Departamento de Matemática e Ciências Experimentais

Transcrição

1 Departaento e ateática e Ciências Experientais Física e Quíica 1.º no tiviae Prático-Laboratorial PL 1.3 (1ª parte) ssunto: Ientificação e ua substância e avaliação a sua pureza Introução Ientificação e ua substância e avaliação a sua pureza Se tiveros u frasco se rótulo conteno cristais e u sólio branco, cristalino, co aspeto e açúcar (sacarose) figura 1, poereos utilizar essa substância para aoçar o café? Certaente que não, pois há u núero uito elevao e substâncias co aquele aspeto que não são sacarose, seno eso alguas elas venenos terríveis! Coo se ientifica ua substância? Que proprieaes eveos escolher para ientificar ua substância? Fig. 1 Ebora os copostos tenha ua espécie e ipressões igitais (os seus espectros, e especial o e infraverelho, que estuareos nos anos seguintes), vaos coeçar por estuar certas proprieaes físicas ais acessíveis laboratorialente (que exige aparelhage siples e barata) e que aina se usa na ientificação as substâncias nos laboratórios e Quíica: a ensiae (ou assa volúica), a ensiae relativa, o ponto e ebulição e o ponto e fusão. Coo se copreene, nenhua estas proprieaes, só por si, é suficiente para ientificar a substância; te e ser utilizaa co outras proprieaes. Estas proprieaes, por sere inepenentes a quantiae e atéria, enoina-se proprieaes intensivas. s proprieaes que epene a quantiae e atéria, coo a assa e o volue, esigna-se por proprieaes extensivas. teperatura é eia iretaente (teróetro). assa volúica e a ensiae relativa poe ser eterinaas ireta ou iniretaente (neste caso, a partir a assa e o corresponente volue). Daa ua substância esconhecia, eias alguas as suas proprieaes (por exeplo, ensiae, ponto e ebulição, ponto e fusão e outras), tereos e procurar e tabelas quais as substâncias que apresenta esses valores para as proprieaes eias. E face estes valores, poereos certaente tirar alguas conclusões por exeplo, concluir que a substância não é X ne Y, as poerá ser Z). 1

2 Deterinação a ensiae (assa volúica) e a ensiae relativa ensiae (ou assa volúica) e u corpo,, é a assa por uniae e volue, ou seja, a razão entre a assa o corpo,, e o respetivo volue, V, sob aas conições e pressão e teperatura (pois o volue e u corpo, epene a pressão e a teperatura, e especial se se tratar e substâncias no estao gasoso). V No SI exprie-se e quilograas por etro cúbico (kg -3 ), ebora vulgarente se expria e graas por centíetro cúbico ou graas por ililitro (g c -3 ou g L -1 ). assa volúica a água epene a teperatura, seno áxia a cerca e 4º C [Ver BEL 1]. BEL 1 assa volúica a água a iferentes teperaturas Por exeplo, a assa volúica a água, à pressão e 1 at e teperatura e 4 C, é igual a 1, g c -3, as a o aluínio é e 2,7 g c -3 e a o azeite é soente,92 g c -3. Diz-se que o aluínio é 2,7 vezes ais enso que a água, as o azeite é,92 vezes enos enso. Por outras palavras, a ensiae relativa o aluínio (e relação à água a 4º C) é 2,7; a ensiae relativa o azeite (e relação à água) é,92. Para os gases, é usual coparar-se co a ensiae o ar, eios nas esas conições e pressão e e teperatura. ssi, a ensiae relativa e ua substância e relação a outra substância (consieraa coo tero e coparação) é o quociente as suas assas volúicas, nas esas conições e pressão e teperatura. Por exeplo: 3 l, água 3 assa volúica o l 2,7 gc assa volúica a água 1, gc 2,7 Coo se vê, a assa volúica e a ensiae relativa e relação à água (1 at, 4 C) são expressas pelo eso núero, as a ensiae relativa é aiensional (se uniaes). Por outras palavras, poe izer-se que a ensiae relativa (para sólios e líquios) é a razão entre as assas e volues iguais a substância e a água. 2

3 Coo se poe eterinar a ensiae (assa volúica)? E a ensiae relativa? Para eterinar a ensiae (ou assa volúica) e u corpo basta eterinar a assa esse corpo (por pesage) e iviir esse valor pelo volue o corpo. No caso e corpos e fora regular e/ou irregular, o volue poe eterinar-se a partir o volue e água eslocao quano o objeto é ergulhao totalente e água (por exeplo, Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 nua proveta). Quano se pretene eterinar a ensiae e oo rigoroso, utiliza-se o picnóetro (e sólios, Fig. 2 e e líquios, Fig. 3). Para eterinações enos rigorosas e ensiaes e líquios utiliza-se os ensíetros, que tabé são chaaos e areóetros, Fig. 4. Execução experiental 1) Deterinação a ensiae (assa volúica) e ua esfera. 1º Processo partir a eição a assa a esfera nua balança igital e o cálculo o volue através a eição o iâetro co ua craveira. - Valor a incerteza associaa à escala e eia a balança igital - assa a esfera, = eições / c r / c r / c V / c 3 1/ g c º Processo partir a eição a assa a esfera nua balança igital e o volue obtio por eslocaento e água quano a esfera é totalente ergulhaa nua proveta. - assa a esfera, = - enor ivisão a proveta - Valor a incerteza associaa à escala e eia a proveta eições V água / L V água+esfera / L V esfera / L V / L 2 / g c , 2 15, 3 2, 3

