Professores Responsáveis: Patrícia Los Weinert Wilson Costa

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1 SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA GERAL e ANALÍTICA Curso: Farmácia Professores Responsáveis: Patrícia Los Weinert Wilson Costa Ponta Grossa 2014

2 Instruções Gerais Manuseio de Sólidos Para retirar um sólido, na forma de pó ou grânulos, de um frasco é utilizada uma espátula cuidadosamente limpa, para evitar contaminações. Se o frasco tiver uma boca estreita, impossibilitando a introdução de uma espátula, deve ser feita em primeiro lugar, uma transferência do sólido para um pedaço de papel ou para um recipiente de vidro. Após o uso, feche bem o frasco para evitar a contaminação do reagente através da entrada de poeira ou do aumento da umidade. Manuseio de Líquidos Quando retirar líquidos de um frasco, algumas precauções devem ser tomadas: - ao transferir um líquido, evite que o mesmo escorra externamente, danificando o rótulo de identificação, impedindo assim, a leitura do nome da substância; - antes de derramar um líquido, incline o frasco de modo a molhar o gargalo, o que evitará que o líquido escoe bruscamente. - ao verter líquidos em um recipiente utilize um funil ou um bastão de vidro pelo qual o líquido escorrerá; - em nenhuma circunstância coloque bastões de vidro, pipetas ou quaisquer outros materiais dentro de frascos de reagentes. Para pipetar, transfira uma porção do líquido para um frasco limpo e seco, e a partir deste efetue a operação; - não retorne líquido não utilizado ao frasco de reagente. Retire o mínimo necessário e o excesso coloque em um frasco separado para futuros usos ou para ser recuperado; - não coloque líquidos aquecidos dentro de frascos volumétricos, pois o processo de expansão/contração, devido ao aquecimento seguido de resfriamento, altera a calibração desses frascos. Aquecimento de Substâncias Os utensílios mais comuns utilizados no aquecimento de substâncias são: bico de Bunsen, chapa aquecedora e manta aquecedora. Alguns cuidados gerais devem ser observados quando da realização de aquecimento de substâncias: - Não utilize uma chama para aquecer substâncias inflamáveis; - Não aqueça substâncias em frascos volumétricos; - Não aqueça substâncias em recipientes totalmente fechados; - Iniciar sempre o aquecimento de forma branda, intensificando-o depois de alguns segundos; - Ao aquecer líquidos em tubos de ensaio, não aqueça o fundo do tubo. Posicione a chama na altura do nível do líquido. Use uma pinça de madeira ou de papel para segurar o tubo. Durante o aquecimento o líquido deve estar em constante agitação. Não volte a boca do tubo de ensaio em sua direção ou na direção de seus companheiros; - Terminado o uso do gás, verifique se todos os registros estão devidamente fechados, evitando assim o perigo de escape. Avaliação dos resultados - Algarismos significativos Todas as medidas de uma propriedade físico-química estão afetadas por uma incerteza, chamada em geral erro, desvio ou imprecisão da medida. Por isso, os resultados das medidas devem ser expressos de modo tal que se possa avaliar a precisão com que elas foram feitas (ou calculadas). Portanto, o número que representa a medida de uma propriedade não pode ter uma quantidade qualquer de algarismos, ele deve conter apenas algarismos que representem realmente a precisão com que a medida foi feita, ou seja, todos os algarismos devem ter um significado.

