1 - Apostila - FQE - 2014-1.pdf

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Escola Superior de Tecnologia EST Curso de Engenharia Qumica

Prof. Dr. Sergio Duvoisin Jr. Fsico Qumica Experimental

Figura 1 Assim, se um composto A possui ponto de fuso de 86C, mas experimentalmente

observa-se que durante o aquecimento ele comea a fundir a 79C e fica totalmente lquido a 83C, dizemos que o composto A possui um intervalo de fuso de 79 a 83C e bastante impuro. Portanto, 86 79 = 7, ou seja, 7% de impurezas e sua pureza de 93%.

O fato de que as contaminaes 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 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 79 - 83C. Esta uma forte indicao de que o frasco sem rtulo contm o composto A.

02.3 Determinao experimental do intervalo de fuso:

Estudaremos a tcnica de determinao do ponto de fuso, obtendo curvas de

aquecimento e resfriamento de um composto. Tanto o aquecimento como o resfriamento devem ser lentos, melhores resultados geralmente so obtidos com o resfriamento, isto porque o controle sobre o calor fornecido geralmente mais difcil, resultando num aquecimento muito rpido. Os valores das temperaturas devero ser obtidos em pequenos intervalos de tempo e colocados num grfico: temperatura versus tempo, como mostra a figura 1.

Uma outra tcnica de determinao do ponto de fuso, utilizada em trabalhos de rotina, uma quantidade bem pequena de amostra colocada em um tubo capilar preso a um termmetro imerso em um lquido (Figura ao lado). O tubo aquecido e observa-se a temperatura so anotadas como um intervalo de temperatura de fuso.

02.4 Calibrao de termmetros: A calibrao realizada pela medida da temperatura de equilbrio entre fases ou pelo

ponto de fuso de slidos considerados padres. Usando o tubo de Thiele com o termmetro a ser calibrado acoplado (Figura 2), so

determinados os valores das temperaturas de fuso dos slidos padres e construdo um grfico da temperatura medida contra o valor padro (Tabela 1), sendo que a partir deste grfico ajustada uma reta ou polinmio, se for o caso. Os pontos de fuso dos slidos so determinados em um capilar, exemplos de faixa e pontos de fuso esto podem ser observados na Tabela 2.



Tabela 1. Temperatura de equilbrio entre fases e de pontos de fuso.

Padro Ponto de fuso (C) gua gelo 0 benzofenona 48 acetanilida 113 cido saliclico 159 cido succnico 185 antraceno 216

Figura 2. Tubo de Thiele.



Tabela 2. Slidos padres e seus pontos de fuso.

Slido ponto de fuso ( C )uria 132 133 cido Benzico 121 122 2-Naftol 121 123 cido Fenilactico 77 cido Ftlico 196 cido Ctrico 153 1,4 Diclorobenzeno 53,1 cido Malnico 135,6

03. MATERIAL:

Bico de bunsen Argola de Metal Trip Tela de amianto Esptula Base de ferro Termmetro (2) -Naftol Tubos capilares Tubo de vidro cido benzico Vidro de relgio Bquer de 100 mL Mistura de -naftol e cido benzico (1:1) Garra de Metal Rolha de cortia Naftaleno

leo nujol ou vaselina Tubo de Ensaio

04. PROCEDIMENTO:

04.1 ETAPA I:

a) Preparo do tubo capilar:

1. Acender o bico de bunsen.



2. Aquecer na chama do bico de bunsen, uma das extremidades do tubo capilar fazendo um movimento de rotao nesse tubo, at que aparea um pequeno ndulo - NESSE MOMENTO O CAPILAR DEVER ESTAR FECHADO.

b) Situao problema:

Determinar o ponto de fuso do -naftol, do cido benzico e da mistura de cido benzico e -naftol na proporo 1:1.

Resfriar um pouco o banho antes de nova determinao.

c) Colocao da amostra dentro do tubo capilar:

1. Colocar a amostra que se quer determinar o ponto de fuso em um vidro de relgio, iniciando com o -naftol. Pulverizar com a esptula.

2. Manter o tubo capilar o mais horizontal possvel, empurrar sua extremidade

aberta de encontro amostra utilizando-se da esptula, para ajudar a acomodar a amostra no tubo.

3. Tomar um tubo de vidro grande, colocando-o em posio vertical encostando-o no cho do laboratrio.

4. Soltar o capilar do extremo superior do tubo de vidro at o cho, com a ponta

fechada voltada para baixo. Repetir esta operao at que se forme uma camada compacta da amostra no fundo do tubo capilar (aproximadamente 1 cm).

d) Determinao do ponto de fuso:

1. Introduzir um termmetro em rolha furada at a metade do mesmo. 2. Prender no termmetro, o tubo capilar que j dever est com a amostra a ser

determinada o ponto de fuso, utilizando uma liga, tomando cuidado de deixar a amostra o mais perto possvel do bulbo do termmetro.

3. Adaptar uma garra base de ferro e fixar o termmetro. 4. Encher o bquer de 100 mL at a marca de 70 mL com leo ou vaselina. 5. Colocar o agitador do banho de leo dentro do bquer, e a seguir o

termmetro com o capilar. A distncia entre o bulbo do termmetro e o fundo do bquer deve ser de aproximadamente 1 cm.



6. Aquecer lentamente o banho de leo com bico de bunsen agitando

constantemente o leo. Prximo ao ponto de fuso a temperatura do banho deve aumentar de 2 a 3 graus por minuto.

7. Registrar a temperatura na qual aparece a primeira gota de lquido e a

temperatura na qual desaparece o restante da poro slida. Essa faixa de temperatura representa o ponto de fuso para a substncia pura usada.

04.2 ETAPA II:

A- Curva de Aquecimento:

1. Fixe a argola de metal ao suporte com a tela de amianto acima do bico

de bunsen (8 a 12 cm) como indicado na figura ao lado. Com a garra, fixe o tubo de ensaio que contem o naftaleno e o termmetro, de maneira a ficar dentro do bquer. Coloque gua no bquer suficiente para que todo o naftaleno dentro do tudo fique submerso. Obs.: No tente mexer o termmetro, pois poder quebr-lo, esta preso ao naftaleno. Caso isto acontea, comunique ao seu instrutor.

2. Acenda o bico de bunsen. Tenha cuidado para no causar nenhum incndio no laboratrio.

3. A gua do bquer deve ser aquecida lentamente. Quando a temperatura atingir 60oC comece a anotar o seu valor a cada 30 segundos, na folha de dados, at 90oC.

4. A partir do momento que o termmetro ficar solto, use-o para agitar levemente a massa em fuso. Quando a temperatura chegar prximo de 90oC, desligue o gs do bico de bunsen e inicie logo o item B. Certifique-se que o gs esteja fechado corretamente para evitar incndios.

B- Curva de Resfriamento:

1. Sem retirar o tubo com naftaleno de dentro do bquer com gua, anote a temperatura de resfriamento do naftaleno a cada 30segundos at atingir 60oC. Com o termmetro agite com cuidado o naftaleno fundido, at ficar slido.

2. Quando a temperatura chegar a 60oC pare de anot-la. A experincia terminou. 3. Desmonte o equipamento e limpe seu local de trabalho. Verifique se no h

vazamento de gs.



Obs.: Nesta experincia no so gerados resduos qumicos, slidos ou lquidos, apenas CO2 e H2O na queima do gs usado no aquecimento do naftaleno.

05. RESPONDER DURANTE A PRTICA:

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06. QUESTIONRIO:

1. Que se entende por ponto de fuso? Com que finalidade usado?



2. Procurar na bibliografia indicada o ponto de fuso do -naftol, do cido benzico.

Comparar com os resultados obtidos.

3. Por que se recomenda que a determinao do ponto de fuso seja realizada inicialmente com o -naftol e no com o cido benzico?

4. Tendo em vista a estrutura molecular do -naftol, do cido benzico, apresentar uma

explicao para as diferenas de seus pontos de fuso.

5. De acordo com o ponto de fuso pesquisado, qual deveria ser a temperatura em que o cido benzico passaria do estado lquido para o slido ou seja qual seria o ponto de solidificao o cido benzico.

07. REFERNCIAS:

1. VOGEL, A. I., Qumica orgnica: anlise orgnica qualitativa. 3. ed, Rio de Janeiro, Ao Livro Tcnico SA, 1981. v. 1.

2. Physical Chemistry Handbook, 57 th Edition.



Universidade do Estado do Amazonas - UEA - www.uea.edu.br

Escola Superior de Tecnologia - EST Av. Darcy Vargas, 1200 - Parque 10 - CEP 69065-020

Manaus/AM Fone: (0xx92) 3236-5573

EXPERINCIA N 2

- CROMATOGRAFIA EM PAPEL -

01. OBJETIVOS:

No final desta experincia o aluno dever ser capaz de:

Conhecer uma tcnica capaz de resolver problemas complexos envolvendo separao de misturas.

