = H3O+(aq) + A- e BH+(aq) + H2O(l) = H3O+(aq) + B(aq)Rearranjando as constantes de equilbrio como na etapa 2 do exemplo acima, teremos: [H3O+] = Ka x [HA] / [A-] e [H3O+] = Ka x [BH+] / [B] Aplicando o logaritmo negativo:- log [H3O+] = - log Ka - log [HA] / [A-]e - log [H3O+] = - log Ka - log [BH+] / [B]Teremos:pH = pKa + log [A-]/ [HA] e pH = pKa + log [B] / [BH+]Estas equaes facilitam o clculo para preparar soluo tampo de pH previamente definido.A capacidade tamponante de uma soluo tampo , qualitativamente,