4 2) Densiae relativa e u sólio pelo étoo o picnóetro. O picnóetro e sólios é coo vios, Fig. 2, u frasco e viro usao para eterinar a ensiae relativa e sólios. boca o frasco é larga para que se possa introuzir as aostras. tapa te ua arca por one o líquio é acertao. Encher u picnóetro não é fácil. É conveniente que o líquio escorra lentaente pela paree, para evitar a foração e bolhas e ar. s bolhas e ar são fonte e erros experientais. Quano o picnóetro estiver copletaente cheio, introuz-se a tapa co u oviento vertical rápio que obrigue o líquio a entrar para o seu interior (poerá, aina assi, ser necessário utilizar ua pipeta e Pasteur para acrescentar ais líquio). Para acertar o líquio pela arca é conveniente utilizar papel absorvente. figura seguinte representa esqueaticaente o proceiento utilizao para a eterinação a ensiae relativa e ua pequena esfera. Fig. 5 Deterinação a ensiae relativa e u sólio utilizano u picnóetro Deterina-se a ensiae relativa o aterial que constitui a esfera através a expressão: Se preteneros a ensiae e relação à água a 4 C, tereos e efetuar ua correção. Consultano a [BEL 1] verificaos que a água, a 4 C, apresenta u valor áxio para a assa volúica (1, g c -3 ). À teperatura a que se eterinou a ensiae relativa (por exeplo, 2 C), a assa volúica a água é enor, por isso a assa e água contia no picnóetro é enor o que seria a 4 C. Coo resultao, a ensiae relativa o sólio eterinaa à teperatura e 2 C é aior o que seria se eterinaa à teperatura e 4 C. Para efetuaros a correção e teperatura, utilizaos a seguinte expressão: c c = ensiae corrigia água à Deterinaa a ensiae relativa o solio, a sua assa volúica correspone ao eso núero, as exprie-se usualente e g c -3. 3º Processo oo e proceer: 1. Encha u picnóetro e sólios co água até à arca. Procea e acoro co a técnica anteriorente escrita. 2. eça a assa a esfera,. Registe o valor na tabela. 3. Seque convenienteente e eça a assa o picnóetro cheio e água juntaente co a esfera,. Registe o valor na tabela. 4

5 4. Introuza a esfera entro o picnóetro e coplete co água até à arca. 5. Seque convenienteente e eça a assa o picnóetro co água e esfera,. Registe o valor na tabela. 6. eça a teperatura,, a água. Registo/nálise e aos: eição efectuaa Sibologia Valor obtio assa a esfera assa o picnóetro co água e sólio ao lao assa o picnóetro co água + sólio introuzio eperatura a água Cálculos: Densiae relativa o aterial que constitui a esfera: Densiae relativa o aterial que constitui a esfera co correcção e teperatura: assa volúica o aterial que constitui a esfera: 3 = Questão: Registe na tabela seguinte os valores a ensiae (assa volúica) a esfera obtia pelos três étoos anteriores e procure interpretá-los. / g c -3 / g c -3 3 / g c -3 3) Densiae relativa e u líquio usano o picnóetro 1º Processo Vaos agora eterinar a ensiae o etanol a 96% (fórula quíica C 2 H 5 OH, vulgarente chaao álcool etílico) e confrontar o valor calculao co os valores tabelaos. Inforação: Valor tabelao a ensiae relativa o etanol a 96% =,863 (e relação à água a 4 ºC). 5

6 O picnóetro estinao a eterinar a ensiae relativa e líquios (Fig. 3) é u frasco e viro cuja rolha eserilaa conté u orifício capilar (que se estina à saía o excesso e líquio quano se rolha o frasco). Para eterinar a assa e líquio colocao no picnóetro basta eterinar a sua assa quano vazio (e seco),, e quano copletaente cheio e líquio, L ; a iferença é a assa o líquio contio no picnóetro. = assa e líquio = L Se efetuaros a esa operação co água, obteos a assa e igual volue e água, à teperatura a que se realiza a experiência (por exeplo, 2 C). = assa e água = ensiae relativa, à teperatura a experiência, será a razão as assas e igual volue os ois líquios: V V L Fig. 6, resue o oo e proceer. Nota: Para efetuar a correção e teperatura, utiliza-se o processo escrito para a eterinação a ensiae relativa os sólios (Pág. 4). Registo/nálise e aos: eição efetuaa Sibologia Valor obtio assa o picnóetro assa o picnóetro co o etanol a 96% L assa o etanol a 96% = L assa o picnóetro co água assa e água = eperatura a água 6

7 Cálculos: Densiae relativa o etanol a 96% à teperatura o ensaio: L Densiae relativa o etanol a 96% co correção e teperatura: c água à assa volúica o etanol a 96% e relação à água a 4 ºC: etanol = Incerteza relativa percentual a ensiae relativa e relação ao valor tabelao (veja esse valor na página 5): % r tab tab exp 1 4) assa volúica e u líquio usano o ensíetro ou areóetro 2º Processo 1.1. nalise o ensíetro fornecio para este trabalho: Qual a gaa e valores que abrange? Qual é o valor a enor ivisão a escala? Qual a incerteza associaa à escala o ensíetro/areóetro? Para que teperatura está calibrao? 1.2. Coloque nua proveta e 1 l, etanol a 96% e introuza o ensíetro no líquio, e fora que a sua base não toque no funo a proveta Leia e registe na tabela o valor a ensiae ou assa volúica na superfície e afloraento Leia e registe na tabela o valor a teperatura introuzino u teróetro no etanol Coloque nua proveta e 1 l, água e introuza o ensíetro no líquio, e fora que a sua base não toque no funo a proveta Leia e registe na tabela o valor a ensiae ou assa volúica na superfície e afloraento Leia e registe na tabela o valor a teperatura introuzino u teróetro na água. Etanol Água / g c -3 / ºC Prof. Luís Perna 7