Separar pigmentos existentes em extratos de plantas (clorofila, xantofila, carotenos) e de pigmentos que compe a tinta de canetas base gua.

Identificar os princpios fsico-qumicos responsveis pela separao. 02. INTRODUO:

Os termos cromatografia, cromatograma e mtodo cromatogrfico so atribudos ao botnico russo Mikhael S. Tswett, que em 1906 utilizou estes termos para descrever suas experincias com extratos de folhas e gema de ovo. Tswett usou colunas de vidro contendo vrios slidos finamente divididos atravs das quais filtrou os extratos, lavando-os a seguir com ter de petrleo. Obteve assim, uma separao dos componentes em bandas coloridas ao longo das colunas (Figura 1). Os termos derivam das palavras gregas chrom (cor) e graphe (escrever), embora o processo no dependa da cor, exceto para facilitar a identificao dos componentes separados.

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Figura 3. Algumas formas de visualizar as interaes entre alumina e componentes orgnicos

de uma amostra. Estruturas similares poderiam ser escritas para a slicagel. Cromatografia em coluna A cromatografia em coluna geralmente usada na separao preparativa ou purificao de substncias orgnicas. A tcnica requer uso de tubos de vidro, montados verticalmente, contendo o suporte slido finamente dividido (fase estacionria), em geral slica gel ou xido de alumnio. A substncia que se deseja purificar (ou mistura que se quer fracionar) aplicada no topo da coluna e a eluio da substncia efetuada mediante a percolao com solvente adequado. Na parte inferior da coluna recolhe-se um nmero de fraes, nas quais se encontram os componentes da mistura separados. A velocidade com que uma substncia trafega pela coluna depende de sua polaridade, da polaridade da fase estacionria e da polaridade do solvente (eluente). Se o composto mais atrado pela fase estacionria do que pelo solvente, ele migrar lentamente. Se sua afinidade for maior pelo solvente ele migrar mais rapidamente, gastando menos tempo e solvente. O xito de uma coluna depender ento da escolha do suporte e solvente adequados. Em alguns casos possvel visualizar a separao dos componentes de uma mistura observando o desenvolvimento de faixas diferentes na coluna ou iluminando-a com luz ultravioleta (a coluna precisa ser de quartzo!). Entretanto, na maioria das vezes, torna-se necessrio o acompanhar a separao dos componentes examinando cada frao eluda por cromatografia em camada delgada (ccd).

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03. MATERIAL:

ter de petrleo P.A. Diclorometano P.A. Etanol P.A. Acetona P.A. Clorofrmio P.A. Sulfato de sdio anidro P.A. Folhas de espinafre

Almofariz (1) Pipeta de Pasteur (2) Funil de separao de 60 mL (1) Funil de vidro pequeno (1) Erlenmeyer de 25 mL (1) Proveta de 10 mL (1) Papel de filtro

Becker de 100 mL (1) Placa de Petri (1)

Becker 50 mL (1) Capilares (2)

04. PROCEDIMENTO:

04.1 PREPARAO DO EXTRATO:

04.1.1 Colocar em um almofariz 5-10 folhas de espinafre e cerca de 10 mL de uma mistura de 2:1 de ter de petrleo e etanol.

04.1.2 Triturar bem as folhas.

04.1.3 Utilizando uma pipeta de Pasteur, e uma bolinha de algodo, filtrar o extrato, transferindo-o para um funil de separao.

04.1.4 Adicionar, igual volume de gua.

04.1.5 Girar lentamente o funil, pois a agitao brusca pode causar a formao de emulso.

04.1.6 Separar e descartar a fase aquosa.

04.1.7 Repetir esta operao de lavagem, por mais duas vezes, sempre descartando a fase

aquosa.

Pro

04.2

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04.4 DESENVOLVIMENTO DO CROMATOGRAMA:

04.4.1 Preparar uma cuba colocando uma tira de papel de filtro de 4,0 x 5,0 cm e 5,00 mL de clorofrmio.

04.4.2 Esperar o tempo suficiente para que ocorra a completa

saturao.

04.4.3 Colocar cuidadosamente a folha na cuba, evitando que o ponto de aplicao da amostra mergulhe no solvente.

04.4.4 Quando o solvente atingir cerca de 0,5 cm do topo da

folha, remover a folha, e marcar a frente do solvente (linha de chegada da fase mvel).

04.4.5 Deixar secar ao ar e observar o nmero de manchas

coloridas.

04.4.6 Copiar a folha com as substncias separadas (cromatograma), obedecendo fielmente a distncia entre o ponto de aplicao e a frente do solvente, bem como a distncia percorrida por cada substncia, iniciando pelo ponto de aplicao at o centro de maior concentrao da mancha.

04.4.7 Preparar uma nova cuba usando como eluente uma mistura de CHCl3 e acetona

(9:1).

04.4.8 Esperar que ocorra a saturao completa e efetuar um novo desenvolvimento da placa, tendo o cuidado de no deixar que a frente do solvente atinja a mancha amarela de maior fator de reteno (Rf), obtida na primeira eluio.

04.4.9 Copiar o cromatograma.






Observao: As manchas observadas no cromatograma so normalmente identificadas, em ordem decrescente de valores de Rf, como carotenos (duas manchas laranja), as xantofilas (quatro manchas amarela) clorofila a (azul esverdeada) e clorofila b (verde).


05.1 Qual foi a ordem dos componentes (cores) que voc observou? Lembrar que as clorofilas so verdes, as xantofilas so amarelas e os carotenos so marrons.

05.2 Qual a polaridade da molcula que chegou mais perto do topo da folha? E a que ficou

retida na folha? 05.3 O que voc faria para aumentar a velocidade de passagem pela coluna das molculas

que ficaram retidas? 05.4 Quais foram os pigmentos que formaram as cores das canetas que voc utilizou na

prtica?

06. QUESTIONRIO:

1. Qual o estado fsico da fase mvel e da fase estacionria na cromatografia em camada delgada

(CCD)?

2. Qual o mecanismo de separao da cromatografia em camada delgada de slica gel?

3. Com que finalidade a soluo de pigmentos lavada com gua?

4. Por que o sulfato de sdio anidro adicionado soluo de pigmentos?

5. Que se entende por fator de reteno (Rf)?






6. Dois componentes A e B, foram separados por CCD. Quando a frente do solvente atingiu, 6,5 cm, acima do ponto de aplicao da amostra, a mancha de A, estava a 5 cm, a de B a 3,6 cm. Calcular o Rf de A e de B. Desenhar esta placa, obedecendo o mais fielmente possvel as distncias fornecidas. O que se pode concluir sobre a resoluo das manchas, nesta separao?

7. Um qumico deseja separar os compostos abaixo por cromatografia em coluna, utilizando slica como adsorvente.

Para tal, percolou a coluna seqencialmente com os solventes I, II e III, que formam uma srie eluotrpica. A primeira frao continha o composto X, a segunda frao, o composto Y, e a ltima frao, o composto Z. Qual dos sistemas de solventes abaixo serve como fase lquida para justificar a ordem de eluio encontrada?

Solvente I Solvente II Solvente III (A) hexano acetonitrila tolueno (B) hexano tolueno CH2Cl2 (C) tolueno hexano acetonitrila(D) acetonitrila CH2Cl2 hexano (E) CH2Cl2 tolueno hexano

8. A cromatografia lquida de alta eficincia (CLAE) um dos mtodos cromatogrficos mais modernos utilizados em anlise (CLAE analtica) e separao/purificao de misturas (CLAE preparativa). Abaixo so dados os cromatogramas X, Y e Z de uma mistura de compostos presentes em analgsicos: aspirina (A), cafena (B), fenacetina (C) e paracetamol (D), utilizando trs fases mveis diferentes, no modo isocrtico, em uma mesma coluna.

CH2CH3 CH2CH3

N

CH2CH3

(X) (Y) (Z)






Avaliando esses cromatogramas, responda s perguntas abaixo:

(a) Qual a fase mvel mais apropriada para ser utilizada em escala preparativa, e a fase mvel mais adequada para utilizao em escala analtica, considerando um grande nmero de amostras a serem analisadas? Justifique sua resposta.

