Labiv Ruc s2 1213

RELATÓRIO DA UNIDADE CURRICULAR/FORMAÇÃO

LABORATÓRIO IV

2º SEMESTRE

ANO LETIVO 20 12/2013

CURSOS EM QUE FOI MINISTRADA:

LICENCIATURA EM ENGENHARIA QUÍMICA DIURNO

NÍVEL CURSO REGIME

NÍVEL CURSO REGIME

NÍVEL CURSO REGIME

NÍVEL CURSO REGIME

NÍVEL CURSO REGIME

Responsável: ANA GABRIELA GOMES

1

Relatório de Autoavaliação da Unidade Curricular (anexo 6 do Sistema de Gestão da

Qualidade das Atividades Pedagógicas da ESTBarreiro/IPS)

1. Corpo docente

Nome Cargo Horas Lecionadas*

Tipo de Aula**

ANA GABRIELA GOMES RESPONSÁVEL 3 L

NOME DO DOCENTE CARGO TIPOLOGIA

NOME DO DOCENTE CARGO TIPOLOGIA

NOME DO DOCENTE CARGO TIPOLOGIA * Horas letivas/semana ** T –Teórica; TP – Teórico-prática; P – Prática; L - Laboratório

2. Indicadores

Taxas [%]

Curso Regime Inscritos (Ins)

Aprovados/Inscritos (Apr/Ins)

Aprovados/Avaliados (Apr/Av)

Avaliados/Inscritos (Av/Ins)

LQM DIURNO 14 93 100 93

CURSO REGIME

CURSO REGIME

CURSO REGIME

3. Analise a adequação e articulação das atividades propostas aos resultados de

aprendizagem definidos para a UC e a adequação dessas atividades às competências

adquiridas anteriormente

4. Avalie a adequação dos meios disponibilizados para o funcionamento das aulas desta UC

esta uc tem carácter integrante, pois os trabalhos praticos realizados correspondem à aplicação de conhecimentos adquidos nas aulas das outras ucs a decorrer em simultaneo. para além disso, esta uc requere conhecimentos aquiridos nos laboratórios anteriores, de modo a aprofundar os conhecimentos de forma mais gradual.

2

os trabalhos práticos designados para lab IV estão relacionados com o material disponivel e adequado no lab e as ucs a decorrer em simultâneo. Penso que os trabalhos laboratoriais propostos testam alguns dos principais conceitos adquiridos nas várias UCs a decorrer em simultâneo.

5. Analise a informação combinada dos seguintes parâmetros da UC: métodos de avaliação;

percentagem de estudantes não avaliados; desempenho global da UC.

esta uc tem como único regime de avaliação, a avaliação contínua, pois exige a presença dos alunos e a observação da sua performance durante as aulas laboratoriais, para além dos relatórios escritos. todos os alunos avaliados foram aprovados à uc (100% aprovação/avaliação); somente um aluno inscrito que não se sujeitou à avaliação não foi aprovado.

6. Analise a informação combinada dos seguintes parâmetros da UC: nº de ECTS da UC;

carga de trabalho estimada pelos estudantes; desempenho global da UC.

A Uc De Lab Iv Tem 5 Ects, O Que Corresponde A 135 Horas Totais. Destas 39 H Foram De Contacto Com Os Alunos Nas Aulas De Laboratório. Do Total Restam 96 H Para Trabalho Autónomo (9.6 H Por Cada Trabalho Experimental). Em Relação À Informação Disponibilizada Pelos Inquéritos Pode-Se Depreender Que O Trabalho Realizado Pelos Alunos Fica Contabilizado Nas Horas Dsponiveis De Trabalho Autonomo.

7. Identifique os pontos fortes/fracos do desempenho docente

Pontos Fortes: Aulas Práticas Que Visam Complementar O Que Os Alunos Aprendem Nas Outras Ucs A Decorrer Em Simultâneo. Pontos Fracos: Pouco Equipamento Especifico Para As Aulas Laboratoriais, Relacionadas Com Bioquímica.

8. Plano de melhoria (obrigatório caso a UC tenha sido classificada em “situação problema”)

a. Descrição genérica do Plano de Melhoria, centrado nas medidas a adotar de forma a

superar a situação problema

b. Indicação das ações a implementar e dos recursos necessários para a sua

implementação (preencher o quadro)

Ação Recurso

3

Anexo 1 - Enunciados dos Trabalhos, Testes e Exames

Anexo 2 – Enunciados/documentos de ensino à distância

Anexo 3 - Pauta global da Unidade Curricular

Anexo 1- Enunciados dos trabalhos

TP1-Laboratórios IV 2012/2013

Gabriela Gomes Página 1

Trabalho nº 1

Determinação da equação de velocidades de

uma reação a ocorrer num reator químico

descontínuo em modo adiabático



Conteúdo

1. Motivação ................................................................................................................................ 3

2. Introdução .............................................................................................................................. 3

3. Objetivo da atividade experimental .................................................................................. 6

4. Materiais & Métodos ............................................................................................................. 6

4.1 Equipamento .................................................................................................................. 6

4.2 Reagentes ........................................................................................................................ 6

4.3 Método Experimental ................................................................................................... 6

5. Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão ................................................ 7

6. Bibliografia Recomendada .................................................................................................. 8



1. Motivação

A modelação de reatores químicos requere o conhecimento relativo das equações

cinéticas que se aplicam aos processos químicos que estão a ocorrer no vaso

reaccional. As leis de velocidade para reacções complexas apenas podem ser

determinadas experimentalmente. Uma das vias possíveis para especificar as

equações de velocidade é o método dos integrais da análise cinética que pode ser

ilustrado nesta atividade experimental.

2. Introdução

Os reatores descontínuos são essencialmente utilizados no fabrico de produtos

líquidos, normalmente produtos de elevado valor acrescentado ou ainda em testes

de novos processos (que ainda não foram completamente desenvolvidos).

O reator descontínuo apresenta como principal vantagem a obtenção de uma

conversão final elevada, uma vez que se deixa o(s) reagente(s) no reator durante

longos períodos de tempo. Tem como principal desvantagem o elevado custos de

operação, e consequentemente a sua aplicação só é viável quando utilizado em

produção em pequena escala ou no fabrico simultâneo de vários produtos

semelhantes.

Assumindo que uma reação tem uma equação de velocidade de reação da forma (Eq.

1):

(Eq. 1)

Com C=C0 para o tempo inicial t=0.

A velocidade do calor formado durante a reação pode ser determinado por (Eq. 2):

( )

(Eq.2)



Onde T=T0 para o instante inicial t=0. Substituindo a Eq. 1 na Eq. 2,

integrando em função do tempo t e utilizando as condições de fronteira, a

seguinte equação é obtida (Eq. 3):

( ) ( ) ( ) (Eq. 3)

Utilizando

e re-arranjando a equação (3), obtém-se (Eq. 4):

( ) (Eq. 4)

Para o caso de uma equação de velocidade de reação de ordem n, a velocidade de

reação pode ser expressa, aplicando a lei de Arrhenius (Eq. 5):

(Eq. 5)

Em que Ea é a energia de ativação (J/mol), A é o factor pré-exponencial. No caso de

uma reação de 1ª ordem, A tem unidades de tempo-1. A energia de ativação é a

energia que é necessário vencer para os reagentes passarem a produtos, ou seja, para

a reação ocorrer. Quanto maior essa energia, mais difícil é ter boas conversões para

um determinado produto. Muitas vezes, uma determinada reação pode ser muito

lenta, pelo que se adiciona um catalisador para tornar a reação mais rápida, ou seja,

para diminuir a energia de ativação (Fig.1).

Figura 1- Energia de ativação na presença e ausência de um catalisador.



Resolvendo em ordem a r na Eq. 2 e fazendo as devidas substituições na Eq. 5,

obtém-se a Eq. 6:

(

) [ ( )]

(Eq. 6)

Considerando que quando a reação é completa (C=0), a sua temperatura é T=T∞

então a Eq. 4 transforma-se em (Eq 4´):

( ) ( )

( ) (Eq. 4´)

Substituindo esta expressão de β na Eq. 6 e rearranjando-a, obtém-se Eq. 7:

[ ( )

( )]

(

) (Eq. 7)

Aplicando a função logaritmo a ambos os lados da equação, obtêm-se (Eq. 8):

( ) ( )

(Eq. 8)

Onde LHS é dado por

[(

] . A representação gráfica de ln (LHS)

vs 1/T deverá ser linear com ordenada na origem ln(A) e declive –Ea/R.



3. Objetivo da atividade experimental

O objetivo desta atividade é a determinação da lei de velocidades da reacção de

hidrólise do anidrido acético em ácido acético (R1), por tentativa-erro. Esta reacção é

homogénea, exotérmica e irreversível e vai ser levada a cabo num reator químico

(Armfield) em modo descontínuo adiabático, na presença de ácido sulfúrico como

catalisador.

( ) → (R1)

4. Materiais & Métodos

4.1 Equipamento

Neste trabalho vai utilizar-se um reactor descontínuo da marca Armefield (Fig 2 b).

4.2 Reagentes

Os reagentes anidrido acético PA-ACS, ácido acético glaciar PA-ACS e ácido sulfúrico

PA (96%) foram adquiridos à Panreac (Barcelona, Espanha). A água destilada foi

obtida por destilação da água da rede pública.

4.3 Método Experimental

4.3.1- Se possível, colocar todos os reagentes a uma temperatura próxima de 30º C

de modo a facilitar o início da reação.

Figura 2- Esquema do reator químico a e b)

da Armfield b).

a)

b)



4.3.2- Colocar dentro do reator 100 ml de anidrido acético e 250 ml de água

desmineralizada.

4.3.3- Colocar a tampa do reator e ligar a sonda da temperatura à bancada do reator

introduzindo-a posteriormente no interior do vaso reaccional.

4.3.4- Acionar a agitação do reactor.

4.3.5- Adicionar 150 ml de ácido acético glaciar (uma vez que a água e o anidrido

acético são insolúveis, mas ambos são solúveis em ácido acético) através de um

funil de vidro colocado na tampa do reator. Este facto assegura que a mistura

reaccional seja homogénea (o ácido acético não participa na reacção).

4.3.6- Começar a recolha de dados com um intervalo de 15 segundos de intervalo

entre leituras com um cronómetro até a temperatura da reação começar a diminuir

(cerca de 20-25 min) e desligar a agitação.

4.3.7- Adicionar um volume de ácido sulfúrico 0.5 M (solução já preparada), que irá

funcionar como catalisador da reação. Continuar a recolher os dados de temperatura

ao longo do tempo até a temperatura estabilizar (cerca de 50 min). O volume de

catalisador é indicado pelo docente.

