relatório compostos e misturas, Provas de Engenharia de Materiais

Baixe relatório compostos e misturas e outras Provas em PDF para Engenharia de Materiais, somente na Docsity!

UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE – UNESC

ENGENHARIA DE MATERIAIS

Nota: 10, RODRIGO DONATO GREGORIO ROCHA

ELEMENTOS, COMPOSTOS E MISTURAS.

CRICIÚMA, 2009

RODRIGO DONATO GREGORIO ROCHA

ELEMENTOS, COMPOSTOS E MISTURAS.

Relatório apresentado à disciplina Química Experimental I do Curso de Engenharia de Materiais ministrada pelo professor Erlon Mendes.

CRICIÚMA, 2009

1 INTRODUÇÃO

Matéria, conceito indispensável nos estudos de Química e Física, são algo difícil de ser definido com precisão. Sinteticamente, matéria é tudo o que possui massa e ocupa espaço.

Na linguagem diária, uma “substância” é simplesmente outra denominação para matéria. Entretanto, em química, substância é uma forma simples e pura da matéria. Tecnicamente, esta é subdividida em duas: substância e mistura, sendo, portanto substância um tipo de matéria, e não ela própria.

A Química trata das propriedades da matéria e das transformações que esta sofre. Define-se “propriedades da matéria” como sendo as suas diferentes características.

As propriedades são usadas para “descrever” a matéria. Ao descrevermos uma pessoa, por exemplo, referimo-nos às suas propriedades: sua altura, aparência, disposição, habilidades, qualidades e defeitos. Da mesma forma, todas as espécies de matéria apresentam propriedades, e do mesmo modo que alguém pode ser identificado pela relação de suas propriedades, qualquer espécie de matéria pode ser determinada através de suas características.

Substâncias e misturas são identificadas e diferenciadas analisando-se as suas propriedades.

Através dos relatos experimentais presentes neste, algumas destas propriedades, importantes para a identificação de uma “substância”, são demonstradas de forma prática. 0,

2 OBJETIVOS

Os experimentos relatados neste tem como objetivo:

• Identificar e diferenciar uma substância pura e uma mistura;
• Classificar os tipos de substâncias puras e misturas;
• Diferenciar propriedades físicas e químicas, e utilizá-las para classificar uma substância;
• Diferenciar mistura homogênea e heterogênea, identificando as suas respectivas características;
• Demonstrar a formação e decomposição de compostos através de experimentos práticos e descrevê-los na forma de equações químicas;
• Identificar substâncias solúveis e insolúveis em determinado meio e identificar os motivos para tal fato ocorrer. 0,

“Uma substância é uma forma de matéria que tem uma composição definida (constante) e propriedades características.” (CHANG, 2006)

São exemplos de substâncias puras: o ouro, a água, o sal.

“Para determinação de uma substância pura, podemos citar como propriedades ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, odor, sabor, etc. Além de simplesmente citarmos as propriedades, podemos dizer ainda que uma substância pura apresentará um ponto de fusão e de ebulição fixo a uma determinada pressão, e esse ponto será constante durante a mudança de estado.” (POSITIVO, 2009)

As substâncias puras são classificadas em:

• Elementos
• Compostos

3.1.1.1 Elementos

Um elemento é uma substância que não pode ser separada em substâncias mais simples por processos químicos.

Na prática, são considerados elementos químicos todos os presentes na tabela periódica. Cada elemento químico recebe um nome e um símbolo.

Carbono, hidrogênio, cálcio, hélio, entre outros são exemplos de elementos.

3.1.1.2 Compostos

“Um composto é uma substância (...) que consiste de dois ou mais elementos diferentes com seus átomos presentes em uma proporção definida. A água, por exemplo, é um composto de hidrogênio e oxigênio, com dois átomos de hidrogênio para cada átomo de oxigênio. Qualquer que seja a fonte de água a composição é a mesma: de fato, uma substância com uma razão diferente entre átomos não seria

água!” (ATKINS, 2001)

São exemplos de compostos:

• Cloreto de sódio (NaCl)
• Dióxido de carbono – Gás carbônico – (CO 2 )
• (^) Álcool comum (C 2 H 5 OH)

3.1.2 Misturas

A maioria dos materiais não são nem elementos puros nem compostos puros; portanto, não são substâncias puras. São misturas de substâncias mais simples.

“Uma mistura é uma combinação de duas ou mais substâncias em que estas conservam as suas identidades características.” (ATKINS, 2001)

Mistura é a reunião de duas ou mais substâncias que não reagem entre si, sem que ocorram alterações nelas, mantendo-se, portanto, as características e propriedades das substâncias envolvidas.

As misturas são formuladas para se alcançar algum objetivo, como obter uma propriedade, por exemplo, dureza, flexibilidade, elasticidade, tenacidade. Muitas ligas, misturas de metais, são formuladas para se obter maior dureza e resistência à corrosão. Um medicamento, dependendo de sua aplicação, é formulado com determinados ingredientes para conseguir tal efeito biológico.