(b) Qual o tipo de coluna (fase reversa ou fase normal) utilizada nestes trs

experimentos? Justifique sua resposta.






(c) Sabendo-se que o composto mais polar elui primeiro, qual o composto de maior tempo de reteno? Justifique sua resposta.

07. REFERNCIAS:

I. Fsico-Qumica para Bilogos, J. Gareth Morris, Ed. 1972. II. Princpios de Bioqumica, A.L. Lehniniger, Editora Sarvier 1991. III. CHANG, R.,Physical-Chemistry with Applications to Biological Systems. Macmillan Publishing Co. New York, 1981. IV. TINOCO, l. JR., SAUER, K..WONG, J. C. -Physical Chemistry - Principies and Applications in Biological Sciencies Prentice - Hall, London.



EXPERINCIA N 3

- DESTILAO SIMPLES -

01. OBJETIVOS:


Conhecer a vidraria necessria para uma destilao simples. Conhecer a montagem do kit para destilao simples. Identificar as misturas de solventes passveis de separao por destilao

simples. 02. INTRODUO:

Destilao uma tcnica geralmente usada para remover um solvente, purificar um lquido ou para separar os componentes de uma mistura de lquidos, ou ainda separar lquidos de slidos. Na destilao, a mistura a ser destilada colocada no balo de destilao (balo de fundo redondo) e aquecida, fazendo com que o lquido de menor ponto de ebulio seja vaporizado e ento condensado, retornando lquido (chamado de destilado ou condensado) e coletado em um frasco separado. Numa situao ideal, o componente de menor ponto de ebulio coletado em um recipiente, e outros componentes de pontos de ebulio maiores permanecem no balo original de destilao como resduo. O ponto de ebulio de um lquido pode ser definido como a temperatura na qual sua presso de vapor igual a presso externa, exercida em qualquer ponto, sobre sua superfcie. O lquido entra em ebulio e ferve, ou seja, vaporizado por bolhas formadas no seio do lquido. Com lquidos de pontos de ebulio muito prximos, o destilado ser uma mistura destes lquidos com composio e ponto de ebulio variveis, contendo um excesso do componente mais voltil (menor ponto de ebulio) no final da separao. Para evitar a ebulio tumultuosa de um lquido durante a destilao sob presso atmosfrica, adiciona-se alguns fragmentos de porcelana porosa. Estes liberam pequenas quantidades de ar e promovem uma ebulio mais regular. Os tipos mais comuns de destilao so: destilao simples, destilao fracionada, destilao vcuo e destilao a vapor. A destilao simples uma tcnica usada na separao de um lquido voltil de uma substncia no voltil. No uma forma muito eficiente para separar lquidos com diferena de pontos de ebulio prximos. A Figura 1 mostra um esquema de um equipamento para destilao simples. Um termmetro usado para se conhecer a temperatura do que est sendo

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04.1.3 Use esta curva para determinar a frao molar de ciclohexano nas fraes dos

destilados obtidas na destilao simples, e coloque estes valores na Tabela 1. Tabela 1: Curva de calibrao (ndice de refrao X frao molar de ciclohexano).

Frao molar Ciclohexano ()

no moles Ciclohexano

no de molesTolueno

Ciclohexano volume (mL)

Tolueno volume (mL)

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0 - 0,10 0,2 0,02 0,08 0,4 0,04 0,06 0,6 0,06 0,04 0,8 0,08 0,02 1,0 0,10 -

Obs.: Dados Tolueno: : 0,867 g.mL-1; ndice de Refrao: 1,494; MM: 92,0 g.mol-1. Dados Ciclohexano: : 0,778 g.mL-1; ndice de Refrao: 1,424; MM: 84,0 g.mol-1.

04.2 Preparar 150 mL de uma soluo de ciclohexano (P.E. = 81oC) em tolueno* (P.E. =

111oC), transferir para um balo de 250 mL e adicionar algumas pedras de porcelanas (cinco).

04.3 Montar uma aparelhagem para destilao simples e destilar lentamente a soluo, de tal modo que a velocidade de destilao seja constante e no mais que uma gota do destilado por 3 segundos.

04.4 Recolher o destilado em uma proveta graduada. 04.5 Anotar a temperatura inicial de destilao, quando as primeiras gotas do destilado

alcanarem o condensador. 04.6 Continuar a destilao, anotando a temperatura a cada 5,00 mL do destilado. 04.7 A partir destes dados construir um grfico, lanando na abscissa o volume do destilado

aps intervalos de 5,00 mL e, na ordenada, a temperatura de destilao observada naquele ponto.

04.8 Medir o ndice de refrao de cada frao para posteriormente obter a frao molar das

mesmas. 04.9 Construir um grfico lanando na abscissa a frao molar de ciclohexano e, na ordenada,

o volume cumulativo das fraes obtidas.



*Observao: Cada grupo trabalhar com uma soluo de ciclohexano em tolueno com concentrao molar diferente (10%, 30%, 50% e 70%)


Volume (mL)

Temperatura (oC)

ndice de Refrao

Frao Molar

Volume (mL)

Temperatura (oC)

ndice de Refrao

Frao Molar

0,00

70,00

5,00

75,00

10,00

80,00

15,00

85,00

20,00

90,00

25,00

95,00

30,00

100,00

35,00

105,00

40,00

110,00

45,00

115,00

50,00

120,00

55,00

125,00

60,00

130,00

65,00

135,00



06. QUESTIONRIO:

06.1 Por que a destilao simples no usada na separao de lquidos de ponto de ebulio relativamente prximos?

06.2 Por que no incio da destilao, o balo deve estar cheio a dois teros de sua capacidade?

06.3 Por que perigoso aquecer um composto orgnico em uma aparelhagem totalmente

fechada?

06.4 Qual a funo da pedra de porcelana porosa, pedra pomes ou bolinhas de vidro em uma destilao?

06.5 Por que a gua do condensador deve fluir em sentido contrrio corrente dos

vapores?

06.6 Em que casos se utilizam condensador refrigerado a ar. Justifique.

06.7 Por que misturas azeotrpicas no podem ser separadas por destilao?

06.8 Diferenciar destilao simples de destilao fracionada.

07. REFERNCIAS:

1. SOARES, B.G.; Sousa, N.A.; Pires, D.X. Qumica orgnica: teoria e tcnicas de preparao, purificao e identificao de compostos orgnicos. Rio de Janeiro, Guanabara. 1988.

2. VOGEL, A.I. Qumica orgnica: anlise orgnica qualitativa. 2. ed. Rio de janeiro Ao

Livro Tcnico S. A., 1981. V. 1.



EXPERINCIA N 4

- DESTILAO FRACIONADA -

01. OBJETIVOS:


Conhecer a vidraria necessria para uma destilao fracionada. Conhecer a montagem do kit para destilao fracionada. Identificar as misturas de solventes passveis de separao por destilao

fracionada. 02. INTRODUO:

Destilao uma tcnica geralmente usada para remover um solvente, purificar um lquido ou para separar os componentes de uma mistura de lquidos, ou ainda separar lquidos de slidos. Na destilao, a mistura a ser destilada colocada no balo de destilao (balo de fundo redondo) e aquecida, fazendo com que o lquido de menor ponto de ebulio seja vaporizado e ento condensado, retornando lquido (chamado de destilado ou condensado) e coletado em um frasco separado. Numa situao ideal, o componente de menor ponto de ebulio coletado em um recipiente, e outros componentes de pontos de ebulio maiores permanecem no balo original de destilao como resduo. O ponto de ebulio de um lquido pode ser definido como a temperatura na qual sua presso de vapor igual a presso externa, exercida em qualquer ponto, sobre sua superfcie. O lquido entra em ebulio e ferve, ou seja, vaporizado por bolhas formadas no seio do lquido. Com lquidos de pontos de ebulio muito prximos, o destilado ser uma mistura destes lquidos com composio e ponto de ebulio variveis, contendo um excesso do componente mais voltil (menor ponto de ebulio) no final da separao. Para evitar a ebulio tumultuosa de um lquido durante a destilao sob presso atmosfrica, adiciona-se alguns fragmentos de porcelana porosa. Estes liberam pequenas quantidades de ar e promovem uma ebulio mais regular. Os tipos mais comuns de destilao so: destilao simples, destilao fracionada, destilao vcuo e destilao a vapor. A destilao fracionada usada para a separao de dois ou mais lquidos de diferentes pontos de ebulio. A Figura 2 mostra o esquema para uma destilao fracionada, o qual contm uma coluna de fracionamento, que consiste essencialmente de um longo tubo vertical atravs do qual o vapor sobe e parcialmente condensado. O condensado escoa pela coluna e retorna ao balo. Dentro da coluna, o lquido, que volta, entra em contato direto