4.3.8- Eliminar o conteúdo do reator para o lavatório em água corrente e abundante. Repetir

t o d o o procedimento utilizando diferentes quantidades de catalisador (15 ml, 20

ml, 30 ml e 40 ml).

4.3.9- Observar a variação de temperatura (deverão trazer se possível um

computador portátil). Quando a reacção estiver completa, os dados de

temperatura ao longo do tempo podem ser visualizados no computador sob a forma

gráfica, num ficheiro Excel.

NOTAS

- Deve ter-se cuidado especial com o manuseamento de ácido sulfúrico e anidrido

acético. Ambos os reagentes são altamente corrosivos e deve evitar-se contacto

com a pele e a inalação dos seus vapores.

5. Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão

5.1- De modo a obter dT/dt, é necessário extrair dos dados a região linear do



gráfico T vs t.

5.2 Depois será necessário encontrar o melhor valor de n pela equação 8, pelo

método tentativa-erro e refinar este valor até se obter um bom ajuste linear.

5.2- Determinar a lei de velocidades para a reação de hidrólise do anidrido acético.

5.3 Discutir a influência da quantidade de catalisador na velocidade da reação.

6. Bibliografia Recomendada

- F. Lemos, J. M Lopes, F. Ramôa Ribeiro, Reactores Químicos, Colecção da Ciência e

Tecnologia, IST. (2002).

- A. M. Nunes dos Santos, Reactores Químicos Vol. I, Fundação Calouste

Gulbenkian. (1990).

- H. S. Fogler, Elementos de Engenharia das Reacções Químicas, Prentice Hall

International Editions, New Jersey 3ª Edição (1999) – versão brasileira

- Manual de utilização CEB Batch Reactor, Armfield (2008).


Gabriela Gomes Page 9



Trabalho nº 2

Produtores Eletroquímicos de Energia-

Traçado da curva característica de uma pilha

alcalina AAA de 1.5 V



Conteúdo

1. Motivação ................................................................................................................................ 3

2. Introdução .............................................................................................................................. 3



4.1 Equipamento & material ............................................................................................. 6



6. Bibliografia Recomendada .................................................................................................. 7



1. Motivação

O traçado da curva caraterística de um produtor eletroquímico de energia (PEE) é

fundamental para melhor o caracterizar. Uma vez que a análise da equação que

expressa a curva é bastante complexa, pode-se assumir 3 regiões distintas para

determinação da corrente I0, da IRi e do Eeq.

2. Introdução

Um produtor eletroquímico de energia (PEE) é um sistema auto-controlado de

funcionamento espontâneo. Ligando os seus dois elétrodos através de um circuito

exterior à célula verifica-se a passagem de uma corrente de eletrões na parte do

circuito externa à célula, enquanto na parte interior circula uma corrente iónica

decorrente das semi-reações que ocorrem nos elétrodos. Verifica-se, portanto a

conversão de energia química em energia elétrica. Uma pilha alcalina é um gerador

cuja diferença de potencial é fixa (1.5V).

O traçado da curva característica E=f(I), permite a obtenção de vários parâmetros

necessários para analisar um produtor eletroquímico de energia. Esta curva

encontra-se esquematizada na Fig. 1.

Figura 2- Esquema de um PEE ideal e de um real. Num PEE ideal, fornece-se sempre a mesma

diferença de potencial E, independente da intensidade de carga.

A tensão nos terminais da célula é dada por Eq. 1:



(Eq. 1)

onde Eeq representa a d.d.p. de cada elétrodo em equilíbrio, η tc e η dif são as

sobretensões de transferência de carga e de difusão e IRi é a resistência interna da

célula, que deve ser minimizada.

A complexidade da Eq. 1 é evidente e por isso, a análise da curva tem que ser feita

de forma aproximada. Na realidade podem reconhecer-se na curva característica

três zonas distintas nas quais há uma variação de d.d.p. que se deve às diferentes

formas de controlo presentes.

Figura 3- Esquema de um PEE real, com a distinção das zonas I, II e III.

.

Zona I – Nesta zona as intensidades de corrente apresentam valores baixos, o que

permite desprezar a contribuição de IRi para as variações na d.d.p. Por outro lado,

as correntes limite, I<<Ilim,ân, Ilim,cat, o que significa que podemos desprezar a

contribuição de η dif,ân e ηdif,cat. Assim, obtém-se Eq. 2:

(Eq. 2)

E admitindo a aproximação de Tafel à equação I=f(η), podemos obter o valor de I0 da

célula. Tendo em conta que o parâmetro I0 está relacionado c o m a polarizibilidade,

isto é, com o afastamento do valor da d.d.p em relação a Eeq, nesta zona este será o

parâmetro a otimizar. Quanto mais alto for I0 menor é o efeito da densidade de corrente

sobre o afastamento do potencial da célula da sua posição de equilíbrio. O valor de I0 é o

primeiro valor de corrente obtido (maior valor de resistência aplicado nos reóstatos).



Zona II – Nesta parte da curva as correntes apresentam ainda valores muito

inferiores às correntes limite catódica e anódica e, por isso, é possível, uma vez mais

considerar

No entretanto, já não podemos desprezar o valor do termo Iri. A análise visual da

curva mostra de forma evidente a variação linear de E com I, o que significa que a

contribuição das sobretensões de transferência de carga é praticamente

constante.

Podemos então considerar:

(Eq. 3)

Conclui-se então que o parâmetro a otimizar nesta zona é a resistência interna (IRi).

Zona III – A tensão cai abruptamente a zero quando se atinge este troço da curva.

As densidades de corrente são já suficientemente elevadas para serem de ordem

menor das correntes limites. O sistema é agora controlado por difusão.

Considerando ainda que, na maior parte das células comerciais devido a

pormenores de construção, ilim,cat<ilim,ân e que a corrente praticamente não

varia (Eq. 4):

(Eq. 4)

O fator a otimizar nesta parte da curva é, então, a corrente limite (Ilim). Geralmente, e

se admitirmos as aproximações anteriormente enunciadas, verifica-se que a d.d.p.

de um PEE é dada por Eq. 5:

(Eq. 5)




O objetivo deste trabalho é o traçado da curva característica de uma pilha alcalina

comercial (produtor eletroquímico de energia).


4.1 Equipamento & material

- Multímetro (1) - Amperímetro (1) - Reostatos (2) - Cabos elétricos de ligação - Pilha de 1,5V AAA (2)


4.2.1- Utilizando o esquema abaixo (Fig. 2) apresentado proceda à montagem

de todos os seus elementos exceto a pilha.

Figura 2- Esquema da montagem experimental.

4.2.2- Introduza a pilha que lhe foi distribuída no suporte de carga.

4.2.3- Verifique que o reostato 1 está na posição de mais ou menos 1 kΩ.

4.2.4- Varie lentamente a resistência do reostato sobre a qual o PEE é descarregado

de forma a que a diferença de potencial (d.d.p.) varie em intervalos de cerca de

40 mV. Registe os valores de potencial e intensidade de correntes lidos. Quando



atingir mais ou menos 40 mA substituía o reóstato 1 pelo reostato 2 e puxe

lentamente o manípulo de modo a obter as variações de potencial referidas acima

até à resistência mínima.


5 . 1 Indique os fatores fundamentais para o funcionamento de um PEE em termos

de eficiência e discuta a forma de os otimizar.

5.2 Investigue qual das células estudadas apresenta as melhores características,

comparando os respetivos valores de I0, Ri e de Ilim.


- Manuel José de Matos, R uben, A. Elvas Leitão, José Augusto P. Coelho,

Electroquímica, Problemas, Técnica e Testes, ISEL, Lisboa. (1995).

- J. O’M, Bockris, A. K. N. reddy, Modern Electrochemistry, Plenum Press, Nova Iorque.

(1997).

- D. Pletcher, Industrial Electrochemistry, Chapman and Hall, London (1982)

- N. J. Selley, Experimental Approach to Electrochemistry, Edward Arnold, Londres.

(1977).



Trabalho nº 3

Determinação do coeficiente de difusão em

soluções de cloreto de sódio



Conteúdo

1. Motivação ................................................................................................................................ 3

2. Introdução .............................................................................................................................. 3




4.2 Reagentes........................................................................................................................ 5



6. Bibliografia ............................................................................................................................. 8



1. Motivação

Através de um método relativamente simples é possível determinar o coeficiente de

difusão de eletrólitos, atráves de medidas de condutividade durante a difusão de iões

para a água destilada.

2. Introdução

A transferência de massa em sentido lato poderá ser entendida como o movimento

espacial da matéria. Como exemplos, refira-se o movimento de um fluido numa

conduta ou em torno de corpos. No entanto, “transferência de massa” é geralmente

entendida no seu sentido mais estrito, referindo-se ao movimento de um componente

específico (A, B…) num sistema de vários componentes. Existindo regiões com

diferentes concentrações, ocorrerá transferência de massa no sentido das zonas

onde a concentração desse componente é mais alta para a zona de concentrações

mais baixas.

A transferência de massa por difusão molecular em consequência de uma diferença

de concentrações espacial é análoga à transferência de calor por condução embora

seja um fenómeno mais complexo pois ocorre numa mistura com pelo menos duas

espécies químicas.

A velocidade de transferência de massa do componente A (mol de A/s) num meio em

repouso contendo uma mistura binária A e B é proporcional à área de transferência

perpendicular ao movimento (A) e ao gradiente de frações molares (dxA/dz),

sendo conhecida pela 1ª lei de Fick (Eq. 1). A constante de proporcionalidade é

designada por difusividade mássica ou coeficiente de difusão de A no meio B (D,

m2/s) que tem as mesmas unidades da difusividade térmica α apresentada na

transferência de calor.

(Eq. 1)

onde:

J- fluxo de um componente relativo à velocidade molar média de todos os componentes

da mistura



D- difusividade ou coeficiente de difusão

C- concentração da solução.

O sinal negativo indica que o fluxo está a movimentar-se no sentido da solução mais

concentrada para a solução mais diluída.

O equipamento da Armfield utiliza 121 capilares verticais, com 4.5 mm de

comprimento e 1 mm de diâmetro, de modo a limitar a difusão numa única direção.

A concentração no início do capilar é a concentração da solução escolhida e tida

como constante. A concentração no topo do capilar é efetivamente zero durante a

experiência.

