Experiência 3: Solubilidade

A terceira experiência realizada por nosso grupo, tem como objetivo, colocar em prática os conceitos aprendidos sobre solubilidade. Mas antes de contarmos como foi realizada a experiência, vamos explicar algumas coisas sobre o assunto.

Solubilidade

Solubilidade ou coeficiente de solubilidade (CS) é a quantidade máxima que uma substância dissolver-se num líquido. Pode-se expressar em mols por litro, em gramas por litro, ou em percentagem de soluto/ solvente.
A solubilidade de uma substância é uma propriedade física muito importante, na qual se baseiam certos métodos de separação de misturas, de extração de produtos naturais e de recristalização de substâncias.
Também é uma propriedade muito empregada nas industrias de tintas, perfumes, sabões e detergentes, açúcares e plásticos. A solubilidade depende da natureza do soluto, do solvente e da temperatura.
Para prever o comportamento de certos solutos em relação a certos solventes (à temperatura constante) é necessário se analisar as suas estruturas moleculares, ou melhor, o tipo de interação que há entre soluto e solvente.
De acordo com as Regras de Solubilidade, uma substância polar tende a dissolver em um solvente polar, e uma substância apolar também num solvente apolar. Ou seja, semelhante dissolve semelhante. Por esse motivo as substâncias orgânicas em geral, só se dissolvem em líquidos também orgânicos, como, por exemplo, álcool, éter, benzeno, gasolina, etc. Esses líquidos recebem o nome de solventes orgânicos.
Outra consideração que devemos fazer é a seguinte: quando a temperatura de uma solução diminui ou quando o solvente evapora, o soluto tende a cristalizar, purificando-se, mas, devemos notar que:

• A cristalização de uma substância iônica é mais fácil, pois, os íons se atraem eletricamente;
• Pelo contrário a cristalização de uma substância molecular é mais difícil, pois a atração entre as moléculas é muito menor. A cristalização das substâncias orgânicas é em geral difícil e demorada. Existem certos compostos orgânicos como a parafina, que não se cristalizam. Os compostos orgânicos cristalinos surgem entre os compostos orgânicos bastante polares (caso dos açucares) ou entre os compostos orgânicos iônicos (como exemplo, os sais orgânicos).

Conclusões e conceitos importantes sobre o assunto

A experiência

A nossa experiência consistia colocar em prática todos os conceitos acima.

Procedimento

Materiais

• balança analítica;
• 3 tubos de ensaio limpos e secos;
• 1 pipeta volumétrica;
• dicromato de potássio;
• água destilada;
• estante para tubo de ensaio;

Sequência e resultado

Nossa experiência foi realizada em três etapas. O que variou em cada etapa foi a quantidade de dicromato utilizado. A temperatura da água destilada, foi a temperatura ambiente em todas as fases
Primeiramente separamos os três tubos de ensaio, depois utilizando a pipeta volumétrica medimos em cada tubo de ensaio 10 ml de água destilada.
Depois disso iniciamos a experiência:

• Tubo 1

O tubo de ensaio 1 deveria conter 0,25 gramas de dicromato de potássio.
Fomos para a balança, ajustamos as configurações da balança e a quantidade de dicromato que utilizados foi de aproximadamente 0,3 gramas.
Depois colocamos o dicromato no tubo de ensaio e agimos o tubo de ensaio para o dicromato poder se dissolver na solução.
O resultado entrado foi que o dicromato se dissolveu completamente, sem a formação de corpo de chão, formando assim uma solução homogênea. A cor obtida pela solução foi um tom alaranjado.

• Tubo 2

O tubo de ensaio 2 deveria conter 0,5 gramas de dicromato de potássio.
Fomos para a balança novamente, ajustamos as configurações da balança e a quantidade de dicromato que utilizados foi de 0,5 gramas.
Depois colocamos o dicromato no tubo de ensaio e agimos o tubo de ensaio para o dicromato poder se dissolver na solução.
O resultado encontrado foi que a solução obteve um tom alaranjado, sem nenhuma mudança neste aspecto com o anterior, porém nesta solução ocorreu a formação de corpo de chão , dessa forma esta foi uma solução supersaturada.