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A capacidade de uma coluna de fracionamento a medida da quantidade de vapor e lquido que pode ser passada em contra-corrente dentro da coluna, sem causar obstruo. A eficincia de uma coluna o poder de separao de uma poro definida da mesma. Ela medida, comparando-se o rendimento da coluna com o calculado para uma coluna de pratos teoricamente perfeitos em condies similares. Um prato terico definido como sendo a seo de uma coluna de destilao de um tamanho tal que o vapor esteja em equilbrio com o lquido; isto , o vapor que deixa o prato tem a mesma composio que o vapor que entra e o vapor em ascendncia no prato est em equilbrio com o lquido descendente. O nmero de pratos tericos no pode ser determinado a partir das dimenses da coluna; computado a partir da separao efetuada pela destilao de uma mistura lquida, cujas composies de vapor e de lquido so conhecidas com preciso. Por exemplo, uma coluna com 12 pratos tericos satisfatria para a separao prtica de uma mistura de ciclohexano e tolueno. A eficincia de uma coluna depende tanto da altura quanto do enchimento e de sua construo interna. Sua eficincia freqentemente expressa em termos de altura equivalente por prato terico (HEPT), que pode ser obtida, dividindo-se a altura do enchimento da coluna pelo nmero de pratos tericos. O fracionamento ideal fornece uma srie de fraes definidas e rigorosas, cada uma destilando a uma temperatura definida. Depois de cada frao ter sido destilada, a temperatura aumenta rapidamente e nenhum lquido destilado como uma frao intermediria. Se a temperatura for colocada em grfico contra o volume do destilado em tal fracionamento ideal, o grfico obtido ser uma srie de linhas horizontais e verticais semelhantes a uma escada. Uma certa quebra na inclinao revela a presena de uma frao intermediria e a sua quantidade pode ser usada como um critrio qualitativo do rendimento de diferentes colunas. Dessa forma, o objetivo principal das colunas de fracionamento eficientes reduzir a proporo das fraes intermedirias a um mnimo. Os fatores mais importantes que influenciam a separao de misturas em fraes bem delineadas so: isolamento trmico, razo de refluxo, enchimento e tempo de destilao.

03. MATERIAL:

Manta para balo de 250 mL Balo de 250 mL Termmetro 200o Pedrinhas de porcelana Condensador de Liebig Tolueno Proveta de 100 mL Pisseta c/ gua Ciclohexano Coluna de Vigreux Mangueira Refratmetro de Abbe



04. PROCEDIMENTO:

04.1 CONSTRUO DA CURVA DE CALIBRAO:

04.1.1 Prepare solues contendo ciclohexano e tolueno em diferentes propores (Tabela 1) e mea o ndice de refrao para cada soluo.

04.1.2 Construa uma curva de calibrao que ser um grfico de ndice de refrao em funo da frao molar de ciclohexano.

04.1.3 Use esta curva para determinar a frao molar de ciclohexano nas fraes 1dos

destilados obtidas na destilao simples, e coloque estes valores na Tabela 1.

Tabela 1: Curva de calibrao (ndice de refrao X frao molar de ciclohexano).

Frao molar ciclohexano ()

no moles ciclohexano

no de molestolueno

ciclohexano massa (g)

tolueno massa (g)

ndice de refrao

0 - 0,10 0,2 0,02 0,08 0,4 0,04 0,06 0,6 0,06 0,04 0,8 0,08 0,02 1,0 0,10 -

04.1.4 Preparar 150 mL de uma soluo de ciclohexano (P.E. = 81oC) em tolueno* (P.E.

= 111oC), transferir para um balo de 250 mL e adicionar algumas pedras de porcelanas.

04.1.5 Montar uma aparelhagem para destilao simples e destilar lentamente a soluo, de tal modo que a velocidade de destilao seja constante e no mais que uma gota do destilado por 3 segundos.

04.1.6 Recolher o destilado em uma proveta graduada.



04.1.7 Anotar a temperatura inicial de destilao, quando as primeiras gotas do destilado alcanarem o condensador.

04.1.8 Continuar a destilao, anotando a temperatura a cada 5,00 mL do destilado.

04.1.9 A partir destes dados construir um grfico, lanando na abscissa o volume do destilado aps intervalos de 5,00 mL e, na ordenada, a temperatura de destilao observada naquele ponto.

*Observao: Cada grupo trabalhar com uma soluo de ciclohexano em tolueno com concentrao molar diferente (10%, 30%, 50% e 70%)


Volume (mL) Temperatura (oC) Volume (mL) Temperatura (oC)

0,00 70,00

5,00 75,00

10,00 80,00

15,00 85,00

20,00 90,00

25,00 95,00

30,00 100,00

35,00 105,00

40,00 110,00

45,00 115,00

50,00 120,00

55,00 125,00



60,00 130,00

65,00 135,00

06. QUESTIONRIO:

1- Cite as diferenas bsicas entre a destilao simples e a fracionada:

2- Em uma destilao, quais procedimentos devem ser adotados para que a ebulio tumultuosa de lquidos seja evitada?

3- Quando a coluna de fracionamento para destilao deve ser utilizada?

4- Explique o funcionamento do condensador utilizado em uma destilao: 5- Descreva a tcnica de destilao a presso reduzida e a sua utilizao:

6- Descreva a tcnica de destilao por arraste a vapor e a sua utilizao: 7- O que uma mistura azeotrpica? Os componentes desta mistura podem ser separados por

destilao? Cite exemplos:

8- Cite alguns processos industriais que empregam tcnicas de destilao:

9- Sugira uma soluo para o seguinte problema: o lquido a ser destilado possui ponto de ebulio muito prximo da temperatura ambiente:

10- O acetato de n-propila (p. e. = 102oC) evapora rapidamente quando exposto ao ar. Entretanto,

isto no ocorre com a gua (p. e. = 100oC). Explique:

11- Comente sobre a toxicidade dos seguintes solventes: benzeno, tolueno, clorofrmio e ter etlico. Quais cuidados devem ser tomados na utilizao destes? (Consultar manuais de segurana e toxicidade disponveis):

07. REFERNCIAS:



1. SOARES, B.G.; Sousa, N.A.; Pires, D.X. Qumica orgnica: teoria e tcnicas de preparao, purificao e identificao de compostos orgnicos. Rio de Janeiro, Guanabara. 1988.

2. VOGEL, A.I. Qumica orgnica: anlise orgnica qualitativa. 2. ed. Rio de janeiro Ao

Livro Tcnico S. A., 1981. V. 1.



Universidade do Estado do Amazonas - UEA - www.uea.edu.br Escola Superior de Tecnologia - EST

Av. Darcy Vargas, 1200 - Parque 10 - CEP 69065-020 Manaus/AM Fone: (0xx92) 3236-5573

EXPERINCIA N 5

- Determinao do Calor de Combusto -

1- OBJETIVOS: No final da prtica o aluno dever ser capaz de:

Compreender o funcionamento de um calormetro. Comparar o calor liberado na combusto da gasolina, lcool e vela. Aplicar a Lei de Hess para o clculo do calor de reaes (Entalpia de reaes).

2- INTRODUO:

Nesta experincia voc vai poder comparar o calor liberado por diferentes tipos de combustveis (gasolina, lcool e glicerina). Reaes de combusto so reaes de oxi-reduo com desprendimento de grandes quantidades de calor. Esse calor ento aproveitado para proporcionar mais conforto para nossas vidas. Assim, o calor gerado pela combusto do butano (gs de cozinha), da lenha e do carvo utilizado para cozinhar alimentos, gerar vapor para movimentar turbinas de uma indstria ou para uma usina termoeltrica, etc. No caso da usina termoeltrica o calor gerado utilizado para produzir energia eltrica. Esse calor liberado numa reao qumica, provem do balano energtico da ruptura de ligaes qumicas e formao de novas ligaes. O rompimento de ligaes qumicas absorvem energia, e a formao de ligaes qumicas liberam energia. Se o saldo for a liberao de calor para o meio ambiente, temos uma reao exotrmica, caso contrrio, ser endotrmica. Quando uma transformao d-se a presso constante e o nico trabalho possvel o de expanso, o calor liberado igual a variao de entalpia, H. Na queima de carbono com excesso de oxignio a presso constante, forma-se dixido de carbono com a liberao de 393,5 kJ de calor para cada mol de carbono consumido.