Assumindo o acima descrito, e admitindo que o fluxo de difusão ao longo do x pode

ser obtido através da medida de velocidade de variação da condutividade em

solução, a seguinte equação pode deduzida (Eq. 2):

(Eq. 2)

Podendo o coeficiente de difusão ser calculado através de (Eq. 3):

(Eq. 3)

onde

V - volume de água no exterior da célula de difusão (1 L)

x – comprimento dos capilares (0.45 cm)

d – diâmetro dos capilares (0.1 cm)

N – número de capilares (121)

M- Molaridade ou concentração da solução no interior da célula de

difusão

CM - variação de condutividade eléctrica por variação de unidade de concentração

(Ω-1.M-1). Para NaCl este valor é tipicamente 0,112 Ω-1.M-1

dk/dt – velocidade de variação de difusão com tempo ( Ω-1.s-1).

Neste trabalho experimental, um pequeno volume de uma solução concentrada é



colocada dentro de um reservatório com capilares na interface (célula de difusão),

enquanto no exterior da célula é colocado inicialmente de um grande volume de

solvente puro (normalmente água desionizada). À medida que a difusão ocorre do

interior da célula para a solução diluída, a concentração iónica da solução exterior

aumenta sendo monitorizada através de medidas de condutividade. A mistura é

continuamente agitada com um agitador magnético de modo a garantir uma

concentração homogénea na solução exterior.


O objetivo deste trabalho experimental é a determinação do coeficiente de

difusão de uma solução de NaCl, recorrendo a um equipamento da Armfied e a um

condutívimetro.



Equipamento CERb da Armfield composto

por:

-Célula de difusão

- Agitador magnético

- Copo acrílico incorporando um eléctrodo de condutividade

- Condutivímetro

- Seringa de plástico

4.2 Reagentes

As soluções de NaCl (1M, 0.1M e 0.01M) foram preparadas a partir do sal adquirido à

Panreac (Barcelona, Espanha) e de água destilada.


4.3.1 Antes da experiência, lavar muito bem a célula de difusão de modo a eliminar

qualquer contaminação que possa interferir com as medidas (gorduras, restos de solução,

etc.).



4.3.2 Verificar que o eléctrodo de condutividade está centrado no copo acrílico com os

buracos do revestimento de protecção alinhados verticalmente.

4.3.3 Encher o copo acrílico com 1L de água destilada utilizando uma proveta de vidro.

4.3.4 Colocar a tampa com a célula de difusão na parte superior do copo acrílico de

modo a localizar a tampa 5 mm acima da sua posição normal de funcionamento.

4.3.5 Com a tampa firmemente apoiada na parte superior do copo verificar que a parte

superior da colmeia de capilares é nivelada com a superfície da água. Se

necessário, ajustar a altura da célula.

4.3.6 Retirar a tampa/célula de difusão e secá-la de modo a remover o excesso

de água. Verifique se o anel no eixo vertical está localizado a 5 mm acima do

topo das capilares para auxiliar no enchimento da célula.

4.3.7 Colocar a barra magnética no fundo do copo acrílico e colocar o copo

acrílico no agitatador.

4.3.8 Ligar o eléctrodo de condutividade ao condutivímetro. Colocar o botão

de escala nos 200 μS e ligar o condutivímetro no botão ON. Carregar no botão

RECORD de modo a manter o condutivímetro permanentemente ligado.

4.3.9 Encher a célula de difusão com a solução de NaCl 0 . 01M utilizando uma

seringa de plástico. Garantir que não existem bolhas de ar encurraladas nos

capilares. Para facilitar este processo, pode imergir-se a célula de difusão na

solução enquanto forçando a entrada de solução com o auxílio da seringa.

Limpar qualquer excesso de solução que se possa encontrar no exterior da célula

com o auxílio de um papel de filtro, mas cuidado para não ensopar o conteúdo da

célula. É importante ajustar o nível de solução dentro da célula acima do anel de

modo a garantir que o nível desta se encontra 5 mm acima do nível dos capilares.

4.3.10 Verificar que o cronómetro está pronto para ser acionado.

4.3.11 Ligar o agitador magnético e ajustar a velocidade de agitação de modo que

todo o conteúdo do copo seja agitado, mas de modo a não perturbar a superfície da

solução.

4.3.12 Cuidadosamente, colocar a tampa e célula de difusão no topo do copo

acrílico. Cuidado ao colocar a célula de modo a não inclina-la evitando assim

perda de solução da célula de difusão para o copo. Acionar o cronómetro e

começar a registar os valores de condutividade de 60 em 60 s. A experiência

deverá demorar 2000 segundos (cerca de 30 minutos).



4.3.13 Repetir o procedimento para as soluções de 0.1 M e 1 M.

Figura 1 – Equipamento para determinação de coeficientes de difusão


5.1 Traçar um gráfico da condutividade em função do tempo. O coeficiente de

difusão pode ser determinado através do declive do gráfico.

Ignorando o sinal devido à direcção de deslocação do fluxo, o coeficiente de

difusãopode ser calculado através de (Eq. 4):

(Eq. 4)

5.2 Compare os valores obtidos com os reportados na literatura:

Para 1 M NaCl, D=1,484×10-5 cm2s-1

Para 0.1 M NaCl, D=1,483×10-5 cm2s-1



Para 0.01 M NaCl, D=1,585×10-5 cm2s-1

6. Bibliografia

- Manual de equipamento CEBR da Armfield (2010).



Trabalho nº 4

Determinação do Coeficiente de Difusão de um Gás por

Evaporação da Interface de um Líquido Volátil



Conteúdo

1. Motivação ................................................................................................................................ 3

2. Introdução .............................................................................................................................. 3




4.2 Reagentes........................................................................................................................ 7



6. Bibliografia ............................................................................................................................. 8



1. Motivação

A difusividade ou coeficiente de difusão de vapor de um líquido volátil em ar pode ser

determinada pelo método de Winklemann, método no qual o líquido volátil é colocado num

tubo de vidro vertical de diâmetro reduzido e mantido a temperatura constante (através de

um banho de água aquecido a uma dada temperatura), com uma corrente de ar a passar

sobre a entrada do tubo de modo a garantir que o v a p o r p a r c i a l d e c o m p o s t o

f o r m a d o s e j a t r a n s f e r i d o da superfície do líquido para a corrente de ar por difusão

molecular.

2. Introdução

A ocorrência do transporte de massa num sistema, tem lugar quando a concentração de

uma espécie química é maior numa região do sistema do que noutra região; o movimento

molecular realiza um transporte real da espécie do seio do sistema em que a concentração é

mais elevada para a região de concentração mais baixa.

Um exemplo prático é um frasco de perfume. Se o frasco de perfume for aberto numa sala,

estando o ar em repouso, o perfume vaporiza-se, sendo as moléculas transportadas, pelo

movimento caótico da região de concentração de perfume mais elevada, nas proximidades

do frasco, para as zonas mais afastadas do recipiente onde a concentração é menor. Este

transporte molecular de massa designa-se por difusão molecular.

A difusão molecular está relacionada com o movimento das moléculas individuais através

de uma substância em virtude da sua energia térmica. A teoria cinética dos gases

proporciona uma forma de visualizar o que ocorre. A equação de velocidade escrita em

termos de coeficiente de transferência de massa em fase gasosa não resulta de qualquer

teoria molecular, mas é uma descrição fenomenológica. No entanto, quando esta

transferência é controlada por difusão molecular, é possível exprimir o coeficiente de

transferência de massa em fase gasosa com base numa teoria molecular.

A velocidade de transferência de massa do componente A (mol de A/s) num meio em

repouso contendo uma mistura binária de A e B é proporcional à área de transferência

perpendicular ao movimento (A) e ao gradiente de fracções molares (dxA/dL), sendo



conhecida pela 1ª lei de Fick (Eq. 1). A constante de proporcionalidade é designada por

difusividade mássica ou coeficiente de difusão de A no meio B (D, m2/s) que tem as

mesmas unidades da difusividade térmica α apresentada na secção de transferência de

calor (Eq. 1).

(Eq. 1)

onde:

J- fluxo de um componente relativo à velocidade molar média de todos os componentes da

mistura

DAB- difusividade ou coeficiente de difusão

CA- concentração da solução.

Numa mistura binária de componentes A e B, não homogénea ocorrerá difusão de cada um

dos dois componentes no sentido da menor concentração do respectivo componente, sendo

necessário fixar um sentido para o qual se considera o fluxo positivo.

Para o estado estacionário o fluxo total pode ser expresso por (Eq. 2): (Eq. 2)

O movimento do componente A é composto por 2 partes (Eq. 3):

(Eq. 3)

Se NA e NB forem constantes (regime estacionário) e considerando que a difusão irá ter lugar

apenas na direcção L, aplicando a separação de variáveis à expressão anterior, obtém-se (Eq. 4):

(Eq. 4)

Sendo o índice 1 indicativo do inicio da trajectória da difusão (CA alto) e índice 2 o fim da

trajectória (CA baixo). Admitindo z1-z2=z (percurso da difusão) e multiplicando ambos os lados

da equação por NA então obtêm-se (Eq. 5):

(Eq. 5)

Na difusão de um componente A através de B estagnado, em regime estacionário, aplicando o

conceito de gases perfeitos, e assumindo que NB=0 e NA=constante, devido

à imiscibilidade de B com o a solução de A), a equação anterior transforma-se em (Eq. 6):

(Eq. 6)

A difusividade ou coeficiente de difusão de vapor de um líquido volátil em ar pode ser

determinada pelo método de Winklemann, método este onde o líquido volátil é colocado num

tubo de vidro vertical de diâmetro reduzido e mantido a temperatura constante, com uma corrente

de ar a passar sobre a entrada do tubo de modo a garantir que o vapor parcial seja transferido da



superfície do líquido para a corrente de ar por difusão molecular.

A velocidade de transferência de massa através de difusão molecular (fluxo relativo para

um ponto fixo do espaço) pode ser dada por (Eq. 7):

(Eq. 7)

onde

D- difusividade ou coeficiente de difusão (m2/s)

CA- Concentração saturada na interface líquido/vapor (kmol/m3)

L – distância efectiva da transferência de massa (mm)

CBm- média logaritmica da concentração molecular na fase vapor (kmol/m3) dada por (Eq.

8):

(Eq. 8)

CT- Concentração molar total (CA+CBm) (kmol/m3)

Considerando a evaporação do vapor (Eq. 9):

(Eq. 9)

em que ρL é a densidade do líquido e M a massa molecular do componente em questão.

Igualando a Eq.7 à Eq. 9, obtém-se Eq. 10:

(Eq. 10)

Integrando esta equação, colocando L=L0 e t=0:

(Eq. 11)

Nota: L e L0 não podem ser medidos diretamente, mas L-L0 pode ser medido correctamente com

o auxílio da escala existente no microscópio.

