AULA PRÁTICA DE QUÍMICA GERAL Estudando a água parte 30

Transcrição

1 AULA PRÁTICA DE QUÍMICA GERAL Estudando a água parte 30 9º N D ENSIN FUNDAMENTAL - 1º AN D ENSIN MÉDI BJETIV Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como de sua interação com outras substâncias. É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água permite introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano, que por sua vez, são inerentes às questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras. INTRDUÇÃ Como vimos na parte 29, a acetona é um líquido mais volátil que o álcool e ambos são mais voláteis que a água. Essa volatilidade se verifica em duas situações distintas, porém bastante relacionadas: (1) na ebulição de cada um, que ocorre em temperaturas características, sendo a acetona a 56ºC, o álcool a 78ºC e a água a 100ºC; e também (2) na evaporação em temperatura ambiente, que ocorre mais rápido para a acetona e mais lentamente para a água. s valores de temperatura de ebulição acima são os perceptíveis sob pressão normal em altitude zero, no nível do mar. No nosso experimento, propusemos que a velocidade de evaporação fosse medida em mililitros de líquido evaporado por dia; o que não é uma grandeza física constante, nem oficial para expressar a volatilidade, mas serve como uma boa referência para aquele experimento. Certamente, a velocidade de evaporação varia conforme a pressão atmosférica do local, da temperatura ambiente, da umidade do ar, da ocorrência de ventos ou de correntes de ar no laboratório etc. Sendo assim, é importante lembrar que as duas informações mais seguras para expressar a volatilidade de um líquido, bem como comparar a volatilidade de líquidos diferentes, são a pressão de vapor e o ponto de ebulição, sendo que o líquido mais volátil terá maior pressão de vapor e menor ponto de ebulição. Mas, apesar de servirem para comparar e para indicar com segurança qual líquido é mais ou menos volátil do que outro, os dados de pressão de vapor e de ponto de ebulição não explicam a volatilidade. Isso porque a causa primeira da volatilidade está relacionada à intensidade das forças de atração

2 entre as partículas, cujo estudo envolve a geometria das moléculas, sua polaridade e o tipo de forças intermoleculares envolvidas. Acetona: uma substância mais volátil que a água. Representações da acetona ou propanona. Esquerda: Molécula de acetona em representação do tipo bola e bastão. Direita: Duas moléculas de acetona com os polos negativos e positivos indicados; sendo que a linha pontilhada representa a força dipolo-dipolo entre elas. polo negativo de uma molécula atrai o polo positivo da outra e vice-versa. Disponíveis (acesso: ): e A acetona ou propanona (nome oficial IUPAC) não possui oxigênios ligados a hidrogênios. único oxigênio está ligado ao carbono central da cadeia carbônica. Como o carbono tem eletronegatividade um pouco maior que a do hidrogênio, a ligação covalente dupla carbono-oxigênio (C=) não é tão polar quanto a ligação hidrogênio-oxigênio (-), que aparece na molécula de água. Assim, a acetona é polar, mas não tão polar quanto a água. Por isso, as forças de atração entre moléculas de acetona são menos intensas que as que atraem as moléculas de água. Moléculas muito polares e as ligações de hidrogênio No caso das moléculas muito polares, há sempre um elemento muito eletronegativo, que pode ser flúor (F), oxigênio () ou nitrogênio (N), desde que estejam ligados ao hidrogênio (), que é um ametal pouco eletronegativo. Assim, a ligação covalente fica muito polarizada, ou seja, os elétrons se deslocam mais para a região do elemento que os puxa com mais intensidade, deixando o hidrogênio com certa deficiência de elétrons. Por isso, o hidrogênio é sempre o polo positivo da molécula quando se apresenta ligado a um dos três ametais acima.

3 Cuidado! A presença de flúor (F), oxigênio () ou nitrogênio (N) na molécula não basta para que ela seja muito polar; é preciso que um desses elementos esteja ligado a hidrogênio ()! Lembre-se do caso da acetona, que possui oxigênio, porém, como ele está ligado a carbono (C) e não ao hidrogênio (), a molécula é apenas polar, sem ser muito polar. Etanol atraindo etanol Essa intensa polarização faz com que essa parte da molécula funcione como uma espécie de micro ímã elétrico, capaz de atrair os polos contrários da mesma parte da molécula vizinha. No caso do etanol (C3C2), por exemplo, o grupo é a parte muito polar da molécula e atrai outra molécula idêntica pela mesma região, porém de forma invertida, pois os polos de sinal contrário se atraem. 3 C C 2 utras moléculas podem ser atraídas pelo conjunto ao lado, e se posicionarem à frente e ao fundo do plano do desenho, ou no alto à direita e embaixo à esquerda, além de várias outras posições e direções; ou seja, não apenas duas 2 C C 3 moléculas se atraem, como aparece no desenho. As partes destacadas em verde são formadas pelos elementos carbono (C) e hidrogênio (), cujas ligações levemente polares em ângulos iguais manifestam vetores de polaridade que se anulam, podendo ser considerada a parte apolar (sem polos) da molécula de álcool. Mistura etanol e água 3 C C 2 De forma semelhante, podemos dizer que o etanol é bastante solúvel em água, porque é capaz de formar ligações de hidrogênio com a água. bserve que a molécula de água ( 2) não tem a parte apolar que o etanol possui (C 3C 2), sendo muito polar em toda sua extensão. Possuindo uma parte apolar, a influência do grupo na polaridade geral da molécula de etanol é menor que no caso da água, que por sua vez possui somente partes muito polares. Sendo assim, é fácil entender que as moléculas de água se atraem (água pura) com mais intensidade que as