C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393,5 kJ.mol-1





O sinal negativo do H devido liberao do calor, logo a entalpia final Hf menor que a entalpia inicial Hi. Essa reao pode ser conseguida em duas etapas: primeiro, o carbono pode ser queimado na presena de quantidade limitada de oxignio.

C(s) + O2(g) CO(g) H= - 110,5 kJ.mol-1 Ento o monxido de carbono formado nesta reao poder ser queimado com oxignio adicional.

CO(s) + O2(g) CO2(g) H = -283,0 kJ.mol-1 Quando as reaes qumicas so adicionadas como se fossem equaes algbricas, os correspondentes DH podem ser adicionados da mesma maneira.

C(s) + O2(g) CO(g) H = -110,5 kJ.mol-1 CO(s) + O2(g) CO2(g) H = -283,0 kJ.mol-1

C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393,5 kJ.mol-1 Esta uma ilustrao da Lei de Hess. Ela estabelece que a variao da entalpia para qualquer reao depende somente da natureza dos reagentes e dos produtos, e no depende do nmero de etapas ou do caminho que conduz reagentes aos produtos. Uma equao, e o seu correspondente H, podem ser multiplicados ou divididos pelo mesmo nmero. Exemplo:

C(s) + O2(g) CO(g) H = -110,5 kJ.mol-1 2 C(s) + O2(g) 2 CO(g) H = -221,0 kJ.mol-1

O H para uma reao pode ser expresso como a diferena entre as entalpias dos produtos e dos reagentes. H = (H produtos) (H reagentes) Isto significa que o sinal de H muda quando a reao invertida, porque os reagentes tornam-se produtos e vice-versa. Por exemplo:

C(s) + O2(g) CO2(g) H = - 393,5 kJ.mol-1 CO2(g) C(s) + O2(g) H = +393,5 kJ.mol-1





A lei de Hess simplifica grandemente a tarefa de tabular variaes de entalpia de reaes. O calor de reao igual a soma dos calores de formao dos produtos menos a soma dos calores de formao dos reagentes, Horeao = (Hof)produtos - (Hof)reagentes

Exemplo: Calcule o calor de formao do etanol C2H5OH, para formar dixido de carbono e vapor dgua.

C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) Horeao = (Hof)produtos - (Hof)reagentes Horeao = 2 (-393,5) + 3 (-241,8) (-277,5 + 3 x 0) Horeao = - 1235 kJ.mol-1 O etanol libera uma quantidade considervel de calor quando queima. Experimentalmente podemos medir a quantidade de calor liberada usando uma bomba calorimtrica (calormetro). A bomba calorimtrica um instrumento que mede o calor





liberado ou absorvido por uma reao ocorrendo a volume constante. Neste tipo de calormetro uma cmera de ao (a bomba) imersa em um volume grande de gua. O calor liberado da reao ento transferido para a gua. Se a reao libera calor, a temperatura aumenta, caso contrrio a temperatura diminui. Nenhum trabalho realizado, quando a reao ocorre dentro da bomba calorimtrica, mesmo quando gases forem envolvidos, pois o volume constante e DV = zero, DE = qv onde, qv = calor liberado a volume constante Para as reaes exotrmicas ns podemos escrever: [calor liberado pelo sistema] = [calor ganho pela bomba] + [calor ganho pela gua] Para simplificar os clculos, a quantidade de calor absorvida por um calormetro geralmente expressa como seu equivalente em gua que a quantidade de calor que o calormetro absorve por grau de temperatura. O equivalente em gua do calormetro determinado queimando uma amostra que produz uma quantidade conhecida de calor, e medindo o aumento de temperatura do calormetro. Por exemplo, a queima de 1,000g de um composto produz 2,196 kcal de calor, que aumenta a temperatura do calormetro e de suas 3000g de gua por 0,629oC, ento: [calor ganho pela bomba] = 2196 cal (3000g)(1,000 cal.g-1.oC-1)(0,629oC) [calor ganho pela bomba] = 309 cal Agora podemos determinar a quantidade de gua que absorveria a mesma quantidade de calor causado a mesma variao de temperatura. q = m . c . T m = 309 / 1,00 x 0,629 m = 491 g de gua Assim, o equivalente em gua do calormetro 491 g. Isso significa que a quantidade de calor necessria para aumentar a temperatura das paredes internas do calormetro de 1,000oC a mesma quantidade de calor necessria para aumentar a temperatura de 491g de gua de 1,000oC.





Nesta experincia, voc no ir utilizar este tipo de calormetro. Voc montar um calormetro bem mais simples. Uma lata pequena com gua ser o calormetro. Uma lata maior ser utilizada para minimizar as perdas de calor pelo movimento do ar (veja figura abaixo).

Esquema do Calormetro de Lata

O calor liberado na combusto da gasolina, lcool e da vela ser ento transmitido para a gua no calormetro, aumentando sua temperatura. Entretanto, uma pequena parte do calor se dissipa com os gases formados na combusto e com o ar aquecido.





3- MATERIAL: - balana - hexano, lcool e vela - suporte para combustvel (forminha de quindim) - latas - basto de vidro - becker 250 mL - termmetro

4- PROCEDIMENTO:

1. Pese aproximadamente 1,00 g de hexano em recipiente adequado (cadinho) e anote o valor pesado. 2. Pese a lata pequena do calormetro vazia, anote o valor, e aps coloque 2/3 de gua e pese novamente anotando o valor pesado. 3. O limite mximo de peso da balana de 200g, se aparecer no visor a mensagem Err, despeje um pouco de gua e volte a pes-la. V anotando todas as massas e utilize sempre a mesma balana. 4. Monte o calormetro conforme a figura acima, e mea a temperatura da gua. 5. Acenda o hexano com o auxlio de um fsforo, e deixe aquecer a gua at o total consumo do hexano. 6. Agite a gua com o termmetro at que a temperatura pare de subir. Anote ento a temperatura mais alta que o termmetro marcar. 7. Repita a operao para o lcool etlico, trocando a gua quente por gua a temperatura ambiente. 8. No caso da vela, cortar um pedao da vela e colocar dentro do cadinho, pesar o conjunto. Deixar queimar durante 5 minutos e apagar a vela cuidadosamente para no





perder massa, pesar novamente o conjunto. A diferena ser a quantidade de glicerina que foi queimada. 9. Repetir a operao para os trs combustveis usados (hexano, etanol e glicerina).

5- DADOS COLETADOS:

1. Calor de Combusto da Hexano:

a) Massa do cadinho (g): __________ b) Massa do cadinho + Gasolina (g): __________ c) Massa da Lata Vazia (g): _________ d) Massa da Lata + gua (g): __________ e) Temperatura antes do aquecimento (C): _________ f) Temperatura depois do aquecimento (C): _________

2. Calor de Combusto do Etanol:

a) Massa do cadinho (g): __________ b) Massa do cadinho + Etanol (g): __________ c) Massa da Lata Vazia (g): _________ d) Massa da Lata + gua (g): __________ e) Temperatura antes do aquecimento (C): _________ f) Temperatura depois do aquecimento (C): _________

3. Calor de Combusto da Vela:

a) Massa do cadinho + Vela antes da combusto (g): __________ b) Massa do cadinho + Vela depois da combusto (g): __________ c) Massa da Lata Vazia (g): _________ d) Massa da Lata + gua (g): __________ e) Temperatura antes do aquecimento (C): _________ f) Temperatura depois do aquecimento (C): _________





6- QUESTIONRIO:

1. Utilize os calores especficos da gua (c = 1,00 cal.C-1.g-1) e o da lata (c = 0,10 cal.C-1.g-1) e calcule a quantidade de calor absorvida pela gua e pela lata. Expresse o resultado em kcal e kJ. (1 cal = 4,18 Joule) Lembre-se: q = m . c . T 2. Determine o calor de combusto da gasolina, etanol e vela em kcal.g-1 e em kJ.g-1. Expresse o resultado na forma de entalpia de combusto, Hcomb. Lembre-se, H = - calor liberado a presso constante (que foi o caso desta experincia).

3. Compare os calores de combusto da gasolina, etanol e vela em diferena de porcentagem. Use a vela como padro, indicando quantas vezes maior so os calores de combusto da gasolina e etanol. 4. Calcule o equivalente em gua do calormetro usado na experincia (lata pequena). 5. Procure na literatura os calores de combusto da gasolina, etanol e glicerina, e compare com os obtidos em aula. 6. Sugira como melhorar o nosso calormetro para que os resultados sejam mais prximos dos obtidos por um calormetro ideal, isto , que todo o calor liberado na combusto dos combustveis seja transmitido para a gua do calormetro, e que a perda do calor seja mnima ou nenhuma (sistema ideal).