3 Introduzimos assim o conceito de algarismos significativos, procurando indicar que nem todos os algarismos que aparecem na representação de uma medida ou no resultado de uma operação matemática tem significado científico. Quando escrevemos 6,41mL dizemos que a imprecisão (a dúvida da medida de volume) está no último algarismo "1". É errado escrever que 6,41 ml = 6,410 ml, pois neste último caso a dúvida está no milésimo de centímetro e não em centésimo como no primeiro caso. A situação se complica um pouco se aparecem zeros no início ou no fim do número. Os zeros que aparecem no início não são significativos pois indicam simplesmente a posição da vírgula. Assim, 0, e 0,3702 têm o mesmo número de algarismos significativos (4): 3, 7, 0 e 2. Às vezes (não é sempre), os zeros que aparecem como últimas cifras indicam apenas a ordem de grandeza. Por exemplo, poderia ter apenas dois algarismos significativos (7 e 4) e os três zeros indicam o milhar. Ou então, temos de fato cinco algarismos significativos: 7, 4, 0, 0 e 0. Para evitar confusões, costuma-se escrever o número em potências de 10: 74x10 3 significa que temos dois algarismos significativos. Se os algarismos significativos fossem cinco, dever-se-ia escrever: O uso de potência de 10 é indispensável quando tratamos com grandezas muito pequenas ou muito grandes: 6,022x10 23, 6,63x10-34 j.s. etc. Portanto, quando se escreve um número em potência de 10, o primeiro fator deve indicar os algarismos significativos e o segundo nos diz de quantos zeros se deve deslocar a vírgula. Para se saber quantos algarismos significativos existem em um número que expressa a medida de uma propriedade, deve-se proceder assim: i. O algarismo que fica mais à esquerda, diferente de zero, é o mais significativo, ii. Se não há vírgula, o algarismo que fica mais à direita, diferente de zero, é o algarismo menos significativo, iii. Se há vírgula, o último algarismo da direita é o menos significativo, mesmo que ele seja zero, iv. Todos os algarismos entre o mais e o menos significativo são significativos. Durante os cálculos, pode-se trabalhar com um algarismo a mais, mas ao se apresentar o resultado final, deve-se usar o número correto de algarismos significativos, obedecendo às seguintes regras: -se o algarismo a ser cortado for maior que 5, soma-se 1 ao algarismo anterior, -se o algarismo a ser cortado for menor que 5, o algarismo anterior mantém-se inalterado, -se o algarismo a ser cortado for igual a 5, soma-se 1 ao anterior se ele for ímpar, mantendo-o inalterado se for par. Exemplo 1- Medida de volume em proveta Se ao medir o volume de uma amostra líquida numa proveta de 25 ml, cuja menor divisão é 0,1 ml, encontrou-se o valor 17,24 ml, este resultado tem quatro algarismos significativos (os dígitos um, sete e dois são conhecidos com certeza e o quatro é o algarismo duvidoso, aquele que foi estimado). O algarismo duvidoso sempre está na casa decimal em que está o limite de erro de aparelho de medida utilizado. Como o limite de erro de uma proveta corresponde à metade de sua menor divisão, no caso da proveta acima mencionada, este limite é de 0,05 ml; por isso que no valor 17,24 ml o dígito 4 corresponde ao algarismo duvidoso. Portanto: Menor divisão da escala da proveta = 0,1 ml Limite de erro da proveta = metade de sua menor divisão = 0,1/2 = 0,05 Representação do valor obtido: (17,24, + 0,05) ml Exemplo 2- Medida de massa em balança com fundo de escala de 0,001g Já no caso de um valor de massa igual a 7,241 g, medido numa balança cujo fundo de escala é 0,001 g (para balanças, o limite de erro é igual à menor divisão), os dígitos sete, dois e quatro são conhecidos com certeza e o um é o algarismo duvidoso. Portanto: Menor divisão da escala dessa balança = 0,001 g Limite de erros em balanças = menor divisão de escala = 0,001 g Representação do valor obtido = (7, ,001) g

