AULA PRÁTICA DE QUÍMICA GERAL Estudando a água parte 31

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1 AULA PRÁTICA DE QUÍMICA GERAL Estudando a água parte 31 9º NO DO ENSINO FUNDAMENTAL - 1º ANO DO ENSINO MÉDIO OBJETIVO 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. INTRODUÇÃO Como vimos nas partes anteriores, a pressão de vapor é uma grandeza importante para exprimir a volatilidade dos líquidos, mas, isoladamente, não explica as causas da intensidade das forças intermoleculares envolvidas. É importante que o estudante entenda que o estudo das forças intermoleculares permite não somente comparar, mas, principalmente, explicar a volatilidade dos líquidos. Além disso, é o aprofundamento nesse conteúdo que permite explicar também o porquê de uma substância poder se misturar em outra, enquanto outras, não se misturam. É sabido que os óleos em geral não se misturam com água, ou, em outras palavras, formam misturas heterogêneas. É frequente as pessoas se enganarem na explicação da causa desse fenômeno, atribuindo-o às diferenças de densidade entre os óleos e a água. Errado! A densidade explica qual das substâncias fica abaixo, no fundo do recipiente, e qual fica acima, flutuando; mas não explica por que não são miscíveis. As substâncias orgânicas em geral, quando possuem moléculas muito grandes e com poucos grupos muito polares como FH, OH, e NH adicionados à molécula, possuem polaridade baixa, insuficiente para que tenham solubilidade boa em água. Azeite de oliva Um dos óleos mais saudáveis para a alimentação humana, também insolúvel em água. Disponível (acesso: ):

2 Representação da molécula de ácido oleico (C 18H 34O 2). Esse óleo é importante na nutrição humana e na indústria de cosméticos; é obtido a partir da hidrólise de gorduras animais e de vários óleos vegetais, como soja, uva e palma. Apenas o lado direito da fórmula, onde estão os átomos de oxigênio, é polar; em especial o grupo OH. Todo o restante da molécula é apolar, possuindo apenas carbono (C) e hidrogênio (H), cuja polaridade leve das ligações covalentes em ângulos iguais, geram vetores que se anulam. Disponível (acesso: ): Os fatores estruturais da molécula do ácido oleico que o tornam insolúvel em água, portanto, é o maior tamanho da parte apolar da molécula, que deixa a parte muito polar (COOH), embora presente, pouco significativa. Mas, e se considerarmos outro ácido carboxílico de molécula bem menor? É o caso do ácido acético (CH3COOH), principal componente do vinagre, que também é um ácido carboxílico (R-COOH), cuja diferença em relação ao ácido oleico é exatamente o tamanho da parte apolar, de apenas 1 carbono; enquanto a parte apolar do ácido oleico tem 17 carbonos. Ora, o vinagre é, na verdade, uma mistura homogênea de ácido acético e água, produto da fermentação do vinho; portanto, o ácido acético é bastante solúvel em meio aquoso. No caso do ácido acético, a parte muito polar exerce uma maior influência na polaridade geral da molécula, do que no ácido oleico. Ácido acético ou ácido etanoico, pela nomenclatura oficial. Disponível (acesso: ): Forças intermoleculares e as misturas Se as forças intermoleculares são importantes para determinar se uma substância dissolve ou não na água, é porque há grande interação entre as moléculas das substâncias que se misturam, depois que a mistura é feita de forma homogênea. Sabemos que um óleo não dissolve na água porque suas moléculas não possuem polos elétricos suficientemente fortes para interagir com os polos das moléculas de água. Por isso, as moléculas de água preferem ficar ligas entre si, pois a atração entre elas, sem realizar a mistura, ainda é maior.

3 Mas, quando a mistura acontece de fato, de forma homogênea, podemos dizer que pelo menos uma das substâncias envolvidas conseguiu um aumento nas forças de atração entre as moléculas, ficando mais atraídas na mistura do que quando estavam puras. Assim, para as substâncias que se misturam bem, significa houve um ganho na atração entre elas. Cátion sódio (Na+), um dos íons do sal de cozinha, dissolvido em água. Os polos negativos das moléculas de água ficam atraídos pelo íon positivo, envolvendo-o. O mesmo acontece com o íon negativo, porém com as moléculas de água viradas com o polo positivo. As novas forças de atração envolvidas são chamadas de íon-dipolo ou íon-molécula. Disponível (acesso: ): Arrume seu quarto! Entropia e estabilidade Quando a mistura ocorre, podemos dizer que há um aumento na estabilidade das substâncias envolvidas, não só pelo aumento da atração entre as partículas, mas também pelo aumento da entropia, ou seja, da desordem do sistema. Essa desordem significa que as moléculas de soluto ficaram mais espalhadas e difundidas pelo solvente, ficando ambos mais dispersos pelo volume da mistura. A entropia é uma tendência natural de todos os sistemas na Natureza. Toda vez que a entropia ou desordem aumenta, há uma perda de energia do sistema, que por sua vez se torna mais estável. Por isso, é sempre mais fácil misturar, desorganizar e dispersar aleatoriamente, do que classificar, separar, isolar e organizar qualquer coisa que seja. E, pior ainda, manter assim por muito tempo! Você deve saber o trabalho que dá para organizar todas as coisas do seu quarto, e do quanto é mais fácil desorganizar todas elas novamente! Podemos dizer, matemática e cientificamente, que aquilo que é mais fácil é também mais provável ; e, portanto, contém menos energia e é mais estável. Por isso, da próxima vez que sua mãe reclamar da desordem do seu quarto, diga para ela que a entropia é uma tendência natural do universo. Ela vai entender! Mais exemplos: 1) imagine que você tem um cofrinho, onde guarde moedas de valores variados. Qual é a probabilidade matemática de, um dia, você abrir o cofrinho e elas estarem organizadas por valor? 2) quantas vezes você teria que embaralhar aleatoriamente as cartas de um baralho, para que elas se apareçam organizadas por naipe ou por ordem numérica? Assim, é matematicamente mais provável, para qualquer sistema, que ele esteja desorganizado. Essa maior probabilidade significa que o sistema será mais estável, com menor energia, quando estiver desorganizado.