EXPERINCIA N 6

- DETERMINAO DO ZERO ABSOLUTO -

01. OBJETIVOS: No final desta experincia o aluno dever ser capaz de:

Determinar o zero absoluto com boa preciso utilizando um aparato simples Montar um grfico com pontos experimentais e fazer extrapolaes. Verificar a Lei de Charles.

02. INTRODUO: A atmosfera que ns respiramos constituda de uma mistura de gases. Os principais componentes so oxignio, (ponto de ebulio -192,98C) e nitrognio, (ponto de ebulio -195,79C) e quantidades menores de outros gases como hidrognio, etc. Tabela l: Composio do ar seco, porcentagem em volume:

Gases Porcentagem em volume N2, nitrognio 78,0902, oxignio 20,94Ar, argnio 0,93CO2, dixido de carbono 0,03 (varivel) He, Ne, Kr, Xe (gases nobres) 0,002CH4, metano 0,00015(varivel) H2, hidrognio 0,00005Todos os demais, nenos que 0,00004

Presso A presso definida como a fora por unidade de rea. O barmetro de mercrio um aparato simples para medir presses atmosfricas. Um tubo de vidro (ao redor de 800 mm de comprimento) fechado numa extremidade, enchido com mercrio, e ento cuidadosamente invertido em um prato com mercrio no permitindo a entrada de ar. A coluna de mercrio cai at ao nvel em que a presso do ar na superfcie do mercrio no prato suporta a coluna de mercrio no tubo. A presso exercida pela atmosfera igual a presso



exercida pela coluna de mercrio. Ao nvel do mar, na latitude 45, a presso atmosfrica suporta uma coluna de mercrio (Hg) de 760 mm. Esta presso mdia ao nvel do mar de 760 mmHg denominada uma atmosfera de presso, figura ao lado.

l atmosfera (atm) = 760 mm Hg = 760 torr = l bar

A unidade de presso no Sistema Internacional (SI) o pascal (Pa). Um pascal definido como a presso exercida por uma fora de um Newton (N), atuando numa are de um metro quadrado.

2

.11smkgN =

22 .111smkg

mNPa ==

kPaPaxatm 3,10110013,11 5 ==

Manmetro O manmetro de mercrio consiste de um tubo de vidro parcialmente preenchido com mercrio. Um brao aberto para a atmosfera e o outro conectado ao recipiente com o gs. A presso exercida pelo gs no recipiente igual a presso atmosfrica mais ou menos, a diferena dos entre os nveis do mercrio, Ah, como mostrado na figura abaixo.



A presso atmosfrica varia com as condies atmosfricas e a distncia acima do nvel do mar. Ela diminui com a altitude porque o ar mais rarefeito. Relao Volume-Temperatura: Lei de Charles. A presso constante, o volume ocupado por uma massa de um gs diretamente proporcional a sua temperatura absoluta. V T,

2

2

1

1

TV

TV =

T deve ser expresso em graus Kelvin (K, escala absoluta de temperatura). As partes slidas das linhas da figura seguinte ilustram o comportamento dos gases, observado por Charles e Gay-Lussac. Lord Kelvin, um fsico britnico, observou que uma extrapolao de diferentes linhas volume-temperatura, chega a um ponto comum. Esse ponto comum -273,15 C no eixo das temperaturas e Kelvin chamou essa temperatura de zero absoluto.



Resumo das Leis dos Gases - A Equao dos Gases Ideais. Um gs ideal aquele que obedece exatamente s leis dos gases. Muitos gases reais apresentam pequenos desvios do comportamento ideal, porm em temperaturas e presses normais os desvios so to pequenos que podem ser ignorados para a maioria das aplicaes. Resumindo o comportamento dos gases temos:

Lei de Boyle V P1 (T e n constantes)

Lei de Charles V T (P e n constantes) Lei de Avogadro V n (T e P constantes) (ou hiptese de Avogadro)

Portanto; V PnT



PV nT Introduzindo uma constante de proporcionalidade,

PV = nRT

Essa relao chamada de equao do gs ideal ou lei do gs ideal. O valor numrico de R (constante de proporcionalidade) depende da escolha das unidades para P,V, e T. Assim, 1,00 mol de um gs ideal ocupa 22,4 litros a 1,00 atm e 273,15 K (condies normais de temperatura e presso, CNTP). 03. MATERIAL Kitassato 125 mL Rolha Termmetro Tubos de vidro Tubo de ensaio Seringa Bquer(100mL)

Suporte universal Garra Tela de amianto Mangueirinha Chapa de aquecimento gua

04. PROCEDIMENTO: Monte o aparato como indicado na figura abaixo:

..082,0)273(00,1 === molatmLKmolnTR



O aparato consiste de um erlenmeyer de 125 mL com uma rolha com trs furos. Um furo com um termmetro, e os outros dois com dois tubos de vidro. O manmetro constitudo de um tubo de 15 cm de comprimento colocado em um tubo de ensaio de 14,5 cm com gua. Conecte uma seringa plstica de 20 mL com graduaes de l mL que dever estar conectada ao manmetro e ao frasco erlenmeyer usando um tubo de borracha. Monte ento o sistema com o mbolo da seringa totalmente pressionado imerso na gua, comeando a uma temperatura entre 15 25C. Aps uns poucos minutos de equilbrio trmico, ajuste a seringa numa leitura inicial cerca de 2 mL e, com os nveis do fludo no manmetro iguais; a temperatura inicial do interior do erlenmeyer lida. O mbolo ento retrado 2 mL, fazendo subir o fluido dentro do tubo do manmetro, e o banho d'gua aquecido vagarosamente. A medida que a temperatura do erlenmeyer aumenta, o nvel do manmetro diminui, e a temperatura anotada no instante em que os nveis (presses) igualam-se novamente. A ltima leitura deve ser feita a uma temperatura no intervalo de 45 - 55C. O volume disponvel do erlenmeyer e do tubo 170 mL. Voc precisar desse valor para montar o grfico. Terminando a experincia, pressione o mbolo da seringa totalmente e remova tudo da gua quente. Troque a gua quente por gua fria. Deixe o aparato fora do bquer sobre a bancada. 05. PR-LABORATRIO: 1. Consulte o seu livro de qumica geral e escreva o significado de cada um dos termos: a) barmetro c) zero absoluto e) volume molar b) gs ideal d) manmetro 2. O que acontece com a presso no interior do frasco erlenmeyer quando o mbolo da seringa puxado? a) ( ) a presso aumenta b) ( ) a presso fica menor do que a presso atmosfrica c) ( ) a presso permanece constante 3. Por que deve se esperar que os nveis do manmetro se igualem para se fazer leitura da temperatura?



4. O que acontece com o volume do gs medida que a temperatura aumenta, num processo presso constante? a) ( ) aumenta b) ( ) diminui c) ( ) permanece constante 5. Qual a relao entre as escalas de temperaturas Celsius e Kelvin? 6. Por que o grfico do volume versus temperatura a presso constante uma linha reta? 7. Quais das afirmaes so verdadeiras e quais so falsas? Por que? Assuma presso constante em cada caso. (a) Se uma amostra de gs aquecida de 100C para 200C o volume duplicar. (b) Se uma amostra de gs aquecida de 0C a 273C, o volume duplicar? (c) Se uma amostra de gs resfriada de 400C para 200C o volume diminuir para a metade? (d) Se uma amostra de gs aquecida de 200C a 2000C o volume aumentar 10 vezes? 8. Uma amostra de metano CH4, ocupa 800 mL a 150C. A que temperatura ocupar um volume de 400 mL se a presso no muda? 9. Qual o volume de um balo de gs enchido com 4,00 mis de hlio quando a presso atmosfrica for 748 torr e a temperatura for 30C? 06. QUESTIONRIO: 1. Faa um grfico do volume da seringa versus temperatura. Coloque o volume no ei> horizontal como mostra a figura do desenho abaixo. A curva uma linha reta passando pelos pontos experimentais. Os primeiros pontos geralmente ficam fora da reta devem ser ignorados. Em seguida trace uma linha reta paralela 1a, passando p ponto no eixo horizontal que corresponde ao volume inicial 170mL (V do erlenmeyer + volume dos tubinhos) na 2a escala (que a 1a multiplicada por 5). O ponto onde a reta corta o eixo vertical a temperatura do zero absoluto determinada em seu experimento.