4 Exemplo 3- Medida de massa em balança com sensibilidade de 0,01 g O valor 2,54 g é obtido numa balança cuja sensibilidade é 0,01g, o que significa que a massa medida está compreendida entre 2,53 g - 2,55 g. Os algarismos 2 e 5 são conhecidos com certeza, enquanto que o 4 é duvidoso; o número 2,54 tem, portanto, 3 algarismos significativos e o resultado da medida deve ser expresso por (2,54 + 0,01) g. É errado colocar quaisquer outros algarismos depois do 4, mesmo que sejam zeros. Exemplo 4- Medida de massa em balança com sensibilidade de 0,0001 g A obtenção de uma massa no valor de 2,5400 g significa que a massa está compreendida entre 2,5399-2,5401 g. O número 2,5400 tem 5 algarismos significativos sendo que o último zero é o duvidoso. O resultado da medida deve ser expresso por (2, ,0001) g. Quando você exprimir o resultado de uma medida, você deve preocupar-se, fundamentalmente, com o número de cifras do mesmo; para que o resultado seja correto ele deve conter todos os algarismos acerca dos quais você tem certeza e o primeiro duvidoso (e, somente ele). Esses algarismos são denominados algarismos significativos porque são aqueles que possuem valor prático ou significativo na expressão do resultado. Lembre-se que números matematicamente iguais podem ser diferentes quando exprimem uma medida; por exemplo, os números 2,54 e 2,5400 são iguais matematicamente, mas são bastante diferentes quando representam os resultados de uma medida, como, por exemplo, a massa de um corpo: 2,54g ¹ 2,5400g, conforme mostrado nos exemplos 3 e 4. Atenção aos zeros finais dos números Deve-se prestar atenção especial aos zeros dos números. Regra 1: Se à esquerda de um número só houver zeros, estes zeros não são algarismos significativos. Regra 2: Os zeros colocados à direita dos números deverão ser colocados se forem significativos ou DEVERÃO SER OMITIDOS se não forem significativos. Para indicar com clareza se o último zero é ou não significativo, o número deve ser escrito sob a forma: a. 10 b onde 1 a < 10 Frequentemente, é difícil decidir qual o número de algarismos significativos em valores que contêm muitos zeros, por exemplo, em um volume igual a 500 ml ou em uma massa igual a 200 g. Nestes casos a decisão deve ser tomada levando-se em conta o limite de erro do aparelho utilizado. Assim, um volume de 500 ml deve ser expresso como: a) 500,0 ml 5,000x10 2 ml, se a menor divisão da proveta utilizada for 1 ml; b) 500 ml=5,00x10 2 ml, se a menor divisão da proveta utilizada for 10 ml. Já uma massa de 200 g deve ser expressa como: a) 200,00 g, se o fundo de escala da balança for centigrama, isto é, 0,01g; b) 200,0 g, se o fundo de escala da balança for decigrama, isto é 0,1 g; c) 200 g, se o fundo de escala for grama. Nos casos acima, os valores de volume e massa expressos têm os seguintes significados: 500,0 + 0,5 ml, ml, 200,00 ± 0,01g, 200,0 ± 0,1g e 200 ± 1g, respectivamente. Note-se que, em todos os casos, o algarismo duvidoso (o último algarismo) está na mesma casa decimal que o limite de erro. Operações com Algarismos Significativos a) Adição e Subtração O resultado de uma soma ou de uma subtração deve ser relatado com o mesmo número de casas decimais que o termo com o menor número de casas decimais. Por exemplo, os resultados das seguintes operações de soma e subtração.

5 b) Multiplicação e Divisão O resultado de uma multiplicação ou de uma divisão deve ser arredondado para o mesmo número de algarismos significativos que o do termo com menor número de algarismos significativos. Por exemplo, os resultados das seguintes operações de multiplicação e divisão: c) Várias Operações Quando um cálculo envolver mais de uma operação, após a realização de cada operação, pode-se ou não efetuar o arredondamento para o devido número de algarismos significativos. Pode-se optar, também, por efetuar arredondamento ao final de todas as operações, quando envolver apenas multiplicação e divisão. 13,428 x (6,2/90,14356) = 13,428 x 0,069 = 0,93 ou 13,428 x (6,2/990,14356) = 0, = 0,92

