Sumário

1. Introdução.................................................................42. Objetivo.....................................................................73. Materiais Utilizados..................................................84. Procedimentos Experimentais.................................85.Resultados e discussões..........................................96. Conclusão.................................................................107. Questões...................................................................118. Referencias........................................,.......................13

Introdução

A água pode se incorporar a compostos sólidos de diversas maneiras. Em alguns casos, a molécula de água perde a sua identidade, como por exemplo, no caso em que se forma um hidróxido:

CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(s)

Em outros casos, ela retém sua identidade como molécula servindo como ligante em aquocomplexos, como em [Cr(H2O)6]Cl3, ou ocupando lugares próprios no retículo cristalino do sólido, sem estar fortemente ligada a um átomo específico, como em CaSO4 . 2H2O. Neste último sólido, denominado hidrato, as moléculas de água são chamadas água de hidratação ou água de cristalização. Muitos hidratos perdem água ao serem aquecidos; CaCl2 . 6H2O, por exemplo, sofre desidratação progressiva, formando compostos com quatro, duas, uma e finalmente nenhuma molécula de água. (Chamado, nesse caso, de CaCl2 anidro). Muitos compostos anidros têm aplicação como agentes desidratantes porque eles tendem a recuperar a água perdida. Deve-se notar que cada hidrato constitui um composto diferente, com estrutura cristalina própria. (RUSSEL, J.B; 2ª EDIÇÃO, VOL. 2; Pág. 986).

Quando soluções aquosas de sais solúveis são evaporadas, o sal separa-se sob a forma de cristais. Tais cristais podem conter quantidades não estequiométricas de água adsorvida na superfície do cristal ou mecanicamente ligada a rede cristalina. Entretanto, muitas vezes, esses cristais contêm quantidades estequiométricas de água que estão quimicamente ligadas. Tais compostos são conhecidos como hidratos e a água é designada como hidratação.

A formação de hidratos não é específica para sais nem para cristais, é um fenômeno geral. Muitos hidratos são estáveis à temperatura ambiente e sob condições atmosféricas, outros não. Se o hidrato perde água para a atmosfera, é chamado de eflorescente. Se a substância remove umidade da atmosfera, é dita higroscópica, e se a substância se dissolve ao absorver a umidade, é chamada deliquescente. Os sais desidratados são, frequentemente, higroscópicos e devem ser mantidos isolados da atmosfera depois de secos, a fim de evitar absorção de umidade.

Compostos que não são estáveis ao aquecimento devem ser secos sob vácuo ou expondo-os a uma atmosfera seca, de um dessecador, contendo um agente dessecante forte, como pentóxido de fósforo ou ácido sulfúrico concentrado. Sais hidratados têm pressão de vapor da água ou de líquidos orgânicos. A pressão de vapor dos hidratos depende da estabilidade do composto em particular e da temperatura. Quando a pressão parcial de vapor

de água na atmosfera for maior que a pressão do CaCl2.4 H2O, o hidrato absorverá água e o composto CaCl2.6 H2O será formado. Se a pressão real de vapor de água for menor que a pressão de vapor do CaCl2.4 H2O, este perderá água para a atmosfera. No ar a 25º.C, com umidade relativa de 30%, a pressão parcial do vapor de água é 7,1 mmHg (23,8 x 0,30 = 7,1 mm). Desde que a pressão de vapor do CaCl2.4 H2O a 25º.C é 33,5 mmHg, o hidrato absorverá água.

Formas de água em sólidos

Uma enorme variedade de substâncias sólidas encontradas na natureza contém água ou os elementos que a formam. A quantidade de água nos sólidos é variável e depende da umidade e temperatura do ambiente e do seu estado de subdivisão. A distinção entre os vários modos pêlos quais a água pode ser retida por um sólido é de muita importância, pois não necessariamente ela será retida por um mesmo tipo de ligação. Por exemplo, o Ca(OH)2 pode possuir água adsorvida em sua superfície (água de adsorção), como também produzir água ao se decompor sob ação do calor (água de constituição).

Basicamente, os sólidos podem conter dois tipos de água: a Não-Essencial e a Essencial.

a) Água Não-Essencial

A caracterização química do sólido independe deste tipo de água. Devem ser consideradas, neste grupo, os seguintes casos:

Água de adsorção

É a água retida sobre a superfície dos sólidos, quando estes estão em contato com um ambiente úmido. A quantidade de água adsorvida dependerá da temperatura e da superfície específica do sólido. Quanto mais finamente dividido este se apresentar, maior será a sua área específica exposta ao ambiente e, conseqüentemente, maior será a quantidade de água adsorvida. Esta, por sua vez, estará em equilíbrio com o ambiente. A quantidade deste tipo de água no sólido aumenta com o aumento da pressão de vapor da água no ambiente e diminui com o aumento da temperatura.