2) Determine a inclinao, o intercepto e os desvios padres por regresso linear usando temperatura como varivel dependente. Complete: a)N de pontos experimentais: b)N de pontos rejeitados: c)Inclinao da reta: d)Desvio padro da inclinao: e)Temperatura do zero absoluto: f)Desvio padro do intercepto: 3) Quais as fontes de erro que voc pode perceber no andamento da experincia, relacione os erros com as varivais PRESSO, VOLUME e TEMPERATURA.



EXPERINCIA N 7

DETERMINAO DA MASSA MOLECULAR DE UM GS. EFEITO DA PRESSO NO PONTO DE EBULIO

01. OBJETIVOS: No final desta experincia o aluno dever ser capaz de:

Interpretar as leis que regem o comportamento dos gases ideais. Utilizar a equao da lei do gs ideal, PV = n.R.T. Medir o volume e a massa de um gs. Utilizar a presso de vapor no clculo da presso de um gs coletado sobre a gua.

02. INTRODUO: A maioria dos gases reais mostra um comportamento aproximado ao de um gs ideal, especialmente se a presso no for muito alta e a temperatura no for muito baixa. Para uma amostra de gs constitudo de um certo nmero de mols de molculas, h trs grandezas mensurveis, ou variveis, que so matematicamente relacionadas entre si. Estas so: Volume, Presso e Temperatura. Relao presso-volume: Lei de Boyle. O aumento da presso diminui o volume de um gs de tal modo que o produto da presso pelo volume igual a uma constante.

VkPoukPV 1==

Onde: P representa a presso do gs, V o seu volume e k uma constante. Isto significa que se dobrarmos a presso, o volume ser dividido ao meio. Se triplicarmos a presso, o volume ficar V/3 do seu valor original, etc.. Efeitos da temperatura: Lei de Charles. Esta relao simples indica que o volume de uma quantidade determinada (nmero de mis) de um gs diretamente proporcional a sua temperatura na escala Kelvin se a presso mantida constante.

TV



Combinando as duas expresses, a da Lei de Boyle e a da Lei de Charles, temos a lei combinada dos gases;

2

22

1

11

TVP

TVP =

Uma outra relao importante nV , ou seja o volume (V) de um gs diretamente proporcional ao nmero de mols (n) desse gs. Avogadro em 1811 sugeriu que volumes iguais de gases diferentes contm a mesma quantidade de molculas, quando medidos nas mesmas condies de presso e temperatura. Esta sugesto agora conhecida como princpio de Avogadro. A lei do gs ideal: as leis de Boyle, de Charles e o Princpio de Avogadro podem ser resumidas como:

Lei de Boyle V P1 (T e n constantes)

Lei de Charles V T (P e n constantes) Principio de Avogadro V n (T e P constantes) Pela combinao das trs proporcionalidades;

TP

V 1

Ou seja; TP

RV = 1 , onde R uma constante de proporcionalidade. (R = 0,0821 litros atm K-l mol-1). Essa igualdade comumente escrita na forma: P.V = n.R.T e conhecida como lei do gs ideal ou lei do gs perfeito. Mistura de gases: Lei de Dalton ou Lei das presses parciais, que os gases exerceriam se cada um estivesse sozinho no recipiente.

...+++= cbaTotal PPPP



Volume molar nas CNTP (condies normais de temperatura e presso, 273,15 K e l atm). O volume ocupado por um mol, ou volume molar de um gs ideal nas CNTP :

PnRTV =

( )( )( )

( ) LitrosatmKmolKatmLomolV 4,22

00,115,273...82057,000,1 11 ==

Um mol de gs ideal ocupa 22,4 litros nas CNTP. Gases coletados sobre gua: comum no laboratrio coletar um gs pelo deslocamento de gua. Nesta experincia o gs butano coletado pelo deslocamento da gua (Figura ao lado). Quando o nvel da gua dentro da proveta que coleta o gs o mesmo que o nvel do lado de fora,

aatmosfricTotal PP = Medindo-se a temperatura da gua, a presso de vapor d' gua, guaP , pode ser obtida (vide tabela l, no final do roteiro da experincia) e assim oBuP tan pode ser calculada por subtrao:

guaaatmosfricoBu PPP =tan Ebulio: A tendncia das molculas escaparem da fase lquida para a gasosa medida pela presso de vapor. Quando se eleva a temperatura de um lquido, tal tendncia aumenta at o ponto em que ocorre a ebulio. A ebulio consiste na formao de bolhas de vapor (gs) no meio lquido. Estas bolhas podem se formar quando a



presso de vapor torna-se igual presso exercida sobre o lquido. Se a presso exercida for l atm ou 760 mmHg, a gua entrar em ebulio a 100C. Porm a uma presso menor, digamos 355,1 mmHg, a gua entrar em ebulio a 80C, e a uma presso de 1268,0 mmHg a gua s entrar em ebulio a 115C. Lei de Graham de difuso e efuso: Difuso o termo dado passagem de uma substncia atravs de um outro meio. Efuso de um gs sua passagem atravs de uma abertura de um buraco de agulha ou orifcio. As duas leis em um s enunciado ficam: "a velocidade de difuso e efuso de um gs so inversamente proporcionais raiz quadrada de sua densidade, ou de seu peso molecular". As leis de Graham fornecem outro modo para determinar pesos moleculares por medidas experimentais.

A

B

B

A

A

B

B

A

MMMM

VVou

dd

VV ==

03. MATERIAL: Balana Termmetro Bacia Seringa Tubo de borracha Proveta (l00 mL)

Isqueiro Bquer de 250 mL HCl, 6M Carbonato de clcio Kitassato 250 mL Rolha

04. PROCEDIMENTO: A. Determinao da massa molecular de um gs Uma proveta de 100 mL preenchida com gua e invertida numa bacia, com gua (Figura ao lado). Uma das extremidades de um tubo de borracha colocado no interior de uma proveta, e a outra extremidade conectada a um isqueiro de gs (tipo bic). Quando a vlvula do isqueiro aberta pressionando o boto, gs butano liberado deslocando a gua do interior da proveta. Obs: Verifique se as janelas do laboratrio esto abertas.



Proceda da seguinte forma: 1. Pese o isqueiro at 0,01 g (duas casas depois da virgula), utilizando a balana semi-analtica. Anote o peso

na folha de dados, (pea instrues ao professor). 2. Conecte o tubo de borracha na sada de gs do isqueiro. 3. Mergulhe a proveta dentro da bacia com gua at 2/3 de seu volume, e inverta-a de modo a ficar

completamente cheia de gua. Esteja certo que a proveta no contm bolhas de ar. 4. Mea a temperatura da gua e anote. 5. Enquanto um colega segura a proveta, o outro coloca a extremidade da mangueirinha dentro da proveta, e

segurando o isqueiro aperte o gatilho lentamente de modo a liberar o gs. Incline a proveta um pouco para no estrangular a mangueirinha.

6. Colete gs suficiente para deslocar aproximadamente 90 mL de gua e feche o registro do isqueiro. Posicione a proveta de modo que o nvel da gua dentro e fora da mesma seja o mesmo. Deste modo s presses interna e externa sero iguais (veja figura ao lado).

7. Leia o volume do gs direto na proveta. 8. Remova o tubo do isqueiro e pese-o novamente. Caso o isqueiro esteja molhado, use uma toalha de papel para sec-lo. 9. Calcule a massa do gs pela diferena do peso do isqueiro nas duas pesagens. Note: Se a coneco do tubo ao isqueiro vazar, seus resultados estaro errados. Libere o gs lentamente de modo a no congelar na sada do isqueiro. B. O efeito da presso no ponto de ebulio. Uma seringa preenchida pela metade com gua a uma temperatura aproximadamente de 80C. O bico da seringa vedado. Quando o mbolo puxado um pouco, a presso diminui, e a gua entra em ebulio naquela temperatura. Proceda da seguinte forma: 1. A gua aquecida em uma chapa eltrica a 80C. 2. Usando um seringa plstica de 50 mL, succione 10mL de gua quente. Devolva a gua para o bquer e

repita a operao de modo a aquecer a seringa. 3. Segure a seringa com o bico para cima e remova todo o gs do seu interior, (figura a, ao lado).



4. Conecte um pequeno pedao de tubo de borracha na extremidade da seringa e aperte com os dedos de modo a impedir a entrada de ar (conserve o bico da seringa para baixo, e puxe suavemente o mbolo da seringa, (figura b, ao lado).

