Densidade&Solubilidade, Notas de estudo de Química Industrial

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FACEAR - Faculdade Educacional Araucária

Química Aplicada

- Densidade

- Solubilidade

ROGERIO

DAYANE SANTOS

ANDERSON

JULIO

JANAINA

DIRCEU

DENSIDADE E SOLUBILIDADE

Trabalho apresentado à disciplina de Química Aplicada do CST em Processos Químicos 1º Período da Faculdade Educacional de Araucária – FACEAR.

Profº. Davi.

ARAUCÁRIA, 25-03-

OBJETIVO

Este relatório tem por objetivo descrever sobre dois experimentos que envolvem os

temas de Densidade e Solubilidade das substâncias.

1 - INTRODUÇÃO TEÓRICA

1.1 Densidade

a) Conceito

A densidade de sólidos e líquidos, segundo o Sistema Internacional de Unidades é expressa em quilograma por metro cúbico – (Kg/m3). Entretanto, é mais comumente expressa em unidades de gramas por centímetros cúbicos (g/cm3) ou gramas por mililitro (g/ml). A densidade absoluta é uma propriedade específica, isto é, cada substância pura tem uma densidade própria que a identifica e a diferencia das outras substâncias. A densidade relativa de um material é a relação entre sua densidade absoluta e a densidade absoluta de uma substância estabelecida como padrão. No cálculo da densidade relativa de sólidos e líquidos, o padrão usualmente escolhido é a densidade absoluta da água que é igual a 1,000 g cm-3 a 4,0ºC. A densidade de um sólido é em função da temperatura e principalmente da natureza da sua estrutura cristalina, haja vista que os diferentes polifórmos de um composto exibem diferentes densidades.

b) Expressão matemática

Onde: d = densidade; m = massa da solução; V = volume da solução, dada em l ou ml.

c) Unidade: g/l ou g/ml.

d) Significado A densidade indica a massa, em gramas, encontrada num litro ou mililitro de solução. Exemplos:

• Uma solução de densidade 1 g/ml possui massa de 1 g por ml de solução, ou seja 1 ml de solução apresenta massa igual a 1 g.
• Uma solução de densidade 980 g/l possui massa 980 g por 1 l de solução, ou seja, 1 l de solução apresenta massa igual a 980 g.

1.2 Solubilidade A solubilidade é a propriedade que as substâncias têm de se dissolverem espontaneamente numa outra substância denominada de solvente. A quantidade de substância que se dissolve em determinada quantidade de solvente varia muito de substância para substância. O álcool, por exemplo, possui solubilidade infinita em água, pois água e álcool se mistura em qualquer proporção. Grande parte as substâncias, por sua vez, possui solubilidade limitada, ou são insolúveis.

a) Coeficiente de solubilidade O coeficiente de solubilidade é a quantidade de soluto necessária para saturar uma quantidade padrão de solvente a uma determinada temperatura. O coeficiente de solubilidade geralmente é expresso em gramas por 100 gramas ou 1000 gramas de solvente. Quando o coeficiente de solubilidade é muito pequeno, como do AgCl, diz-se que a substância é insolúvel. Quando o soluto e o solvente são

b) Soluções líquidas: soluções de álcool; c) Soluções gasosas: ar atmosférico.

Quanto ao estado físico do soluto e do solvente a) Soluções sólido-sólido: liga metálica ouro-prata; b) Soluções sólido-líquido: sal e água; c) Soluções líquido-líquido: álcool e água; d) Soluções gás-líquido: gás carbônico nos refrigerantes; e) Soluções gás-gás: ar atmosférico.

Quanto à natureza do soluto a) Soluções iônicas ou eletrolíticas São soluções nas quais o soluto forma íons quando se encontra em solução. As substâncias que sempre formam soluções iônicas, são os ácidos, bases e sais, quando forem solúveis. Exemplo:

As soluções destas substâncias, devido à formação de íons, são capazes de conduzir a corrente elétrica, sendo, por isso, determinadas de soluções eletrolíticas.