Calor + H2O (ads) ↔ H2O (vapor)

A determinação quantitativa da água adsorvida é feita pelo aquecimento do sólido, em estufa, a 105-110°C, até peso constante. Este é um fenômeno geral observado em todos os sólidos, em maior ou menor proporção.

Água de absorção

Ocorre em várias substâncias coloidais, tais como amido, proteínas, carvão ativo e sílica-gel. Ao contrário do que ocorre com a água de adsorção, a quantidade de água absorvida é muito grande nestes sólidos, podendo, em alguns casos, atingir 20% (m/m) ou mais do peso total do sólido.

Ela está retida como uma fase condensada nos interstícios ou capilares do colóide, e por esta razão os sólidos que a contêm apresentam-se como perfeitamente secos.

Água de oclusão

Apresenta-se retida nas cavidades microscópicas distribuídas irregularmente nos sólidos cristalinos, e não está em equilíbrio com a atmosfera ambiente. Por este motivo a sua quantidade é insensível às mudanças de umidade no ambiente.

Quando um sólido que contém água de oclusão é aquecido, ocorre uma difusão lenta das moléculas de água até a sua superfície, onde se verifica o fenômeno da evaporação. Necessariamente uma temperatura maior que 100°C é requerida para que este processo se dê com uma velocidade apreciável.

Durante o aquecimento, a volatilização da água ocluída provoca a ruptura dos cristais, fenômeno este chamado de decrepitação. Quando isto ocorre, deve-se precaver contra perdas de material.

b) Água Essencial

É a água existente como parte integral da composição molecular ou da estrutura cristalina de um sólido.

Os subgrupos deste tipo de água são:

Água de constituição

Neste caso, a água não está presente como H2O no sólido, mas é formada quando este se decompõe pela ação do calor. O importante a se notar é que a relação estequiométrica de 2:1 entre hidrogênio e oxigênio nestes compostos não precisa ser necessariamente observada.

Algumas vezes necessita-se de temperaturas relativamente-altas para causar a decomposição dos sólidos que contêm este tipo de água.

Exemplos:

2 NaHCO3(s)

300 °C→ Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

Ca(OH)2(s)

800 °C→ CaO(s) + H2O

2 Fe(OH)3(s)

1000 °C→ Fe2O3(s) + 3 H2O(g)

Água de hidratação

Ocorre em vários sólidos, formando os hidratos cristalinos (compostos que contem água de cristalização).

A água está ligada a estes sólidos mediante ligações de coordenação covalentes, que são normalmente mais fracas que as eletrostáticas. Por esta razão, a água de cristalização é facilmente eliminada destes compostos pela ação do calor.

A quantidade de água de hidratação (ou de cristalização) num hidrato cristalino é uma característica do sólido e sempre se apresenta com estequiometria definida. Alguns hidratos cristalinos podem perder água de cristalização quando mantidos em ambiente completamente seco (fenômeno de eflorescência dos cristais), enquanto que, outros podem retirar água de um ambiente úmido (fenômeno de deliquescência dos cristais).

Como exemplos típicos de cristais hidratados citam-se BaCl2.2H2O, CuSO4.5H2O, Na2SO4.10H2O, CaSO4.2H2O, CaC2O4.2H2O, etc.

(http://quimicauepg.files.wordpress.com, acesso dia 28/05/14, às 21:00)

Objetivos

Investigar qualitativamente alguns aspectos do fenômeno de hidratação. Determinar quantitativamente a água de hidratação do cloreto de bário. E observar os aspectos físicos de diversos sais.

Materiais Utilizados

CuSO4.5H2O Tubos de ensaio

Na2SO4. nH2O Cadinhos de porcelana

Sacarose Balança semi-analítica

BaCl2.nH2O Bico de gás

Dessecador Pinça para tudo de ensaio

Procedimentos Experimentais

ASPECTOS QUALITATIVOS:

1 – Colocou-se cerca de 0,2 g de CuSO4.5H2O em um tubo de ensaio. Aquece-se suavemente na chama do bico de bunsen, mantendo-se a extremidade superior do tubo de ensaio relativamente resfriada. Observar a aparência do sólido antes e depois do aquecimento, bem como a parte superior do tubo de ensaio. Depois de frio, adiciono-se algumas gotas de água ao sólido. Anotou-se as observações.

2 – Repetiu-se o procedimento do item anterior com Na2SO4. nH2O e com sacarose.