A equação anterior pode ser então desenvolvida na Eq. 12:

(Eq. 12)

onde M é a massa molecular do composto em kg/mol e t é o tempo em segundos. Se

considerar s o declive de um gráfico em função de , então:



(Eq. 13)

e D pode ser estimado por:

(Eq. 14)

Onde:


O objetivo deste trabalho é a determinação do coeficiente de difusão na interface

líquido/gás da acetona.



Equipamento CERa da Armfield representado na Figura 1.



4.2 Reagentes

-Acetona com pureza de 99.5%, adquirida à José Manuel Gomes dos Santos (Portugal).


Nota: Para evitar que a acetona entre em ebulição, não colocar a temperatura do banho a

temperaturas superiores a 50ºC.

4.3.1 Colocar um pouco de acetona no capilar de vidro do seguinte modo (Figura 2):

Colocar a ponta da agulha da seringa fornecida com o equipamento sobre a abertura do

tubo capilar e gentilmente pressionar a seringa, de modo a que umas gotas de acetona

sejam colocadas no tubo capilar, escorrendo pelas paredes do capilar. Se a solução não

cair dentro do tubo capilar, mas em vez formar um menisco com ar encurralado por baixo

deste, formando uma bolha de ar dentro do tubo capilar, gentilmente bater com o dedo no

tubo capilar na zona do menisco. Repetir o procedimento se necessário. Encher o tubo

capilar com aproximadamente 35 mm de acetona.

Figura 1 – Equipamento para a

determinação de coeficientes de difusão na

interface liquído-gás.



Figura 2 – Ilustração do procedimento de enchimento do tubo capilar.

4.3.2 Mergulhar o tubo capilar no banho termostatizado.

4.3.3 Ligar o tubo de circulação de ar numa das pontas do T do tubo capilar.

4.3.4 Ajustar o microscópio de modo a visualizar o menisco. De notar que a imagem

visualizada no microscópio aparecerá de “pernas para o ar”.

4.3.5 Quando o menisco estiver visível, a escala deve ser alinhada de modo a que a

escala móvel seja alinhada com a escala fixa.

4.3.6 Ligar a bomba de ar.

4.3.7 Registe o valor do nível do menisco observado na escala móvel e na escala

existente na lente.

4.3.8 Ligar o termóstato do banho ajustado a 40ºC.

4.3.9 Realizar observações de 30 em 30 minutos registando o valor do nível do menisco.


5.1 Após registo dos valores, para cada tempo de imersão determinar o valor L-L0

5.2 Traçar o gráfico em função de e determinar D a partir dos dados

experimentais.

5.3 Comaparar com o valor do coeficiente de difusão da acetona na literatura.

Nota: A pressão de vapor da acetona varia com a temperatura. A 313 K(40ºC) a

pressão de vapor da acetona é de 56kN/m2.

6. Bibliografia

- Manual de equipamento CEBR da Armefield

- Ana C. Pires et al. “Tecnologia Química III- Teoria”, ISEL, Setembro 1996



- Ind. Eng. Chem. Fundamen., 1980, 19 (2), pp 219–221



Trabalho nº 5

Determinação da constante de velocidade de

uma reacção a decorrer num reator químico

descontínuo em modo isotérmico



Conteúdo

1. Motivação............................................................................................................................... 3

2. Glossário ................................................................................................................................ 3

3. Introdução ............................................................................................................................. 4

4. Objetivo da atividade experimental ................................................................................. 4

5. Materiais & Métodos ............................................................................................................ 5

5.1 Equipamento ................................................................................................................. 5

5.2 Reagentes ....................................................................................................................... 5



7. Bibliografia Recomendada ................................................................................................. 7



1. Motivação

A modelação de reatores químicos requere o conhecimento relativo das equações

cinéticas que se aplicam aos processos químicos que estão a ocorrer no vaso

reaccional. As leis de velocidade para reações complexas apenas podem ser

determinadas experimentalmente. Na presente atividade, conhece-se a ordem n da

reação, pelo que se vai determinar a constante de velocidade da mesma, recorrendo a

medições de condutividade do meio reacional ao longo do tempo.

2. Glossário

a0: Concentração inicial de hidróxido de sódio no reator (mol/dm3)

at: Concentração de hidróxido de sódio no reator para um instante t (mol/dm3)

a∞: Concentração de hidróxido de sódio no reator apos tempo ∞ (mol/dm3)

b0: Concentração inicial de acetato de etilo (mol/dm3)

bt: Concentração de acetato de etilo no reator para um instante t (mol/dm3)

b∞: Concentração de acetato de etilo no reator apos ∞ tempo (mol/dm3)

c0: Concentração inicial de acetato de sódio (mol/dm3)

ct: Concentração de acetato de sódio no reator para um instante t (mol/dm3)

c∞: Concentração de acetato de sódio no reator apos ∞ tempo (mol/dm3)

T: Temperatura do reator (K)

V: Volume do reator (dm3)

Xa: Grau de conversão do hidróxido de sódio

Xc: Grau de conversão do acetato de sódio

𝚲: Condutividade (S/cm)

𝚲R 0: Condutividade inicial (S/cm)

𝚲R t: Condutividade para um instante t (S/cm)

𝚲R ∞: Condutividade apos ∞ tempo de reação (S/cm)

𝚲R a: Condutividade do hidróxido de sódio (S/cm)

𝚲R c: Condutividade do acetato de etilo (S/cm)



3. Introdução

Para o estudo da velocidade de uma reação em modo isotérmico escolheu-se a reação

de saponificação do acetado de etilo. A reação do acetato de etilo com hidróxido de

sódio decorre segundo a reação química seguinte, Reação. 1:

NaOH (aq) + CH3COOC2H5 (aq) → CH3COONa (aq) + C2H5OH (aq) (Reação 1) Assumindo que a concentração inicial dos dois reagentes é a mesma e igual a A e que

a quantidade de reagente consumida após o tempo t de reação é de X, então:

NaOH (aq) + CH3COOC2H5 (aq) → CH3COONa (aq) + C2H5OH (aq) a-X + a-X → X + X

Partindo de uma análise cinética de uma reação de segunda ordem, vem que a

velocidade da reação, r, é dada pela Equação 1:

r=k.CA.CB (Eq. 1

Desenvolvendo esta equação, pode obter-se a seguinte relação, Equação 2:

𝑘. 𝑡 = 𝑋𝑎.(𝑎−𝑋) (Eq. 2

Onde k e t correspondem à constante de velocidade e tempo de reação,

respetivamente. Efetuando uma mudança de variável X=a0-at, onde a0 é a

concentração inicial de hidróxido de sódio e at é a concentração de hidróxido de

sódio no reator para um tempo de reação t na Equação 2, obtém-se a Equação 3:

𝑘. 𝑡 = (𝑎0−𝑎𝑡)𝑎0.𝑎𝑡

(Eq. 3

Assim, traçando o gráfico (𝑎0−𝑎𝑡)𝑎0.𝑎𝑡

vs t, obtém-se uma reta cujo declive é o valor de k.


Determinação da constante de velocidade para a reacção irreversível de segunda-

ordem do acetato de etilo com o hidróxido de sódio, numa solução aquosa diluída a

decorrer num reator descontínuo (Armfield) em modo isotérmico.




5.1 Equipamento

Neste trabalho vai utilizar-se um reactor descontínuo da marca Armefield acoplado ao

módulo de bombas para fazer circular a água de arrefecimento (Fig 2 b).

5.2 Reagentes

Os reagentes usados nesta actividade experimental foram o hidróxido de sódio e o

acetato de etilo. A água destilada foi obtida por destilação da água da rede pública.

Com estes reagentes prepararam-se 2 soluções de 500 ml: 0.1 M de NaOH e 0.1M de

acetato de etilo.


5.3.1 Colocar a circular a água na serpentina de arrefecimento com a ajuda da

bomba da bancada de reatores.

5.3.2 Colocar o elétrodo de temperatura e o elétrodo de condutividade dentro do

reactor e ligá-los à bancada de reatores. Fechar o reator.

5.3.3 Adicionar 500 mL de 0.1M hidróxido de sódio ao reator.

5.3.4 Ligar a agitação e efetuar a aquisição de dados de 15 em 15 segundos (de

temperatura e de condutividade).

Figura 2- Esquema do reator químico genérico a) e da Armfield b).

a)

b)



5.3.5 Verificar se o hidróxido de sódio se mantem a uma temperatura constante e

adicionar seguidamente 500 mL de 0.1M acetato de etilo. Deixar a experiência

decorrer durante 45 minutos a 1 hora, até à temperatura estabilizar. Recolher

sempre valores de 15 em 15 s de temperatura e condutividade.


Após registar os valores de condutividade da solução reacional ao longo do tempo de

reação, as medidas de condutividade podem ser relacionadas com o grau de

conversão dos vários componentes da solução reacional. Tanto o hidróxido de sódio

(reagente) como o acetato de sódio (produto) contribuem para a condutividade da

mistura reacional enquanto, que o acetato de etilo (reagente) e o etanol (produto)

não. No entanto, a condutividade de uma solução de hidróxido de sódio a uma dada

concentração e temperatura é maior do que a de uma solução de acetato de etilo nas

mesmas condições.

6.1 Após conclusão da experiência, os valores de condutividade em função do tempo

são registados e colocados em duas colunas no Excel.

6.2 Uma relação entre o grau de conversão dos reagentes em produtos e a

condutividade terá de ser estabelecida. Todos os cálculos deverão ser realizados

numa folha de Excel de modo a que os resultados sejam observados tanto em forma

de tabela e/ou graficamente.

6.2.1 As constantes conhecidas da atividade experimental, são:

aμ: concentração de hidróxido de sódio no reator

bμ: concentração de acetato de etilo no reator

cμ: concentração de acetato de sódio no reator

T: temperatura do reator (K)

V:volume do reator (dm3)

Utilize a folha de Excel para determinar os seguintes parâmetros:

𝐶∞ = 𝑏0 (para b0 < a0)

𝐶∞ = 𝑎0 (para b0 ≥ a0)

ΛC∞ = 0.07. [1 + 0.0284(𝑇 − 294)].𝐶∞ (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑇 ≥ 294 K)

Λa0 = 0.195. [1 + 0.0184(𝑇 − 294)].𝑎0 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑇 ≥ 294 K)



Λ0 = Λa0 (assumindo 𝐶0=0)

𝑎∞ = 0 (para a0 < b0)

𝑎∞ = (𝑎0 − 𝑏0) (para a0 ≥ b0)

Λa∞ = 0.195. [1 + 0.0184(𝑇 − 294)].𝑎∞ (𝑠𝑒 𝑎∞ ≠ 0)

Λ∞ = ΛC∞ + Λa∞

6.2.2 Com os valores dos parâmetros referidos acima, podem-se calcular os valores

para a concentração de hidróxido de sódio (at) e concentração de acetato de sódio

(Ct) e do grau de conversão (Xa) e (Xc) para cada um dos valores de condutividade

obtidos ao longo do tempo. Estes valores podem ser calculados através das seguintes

expressões:

𝑎𝑡 = (𝑎∞ − 𝑎0). �Λ0 − ΛtΛ0 − Λ∞

� + 𝑎0

𝐶𝑡 = 𝐶∞ �Λ0 − ΛtΛ0 − Λ∞

� (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶0 = 0)

𝑋𝑎 =(𝑎0 − 𝑎𝑡)

𝑎0

𝑋𝑐 =𝐶𝑡𝐶∞

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐶0 = 0

6.2.3 Traçar o gráfico de consumo de hidróxido de sódio em função do tempo e

determinar a constante de velocidade da reação, k, a partir do declive do gráfico (𝑎0−𝑎𝑡)𝑎0.𝑎𝑡

vs o tempo t.