1.3 Polaridade

A polaridade de uma molécula refere-se às concentrações de cargas da nuvem eletrônica em volta da molécula. É possível uma divisão em duas classes distintas: moléculas polares e apolares.

Moléculas polares possuem maior concentração de carga negativa numa parte da nuvem e maior concentração positiva em outro extremo. Nas moléculas apolares, a carga electronica está uniformemente distribuída, ou seja, não há concentração.

A concentração de cargas (em moléculas polares) ocorre quando os elementos ligantes possuem uma diferença de eletronegatividade. Esta diferença significa que um dos átomos (o de maior eletronegatividade) atrai os elétrons da nuvem com maior força, o que faz concentrar neste a maior parte das cargas negativas.

As ligações de dois átomos diferentes normalmente resulta em polarização (moléculas polares), já que os átomos possuirão eletronegatividades diferentes, como H2O, NH3 ou HF, embora, dependendo da distribuição dos átomos pela molécula, essas ligações não resultariam em polarização, como é o caso do CO2 e do CH4.

A eletronegatividade varia da esquerda para direita e de baixo para cima na tabela periódica.

Ligação de dois átomos iguais resulta em moléculas apolares. Ex: O2, N2, Cl2. Mas não é necessário serem dois átomos iguais para haver apolaridade, como por exemplo dos compostos alcanos

Para saber se a molécula é polar ou apolar pode ser feito através do cálculo no nox das partículas.

Ex.: H2O = nox do H = 1 x 2 = 2; nox do O = 2, se nox das partículas for igual = POLAR

Ex².:CO2 = nox do C = 4; nox do O = -2 x 2 = -4; nox diferente = APOLAR

Ex³.:NH3 = nox do N = 3; nox do H = 1x3 =3; nox igual = POLAR

A melhor forma para identificar se a molécula é polar ou apolar é através do calcúlo do μ (mi), se ele for igual a zero a molécula é apolar e se for diferente de zero será

polar, o calcúlo do μ será feito através dos vetores de acordo com a geometria molecular e a eletronegatividade de cada substância; o vetor sai sempre do menos eletronegativo ao mais eletronegativo :

Ex.: C - CL4 sua geometria é tetraédrica, assim os vetores irão do C ao CL formando quatro vetores para diagonal, fazendo a soma deles dara dois, apontando em direções opostas, assim dando μ=0, sendo uma molécula apolar. Ex².: H - CL geometria linear, o vetor sai do H ao CL, tendo portanto μ diferente de 0, portanto molécula polar.

1.4 Miscibilidade

É a habilidade de duas ou mais substâncias misturarem entre si e formarem uma ou mais fases, ou seja, mistura é o conjunto de duas ou mais substâncias puras. Quando duas substâncias são insolúveis, elas formam fases separadas quando misturadas; o melhor exemplo conhecido disto é a mistura óleo-água. Por outro lado, a água e o álcool etílico são solúveis em quaisquer proporções, enquanto que algumas outras combinações de substâncias são parcialmente solúveis; por exemplo, se colocarmos sal de cozinha em água além de uma certa quantia, parte do sal precipita-se no fundo da vasilha na forma sólida, embora este exemplo seja de uma solução, mas que não deixa de ser um tipo de mistura, nesse caso, heterogênea, pois o excesso de sal não reagiu com a água.

A solubilidade é em parte uma função da entropia e, por isso, é visto mais usualmente em estados da matéria que são mais entrópicos. Gases solubilizam-se quase que imediatamente, enquanto que sólidos raramente são solúveis por completo. Duas exceções úteis à esta regra são as soluções sólidas de cobre com níquel (o cuproníquel, usado em moedas e, especialmente, em encanamentos) e as de silício com germânio (usada em Eletrônica). Substâncias com entropia configuracional extremamente baixas, especialmente polímeros, dificilmente dissolvem-se entre si, mesmo no estado líquido. Isso quer dizer que não se pode jamais confundir "Misturar" com "Dissolver". Água e óleo se misturam (mistura heterogênea), mas não se dissolvem.