4 No caso das misturas, é claro que, se as partículas das substâncias envolvidas estão mais unidas e mais dispersas (desorganizadas), o novo sistema é mais estável do que as substâncias puras em separado. Com essas novas características, certamente há mudanças significativas em algumas propriedades físicas da mistura. E a pressão de vapor é uma delas. EXPERIMENTO Alterando a pressão de vapor por adição de soluto não volátil MATERIAL A) 1L de água destilada. Obs.: não pode ser feito com água de torneira, filtrada ou outra. B) Cloreto de sódio (NaCl) P.A. ou sal de cozinha. C) Balança de precisão. D) Vidro relógio. E) Bastão de vidro. F) Béquer de 500mL. G) Funil de vidro de haste longa. H) Balão volumétrico de 500mL. I) Garrafa lavadeira com água destilada. J) Caneta ou pincel para vidro. K) Folha de papel branco e caneta. L) Dois balões de vidro de 1L idênticos, bem limpos e secos, com tampa. Obs.: Podem ser balões de destilação ou balões volumétricos. M) Câmera fotográfica ou aparelho celular com câmera. PROCEDIMENTO Preparando uma solução 6% em massa. 1. Dissolva 32g de sal de cozinha em aproximadamente 250mL de água destilada em um béquer de 500mL, misturando com um bastão até total dissolução. 2. Transfira a mistura para um balão volumétrico de 500mL. 3. Complete o volume do balão com água destilada exatamente até o menisco. 4. Tampe e agite o frasco para homogeneizar. PROCEDIMENTO Preparação do experimento. 5. Transfira, lenta e cuidadosamente, a solução salina para o balão de 1L com o auxílio de um funil de haste longa, para evitar molhar as paredes do balão.

5 6. Sem balançar ou inclinar o frasco, identifique o balão com a letra M de mistura, logo abaixo do nível do líquido. 7. Transfira 500mL de água destilada para o outro balão de 1L. Sem balançar ou inclinar o frasco, identifique o balão com a letra A de água, logo abaixo do nível do líquido. 8. Tampe os dois frascos com rolha de borracha ou rolha de vidro esmerilhado. Garanta que os frascos ficarão totalmente vedados. Se necessário, coloque graxa de silicone na superfície esmerilhada do vidro, para garantir a vedação. PROCEDIMENTO Teste. 8. Cuidadosamente, sem inclinar os frascos para não molhar as laterais, coloque os dois balões lado a lado sobre uma mesa ou estante estável e firme, onde possam ficar por alguns dias, sem que outras pessoas mexam ou esbarrem. Coloque um aviso junto dos frascos, para alertar os outros usuários do laboratório. 9. Escreva a data de início do experimento em um pedaço de papel branco e coloque-o na posição vertical, apoiado nos frascos. Fotografe bem de perto a parte seca das paredes do frasco, acima do nível do líquido; de maneira que a foto seja capaz de registrar qualquer impureza, gotas ou superfície embaçada no vidro. Foque também a identificação do frasco e a data. 10. Repita a observação e as fotos das paredes dos dois frascos, da forma como indicada no item 9, por pelo menos mais três vezes, nos dias seguintes, consecutivos ou não. Se possível, faça fotos em dias mais quentes e mais frios. 11. Organize as fotos em ordem cronológica em um programa de manipulação de imagens do seu tablet ou computador, de modo que possa fazer aproximação (zoom) de cada imagem e observar detalhes pequenos. Você pode organizar as imagens em um arquivo específico para apresentação para os colegas. OBSERVAÇÕES E QUESTÕES 1) Comparando as fotos das paredes dos dois frascos, qual a principal diferença entre elas? Comente.

6 2) Depois de alguns dias após fechado, é normal que um frasco contendo um líquido qualquer atinja um estado de equilíbrio entre a quantidade de moléculas que estão no estado líquido e as moléculas de vapor desse líquido. Dizemos que a velocidade de evaporação (líquido para vapor) e de condensação (vapor para líquido) se igualam. Mas, esse equilíbrio depende da temperatura ambiente, que pode variar de um dia para outro, e mesmo em horários diferentes do mesmo dia. A cada temperatura, há um novo equilíbrio. Mas, é comum que uma parte do vapor condense na superfície interna do frasco, embaçando o vidro. Explique porque as paredes do frasco com água destilada se apresentam mais embaçadas que as paredes do frasco contendo a solução salina, no mesmo dia e horário, usando as expressões: Atração entre partículas Solvente Soluto Pressão de vapor Evaporação Condensação Temperatura Força íon-dipolo Ligações de hidrogênio 3) Qual dos dois frascos tende a apresentar o ar interno mais úmido? Comente e explique.