- F. Lemos, J. M Lopes, F. Ramôa Ribeiro, Reactores Químicos, Colecção da Ciência e

Tecnologia, IST. (2002).

- A. M. Nunes dos Santos, Reactores Químicos Vol. I, Fundação Calouste Gulbenkian.

Lisboa (1990).

- H. S. Fogler, Elementos de Engenharia das Reacções Químicas, Prentice Hall

International Editions, New Jersey, 3ª Edição (1999) .

- Manual de utilização CEB Batch Reactor, Armfield (2008).



Trabalho nº 6

Determinação de velocidades de corrosão

em amostras de aço macio na presença e

ausência de inibidores de corrosão



Conteúdo

1. Motivação ...........................................................................................................................3

2. Introdução .........................................................................................................................3

3. Objetivo da atividade experimental ..............................................................................5

4. Materiais & Métodos ........................................................................................................5

4.1 Equipamento .............................................................................................................5

4.2 Reagentes ...................................................................................................................5

4.3 Método Experimental ...............................................................................................5

5. Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão ............................................8

6. Bibliografia Recomendada .............................................................................................8



1. Motivação A determinação da velocidade de corrosão num meio corrosivo, pode ser usado

com o objetivo de se estudar o efeito protetor de alguns inibidores de corrosão

numa amostra em estudo e de maximizar esse efeito. Essa determinação pode ser

feita através do traçado de curvas de polarização recorrendo a um potencióstato

com três elétrodos (de referência, de trabalho e o contra-elétrodo).

2. Introdução

Um inibidor de corrosão e uma substância que se adiciona ao meio agressivo de

forma a diminuir ou anular a velocidade de corrosão. Os inibidores podem atuar

por adsorção, formando um filme muito fino com apenas algumas mono-camadas

de espessura; podem também formar espessos precipitados que se depositam na

superfície do metal, recobrindo-o, ou ainda levar à formação de um filme passivo.

Finalmente, podem ainda considerar-se como inibidores de corrosão, as

substâncias que, sem afetar a superfície do metal, interferem com o meio agressivo,

removendo agentes corrosivos ou favorecendo a formação de precipitados. As

principais classificações dos inibidores, são:

- Inibidores orgânicos e inorgânicos

- Inibidores anódicos, catódicos ou mistos, conforme atuem nas áreas anódicas,

catódicas, ou ambas.

Neste trabalho, a técnica utilizada para avaliar o caracter anti-corrosivo de

inibidores e a das curvas de polarização. Quando se traça uma curva de polarização

de um metal num meio condutor, a curva E vs I que se obtém diz respeito não

apenas a uma reação de elétrodo, mas sim à soma de duas ou mais reações (Figura

1). Nas zonas de baixas sobretensões (η<20 mV) verifica-se que I varia

linearmente com E, ao passo que as altas sobretensões (η>100 mV) a relação é

logarítmica; assim, se se representar E em função de logI, obtém-se uma reta nas

zonas de altas sobretensões, a que se chama reta de Tafel.



Figura 1 – Curvas potencial-corrente representativas da polarização das reações anódicas e

catódicas para a corrosão de um metal mergulhado num eletrólito de elevada condutividade.

O método de extrapolação das retas de Tafel consiste no traçado de uma curva de

polarização e na utilização dos valores obtidos as altas sobretensões. Assim, a

interseção das retas de Tafel catódica e anódica extrapoladas (Figura 1b) permite

determinar a corrente de corrosão (ou velocidade de corrosão) desde que o meio

apresente elevada condutividade. As retas de Tafel são traduzidas pelas seguintes

equações (Equação 1 e Equação 2):

−𝑙𝑛𝑖𝐶 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒1 −∝𝐶.𝑛.𝐹𝑅.𝑇

.𝐸 (Equação 1)

𝑙𝑛𝑖𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒2 + ∝𝑎.𝑛.𝐹𝑅.𝑇

.𝐸 (Equação 2)

onde ia e ic são a densidade de corrente anódica e catódica, respetivamente (A.m-2),

αa e αc são os coeficientes de transferência de carga eletroquímica anódica e

catódica respetivamente, n o numero de eletrões transferidos, F a constante de

Faraday , R constante dos gases perfeitos e T a temperatura a que se dá a reação.

Outro método para determinar a velocidade de corrosão é o chamado método da

resistência de polarização que utiliza a zona das baixas sobretensões, onde o

potencial aplicado e a densidade de corrente estão relacionados linearmente e cujo

o declive é designado por resistência de polarização, Rp (Equação 3).

𝑅𝑃 = ∆𝐸∆𝑖

(Equação 3)

Assim, determinando o declive da reta da curva E vs i para baixos valores de

sobretensão, determina-se a resistência de polarização que se relaciona com a



densidade de corrente de corrosão através da equação de Stern-Geary (Equação

4):

𝑖𝑐𝑜𝑟 = 1𝑅𝑃

. 𝑏𝑎.𝑏𝐶.2.303.(𝑏𝑎.+ 𝑏𝐶.)

(Equação 4)

Em que ba e bc são os declives das retas de Tafel anódica e catódica,

respetivamente (Equação 1 e Equação 2).


Determinação de velocidades de corrosão e estudo da eficiência de um inibidor de

corrosão para uma amostra de aço macio em meio de ácido sulfúrico, na presença e

na ausência de hexamina (inibidor de corrosão). Na presença de hexamina estudar

o seu efeito protetor contra a corrosão de acordo com a sua concentração.


4.1 Equipamento

Elétrodo de aço macio não ligado, preparado no laboratório

Elétrodo de calomelanos saturado

Contra- elétrodo de platina

Potencióstato controlável por computador (Reference 600 da Gamry)

Sistema de aquisição de dados. 4.2 Reagentes

Soluções de ácido sulfúrico (concentração a definir pelo professor) e de ácido

sulfúrico + hexamina (concentração a definir pelo professor).


Usando um potencióstato e uma montagem a 3 elétrodos (elétrodo de trabalho,

auxiliar e de referência), trace curvas de polarização de aço não ligado em solução

de ácido sulfúrico com e sem inibidor. Neste trabalho utiliza-se um potencióstato

que permite controlo remoto e a aquisição de dados através de um PC (este tipo de

potencióstatos controláveis por computador é também designado por interface



eletroquímica), o que permite para além de controlar o ensaio armazenar os dados

(Figura 2).

Figura 2 – Esquema de funcionamento de um potencióstato controlável por computador.

4.3.1 A sequência de operações necessárias para o traçado de uma curva de

polarização é a seguinte:

- No computador abrir o programa Gamry Framework;

- Selecione o menu “Experiment” e seguidamente no “physical electrochemistry”

selecionar o modo de varrimento linear “ linear sweep voltammetry”

- Verificar as opções e ajustar os valores pretendidos de acordo com:

a) Varrimento de potenciais na vizinhança do potencial de corrosão, com vista

ao cálculo da resistência de polarização, Rp:

Einicial=Ecorr-20mV; Efinal=Ecorr+20mV, velocidade de varrimento=10-3V.s-1.

b) Varrimento com vista à determinação das retas de Tafel:

Einicial=Ecorr-250mV; Efinal=Ecorr+250mV, velocidade de varrimento=10-3V.s-1.

4.3.2 Monte a célula como se indica na Figura 4 e Figura 5, deixando estabilizar

o valor de potencial de corrosão. A célula eletroquímica é, nestes ensaios,

constituída por 3 elétrodos: o elétrodo de trabalho, feito da amostra a testar, o

elétrodo de referência, em relação ao qual são medidos os valores de potencial

do elétrodo de trabalho; o elétrodo auxiliar ou contra-elétrodo, que permite a

passagem de corrente elétrica necessária para polarizar o elétrodo de trabalho

(Figura 4).



Figura 3 – Rampa de potencial imposta durante uma curva de polarização.

Figura 4 – Esquema de célula de três elétrodos.

Figura 5 – Esquema da montagem



Numa curva de polarização, o potencióstato vai impondo ao elétrodo de trabalho

uma rampa contínua de valores de potencial, no sentido ascendente ou

descendente (Figura 3) sendo medidos e registados os valores da intensidade de

corrente que flui através desse elétrodo.

- Efetuar a ligação dos três elétrodos aos cabos do potencióstato, de acordo com a

convenção de cores das respetivas fichas.

- Verificar as opções e ajustar aos valores pretendidos.

- Iniciar o ensaio carregando “Ok”


5.1 Representar as curvas E vs logIiI e fazer as extrapolações das retas de Tafel

para determinação das velocidades de corrosão na presença ou ausência de

inibidor de corrosão.

5.2 Representar a região linear da curva em escala linear e determinar as

velocidades de corrosão pela equação de Stern-Geary (Equação 4).

5.3 Determinar a eficiência do inibidor usado e comentar o efeito da sua presença

nas condições de trabalho.


Salvador Fernandes, João, (2007), Degradação e Proteção de Materiais – Trabalhos

de Laboratório, IST.



Trabalho nº 7

Queda de partículas em fluidos



Conteúdo

1. Motivação............................................................................................................................... 3

2. Introdução ............................................................................................................................. 3



4.1 Material .......................................................................................................................... 5

4.2 Reagentes ....................................................................................................................... 5


5 Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão ................................................ 6

6 Bibliografia Recomendada ................................................................................................. 7



1. Motivação

Nesse trabalho a velocidade terminal de sedimentação vai ser determinada em meio

aquoso, aplicando a Lei de Stokes para partículas esféricas recorrendo a um fluido

viscoso, a glicerina.

2. Introdução

Alguns dos processos de separação de partículas de vários tamanhos dependem do

seu comportamento quando sujeitas à ação de um fluido.

