Preparação de Soluções

Colégio Paulo VI Preparação de Soluções TÉCNICAS LABORATORIAIS DE QUÍMICA I Ana Filipa Sousa nº2 10ºA Abril 2002

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ÍNDICE Nomenclatura 4 1. Introdução x 2. Teoria e Método x 3. Material x 4. Produtos x 5. Procedimento Experimental x 6. Dados Experimentais / Observações x 7. Equação Química x 8. Cálculos / Resultados x 9. Crítica x 10. Conclusões e Recomendações x 11. Bibliografia x 3

NOMENCLATURA Símbolo Significado Unidades utilizadas m Massa g V Volume cm 3 / dm 3 c Concentração mol dm -3 c mássica Concentração em massa g dm -3 % (m/v) Percentagem massa por volume - 4

1. INTRODUÇÃO Este trabalho teve como objectivo a preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio, e de outra a partir desta, bem como a determinação das respectivas concentrações. 5

2. TEORIA E MÉTODO SOLUÇÕES A maioria dos materiais que nos rodeiam são misturas de substâncias dispersas umas nas outras. A substância que existe em maior quantidade na mistura é designada por dispersante e a que existem em menor quantidade tem o nome de disperso. As dispersões classificam-se consoante o tamanho médio das partículas que constituem a fase dispersa: - soluções verdadeiras quando o tamanho médio das partículas é inferior a 1 nm. - soluções coloidais quando o tamanho médio das partículas está entre 1 nm e 100 nm. - suspensões quando o tamanho médio das partículas é superior a 100 nm. SOLUÇÕES VERDADEIRAS Entende-se por uma solução verdadeira, ou simplesmente solução, a mistura homogénea de duas ou mais substâncias. Consoante se apresentam em cada um dos três estados físicos, as soluções designam-se por: - sólidas por exemplo, as ligas metálicas (ouro comercial, aço, bronze). - líquidas por exemplo, cloreto de sódio em água e iodo em tetracloreto de carbono. - gasosas como, por exemplo, o ar. Do ponto de vista químico, as que têm mais importância são as que se apresentam no estado líquido. Estas resultam da mistura de dois líquidos, de um líquido com um sólido ou de um gás com um líquido. Dá-se o nome de soluto à fase dispersa e de solvente à fase dispersante. Soluções aquosas são as soluções líquidas em que o solvente é a água. 6

As soluções são caracterizadas principalmente pela sua composição, que determina a natureza dos componentes (composição qualitativa) e a sua proporção relativa (composição quantitativa). COMPOSIÇÃO QUANTITATIVA DE UMA SOLUÇÃO Concentração, c B ou [B], é a razão entre a quantidade de soluto n B e o volume de solução V. c nb V ou B = [ ] V B = n B Concentração em massa, c mássica B, é a razão entre a massa de soluto m B e o volume de solução V. c mássica = B m V B Percentagem massa por volume, % (m/v), é a razão entre a massa de soluto m B, em g, e o volume de solução V, em ml, expressa em percentagem. mb %( m / V) = V x100 SOLUÇÕES COLOIDAIS Entende-se por solução coloidal, ou simplesmente colóide, a mistura de duas ou mais substâncias que apresenta um aspecto homogéneo, mas na qual, quando observada por um ultramicroscópio, é possível distinguir as partículas que constituem a fase dispersa. Pode considerar-se a solução coloidal como um estado intermédio entre a solução verdadeira (homogénea) e a suspensão (heterogénea). Os colóides têm a propriedade de ficar retidos numa membrana semipermeável, de porosidade adequada (celofane, bexiga animal), quando introduzida numa solução. Este processo designa-se por diálise. 7