3 – Examinou-se os diversos sólidos expostos no laboratório (cores, água absorvida, aspectos, etc.).

ASPECTOS QUANTITATIVOS:

1 – Pesou-se um cadinho de porcelana, limpo e seco, em balança semi-analítica (precisão 0,01 g), tomando o cuidado de não tocar com as mãos. Anotou-se o peso.

2 – Pesou-se cerca de 1 g de BaCl2.nH2O diretamente no cadinho. Anotou-se o peso.

3 – Aqueceu-se o cadinho com o BaCl2.nH2O por 15 minutos em chama não-luminosa.

4 – Colocou-se o cadinho com o BaCl2 em dessecador por 15 minutos. Pesou-se novamente. .

5 – Calculou-se o nº de moléculas de água de hidratação do BaCl2.nH2O.

Resultados e Discussões

Aspectos Quantitativos

A tabela 1 a seguir mostra os resultados obtidos para a determinação de número de mols de agua no BaCl2.nH2O.

Tabela 1: Valores para calculo de moléculas de água na substancia BaCl2..

Massa Cadinho Vazio 24,312

Massa Amostra 1,134

Massa após aquecido 25,276

Massa sal Desidratado 0,964

Massa de Água 0,17

Fonte: O autor, 2014.

Para determinar o número de agua do hidrato usou-se as seguintes relações:

Número de Mols do sal:

=

Número de Mols da Água:

=

Após calculados esses valores, para se obter o numero de mols de água por sal basta apenas fazer o quociente do número de mols da água pelo número de mols do sal:

Aproximando-se de 2 mostrando que este resultado foi satisfatório, pois devemos considerar erros grotescos causados pelo observador.

Aspectos Qualitativos

Para CuSO4:

Colocou-se cerca de 0,2g de CuSO4.5H2O em um tubo de ensaio e seu aspecto inicial era de cristais azulados, após aquecimento , notou-se que sua coloração mudou para cinza claro e ao adicionar água novamente voltou a ter coloração azul.

4

Para Na2SO4. nH2O:

Colocou-se cerca de 0,2g de Na2SO4. nH2O em um tubo de ensaio, e não ocorreu nenhum tipo de reação.

Para Sacarose(C12H22O11):

Colocou-se cerca de 0,2g de Sacarose que te aspecto de cristais brancos inicialmente, após o aquecimento ocorreu a fusão tornando-se cor caramelo, ao adicionar água nada ocorreu.

Aspectos Visualizados nos sólidos sobre a bancada:

1. Nitrato de Cobre (Cu(NO3)2.3H2O) : Liquido azul em contato com o ambiente pela absorção de água.

2. Sulfato de Cobalto (CoSO4.7H2O): Pó alaranjada em contato com o ambiente , com pouca ou nenhuma absorção de humidade .

3. Tiocianato de Amônio (NH2SCN): Sólido com uma cor branca translucida com absorção bem aparente de humidade.

4. Acetato Cúprico ( Cu(CH3COO)2): Sólido de coloração azul esverdeado com pouca absorção de água em contato com o ambiente.

5. Cloreto de Níquel (NiCl2.6H2O): Liquido verde em contato com o ambiente.

6. Cloreto de Cobre (CuCl2.H2O): Pasta verde claro em contato com o ambiente.

7. Nitrato de Cromo III (Cr2NO3): Sólido de coloração preto com grande absorção de humidade em contato com o ambiente.

8. Nitrato de Alumínio (Al(NO3)3.9H2O): Sólido de coloração translucida com grande absorção de água em contato com o ambiente.

9. Hidróxido de Sódio (NaOH): Liquido viscoso de coloração branca em contato com o ambiente.

Conclusão

No estudo de Hidratos podemos constatar que a varias formas da água interagir com moléculas ela pode fazer parte da estrutura ou apenas estar adsorvida, também nota-se que algumas substâncias possuem uma alta higroscopia tornando-se até liquidas em contato com a humidade do ar, com isso aprendemos a importância de se conhecer tais propriedades das

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substâncias pois com tal conhecimento é possível saber a melhor forma de armazenar frascos que possam conter tais substâncias.