6 Prática 1. Estudos de hidratos 1. Objetivos Compreender os conceitos de hidratação; Aprender as técnicas de determinação do número de moléculas de água de hidratação de um sólido; Compreender a importância da umidade na estabilidade, qualidade e composição dos compostos; Aprender como armazenar corretamente substâncias químicas higroscópicas. 2. Princípios básicos Quando soluções aquosas de sais solúveis são evaporadas, o sal separa-se sob a forma de cristais. Tais cristais podem conter quantidades não estequiométricas de água adsorvida na superfície do cristal ou mecanicamente ligada a rede cristalina. Entretanto, muitas vezes, esses cristais contêm quantidades estequiométricas de água que estão quimicamente ligadas. Tais compostos são conhecidos como hidratos e a água é designada como hidratação. A formação de hidratos não é específica para sais nem para cristais, é um fenômeno geral. Muitos hidratos são estáveis à temperatura ambiente e sob condições atmosféricas, outros não. Se o hidrato perde água para a atmosfera, é chamado de eflorescente. Se a substância remove umidade da atmosfera, é dita higroscópica, e se a substância se dissolve ao absorver a umidade, é chamada deliquescente. Os sais desidratados são, frequentemente, higroscópicos e devem ser mantidos isolados da atmosfera depois de secos, a fim de evitar absorção de umidade. Compostos que não são estáveis ao aquecimento devem ser secos sob vácuo ou expondo-os a uma atmosfera seca, de um dessecador, contendo um agente dessecante forte, como pentóxido de fósforo ou ácido sulfúrico concentrado. Sais hidratados têm pressão de vapor da água ou de líquidos orgânicos. A pressão de vapor dos hidratos depende da estabilidade do composto em particular e da temperatura. Quando a pressão parcial de vapor de água na atmosfera for maior que a pressão do CaCl 2.4 H 2 O, o hidrato absorverá água e o composto CaCl 2.6 H 2 O será formado. Se a pressão real de vapor de água for menor que a pressão de vapor do CaCl 2.4 H 2 O, este perderá água para a atmosfera. No ar a 25º.C, com umidade relativa de 30%, a pressão parcial do vapor de água é 7,1 mmhg (23,8 x 0,30 = 7,1 mm). Desde que a pressão de vapor do CaCl 2.4 H 2 O a 25º.C é 33,5 mmhg, o hidrato absorverá água. Formas de água em sólidos Uma enorme variedade de substâncias sólidas encontradas na natureza contém água ou os elementos que a formam. A quantidade de água nos sólidos é variável e depende da umidade e temperatura do ambiente e do seu estado de subdivisão. A distinção entre os vários modos pêlos quais a água pode ser retida por um sólido é de muita importância, pois não necessariamente ela será retida por um mesmo tipo de ligação. Por exemplo, o Ca(OH) 2 pode possuir água adsorvida em sua superfície (água de adsorção), como também produzir água ao se decompor sob ação do calor (água de constituição). Basicamente, os sólidos podem conter dois tipos de água: a Não-Essencial e a Essencial. a) Água Não-Essencial A caracterização química do sólido independe deste tipo de água. Devem ser consideradas, neste grupo, os seguintes casos: Água de adsorção É a água retida sobre a superfície dos sólidos, quando estes estão em contato com um ambiente úmido. A quantidade de água adsorvida dependerá da temperatura e da superfície específica do sólido. Quanto mais finamente dividido este se apresentar, maior será a sua área específica exposta ao ambiente e, conseqüentemente, maior será a quantidade de água adsorvida. Esta, por sua vez, estará em equilíbrio com o ambiente. A quantidade deste tipo de água no sólido aumenta com o aumento da pressão de vapor da água no ambiente e diminui com o aumento da temperatura.

7 Calor + H 2 O (ads) H 2 O (vapor) A determinação quantitativa da água adsorvida é feita pelo aquecimento do sólido, em estufa, a C, até peso constante. Este é um fenômeno geral observado em todos os sólidos, em maior ou menor proporção. Água de absorção Ocorre em várias substâncias coloidais, tais como amido, proteínas, carvão ativo e sílica-gel. Ao contrário do que ocorre com a água de adsorção, a quantidade de água absorvida é muito grande nestes sólidos, podendo, em alguns casos, atingir 20% (m/m) ou mais do peso total do sólido. Ela está retida como uma fase condensada nos interstícios ou capilares do colóide, e por esta razão os sólidos que a contêm apresentam-se como perfeitamente secos. Água de oclusão Apresenta-se retida nas cavidades microscópicas distribuídas irregularmente nos sólidos cristalinos, e não está em equilíbrio com a atmosfera ambiente. Por este motivo a sua quantidade é insensível às mudanças de umidade no ambiente. Quando um sólido que contém água de oclusão é aquecido, ocorre uma difusão lenta das moléculas de água até a sua superfície, onde se verifica o fenômeno da evaporação. Necessariamente uma temperatura maior que 100 C é requerida para que este processo se dê com uma velocidade apreciável. Durante o aquecimento, a volatilização da água ocluída provoca a ruptura dos cristais, fenômeno este chamado de decrepitação. Quando isto ocorre, deve-se precaver contra perdas de material. b) Água Essencial É a água existente como parte integral da composição molecular ou da estrutura cristalina de um sólido. Os subgrupos deste tipo de água são: Água de constituição Neste caso, a água não está presente como H 2 O no sólido, mas é formada quando este se decompõe pela ação do calor. O importante a se notar é que a relação estequiométrica de 2:1 entre hidrogênio e oxigênio nestes compostos não precisa ser necessariamente observada. Algumas vezes necessita-se de temperaturas relativamente-altas para causar a decomposição dos sólidos que contêm este tipo de água. Exemplos: 2 NaHCO 3(s) Ca(OH) 2(s) 300 C Na 2 CO 3(s) + H 2 O (g) + CO 2(g) 800 C CaO (s) + H 2 O 2 Fe(OH) 3(s) 1000 C Fe 2 O 3(s) + 3 H 2 O (g) Água de hidratação Ocorre em vários sólidos, formando os hidratos cristalinos (compostos que contem água de cristalização). A água está ligada a estes sólidos mediante ligações de coordenação covalentes, que são normalmente mais fracas que as eletrostáticas. Por esta razão, a água de cristalização é facilmente eliminada destes compostos pela ação do calor. A quantidade de água de hidratação (ou de cristalização) num hidrato cristalino é uma característica do sólido e sempre se apresenta com estequiometria definida.

