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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DISCIPLINA DE QUÍMICA EXPERIMENTAL CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
RELATÓRIO
Determinação da resistência do vidro
Acadêmicos: Kairo Seiki Rodrigues RA: 67823
Marília de Oliveira Camargo 79599 Rafael Deisner Luzi 81288
Docente: Fernando
Maringá Março, 2013
Introdução
Decorrera-se a seguir discussões e obtenção de dados experimentais referentes às propriedades dos elementos do grupo IV-A, mais precisamente do silício. Foi
realizada a mistura de vidro (Na 2 SiO 3 ) com água, aqueceu-se a solução e através da titulação da mesma, procurou-se observar a solubilidade do vidro em água nas condições relatadas posteriormente.
Objetivo: Estudar os elementos do Grupo IV-A e determinar a resistência do vidro pela ação da água.
Fundamentação Teórica
O silício apresenta uma única forma cristalina, com estrutura de diamante. O silício cristalino puro forma octaedros de sistema cúbico, cinzentos e às vezes distorcidos em placas. É muito duro, mas quebradiço. É um semicondutor e sua condutibilidade elétrica aumenta com a temperatura. Quimicamente pouco ativo. As ligações entre os átomos são fortes e as energias de ativação das relações que envolvem o elemento livre por consequência são muito grandes.
Em todos os silicatos, a unidade estrutural básica é o tetraedro SiO 4. A unidade estrutural pode ser considerada formada de um íon Si 4+. Industrialmente, pode-se restringir o conceito de vidro aos produtos resultantes da fusão, pelo calor de óxidos ou de seus derivados e misturas, tendo como principal constituinte a sílica ou o óxido de silício (SiO 2 ), cuja temperatura de fusão é 1710ºC.
De forma rezumida, a química do vidro é a química da sílica. As poucas composições fabricadas sem sílica são à base de óxido bórico, óxido fosfórico e outros, apresentando estruturas e propriedades idênticas às dos vidros sílicos.
O vidro na forma Na 2 SiO 3 pode solubilizar-se em água, liberando NaOH e deixando a solução resultante básica. Na estrutura do vidro sílico, cada átomo de oxigênio está unido a dois átomos de silício. Assim, cada átomo de silício, segundo a fórmula SiO 2 , deve estar unido quatro átomos de oxigênio, formando
uma estrutura tetraédrica SiO 4. As ligações entre os átomos de oxigênio de silício nos vidros sílicos são parcialmente iônicas e covalentes. A força das ligações faz com que o material seja forte, duro e infusível, ao passo que as orientações das ligações caracterizam uma densidade relativamente baixa e um baixo coeficiente de expansão térmica, assim como uma baixa solubilidade. A solubilidade do vidro em água situa-se entre 0 a 1% de sua quantidade total.
Materiais
Tabela 1 – Dados aferidos e utilizados nos cálculos do experimento. Dados Valor/Unidade Volume de HCl 9,90 mL Concentração de HCl 0,010 mol/L Massa de Na 2 SiO 3 1,00 g Massa molar de Na 2 SiO 3 122 g/mol NaOH na solução 0,00005 mol Massa de Na 2 SiO 3 solúvel 0,0061 g
Utilizando-se a equação abaixo já mostrada na teoria e os dados do HCl usado na titulação, calculou-se a quantidade de NaOH presente na solução:
Na 2 SiO 3 + H 2 O → SiO 3 + 2NaOH
0,010 mol – 1 L x mol – 0,0099 L
x = 0,000099 mol de NaOH,
já que a reação entre HCl e NaOH obedece a proporção de 1:1.
Com este valor determinou-se a quantidade de Na 2 SiO 3 que se solubilizou. Esta quantidade é a metade da quantidade de matéria de NaOH calculada acima, devido a estequiometria de 1 mol de Na 2 SiO 3 para 2 moles de NaOH, ou seja, 0,00005 mol de Na 2 SiO 3.
Com este valor, calculou-se a massa de vidro solubilizado:
1 mol – 122 g 0,00005 mol – x g x = 0,0061 g
Como a massa de vidro utilizada foi de 1,00 g, calculou-se abaixo a porcentagem de vidro solúvel:
% = →. 100% = 0,61%
A solubilidade do vidro se encontra na faixa de 0 a 1% de acordo com a literatura, o que dificulta um pouco efetuar-se uma comparação, apesa do valor encontrado estar nesta faixa. Porém, pode-se afirmar com base neste resultado que a solubilidade do vidro em água é extremamente baixa, como esperado devido às forças de suas ligações.
Conclusão
Apesar da imprecisão do valor teórico da solubilidade do vidro, cumpriu-se o principal objetivo do experimento: Estudar a resistência do vidro pela ação da água, de forma que se observou a baixa solubilidade do silicato de sódio em água, propriedade que se encontrou dentro da faixa esperada.
Referências bibliográficas
1 – O’ CONNOR, R., Fundamentos de Química, Harper & Row do Brasil, 1977.
2 – JOLLY, A Química dos Não-Metais, Edgard Blucher, São Paulo, 1966.