5. A medida que o mbolo puxado para fora, a presso no interior da seringa diminui e a gua entra em ebulio.

Notas: 1. No puxe o mbolo com muita fora. Faa devagar e com cuidado. 2. Segure sempre a seringa com o bico para baixo quando puxar o mbolo. 3. Quando terminar, seque o seu local de trabalho e deixe o material organizado. Fig. a Fig.b C. Determinao do teor de carbonato numa amostra A determinao do teor de carbonato numa amostra ser feita atravs da reao dessa amostra com uma soluo aquosa de cido clordrico (HCl), segundo a reao: CaCO3(s) + 2 HCl CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) - Monte o sistema semelhante ao procedimento anterior, sendo o isqueiro substitudo por um kitassato, onde ser feita a reao de certa quantidade de carbonato de clcio slido com soluo de cido clordrico. A figura ao lado mostra um esquema de como deve ser montado o sistema. - transfira, com cuidado, 20,0 mL de soluo aquosa 6 mol L-1 de HCl para o kitassato. - pese cerca de 0,30 g de amostra de carbonato, num pedao de papel toalha, embrulhe-o e transfira o conjunto para o interior do kitassato. -



Feche o kitassato com uma rolha de maneira que o gs desprendido seja transferido para o interior da proveta. Esta operao deve ser efetuada com muito cuidado para evitar a perda do gs produzido durante a reao. - anote a temperatura da gua e leia o volume do gs carbnico contido no interior da proveta. Temperatura: _______ oC Volume de gs no interior da proveta: _______ mL Utilizando a equao dos gases ideais, calcule o nmero de moles de gs carbnico formado. 05. PR-LABORATRIO: 1. Por que importante secar bem o isqueiro antes de pes-lo novamente? 2. Na etapa 6 por que o nvel da gua dentro e fora da proveta devem ser os mesmos quando for ler o volume do gs? 3. Suponha que 10,0 litros de hidrognio nas CNTP (condies normais de temperatura e presso; P = l,00 atm, T = 273,15K) so comprimidos a um volume de l,88 litros a temperatura constante. Qual a presso final? 4. Uma amostra de dixido de carbono ocupa um volume de 34,0 litros a 28,0C e 946 mmHg. Qual o volume que o gs ocuparia na CNTP? 5. Suponha que 5,00g de gs oxignio, O2, a 35 C encerrado em um recipiente com a capacidade de 6,00 litros. Considerando o comportamento do gs ideal, calcular a presso do oxignio em mmHg.



Peso Atmico: O = 16,0; O2 = 32g/mol 6. Suponha que 0,500g de gs oxignio coletado a 30,0C. Calcule o volume em mililitros ocupado pelo gs se ele coletado:

(a) seco, a 735 mmHg, (b) sobre gua a uma presso (total) de 735 mmHg.

7. Suponha que 1,64 litros de gs H2, medidos a 38C e 2,40 atm, so queimados em excesso de oxignio para formar gua, quantos litros de oxignio, medidos a 38,0C e 1,20 atm, so consumidos? 8. Por que numa panela de presso o alimento cozinha mais rpido que em uma panela comum? 9. Qual a diferena entre difuso e efuso? Como podem as medidas destas propriedades ser usada para obteno de pesos moleculares dos gases? 10. Um certo gs, X, efunde atravs de um buraco de agulha, a velocidade de 4,73 x 10-4 mol.s-1. Se o metano, CH4, efunde atravs do mesmo buraco de agulha sob condies comparveis velocidades de 1,43 x 10-3 mol.s-1, qual o peso molecular de X? 06. QUESTIONRIO: Parte A. l . Calcule a massa molecular do butano. (Lembre-se de subtrair a presso de vapor da gua, (veja tabela l em anexo), e anote a temperatura e a presso).

PVmRTMM

MMmnnRTPV ===

2. A massa molecular do butano, C4H10, 58,0. Compare o resultado que voc obteve determinando o erro relativo em porcentagem.



aceitoValorerimentalValorAbsolutoErro

xaceitovalor

absolutoerrolativoErro

=

=

exp

100Re

3. Como voc pode explicar que o butano um lquido no isqueiro e um gs quando coletado? 4. Por que necessrio subtrair a presso de vapor da gua? 5. Por que a presso de vapor da gua varia com a temperatura? Parte B. 6. Explique por que a gua entra em ebulio a uma temperatura bem abaixo do ponto usual de ebulio da

gua (100C a l atm)? 7. Por que bolhas de ar aparecem antes que a temperatura atinja o ponto de ebulio?

Resposta. A solubilidade dos gases diminui com o aumento da temperatura. Assim, quando aquecemos a gua, algumas bolhas se formam, principalmente nitrognio e oxignio, componentes de maior abundncia na atmosfera.

8. Esta demonstrao funcionaria com outro liquido? TABELA 1. Variao da presso de vapor d'gua com a temperatura.

Temperatura, C Presso, mmHg15 12,816 13,617 14,518 15,519 16,520 17,521 18,6



22 19,823 21,124 22,425 23,826 25,227 26,728 28,429 30,030 31,8

l atm = 760 mmHg


Prof. Dr. Sergio Duvoisin Jr. Qumica Orgnica e Bioqumica Experimental

EXPERINCIA N 8

- CINTICA DE REAES ENZIMTICAS -

01. OBJETIVOS:


Estudar reaes catalisadas por enzimas. Usar espectrofotmetro para acompanhar um processo cintico.

02. INTRODUO:

Enzimas so protenas que catalisam reaes qumicas com uma eficincia formidvel. A enzima catalase, por exemplo, que catalisa a decomposio do perxido de hidrognio segundo a reao:

2 H2O2(aq) 2 H2O(liq) + O2(g)

So catalisadores to eficientes que uma simples molcula da enzima pode decompor milhes de molculas de perxido de hidrognio por minuto, correspondendo a um aumento da velocidade da reao de 107 a 108 vezes.

A regio da molcula onde a enzima e o substrato interagem para formar um complexo denominado de centro ativo. Uma das explicaes para a eficincia da enzima que o complexo enzima-substrato (ES) apresenta uma conformao bem prxima do estado de transio da reao, reduzindo desta forma a energia de ativao da reao. A reao total se processa de acordo com o esquema abaixo,

E + S [ES] E + P

onde (E) representa a enzima, (S) o substrato e (P) o produto.

Outra caracterstica importante da enzima a sua especificidade, cada enzima combina-se com o seu substrato bem especfico ou com uns poucos bem semelhantes em estrutura, sugerindo que uma enzima e substrato encaixam-se juntos como uma chave e fechadura. Cintica: Medindo a velocidade inicial ( V0 ) de uma reao simples (S P), quando esta catalisada por uma dada concentrao de enzima ( E0 ) sob condies constantes de reao, verifica-se, que ( V0 ) varia com a concentrao de substrato [S]. Fazendo um grfico de V0 versus concentrao de [S], obtm-se uma curva hiperblica retangular, (Fig. 1 ao lado), que demonstra que, em baixas



concentraes de [S] a velocidade inicial diretamente proporcional concentrao [S], e que, em concentraes altas de [S], a velocidade inicial mxima (Vmax) e seu valor independe da concentrao de [S]. Desta forma a equao experimental que relaciona V0 com [S] normalmente escrita na forma: Figura 1

[ ][ ] m

mx

KSSVV +=

.0 (1)

Esta equao conhecida como equao de Michaelis-Menten e Km chamado de constante

de Michaelis-Menten. Experimentalmente, os valores de Vmx e Km podem ser determinados pelo mtodo de

Lineweaver e Burk, que utiliza o fato de que o inverso da equao de uma hiprbole retangular a equao de uma reta, portanto, o inverso da equao 1 :

[ ]SVK

VV mxm

mx

111

0

+= (2)

Fazendo um grfico de 1/V0 versus 1/[S], obtm-se uma reta

cujo coeficiente angular Km/Vmax e o coef. linear 1/Vmax (Fig 2) ao lado. Figura 2

Nesta experincia vamos utilizar a enzima polifenoloxidase extrada da batata, na reao descrita abaixo:



Polifenoloxidase uma enzima que pertence ao grupo das oxidorredutase. Esta enzima catalisa a remoo do hidrognio (oxidao) do catecol passando-o para o oxignio molecular formando gua e a quinona correspondente. 03. PROCEDIMENTO:

1. Prepare 100 mL de catecol 0.005 M, se for necessrio. 2. Prepare extrato de batata amassando meia batata. Filtre o amassado recolhendo o lquido

num bquer pequeno. Voc s precisa de 1,0 mL de extrato. 3. Ligue o termostato e coloque-o na temperatura desejada. 4. Ligue o espectrofotmetro e acerte, zero absorbncia no comprimento de onda (mx) de

458 nm. Para operar corretamente o aparelho siga as instrues no manual ou pea ajuda ao professo

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