8 Alguns hidratos cristalinos podem perder água de cristalização quando mantidos em ambiente completamente seco (fenômeno de eflorescência dos cristais), enquanto que, outros podem retirar água de um ambiente úmido (fenômeno de deliquescência dos cristais). Como exemplos típicos de cristais hidratados citam-se BaCl 2.2H 2 O, CuSO 4.5H 2 O, Na 2 SO 4.10H 2 O, CaSO 4.2H 2 O, CaC 2 O 4.2H 2 O, etc. 3. Materiais necessários CuSO 4.5 H 2 O Na 2 SO 4.n H 2 O BaCl 2.n H 2 O sacarose Tubos de ensaio Bico de gás cadinhos de porcelana balança semi-analítica dessecador pinça para tubo de ensaio 4. Procedimento experimental ASPECTOS QUALITATIVOS 1. Colocar cerca de 0,2 g de CuSO 4.5 H 2 O em um tubo de ensaio. Aquecer suavemente em uma chama, mantendo a extremidade superior do tubo de ensaio relativamente resfriada. Observar a aparência do sólido antes e depois do aquecimento, bem como a parte superior do tubo de ensaio. Depois de frio, adicionar algumas gotas de água ao sólido. Anotar as observações. 2. Repetir o procedimento do item anterior com Na 2 SO 4.n H 2 O e sacarose. 3. Examinar diversos sólidos expostos no laboratório (cores, água absorvida, aspectos em geral, etc...). ASPECTOS QUANTITATIVOS 1. Pesar um cadinho de porcelana, limpo e seco, em balança semi-analítica, tomando o cuidado de não tocar com as mãos. Anotar o peso. 2. Pesar cerca de 1 g de BaCl 2.n H 2 O diretamente no cadinho. Anotar o peso. 3. Aquecer o cadinho com BaCl 2.n H 2 O por 15 minutos em chama não-luminosa. 4. Colocar o cadinho com BaCl 2 em dessecador por 15 minutos. Pesar novamente. 5. Repetir o procedimento dos itens 3 e 4 até peso constante. 6. Calcular o n de moléculas de água de hidratação do BaCl 2.n H 2 O. Responda as seguintes questões: 1. Como um hidrato deve ser guardado após ter sido desidratado? 2. Aspectos qualitativos, discutir: água? a) a que se deve a mudança de cor do CuSO 4.5 H 2 O após aquecimento e depois da adição de 1 gota de b) qual pode ser a razão da mudança de cor e do aspecto da sacarose após aquecimento? c) qual a razão das substâncias expostas no laboratório mudarem de aspecto físico? 3. Aspectos quantitativos, discutir:

9 a) por que ocorre variação de massa do cadinho antes e após o aquecimento? Por que é necessário um cadinho limpo e seco? b) determinar a massa de água perdida; a % em peso da água no sal hidratado; a fórmula do sal e calcular o erro em % em função do número de moléculas de água descrito no rótulo do produto. 4. A presença de uma impureza volátil no BaCl 2.n H 2 O poderia afetar os resultados? De que maneira? 5. Por que não devemos pegar o cadinho diretamente com as mãos quando o mesmo será utilizado para a determinação gravimétrica? 6. Por que devemos aquecer a substância até peso constante? 5. Referências bibliográficas - SILVA, R.R; BOCCHI, N.; ROCHA FILHO, R.C. Introdução à Química Experimental. São Paulo: McGraw-Hill, 1990, p e GIESBRECHT, E. (coord.), Experiências de Química: Técnicas e Conceitos Básicos, PEQ - Projetos de Ensino de Química, São Paulo: Ed. Moderna, 1982, p RUSSEL, J. B. Química geral. São Paulo, Makron Books, 1982.