PROPRIEDADES DOS COLÓIDES Efeito Tyndall O efeito Tyndall consiste na difusão da luz visível pelas partículas coloidais. Assim, ao fazer incidir uma luz lateral forte numa solução coloidal, consegue-se observar as partículas dispersas na mistura. Este efeito é mais acentuado nos colóides liófobos. Este fenómeno tem paralelo com o facto de um feixe luminoso, ao atravessar uma sala escura, se tornar visível por encontrar as partículas em suspensão no ar. SUSPENSÕES Dá-se o nome de suspensão a uma mistura heterogénea de partículas sólidas num líquido. Consegue-se, por isso, observar as partículas do disperso à vista desarmada. São exemplos o enxofre em água ou a farinha em água. A sedimentação das partículas é um fenómeno que ocorre naturalmente e que pode ser tornado mais rápido ao sujeitar a mistura a uma centrifugação. PREPARAÇÃO DE SOLUÇÕES A preparação de soluções requer alguns cuidados. Estes estão directamente relacionados com a solubilidade limitada da maioria das substâncias, a mudança de volume da mistura e a alteração da temperatura da mistura. É conveniente, sempre que se preparam soluções desconhecidas, consultar tabelas com dados de solubilidade. Evita-se assim o inconveniente de obter soluções turvas ou com duas fases, devido à adição não adequada da quantidade de soluto. Durante a adição de soluto ao solvente, pode ocorrer variação do volume final da mistura; por exemplo, se adicionarmos 100 ml de água a 50 ml de etanol, o volume final não será 150 ml. A fim de evitar a preparação de soluções cuja concentração pode não ser a desejada, deve evitar-se medir separadamente o volume de soluto e de solvente, misturando-os em seguida. 8

O procedimento a seguir consiste em medir a quantidade de soluto, adicionando este a uma porção de solvente, dentro de um balão volumétrico. Procede-se em seguida à mistura dos dois materiais, completando por fim o volume do balão com o solvente. Quando se forma uma solução, o processo é frequentemente acompanhado de libertação de calor. Em alguns casos, como o ácido sulfúrico e o hidróxido de sódio, a libertação de calor pode ser suficiente para quebrar o recipiente. Nestas situações são necessárias precauções especiais que compreendem a adição vagarosa e parcelar do soluto ao solvente com agitação cuidada e constante. Material utilizado neste trabalho: BALÃO VOLUMÉTRICO É um recipiente de vidro que se utiliza para preparar soluções de composição quantitativa conhecida ou para a diluição de soluções a volumes previamente determinados. Os balões volumétricos têm a indicação da respectiva capacidade para uma determinada temperatura, normalmente 20 ºC, pelo que nunca podem ser aquecidos ou usados com líquidos quentes. A preparação de soluções a partir de sólidos requer cuidados especiais. A dissolução do sólido pode ser exotérmica ou, pelo contrário, ser facilitada por aquecimento, devendo, pela razões apontadas, ser realizada num copo de precipitação por adição de um volume de solvente inferior à capacidade do balão (cerca de metade). Só depois de a solução ser arrefecida até à temperatura ambiente é que deve ser transferida para o balão usando uma vareta e um funil. O copo de precipitação e o funil devem ser lavados com porções de solvente que serão transferidas para o balão. Em seguida, e com o balão rolhado, inverte-se várias vezes para homogeneizar. 9

Adiciona-se mais solvente até próximo da marca, agita-se de novo e, por adição de solvente gota a gota, completa-se o volume levando a solução até ao traço de referência. 10

3. MATERIAL 1 - Preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio - balão volumétrico de 500 ml - copo de precipitação - espátula - funil - rótulo - vareta de vidro - balança - esguicho 2 Preparação de uma solução de permanganato de potássio a partir de outra de composição conhecida - balão volumétrico de 100 ml - copo de precipitação - funil - pipeta de 10 ml - pompete - vareta de vidro - esguicho 11

4. PRODUTOS 1 - Preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio - água destilada - permanganato de potássio 2 Preparação de uma solução de permanganato de potássio a partir de outra de composição conhecida - água destilada - solução de permanganato de potássio preparada na experiência 1 12

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1 - Preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio Mediu-se num copo de precipitação 0,79 g de permanganato de potássio; Dissolveu-se o sólido no copo de precipitação com um pouco de água destilada; Transferiu-se a solução para o balão volumétrico de 500 ml; Lavou-se repetidas vezes o copo com água destilada, adicionando as águas de lavagem ao conteúdo do balão; Rolhou-se o balão e inverteu-se várias vezes, agitando a solução para promover a homogeneização; Adicionou-se água destilada directamente com o esguicho até completar o volume; Rotulou-se o balão volumétrico. 2 Preparação de uma solução de permanganato de potássio a partir de outra de composição conhecida Transferiu-se um pouco da solução para um copo de precipitação; Mediu-se com a pipeta 10,0 ml de solução para o balão volumétrico; Adicionou-se água destilada, homogeneizou-se a solução e completou-se o volume. 13