Questões:

1) Discutir e exemplificar:a) hidratação, solvatação, hidratos e solvatos cristalinos.A solvatação é um processo de atração e associação de moléculas de um solvente com as moléculas ou os íonsde um soluto, a medida que o soluto se dissolve, os íons dispersam-se e ficam rodeadas por moléculas do solvente. Citando como exemplo o cloreto de sódio, tem-se que os cátions e ânions se organizam de modo a formar um cristal de cloreto de sódio. Quando os íons estão cercados por moléculas de água, diz-se que estão solvatados. Cristais que contém solventes de cristalização são chamados solvatoscristalinos. Um composto hidratado é todo aquele que, na sua constituição, se encontram presentes moléculas de água. Os hidratos mais conhecidos são os sólidos cristalizados que perdem parte das suas estruturas fundamentais ao se remover a água, eles são um caso particular de solvato, onde o solvente presente na rede cristalina é a água. Exemplo de hidratos: o sal de Glauber (sulfato de sódio decaidratado; Na2SO4 . 10H2O) e o bórax (tetraborato de sódio decaidratado; Na2B4O7 . 10H)

b) maneiras de escrever fórmulas para hidratos.A notação de compostos hidratados .nH2O, aonde n é o número de moléculas d'água por molécula de sal (ou composto), é comumente usada para mostrar que o composto em questão é hidratado. O n é usualmente um pequeno número inteiro, embora seja possível ser fracionário. Os prefixos usados são derivados dos numerais gregos. Em um monohidrato n é um, em um di hidrato, n é 2, etc. Esta água é também citada como água de cristalização. Exemplos incluem bóraxdecahidrato e calcantita.

c) pressão de vapor da água, relacionar com o comportamento de hidratos.Quanto maior é a pressão de vapor a uma mesma temperatura, mais volátil é o líquido. Assim, como hidratos contém água, quanto maior é a pressão de vapor mais fácil é do líquido evaporar, e assim ocorrer a desidratação

d) variação de pressão de vapor da água e dos hidratos com a temperatura.A pressão de vapor aumenta com a temperatura, facilitando a desidratação.

e) agentes dessecantes.

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Agentes dessecantes são substâncias capazes de absorver ou adsorver água, assim como outras substâncias, usada para secagem. São exemplos sílica-gel, cloreto de cálcio anidro, pentóxido de fósforo, ácido sulfúrico, dentre outros.

2) Como um hidrato deve ser guardado após desidratado?Deve ser mantido fora do contato com a umidade, ou seja, em um dessecador.

3) Aspectos qualitativos, discutir:

a) A que se deve a mudança de cor de CuSO4.5H2O após o aquecimento e depois da adição de 1 gota de água?A cor azulada do CuSO4.5H2O se deve a hidratação do sulfato de cobre. Se aquecermos uma pequena porção, há uma mudança na cor, tornando-se branco, ou seja, sem água, sulfato de cobre na forma anidra. Se voltarmos a adicionar água, a cor azulada aparecerá, pois hidratou-se novamente o sulfato de cobre.

b) Qual pode ser a razão da mudança de cor e do aspecto da sacarose após o aquecimento?Durante a reação de caramelização, os açúcares submetem-se à desidratação e após à condensação ou polimerização, ocorrendo a formação de estruturas complexas de massas moleculares diferentes. A caramelização da sacarose contém três produtos principais: um produto da desidratação, a caramelana (C12H18O9) e dois polímeros, caramelen (C36H50O25) e caramelin (C96H102O51).

c) Qual a razão das substâncias expostas no laboratório mudarem de aspecto físico?Não há controle da atmosfera no laboratório, assim fatores como umidade, temperatura ambiente e exposição a luz podem gerar mudanças no aspecto físico das substâncias.

4) Aspectos quantitativos, discutir:a) Por que ocorre variação de massa do cadinho antes e após o aquecimento? Por que é necessário um cadinho limpo e seco?A variação ocorre devido a evaporação da agua contida na substância, é necessário um cadinho limpo e seco pois qualquer variação na massa por menor q seja poderá causar erros nos cálculos finais.

5) A presença de uma impureza volátil no BaCl2. nH2O poderia afetar os resultados? De que maneira?Sim, pois as impurezas voláteis iram apresentar pesos moleculares diferentes causando divergências nos cálculos de mols de água.

Referências

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SILVA, R.R; BOCCHI, N.; ROCHA FILHO, R.C. Introdução à Química Experimental. São Paulo, McGraw-Hill, 1990, p. 127 a 137 e 170 a 176.

GIESBRECHT, E. (coord.), Experiências de Química: Técnicas e Conceitos Básicos, PEQ - Projetos de Ensino de Química, São Paulo, Ed. Moderna, 1982, p. 43-4

RUSSEL, J.B. Química geral/ tradução e revisão técnica Márcia Guekezian – 2. Ed. São Paulo, Ed. Pearson Makron Books, 1994. Volume II; p. 986.

http://quimicauepg.files.wordpress.com/2014/02/prc3a1tica-1-gravimetria.pdf, acesso dia 28/05/14, às 21:00.