Um composto possui uma composição fixa. Já uma mistura pode ter qualquer composição, dependendo do que é desejado. As diferenças entre compostos e misturas estão resumidas na tabela a seguir:

Fonte: ATKINS, 2001 Mistura Composto

altamente heterogênea de milhares de compostos.

3.2 Separação dos Componentes de uma Mistura

Os produtos naturais geralmente se apresentam como misturas, e para se determinar as propriedades de qualquer substância é necessário extraí-la da mistura a qual faz parte. Para analisar a composição de qualquer amostra de uma mistura, precisa-se separar seus componentes e identificar cada substância presente. Existem inúmeros processos para realizar tal separação.

3.2.1 Métodos de Separação dos Componentes de Misturas Heterogêneas

3.2.1.1 Filtração

É um método utilizado para separar uma mistura heterogênea sólido-líquido ou sólido-gás. Consiste em passar a mistura através de uma superfície porosa que retém o sólido e deixa passar o líquido ou o gás.

Em laboratórios, a filtração mais simples é feita com um funil do tipo comum, em geral de vidro, no qual é colocada uma folha de (papel de filtro), convenientemente dobrada.

Como exemplo, pode-se citar a separação do café (líquido), através do coador de papel, que retém o pó. Na filtração solido-gás, pode-se citar o aspirador de pó, que contém em seu interior um filtro que retém as partículas sólidas, separando assim a poeira do ar.

3.2.1.2 Filtração à vácuo

É um caso especial da filtração comum, utilizada quando o sólido a ser submetido à filtração apresenta partículas de tamanho reduzido ou aspecto gelatinoso, dificultando a passagem do filtrado pelos poros do papel de filtro, impedindo a aplicação da filtração comum.

Em um funil especial, denominado funil de Büchner, de fundo chato e perfurado, coloca-se o papel d filtro. O funil é acoplado a um kitassato que está ligado com o auxílio de uma mangueira a uma trompa d’água.

Ao abrir a torneira, a água, passando pela trompa de vácuo, “arrasta” todo o ar do kitassato; assim, o filtrando é forçado a passar rapidamente pelo funil de Büchner, como que por sucção, e o sólido é retido pelo papel de filtro.

3.2.1.3 Peneiração

“...é um método utilizado para separar misturas do tipo sólido-sólido, onde o tamanho da partícula é responsável pela separação, ou seja utiliza-se uma peneira que permite que alguns sólidos pequenos passem e uma pequena quantidade de partículas grandes ficam retidas na peneira.” ()

3.2.1.4 Flotação

“Usa-se água ou outro líquido para separar sólidos de densidade diferentes, ou seja, o mais denso afunda e o menos denso flutua. É assim que um pó de serragem pode ser separado da areia, por exemplo.” ()

3.2.1.5 Sedimentação, Centrifugação e Decantação

A separação da mistura homogênea, nesse caso, ocorre espontaneamente pela ação da gravidade.

Após um período de repouso, as partículas sólidas, por serem normalmente mais densas, depositam-se no fundo do frasco tratando-se do que se conhece por sedimentação. Em certos casos, as partículas sólidas, por serem muito pequenas, demoram muito para sedimentar. Para acelerar a sedimentação, é utilizado um aparelho denominado centrífuga, no qual a mistura é colocada em tubos de vidro, os quais

É a passagem direta de sólido a gás que sofrem algumas substâncias como o iodo, em determinadas condições de pressão e temperatura. A sublimação pode-se aplicar às soluções sólidas e às misturas, sempre uma das substâncias passa a sofrer este fenômeno. Basta aquecer a mistura ou solução á temperatura adequada e recolher os vapores que, quando arrefecem, se vêem submetidos a uma sublimação regressiva, ou seja, passando diretamente de gás a sólido.

Fonte:

3.2.1.11 Separação Magnética

É um método de separação específico das misturas com um componente ferromagnético como o cobalto, o níquel e, principalmente, o ferro. Campos magnéticos são aplicados á mistura para reter as suas partículas.

3.2.2 Métodos de Separação dos Componentes de Misturas Homogêneas 3.2.2.1 Destilação Simples

Para uma mistura homogênea sólido-líquido que apresente entre seus componentes uma grande diferença de ponto de ebulição, coloca-se a mistura em um balão de destilação e se aquece a mistura com auxílio de um bico de gás até que

o líquido entre em ebulição. Os vapores do líquido isento de sólido são expulsos do balão de destilação e se dirigem para o condensador, que, por ser refrigerado com o auxílio de água corrente, mantém suas paredes internas frias. Os vapores do líquido então condensam, ou seja, retornam ao estado líquido e são recolhidos em um frasco, recebendo o nome de destilado.

Fonte:

3.2.2.2 Destilação Fracionada

Esse método é utilizado na separação de uma mistura homogênea líquido- líquido. A eficiência desse método aumenta à medida que cresce a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos.