Nesse trabalho a velocidade terminal de sedimentação de partículas de vidro não

poroso e material poroso vai ser determinada em meio aquoso, aplicando a Lei de

Stokes para partículas esféricas.

2.1 A Lei de Stokes

Uma partícula a cair no vácuo, sob a acção de um campo uniforme de forças

(geralmente gravitacional) não sofre resistência à sua queda. Logo, a velocidade de

queda da mesma cresce indefinidamente, independente do seu tamanho e

densidade. O movimento dessa mesma partícula, imersa num meio fluido qualquer,

fica sujeito a uma força resistiva, cuja magnitude depende do regime fluido dinâmico

vigente, além dos aspetos morfológicos dessa partícula (Figura 1). Quando o

equilíbrio é alcançado entre a força gravitacional e a força de resistência do fluido

(força de atrito), a partícula atinge a velocidade terminal de sedimentação e,

portanto, cai a uma taxa constante.

Figura 1- Esquema das forças intervenientes durante a queda de uma partícula esférica, imersa num

fluido.

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=0Up_Rhze9ElHmM&tbnid=aceqo_hhhtW80M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.aculator.com/formula/calculator.do?equation=Retarding-(viscous)-force-(Stokes'-Law)&id=195&ei=srM9UaXPDMiG0AWZ7oDYAg&bvm=bv.43287494,d.ZG4&psig=AFQjCNHOfAMJbCDLT9MhQV_dHGir6uUGAA&ust=1363084563878274



Considerando-se uma partícula de massa específica "ρ s" caindo num fluido viscoso

de massa específica " ρ f" num campo gravitacional sob condições de sedimentação

livre (isto é, considerando um fluido de extensão infinita) a equação de movimento

da partícula pode ser escrita da seguinte forma, Equação 1:

𝑚. 𝑑𝑥𝑑𝑡

= 𝑚.𝑔 −𝑚´.𝑔 − 𝐹 (Equação 1)

Onde m é massa da partícula, m’ é a massa do fluido deslocado pela partícula, g é a

aceleração da gravidade e F é a força de atrito.

Quando a velocidade terminal de sedimentação é alcançada, dx/dt =0 e a

Equação 1 converte-se na Equação 2:

𝐹 = (𝑚 −𝑚´).𝑔 (Equação 2) Uma equação em função do diâmetro da partícula, d, pode ser facilmente obtida

para partícula esférica rígida, isolada num fluido contínuo e infinito (sem efeito

de parede). O volume de uma esfera é dado pela Equação 3:

𝑉 = 16𝜋.𝑑3 (Equação 3)

e a massa específica do sólido, pela Equação 4:

𝜌𝑠 = 𝑚𝑉

(Equação 4)

Explicitando o valor de “ m” na Equação 4 (de modo semelhante explicitar

para “m´”) e substituindo V (Equação 3) e m (e m’) na Equação 2, com os

devidos rearranjos, obtém-se a Equação 5:

𝐹 = 16𝜋.𝑑3�𝜌𝑠 − 𝜌𝑓�.𝑔 (Equação 5)

Stokes deduziu a força de arraste sobre uma partícula esférica (suficientemente

pequena para que o regime seja laminar), considerando que essa força ocorre

inteiramente devido à resistência viscosa, obtendo-se a Equação 6:

𝐹 = 3. 𝜋.𝑑.𝜇. 𝑣 (Equação 6)

Onde µ é a viscosidade do fluido e v a velocidade do fluido em relação à partícula.

Substituindo F (Equação 6) na Equação 5 e rearranjando, obtém-se a clássica

expressão da lei de Stokes (Equação 7):

𝑣 = 118𝜇

𝑔.𝑑2�𝜌𝑠 − 𝜌𝑓� (Equação 7)




Determinação das velocidades de queda de partículas esféricas e não esféricas

em dois fluidos diferentes.


4.1 Material

- 3 provetas de 500mL e 1 proveta de 1000 ml. - 3 tipos de partículas esféricas. 4.2 Reagentes

- 1 solução de glicerina (20% m/m) . - 1 solução de glicerina (40% m/m) .


4.3.3 Medir as provetas a utilizar: diâmetro interno e a distância entre traços (L1

- L2). Para uma proveta de 1000 ml, L1= 800 ml e L2= 200 ml. Para uma proveta de

500 ml, L1= 400 ml e L2= 100 ml (Figura 2).

4.3.2 Medir a massa e o volume de cada solução em provetas graduadas de 500 ou

1000 ml de acordo com a Tabela 1:

Tabela 1- Volumes de água destilada e glicerina para preparar as soluções necessárias.

Proveta Solução %(m/m)

500 Glicerina (20%)

500 Glicerina (40%)

500 Água destilada

1000 Água destilada



Figura 2- Esquema da montagem experimental.

4.3.4 Com uma régua, determinar o diâmetro dos diferentes tipos de partículas,

separadamente. Fazer medições em triplicados (mínimo) para cada tipo de esfera.

4.3.5 Medir a massa de cada tipo de partícula, separadamente. Fazer medições em

triplicados para cada tipo de esfera.

4.3.6 Medir com o auxílio de um cronómetro o tempo de queda das várias esferas

(de vários tipos) através de um fluido (água e glicerina). Cronometrar o tempo que

demoram as esferas a cair de 800 para 200 ml e de 400 para 100 ml, numa proveta

de 1000 e 500 ml, respetivamente, nos diferentes fluidos.

5 Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão

5.1 Determinar a massa volúmica (g/cm3) de cada uma das partículas.

5.2 Determinar a massa volúmica (g/cm3) de cada fluido usado.

5.3 Calcular a velocidade experimental de queda das diversas partículas e

comparar com os valores obtidos com os valores determinados teoricamente, não

esquecendo de verificar se as partículas ao passarem o primeiro traço já se moviam

com a sua velocidade terminal. Determinar os respectivos erros relativos. Tentar

explicar as possíveis fontes de erro (determinar o número de Reynolds).

A densidade da glicerina a 20 °C, ρg

= 1.26 g/cm3. A viscosidade da glicerina pura a

20 °C é µ= 14.9 g.cm-1. s-1 (1 g.cm-1 s-1 = 1 Poise) [1].



Figura 3- Viscosidade dinâmica da mistura glicerina-água. As concentrações são dadas em percentual

de massa de glicerina. 1 mPa.s = 10-3 Pa s. [2].

6 Bibliografia Recomendada

[1] Handbook of Chemistry and Physics. (Biblioteca IFGW #R540.2.C841), densidades

(pp. 15-43 até 15-50), viscosidades (p. 6-158).

[2] Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A12, p. 479. (Biblioteca do IQ,

Unicamp # R660 ULM5 IQ/10.183 V.A12).



Trabalho nº 8

Separação de partículas sólidas por

peneiração



Conteúdo

1. Introdução .........................................................................................................................3

2. Objetivo da atividade experimental ..............................................................................4

3. Materiais & Métodos ........................................................................................................4

3.1 Equipamento .............................................................................................................4

3.2 Reagentes ...................................................................................................................4

3.3 Método Experimental ...............................................................................................4

4. Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão .............................................5



1. Introdução

O problema de separação de partículas sólidas de acordo com as suas

propriedades físicas surge em grande escala na indústria mineira, onde é

necessário separar os constituintes valiosos dos outros. A separação de partículas

sólidas baseia-se na escolha de um processo no qual o comportamento do material

seja diferenciado num grau muito acentuado por alguma propriedade física. Por

exemplo, se houver que separar um material em diversas frações granulométricas,

pode usar-se o método de peneiração, uma vez que este processo depende

basicamente da dimensão das partículas, embora outras propriedades físicas,

como a sua forma tendência para aglomerar (ou não) possam também estar em

jogo. Geralmente as partículas grandes separam-se em frações granulométricas,

por recurso a peneiros ou crivos, e as partículas mais pequenas, que fechariam as

aberturas finas dos peneiros ou para as quais e impraticável fazer aberturas

suficientemente pequenas, separam-se num fluido. Este trabalho experimental

foca-se no primeiro caso, Separação de partículas por peneiração. Na peneiração

utilizam-se peneiros ou crivos para a separação de partículas de acordo com os

seus tamanhos: para a produção de materiais com limites de granulometria

apertados; para a realização de análises granulométricas; em processos em

pequena escala.

O presente método é aplicável a partículas de dimensões pequenas mas não a

materiais finos (pós) devido a dificuldade de se obterem redes finas tecidas com

exatidao. Utiliza-se geralmente uma rede tecida para os pequenos tamanhos e

placas perfuradas para as malhas maiores.

Os peneiros utilizados em laboratório são normalmente constituídos por uma tela

metálica tecida, na qual se fixa um caixilho cilíndrico baixo. Dispõem-se os

peneiros em série, com o mais grosseiro no topo e o mais fino no fundo. Coloca-se o

material no peneiro de cima e faz-se vibrar o conjunto manualmente ou

mecanicamente.

A analise granulométrica de um material, determinada por peneiração, pode

expressar-se de forma prática representando graficamente a fração em massa do

material que um dado peneiro retém em função da dimensão média das partículas

da fração. Esta dimensão média considera normalmente a média aritmética das



aberturas dos dois peneiros em questão, ou seja o peneiro através do qual a

partícula passa e o peneiro no qual a partícula fica retira. Esta metodologia

proporciona uma forma satisfatória de representar as partículas em análise se os

peneiros forem dispostos de modo a constituírem uma série regular.

Outra representação muito utilizada é a representação acumulativa da fração de

massa de material abaixo de uma dada dimensão do peneiro, usando quer

coordenadas lineares, quer coordenadas logarítmicas.


Classificação do tamanho de partículas de uma determinada amostra sólida de

areia, por peneiração.


3.1 Equipamento

Série de peneiros da norma ISSO 3310 e suporte mecânico para agitação.

3.2 Reagentes

Areia disponível no laboratório de Civil.


3.3.1 Anotar o tamanho de cada peneiro em série (tamanho e norma).

3.3.2 Limpar e/ou verificar se os peneiros se encontram limpos.

3.3.3 Medir a massa de cada um dos peneiros da série, incluindo o “cego”.

3.3.4 Homogeneizar a amostra fornecida e medir a massa de uma determinada

quantidade da mesma (cerca de 1kg).

3.3.5 Ordenar devidamente a série de peneiros e colocar a amostra sólida no

peneiro do topo.

3.3.6 Colocar a série de peneiros no agitador mecânico, colocar a tampa e apertá-

la com a ajuda do sistema de suporte do agitador.

3.3.7 Iniciar a agitação (tempo de agitação: cerca de 5 min).



3.3.8 No final de cada agitação completa medir a massa dos vários peneiros da

série, incluindo do peneiro cego.