6. DADOS EXPERIMENTAIS / OBSERVAÇÕES 1 - Preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio - O permanganato de potássio é um sal roxo, quase negro. A sua solubilidade é grande na água, pelo que não foi necessário aquecimento para o dissolver. - Ao acrescentar o solvente, o sal dissolveu-se, ganhando a solução uma cor arroxeada; à medida que se adicionava mais água, a solução foi se tornando cada vez mais diluída. - O líquido era fortemente corado e de menisco côncavo (devido à intensa coloração da solução, não foi possível observar o menisco com nitidez). Dados: m = 0,79 g V = 500 ml = 0,500 dm 3 M (KMnO 4 ) = 158 g mol -1 2 Preparação de uma solução de permanganato de potássio a partir de outra de composição conhecida - À medida que se foi acrescentando água, a solução foi se tornando cada vez mais clara e diluída. - A solução com menos concentração (mais diluída) apresentava-se mais clara que a solução com mais concentração (menos diluída). Dados: V retirado do balão de 500 ml = 10,0 ml = 0,0100 dm 3 V balão = 100 ml = 0,100 dm 3 14

7. EQUAÇÃO QUÍMICA Dissolução do permanganato de potássio KMnO 4 (s) + H 2 O (l) K + (aq) + MnO 4 - (aq) + H 2 O (l) 15

8. CÁLCULOS / RESULTADOS 1 - Preparação de uma solução aquosa de permanganato de potássio Cálculo da concentração em massa m = 0,79 g V = 500 ml = 0,500 dm 3 c mássica =? m 0,79 c mássica = <=> cmássica = <=> cmássica = 1,6g / dm V 0,500 3 Cálculo da concentração m = 0,79 g V = 500 ml = 0,500 dm 3 M (KMnO 4 ) = 158 g mol -1 c =? m 0,79 n 3 c = <=> c = M <=> c = 158 <=> c = 0,010mol / dm V V 0,500 2 Preparação de uma solução de permanganato de potássio a partir de outra de composição conhecida Cálculo da concentração em massa V retirado do balão de 500 ml = 10,0 ml = 0,0100 dm 3 c mássica = 1,6 g dm -3 m =? m cmássica = <=> m = cmássicaxv <=> m = 1,6x0,0100 <=> m = V 0,016g V balão = 100 ml = 0,100 dm 3 m = 0,016 g c mássica =? m 0,016 c mássica = <=> cmássica = <=> cmássica = 0,16g / dm V 0,100 3 16

Cálculo da concentração m = 0,016 g V = 100 ml = 0,100 dm 3 M (KMnO 4 ) = 158 g mol -1 c =? c = n V <=> c = m M V <=> c = 0,016 158 0,100 <=> c = 1,0x10 3 mol / dm 3 Cálculo da percentagem massa por volume m = 0,016 g V = 100 ml % (m/v) =? m 0,016 %( m / V) = x100 <=> %(m / V) = x100 <=> %(m / V) = 0,016% V 100 17

9. CRÍTICA A preparação de ambas as soluções foi bem sucedida. No decorrer da experiência não ocorreram erros que pudessem interferir com os resultados. Foi possível preparar a solução de permanganato de potássio segundo as quantidades e procedimento previstos. A segunda solução, preparada a partir da diluição de um determinado volume da primeira também correu segundo o que estava previsto, havendo apenas o ligeiro inconveniente de não ter sido possível rolhar o balão. 18

10. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Esta experiência foi bem sucedida. O permanganato de potássio é um sal com grande solubilidade em água, pelo que não foi necessário aquecimento para facilitar a dissolução. Obtiveram-se duas soluções de permanganato de potássio, a diferentes concentrações, tendo-se obtido a segunda a partir da diluição de um determinado volume da primeira. Quanto menor a concentração da solução, mais clara e diluída esta se torna. Concentração Cor Solução 1 Maior Roxo escuro Solução 2 Menor Roxo claro CONCENTRAÇÕES OBTIDAS mol dm-3 g dm-3 % (m/v) Solução 1 0,010 1,6 - Solução 2 1,0 x 10-3 0,16 0,016 % 19

11. BIBLIOGRAFIA Pinto, Helena Castro, Carvalho, Maria de Jesus, Fialho, Maria Margarida; Técnicas Laboratoriais de Química I; Texto Editora; Diciopédia 2000; Porto Editora 20