A mistura é aquecida em um balão e os vapores dos líquidos se dirigem para uma coluna de fracionamento (separação) onde são destilados separadamente. O líquido mais volátil, o de menor ponto de ebulição, é destilado primeiro.

Fonte:

por exemplo, é a sua capacidade de reagir com o oxigênio. Eles sofrem uma transformação química, produzindo a água. O processo de digestão é outro exemplo de transformação química. O que acontece durante este processo depende das propriedades químicas das substâncias que reagem: enzimas e alimentos. Após uma transformação química, as substâncias originais terão desaparecido e uma substância química diferente terá se formado.

“... a afirmação: ‘ O hidrogênio queima em presença do gás oxigênio para formar água” descreve uma propriedade química do hidrogênio, porque para observar esta propriedade temos de realizar uma transformação química, nesse caso, a combustão.” (CHANG, 2006)

3.4 Massa Específica (Densidade)

Fonte:

“Observamos na figura acima que a densidade corresponde ao estado de agregação das moléculas. A densidade nos informa se a substância de que é feito um corpo é mais, ou menos compacta: os corpos que possuem muita massa em pequeno volume, como os de ouro e de platina, apresentam grande densidade. Corpos que possuem pequena massa em grande volume, como os de isopor, cortiça e os gasosos em geral, apresentam pequena densidade.” (http://www.portalimpacto.com.br/docs/ 01Everton2ANOF3Aula01MassaEspecificaeDensidade.pdf)

A densidade é considerada uma propriedade física da matéria, já que para medir o quanto tal matéria é densa não é necessário mudar a sua composição ou identidade.

A densidade informa quanto de massa existe em certo volume de matéria. Matematicamente, a densidade é representada da seguinte forma:

onde d, m e V representam a densidade, a massa e o volume, respectivamente.

“A unidade derivada no SI para a densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m 3 ). Essa unidade é relativamente grande para a maior parte das aplicações químicas. Por isso, é comum usar gramas por centímetro cúbico (g/cm^3 ) e o se equivalente, gramas por mililitro (g/mL) para as densidades de sólidos e de líquidos.” (CHANG, 2006)

É importante salientar que a densidade de um mesmo material depende da temperatura em que ele se encontra. Sabe-se que um material, ao ser aquecido, tem seu volume aumentado, o que interfere no valor da densidade. Outro ponto importante é que as mudanças de estado físico alteram a densidade da substância, visto que ocorrem alterações de volume.

3.5 Solubilidade

Solubilidade pode ser conceituada como a capacidade de uma substância dissolver-se em outra. Esta capacidade é limitada, ou seja, existe um máximo de soluto que podemos dissolver em certa quantidade de um solvente. Pode-se expressar em mols por litro, em gramas por litro, ou em percentagem de soluto/ solvente.

“A maior parte as reações químicas ocorre entre íons e moléculas dissolvidos

A temperatura afeta a solubilidade na maioria das substâncias. Na maior parte casos, a solubilidade de uma substância sólida aumenta com a temperatura. Já a solubilidade dos gases em água, normalmente diminui quando a temperatura aumenta.

Na prática, a pressão externa não tem qualquer influencia na solubilidade de líquidos ou de sólidos, mas afeta profundamente a solubilidade dos gases. A quantidade de gás que se pode dissolver em um solvente depende da freqüência com que as moléculas do gás se chocam com a superfície do líquido e ficam retidas na fase condensada. Se a pressão parcial do gás for maior, mais moléculas se dissolvem no líquido, porque mais moléculas colidem com a sua superfície. Esta teoria é dada pela Lei de Henry. 2,

4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

4.1 Propriedades Físicas das Substâncias Puras

4.1.1 Massa Específica (Densidade)

4.1.1.1 Densidade da Água

4.1.1.1.1 Material

• béquer de 150 mL
• (^) balança analítica
• frasco lavador
• bureta
• termômetro
• (^) água destilada

4.1.1.1.2 Procedimento

• Pesou-se um béquer, limpo e seco, de capacidade de 150 mL, em uma balança analítica. O resultado obtido foi anotado.
• A este béquer, foram adicionados 10,0 mL de água destilada. O processo de medição do volume de água destilada a ser adicionado foi realizado utilizando-se uma bureta de capacidade de 25,0 mL.
• O processo de medição do volume de água destilada a ser adicionado foi realizado da seguinte maneira: primeiramente encheu-se esta bureta com água destilada, até a cima da sua primeira marca de aferição (0,0 mL). Esta vidraria possui, em sua extremidade inferior, uma torneira de precisão para dispensa rigorosa de volumes desejados. Está válvula, então, foi aberta e, conseqüentemente, parte do líquido foi descartado, em um béquer, até que o menisco, concavidade formada pelo líquido, atingisse em sua parte inferior, a marca de aferição 0,0 mL. A partir daí, começou-se a medição propriamente dita.