3.3.9 Repetir a agitação até que a massa do peneiro cego se mantenha constante.

3.3.10 Medir a massa de cada um dos peneiros da série de modo a poder

determinar a massa de areia retida em cada um.


4.1 Calcular o diâmetro médio das partículas retidas em cada peneiro.

4.2 Determinar a percentagem de massa retida em cada peneiro.

4.3 Traçar a curva granulométrica diferencial.

4.4 Traçar as curvas granulométricas cumulativas superiores e inferiores.


- Coulson, J. M e Richardson, J. F., Tecnologia Química, Fundação Calouste

Gulbenkian, Lisboa.



Trabalho nº 9

Determination of the Kinetic Constants in the

Invertase activity of Saccharomyces bayanus cells



Content

1. Motivation ................................................................................................................................ 3

2. Introduction ............................................................................................................................. 3

3. Goal of the Experimental Activity ........................................................................................ 8

4. Materials & Methods .............................................................................................................. 8

4.1 Equipment ........................................................................................................................ 8

4.2 Reagents ........................................................................................................................... 8

4.3 Protocol ............................................................................................................................ 8

5. Results and discussion topics ............................................................................................... 9

7. Appendix ................................................................................................................................ 10



1. Motivation

Leonor Michaelis and Maud Menten concluded in 1913 the quantitative study of rate

variations of an enzymatic reaction as a function of the substrate concentration:

Where E denotes the enzyme, S is the substrate concentration, E-S is the enzyme-

substrate complex and P is the product concentration. In the beginning of an

enzymatic reaction the concentration of products is low, so one can neglect the inverse

reaction. The equilibrium constant or Michaelis constant represents the dissociation of

the E-S complex (Equation 1):

(Equation 1)

2. Introduction

Enzymes are protein biocatalysts that can participate in chemical reactions that occur

in living organisms. They are very specific and are able to change their activity state.

Since ancient times, enzyme applications have been increasing in the textile, food and

pharmaceutical industry.

Enzyme kinetics can be described by Michaelis-Menten equation, indicated below

(Equation 2):

(Equation 2)

In which v0 is the initial reaction rate, S0 is the initial substrate concentration and vmáx

and Km are the kinetic constants (Figure 1). vmax is proportional to total enzyme

concentration.



Figure 1- Graphic representation of the Michaelis-Menten equation.

vmax and Km parameters can be determined through measurement of the initial reaction

rates for different initial concentrations of sucrose-direct method (Figure 1). This

methodology is very rough especially accounting with experimental errors.

There several methods to determine KM and VMax parameters besides the direct

method and usually they involve a linearization of the Michealis-Menten Equation

(Equation 2).

2.1 Direct Linear Method

This method was created by Cornish-Bowden and Eisenthal and the equation for the

graphical representation in Figure 2 can be obtained by dividing Equation 2 by So., as

shown in Equation 3:

(Equation 3)

Representing vo as a function of the correspondent So, several straight lines will be

obtained (for each sacarose concentration and time). The interception of two straight

lines will provide the KM and vMax.



Figure 2 - Graphical representation of the direct linear method for determination of

the kinetic parameters.

2.2 Lineweaver-Burk Method

In order to proceed with this method one needs to linearize Equation 2, by inversion

the members o the equation, that result as follows (Equation 4):

(Equation 4)

This equation represents a slope line and the kinetic constants are taken from the

angular slope and the intercept point (Figure 3).



Figure 3 - Graphical representation of the Lineweaver-Burk equation for

determination of the kinetic parameters.

2.3 Eadie-Hofstee Method

This method results from the multiplication of Equation 4 by VMáx, Equation 5.

(Equation 5)

Figure 4 - Graphical representation of the Eadie-Hofstee equation for determination of

the kinetic parameters. [A]= So and V=Vmax.



2.4 Hanes-Woolf Method

This method results from the multiplication of Equation 4 by So, Equation 6.

(Equation 6)

Figure 5 - Graphical representation of the Hanes-Woolf equation for determination of

the kinetic parameters. [A]= So and V=Vmax.



3. Goal of the Experimental Activity

The main goal of the present work is the determination of the sucrose hydrolysis

kinetic parameters by the invertase enzyme in Saccharomyces bayanus cells, at

45ºC.

4. Materials & Methods

4.1 Equipment

- Glass beaker of 100 ml for the reaction

- Water bath at 45 ºC

- Agitation and heating plates

-Test tubes

- Water bath at 100 ºC

-Spectrophotometer Visible

- Stopwatch

- Standard laboratory material

4.2 Reagents

- Sacarose

-Glucose

- DNS

- Sacharomyces bayanus cells

- Sodium acetate

- Calcium chloride

4.3 Protocol

The reaction will be held at 45ºC. The substrate solutions (sucrose) will be



prepared in acetate buffer 20 mM pH 4.5, with 1% (w/v) calcium chloride. All

these solutions will be prepared previously.

Sucrose concentration solutions: 10, 15, 25, 35, 45, 55, 70, 100 g/L.

4.3.1 Cell suspension:

Prepare 1% (w/v) of S. bayanus cell suspension in distilled water.

4.3.2 Assays:

4.3.2.1 For each substrate concentration, transfer 25 ml of sucrose solution (with

1% (w/v) calcium chloride) to the “reactor” and place it at 45 ºC (about 5 min),

with agitation (with a magnetic stirrer). Execute all assays gradually increasing

sucrose concentration.

4.3.2.2 Take a 0.5 ml sample, correspondent to time zero.

4.3.2.3 Ad d 0. 5 m l o f ce l l sus pensio n . At the sa me tim e s tar t

cou nti ng t im e .

4.3.2.4 T a k e 0 . 5 m l s a m p l e s i n t i m e i n t e r v a l s o f 1 m i n

u n t i l y o u r e a c h a t o t a l r e a c t i o n t i m e o f 9 m i n .

4.3.3 Determination of the reducing sugars

Determine the reducing sugars concentration (glucose + fructose) in the

collected samples by the DNS method (appendix I).

5. Results and discussion topics

5 . 1 D e t e r m i n e t h e r e a c t i o n i n i t i a l r a t e , v 0 , f o r e a c h

i n i t i a l s u c r o s e c o n c e n t r a t i o n .

5 . 2 R e p r e s e n t t h e M i c h e a l i s - M e n t e n e q u a t i o n

g r a p h i c a l l y w i t h t h e o b t a i n e d r e s u l t s .

5.3 Determine the kinetic constants, through the linear direct method.

5.4 Determine the kinetic constants, through a rearrangement of the Michaelis-

Menten equation and the graphic representation of Lineweaver-Burk.


Menten equation and the graphic representation of Eadie-Hofstee.




Menten equation and the graphic representation of Hanes-Woolf.

6. References

- Taipa, M.A., Gama, F.M. (2003) Estrutura e Função de Enzimas. Em “Engenharia

Enzimática”, Gama, M., Aires-Barros, M.R., Cabral, J.M.S. (Eds), Lidel-Edições

Técnicas, Cap. 2, pp. 13-67.

- Laidler, K.J. e Bunting, P.S. (1973) “The Chemical Kinetics of Enzyme

Action”, 2nd

Ed., Clarendon Press, Oxford, UK.

- Shuler, M.L. e Kargi, F. (1992) “Bioprocess Engineering - Basic Concepts”,

Prentice hall Inc, USA.

7. Appendix

Determinação de açúcares redutores pelo método do DNS

Este método baseia-se na formação de um complexo acastanhado, por redução do

ácido 3,5-dinitrossalicílico (DNS) a 3-amino-5-nitrossalicílico, que pode ser

doseado colorimetricamente.

Método

Medir 0,5 ml do reagente de DNS para um tubo de ensaio. Adicionar-lhe 0,5 ml da

amostra a analisar. Cobrir o tubo com uma tampa solta e colocá-lo durante 5

minutos num banho de água a 100ºC. Arrefecer o tubo com água fria e adicionar-

lhe 5 ml de água destilada, agitando de seguida num vórtex. Ler a densidade ótica

desta solução a 540 nm, contra um branco de tampão acetato pH 4,5 que sofreu o

mesmo tratamento da amostra.

Curva de calibração

A curva de calibração é obtida com soluções-padrão de glucose, com

concentrações até 1 g/l, preparadas em tampão acetato pH 4,5, que sofrem o

mesmo tratamento das amostras.



Trabalho nº 10

Quantificação de Proteínas no Leite



Conteúdo

1. Introdução ............................................................................................................................. 3

1.1 Espectrofotometria e quantificação .............................................................................. 3

1.1.1 Princípios de absorção da luz: ................................................................................... 3

1.1.2 Métodos colorimétricos .............................................................................................. 5

1.1.2.1 Método de Lowry ...................................................................................................... 6



3.1 Equipamento & material ............................................................................................ 7

3.2 Reagentes ....................................................................................................................... 7


3 Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão ................................................ 9

4 Bibliografia Recomendada ................................................................................................. 9



1. Introdução

As proteínas desempenham papeis extremamente importantes, na maioria dos

processos biológicos, atuando como enzimas, hormonas, neurotransmissores,

transportadores através das membranas celulares e outros.

O desenvolvimento de metodologias para determinar proteínas tem-se, cada vez

mais, tornado fundamental em várias áreas do conhecimento, como por exemplo, em

analises clínicas, favorecendo o diagnóstico de certas doenças correlacionadas com a

alteração da quantidade de proteínas nos fluidos biológicos; em nutrição animal,

ressaltando o aproveitamento racional de nutrientes; em problemas relacionados

com a nutrição humana, como obesidade, anorexia nervosa, desnutrição, devendo as

dietas apresentar teor balanceado de proteínas; em tecnologia e ciências de

alimentos, objetivando o aproveitamento racional da matéria prima e o

melhoramento dos produtos novos e já existentes; em ecologia, relacionando o

comportamento alimentar com a quantidade de proteína ingerida dos alimentos,

favorecendo o entendimento dos vários aspetos da vida dos animais silvestres; e na

área de química de proteínas para purificação de novas proteínas e enzimas.

Muitos métodos espectrofotométricos, ao longo dos anos, tem sido propostos para a

determinação de proteínas totais, mas não existe uma metodologia considerada de

uso universal para todos os meios. Os métodos geralmente mais utilizados são o do

biureto, de Lowry, do "Coomassie brilliant blue" BG-250 ou reagente de Bradford, do

BCA ou reagente de Smith 12, e de absorção de proteínas no ultravioleta.

1.1 Espectrofotometria e quantificação

1.1.1 Princípios de absorção da luz:

A absorção da luz e tanto maior quanto mais concentrada for a solução por ela

atravessada. O inverso pode ser aplicado para a transmitância (Figura 1, Equação

1).