4 moléculas de etanol (etanol puro), uma vez que a parte muito polar do etanol é menos influente na polaridade geral de suas moléculas. Falando de maneira mais simplificada, podemos dizer que o etanol é menos polar que a água, mesmo que suas moléculas também se atraiam por ligações de hidrogênio. E também podemos deduzir que a acetona é ainda menos polar que o etanol, uma vez que as moléculas da acetona são apenas polares ; não possuindo partes muito polares em sua estrutura. Sendo assim, elas se atraem por forças menos intensas, chamadas dipolo-dipolo permanentes ou simplesmente dipolo-dipolo. EXPERIMENT Medindo a pressão de vapor da acetona e do álcool na temperatura MATERIAL ambiente A) Um dessecador de vidro, com saída de encaixe para mangueira na válvula da tampa ou um frasco kitassato, com rolha. Dessecador de vidro. Disponível (acesso: ): Kitassato. Disponível (acesso: ): B) Graxa de silicone ou vaselina para vedar a tampa no dessecador. C) Bomba de vácuo elétrica de laboratório, com manômetro. D) Mangueira estreita para ligar a bomba de vácuo no dessecador. E) Etanol P.A. ou álcool absoluto, de preferência; na falta, usar álcool comercial superior a 94ºGL. F) Acetona P.A. de preferência; ou acetona comercial.

5 G) Três béqueres de 250mL ou outro tamanho que caiba no dessecador, um por vez. Se for usar o kitassato, não tem necessidade de béqueres. ) Termômetro de laboratório. PRCEDIMENT 1. Coloque cerca de 200mL de acetona no béquer (se for usar dessecador) ou no kitassato seco e limpo. 2. Meça a temperatura do líquido. 3. Coloque o béquer no dessecador e cubra o dessecador com a tampa; se for usar kitassato, tampeo com uma rolha. 4. Confira se a vedação da tampa do dessecador está adequada, ou da rolha do kitassato. Se necessário, coloque graxa de silicone na parte esmerilhada do vidro para garantir a vedação. 5. Conecte a mangueira no encaixe da tampa do dessecador, ou na lateral do gargalo do kitassato. 6. Conecte a outra ponta da mangueira no bico de sucção da bomba de vácuo. 7. Ligue a bomba de vácuo. 8. Fique atento para o momento exato em que aparecerem bolhas no líquido, indicando ebulição. Assim que ocorrer ebulição, verifique o manômetro e anote a pressão indicada. 9. Continue observando a ebulição e veja se há uma pressão predominante enquanto a ebulição ocorre. 10. Repita todo o procedimento para o etanol.

6 BSERVAÇÕES E QUESTÕES 1) Anote na tabela abaixo, os valores de pressão interna no momento da ebulição, e de temperatura obtidos no experimento. Acetona Etanol Pressão inicial de ebulição lida diretamente no manômetro (Indicar unidade do manômetro: mmg / atm kg/cm 2 / outras) Pressão estável de ebulição lida diretamente no manômetro (Indicar unidade do manômetro: mmg / atm kg/cm 2 / outras) Redução nominal da pressão em relação à normal atmosférica (Indicar unidade do manômetro: mmg / atm kg/cm 2 / outras) Temperatura do líquido (ºC) 2) Por que a pressão indicada no manômetro, tanto para a ebulição da acetona quanto para a ebulição do álcool será menor que 760mmg? Comente e explique. 3) Por que a pressão indicada no manômetro pode ser considerada a pressão de vapor dos líquidos na temperatura testada? Explique, usando as expressões abaixo: Pressão de vapor Pressão interna ou pressão atmosférica artificial Ebulição Temperatura

7 4) Qual das duas substâncias apresentou maior decréscimo no valor nominal da pressão, em relação à pressão atmosférica normal ambiente? Esse maior decréscimo representa uma maior ou uma menor pressão de vapor? Comente e explique. 5) Caso o experimento seja realizado também com água pura, qual seria o resultado esperado de pressão e de tempo para alcançar a pressão de ebulição? Esses valores seriam maiores ou menores do que os experimentos com acetona e álcool?