2 - MATERIAIS E REAGENTES

3.1 - 1º Experimento: Densidade de sólidos

• Foi feito pelo grupo a escolha de três peças de metais para calcularmos a densidade, sendo:
• 01 (Uma) peça de Ferro (Fe)
• 01 (Uma) peça de Alumínio (Al)
• 01 (Uma) peça de Cobre (Cu).
• Depois de escolhido foi pesado em uma balança de precisão as três peças nos fornecendo as seguintes massas: **- Ferro (Fe)------ 3,9976g
• Alumínio (Al)—7,9787g
• Cobre (Cu).---- 7,8504g**
• O grupo se reuniu na bancada:

Ferro (Fe)- Com o auxilio de uma pisseta colocamos 51 ml água na proveta de 100ml e dispensamos a peça de Ferro (Fe) com massa de 3,9976g dentro da proveta. Verificamos o volume de água deslocada após dispensar a peça de Ferro(Fe), subtraímos então o volume final 53 ml do volume inicial 51ml e anotamos.

Alumínio (Al)- Com o auxilio de uma pisseta colocamos 40 ml água na proveta de 100ml e dispensamos a peça Alumínio(Al) com massa de 7,9781 dentro da proveta. Verificamos o volume de água deslocada após dispensar a peça de Ferro(Fe), subtraímos então o volume final 42ml do volume inicial 40ml e anotamos. 1 Cobre (Cu)- Com o auxilio de uma pisseta colocamos 51 ml água na proveta de 100ml e dispensamos a peça de Cobre(Cu) com massa de 7,8504 dentro da proveta. Verificamos o volume de água deslocada após dispensar a peça de Ferro(Fe), subtraímos então o volume final 36 ml do volume inicial 35ml e anotamos.

• Nas três analises depois de medirmos o volume dispensamos a água na pia e guardamos as peças e vidrarias em seus devidos locais.

Obs.: Experimento realizado em temperatura ambiente entre 20 a 30ºC.

3.2 - 2º Experimento: Solubilidade

Efetuamos a verificação de solubilidade em água(H2O) dos seguintes compostos:

Alcool, Acetona, Acetato de etila, Acido cético, Clorofórmio e Querosene.

1- Álcool: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos 2ml de

H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de álcool e visualizado e anotado

a reação.

2- Acetona: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos 2ml de

H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de acetona e visualizado e anotado

a reação.

3- Acetato de etila: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos

2ml de H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de acetato de etila e

visualizado e anotado a reação.

4- Acido cético: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos 2ml

de H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de ácido cético e visualizado e

anotado a reação.

5- Clorofórmio: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos 2ml

de H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de clorofórmio e visualizado e

anotado a reação.

6- Querosene: Com auxilio de pipeta graduada 5ml com pêra 3 vias dispomos 2ml de

H2O em um tubo de ensaio, após pipetamos 2ml de querosene e visualizado e

anotado a reação.

• Após as 06 analises dispensamos a solução resultante e guardamos as vidrarias em seus devidos locais.

Obs.: Experimento realizado em temperatura ambiente entre 20 a 30ºC.

4 – RESULTADO E DISCUSSÕES ((Explique baseado na literatura))

4.1 - 1º Experimento: Densidade de sólidos

Ferro (Fe)- Utilizamos (((Utilizou-se))) o volume deslocado de água dentro da proveta que resultou em 2ml (no caso do Fe) e aplicamos conforme abaixo:

AGUA + ACETONA HOMOGENEA

ÁGUA + ACETATO DE ETILA HOMOGENEA

AGUA + ACIDO CÉTICO HOMOGENEA

ÁGUA + CLOROFORMIO HETEROGENEA

AGUA + QUEROSENE HETEROGENEA

1- (^) Verificamos o resultado da mistura do álcool (CH 3 OH) com a água (H 2 O) visualizamos apenas uma fase, classificamos esta mistura como Homogênea. Encontramos na literatura a formula estrutural da mistura (H3C-H2C-OH), e que o resultado da mistura do alcool com a água denomisa-se comercialmente etanol, álcool hidratado ou álcool anidro utilizado como combustível de veículos automotores. Esta substância contém uma ligação polar O-H tal como a água. Isto permite à molécula fazer ligações intermoleculares com a água.