𝐴𝜆 = 𝑙𝑜𝑔10. 𝐼1𝐼𝑇

(Equação 1)

Em que 𝐴𝜆 é a absorvância a um dado comprimento de onda (λ), I1 e IT designam a



intensidade da radiação incidente e transmitida, respetivamente.

Figura 1- Relação entre concentração de uma solução no composto a analisar (quanto maior a

concentração mais escura é a amostra) e a transmitância.

A absorção da luz é tanto maior quanto maior for a distância percorrida pelo feixe

luminoso através das amostras. O inverso pode ser aplicado para a transmitância

(Figura 2).

Figura 2- Relação entre o percurso óptico que a radiação faz e a transmitância. Quanto maior o

percurso óptico menor é a transmitância e maior a absorvância (não está representado).

Juntando os dois princípios anteriores obtém-se a alei de Lambert-Beer (Equação 2):

𝐴𝜆 = 𝜀𝜆.𝐶. 𝑙 (Equação 2)

Em que 𝜀𝜆 designa a absortividade molar (cm-1.L/mol) para uma dada substância a

um dado comprimento de onda, C designa a concentração da amostra (mol/L) e l é o

percurso ótico em cm. As cuvettes mais usadas têm um l de 1 cm. Deste modo, a

absorvância da luz a cada comprimento de onda l é diretamente proporcional à



concentração da solução contida na cuvette. Esta linearidade deixa de ocorrer a

concentrações muito elevadas da substância, havendo necessidade de se diluir as

amostras antes de medir.

É prática comum fazer-se a quantificação de proteínas de soluções diretamente de

leituras das absorvâncias a 280 nm. No entanto, este procedimento tem algumas

limitações, pois as soluções a medir não podem conter outras substâncias que

absorvam a 280 nm, nomeadamente ácidos nucleicos. Neste procedimento, tal como

com qualquer outros no espectrofotómetro, pressupõe-se a construção de uma reta

de calibração com soluções de concentração conhecida de proteínas, para

determinação do 𝜀280.

1.1.2 Métodos colorimétricos

Com alguma frequência é necessário quantificar substâncias em misturas complexas,

ou que não absorvem significativamente a luz a nenhum comprimento de onda.

Nesses casos, utilizam-se os chamados métodos colorimétricos, nos quais, o

composto a quantificar é colocado em contacto com um reagente específico, de modo

a desenvolver uma cor cuja intensidade é diretamente proporcional a concentração

da substância na mistura original.

No método do Biureto, este reagente reage de modo quantitativo com as proteínas,

originando um complexo violeta, que absorve fortemente a radiação a 540 nm. Para

quantificar espectrofotometricamente uma substância é necessário, determinar

inicialmente o valor de 𝜀𝜆 (Equação 2). Para tal, devem-se preparar um conjunto de

soluções da substância a quantificar, com concentração conhecida e fazê-las

contactar com o reagente e medir as absorvâncias ao comprimento de onda

adequado (Figura 3). Como se pode observar pela Figura 3, há uma relação linear

entre a concentração da substância (expressa em molaridade, M) e a absorvância ao

comprimento de onda λ de medida (Equação1, com l=1 cm), em que o declive é o 𝜀𝜆 .

Esta relação permitirá obter a concentração para uma solução desconhecida, fazendo

a leitura da sua absorvância ao mesmo comprimento de onda. Deve ter-se em

atenção que a absorvância da solução de concentração desconhecida tem de estar



contida no intervalo considerado da reta de calibração, de modo a evitar erros por

extrapolação.

Figura 3- Exemplo de valores de concentração de um dado padrão (representa a substância a

quantificar) para a construção de uma reta de calibração. Observa-se um gradiente de cores de

crescente intensidade com o aumento da concentração. Após a leitura das absorvâncias das soluções

de várias concentrações a um dado comprimento de onda, procede-se a um ajuste linear aos dados. O

declive obtido corresponde a 𝜀𝜆 .

1.1.2.1 Método de Lowry

Este método conhecido como método de Lowry e Cols., baseia-se numa reação de

redução de uma mistura contendo molibdato, tungstato e ácido fosfórico, (reagente

Folin-Ciocalteau) quando em contacto com proteínas, na presença de um catalisador

de cobre (II), que produz um composto com absorção máxima a 750 nm. Esta

redução ocorre diretamente através das cadeias laterais de alguns aminoácidos

(tirosina, triptofano, cisteína, asparagina e histidina), que contribuem com quatro

eletrões, ou através da eliminação de dois eletrões de cada unidade tetrapeptídica

dos peptídeos e proteínas. A reação é facilitada pela formação do quelato entre o

cobre (II) e peptídeos/proteínas.

Este método apresenta alta sensibilidade e, por isto, tem sido utilizado na

determinação da concentração de proteínas totais em diversos meios, sendo eles,



plasma sanguíneo, saliva humana, tecido animal, plantas, suco biliar, membranas,

leite e produtos alimentares.


O objetivo desta atividade é a quantificação das proteínas totais numa amostra de

leite magro.



- Espectrofotómetro UV-Vísivel

- Placa de aquecimento e agitação

- Vortex

- Agitadores magnéticos

- Tubos de ensaio

- Material corrente de laboratório

3.2 Reagentes

I. Solução de NaOH 1M

II. Solução de NaCO3 2% (m/v)

III. Solução de Tartarato duplo de sódio e potássio a 1% (m/v), contendo 0.5% de sulfato

de cobre (m/v).

IV. A 50ml de solução II adiciona-se 1ml de solução III

V. Reagente de Fenol (Folin-Ciocalteau)


Método de Lowry

3.3.1 Ligar a placa de aquecimento para o máximo de temperatura. Colocar um



copo de 500 ml com água a aquecer e introduzir um termómetro no banho.

3.3.2 Ligar o espectrofotómetro.

3.3.3 Preparar 10 ml para cada diluição da amostra de leite disponível em tubos

de ensaio. As diluições a preparar são de 1:50, 1:100 e 1:200 em água destilada.

Identificar os tubos. Agitar os tubos no vórtex.

3.3.4 Transferir 1 ml de cada uma das diluições para tubos de ensaio limpos e

adicionar 1ml de NaOH 1 M a cada tubo. Identificar os tubos e tapá-los com papel de

alumínio. Agitar os tubos no vórtex.

3.3.5 Preparar 10 ml de solução stock de BSA a 1g/L em água destilada.

3.3.6 Preparar as soluções de BSA em água destilada para a curva de calibração, de

acordo com a Tabela 1 e identificar os tubos, tapá-los com papel de alumínio.

Agitar os tubos no vórtex.

Tabela 1- Volumes de água e solução de BSA (a 1g/L) necessárias para preparar vários

padrões da curva de calibração.

Tubo Volume de [BSA] (1 g/L) (ml) Volume de água destilada (ml)

1 0.0 1.0

2 0.1 0.9

3 0.2 0.8

4 0.3 0.7

5 0.4 0.6

6 0.5 0.5

7 0.8 0.2

8 1.0 0.0

3.3.7 Colocar os tubos a aquecer. Quando a água chegar aos 100 ºC, desligar o

aquecimento e esperar 5 min.

3.3.8 Transferir os tubos para um suporte e adicionar a cada um 5 ml da solução

IV. Agitar os tubos no vórtex. Aguardar 10 min.

3.3.9 Adicionar 0.2 ml de reagente Folin Ciocalteau a cada tubo. Agitar os tubos no

vórtex. Aguardar 30 min.

3.3.10 Ler a absorvância das várias amostras a 750 nm, após realização do branco

de calibração (cuvette com água destilada). Devem fazer as medidas sempre do

menos concentrado para o mais concentrado, tanto nas amostras como nos padrões

de BSA.



Leitura directa das proteínas no UV a 280 nm

3.3.11 A partir de 3.3.3, transferir 1 ml de cada diluição para tubos de ensaio novos

e adicionar 6.2 ml de água destilada. Agitar no vórtex.

3.3.12 Preparar padrões como em 3.3.6 (sem tapar com papel de alumínio) e

adicionar a cada solução padrão 6.2 ml de água destilada. Agitar no vórtex.

3.3.13 Ler a absorvância das várias amostras a 280 nm, após realização do branco

de calibração (cuvette com água destilada). Devem fazer as medidas sempre do

menos concentrado para o mais concentrado, tanto nas amostras como nos padrões

de BSA.

3 Tratamento de Resultados & tópicos para a discussão

5.1-Traçar a curva de calibração com BSA para o método de Lowry e para a

absorvância lida a 280 nm. Obter os valores de 𝜀𝜆 a cada comprimento de onda. Ter

em atenção as diluições realizadas.

5.2- Determinar a concentração de proteínas nas amostras de leite para cada um dos

métodos. Ter em atenção as diluições realizadas.

5.3- Comparar e comentar o teor proteico obtido entre os dois métodos e o valor no

rótulo da embalagem de leite.

4 Bibliografia Recomendada

Adaptação do protocolo do trabalho prático 10 de lab IV, 2010/2011, Professora Raquel

Duarte.

Anexo 3- Pauta global da Unidade Curricular

Serviços Académicos, 04/09/2013 / 23:24 Página 1 de 1

PAUTA DE AVALIAÇÕES

1ª Época UNIDADE CURRICULAR: LABORATÓRIO IV2ª Época Código: QMD091 Semestre: PAR

Curso: Engenharia Química - DiurnoAno Lectivo: 2012/2013 Data 1ª Época: 05/07/2013Tipo de Exame: Normal Data 2ª Época: 19/07/2013

Nº. Aluno Nº Insc. Época Nota1469 Carina Alexandra Reis Lima 1 1ª Época 171474 Mauro Tome Lourenço Cabral Vaz Do Rosario 1 2ª Época 161555 Ana Rita Sitima Dias 1 1ª Época 151557 Filipa Guilherme Matias Carvalho Barreiros 1 1ª Época 181563 Marlene Lourenço Da Silva 1 1ª Época 151566 Rui Filipe Arsénio Cardoso 1 1ª Época 161573 Ana Filipa Dos Santos Oliveira 1 1ª Época 151585 Liliana Vanessa Caeiro Beatriz 1 2ª Época 141608 João Carlos Fragoso da Silva 11612 Ana Rita Cordeiro da Silva 1 1ª Época 181614 Bruna Andreia Amador Faria 1 2ª Época 171621 Daniela Marques Pinto 1 1ª Época 181662 Bruno Alexandre das Neves Pereira 1 2ª Época 171738 Paulo Alexandre Pereira Mesuras 1 2ª Época 17

Total de Alunos: 14O Responsável da Unidade Curricular,

___________________________

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