2- Verificamos o resultado da mistura da acetona (H 3 C(CO)CH 3 ) com a água (H 2 O) e visualizamos apenas uma fase, classificamos esta mistura como Homogênea por que água e acetona ambas são substâncias polares e miscíveis. Esta substância contém uma ligação polar O-H tal como a água. Isto permite à molécula fazer ligações intermoleculares com a água.

3- Verificamos o resultado da mistura do acetato de etila (CH 3 COOCH 2 CH 3 ) com (H 2 O) e visualizamos apenas uma fase, porém a mistura gerou calor devido o acetato ter baixa solubilidade em água e diferença de polaridade. Esta substância contém uma ligação polar O-H tal como a água. Isto permite à molécula fazer ligações intermoleculares com a água.

4- Verificamos o resultado da mistura de ácido cético (CH 3 COOH) com (H 2 O) e visualizamos apenas uma fase, classificamos esta mistura como Homogênea por ter mesma polaridade. Esta substância contém uma ligação polar O-H tal como a água. Isto permite à molécula fazer ligações intermoleculares com a água.

5- Verificamos o resultado da mistura do Clorofórmio (CHCl 3 ) com a água (H 2 O) e visualizamos duas fases, uma mistura Heterogênea. À 25ºC, a solubilidade do clorofórmio em água é 7,43 g/L. Ou seja, se um litro de mistura de água + clorofórmio tiver mais que 7,43 g de clorofórmio, então a mistura vai ser heterogênia; caso contrário será homogênia. Vale observar, no entanto, que uma solubilidade de 7,43 g/L é muito baixa, de maneira geral. Assim, pode-se dizer que o par água+clorofórmio forma uma mistura heterogenia. Essa pouca miscibilidade reside no fato do clorofórmio ser uma substância de baixa polaridade, enquanto a água é justamente o contrário. Apesar de ambos serem um líquido incolor, ao adicionar um no outro forma-se uma interface entre cada uma das fases, e observa-se diretamente a presença de duas

fases. Por diferença de densidade o clorofórmio (1,48 g/cm3) ficou em baixo enquanto a água (1,00 g/cm3) ficou em cima.

6- Verificamos o resultado da mistura de Querosene (O querosene é um composto formado por uma mistura de hidrocarbonetos alifáticos, naftalênicos e aromáticos, com faixa de destilação compreendida entre 150ºC e 239ºC. O produto possui diversas características específicas como uma ampla curva de destilação não sendo possível uma fórmula especifica), porém é uma substância apolar que obviamente não é miscível com a água (polar), observa-se claramente a presença de duas fases. Por diferença de densidade o querosene (0,8 g/cm3) ficou sobre a água (1,00 g/cm3).

Discussões:

Verificamos que a temperatura e a quantidade de solvente/soluto é um fator que influi diretamente no resultado da mistura, no nosso experimento utilizamos a proporção de 1/1, discutimos o fato de alterar estas temperaturas e proporções em uma próxima oportunidade.

5 – CONCLUSÃO

No experimento de densidade concluímos que houveram diferenças encontradas

pelo grupo em laboratório com a encontrada na literatura, atribuímos o fato à

precisão dos equipamentos utilizados, composição dos materiais e também ao fato

de que a densidade na literatura trata-se de compostos puros, por isso a densidade

encontrada não é a absoluta e sim a relativa haja vista também que a variação dos

valores encontrados interfere diretamente no cálculo e altera o resultado.

http://www.seara.ufc.br/sugestoes/quimica/quimica024.htm

http://educar.sc.usp.br/ciencias/quimica/qm1-2.htm

http://br.geocities.com/quimica2001br/soft/quimica/

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