• Tubo 3

O tubo de ensaio 3 deveria conter 1 grama de dicromato de potássio.
De novo fomos para a balança, ajustamos as configurações da balança e a quantidade de dicromato que utilizados foi de 1 grama.
Depois colocamos o dicromato no tubo de ensaio e agimos o tubo de ensaio para o dicromato poder se dissolver na solução.
O resultado encontrado foi que a solução obteve um tom alaranjado, sem nenhuma mudança neste aspecto com os demais tubos, porém nesta solução ocorreu uma maior formação de corpo de chão , dessa forma esta também foi uma solução supersaturada, a diferença desta com a anterior foi que ocorreu uma maior formação de corpo de chão.

Conclusão

Não podemos afirmar que é com base no tubo 1 que podemos retirar o coeficiente de solubilidade do dicromato, pois existe uma diferença, apesar de pequena, entre a quantidade de dicromato no tubo 1 e no tubo 2, dessa forma, não sabemos a partir de qual quantidade é formado o corpo de chão, assim não sabemos a quantidade suficiente de dicromato necessária para tornar a mistura de dicromato e água uma solução saturada. A única coisa que podemos afirmar é que a solução do tubo 1 é uniforme mas não que ela é saturada. Talvez a cor poderia nos dar esta resposta, mas este é um dado tão subjetivo e impreciso, que nem pode ser levado em consideração.
Já nos tubos 2 e 3 existem algumas possibilidades para explicar a formação do corpo de chão.

• Temperatura

A temperatura é um fator muito importante na solubilidade. O calor aumenta o grau de agitação das moléculas, agitação essa que gera mais espaço entre as moléculas. Esses espaços podem ser ocupados pelo soluto, assim isso poderia ter diminuído ou até eliminado, dependendo do caso, o corpo de chão.

• Polaridade

Outra coisa que influencia e muito a solubilidade é o polaridade, uma vez que, devido a polaridade das substâncias, estas serão mais ou menos solúveis, em determinados solventes.

Experiência 2:curva de aquecimento da água

A segunda experiência realizada por nosso grupo, tem como objetivo, analisar o processo de aquecimento no qual a água passa até entrar em estado de ebulição. Mas antes de falarmos sobre a experiência, vamos falar um pouco sobre o assunto.

Introdução ao assunto: conceitos importantes

Diagrama de fases

Dentre as propriedades físicas que caracterizam uma substância, temos as temperaturas nas quais ocorrem as mudanças de estado:

Durante uma mudança de estado, há um equilíbrio entre as fases envolvidas, e a temperatura permanece constante.
Sob diferentes pressões, essas mudanças de fase ocorrem em diferentes temperaturas. Sob determinadas condições de pressão e temperatura, os três estados físicos podem coexistir, em equilíbrio, conforme esquema ao lado.
Essa situação em que se dá o que chamamos de ponto triplo, em que é característico de cada substância u solução. Numa dada temperatura e variando- se pressões pode- se determinar o estado físico em que a substância se encontra numa dada pressão.Repetindo o processo em diferentes temperaturas, obtemos os dados necessários para construir um gráfico denominado diagrama de fases, conforme esquema a seguir:
Cada uma das curvas do diagrama indica as condições de pressão e temperatura nas quais duas fases estão em equilíbrio.
As áreas delimitadas por essas linhas representam as condições de pressão e temperatura nas quais uma substância existe em um único estado físico.
O ponto determinado pela intersecção das três linhas é o ponto triplo e indica uma condição única de pressão e temperatura na qual encontramos as três fases em equilíbrio.
Pressão máxima de vapor e a temperatura de ebulição
Quando um líquido é aquecido em recipiente aberto, no seu interior formam- se bolhas constituídas do vapor do líquido.
Para que essas bolhas escapem do líquido, é necessário que sua pressão seja, no mínimo, igual à pressão atmosférica.
Assim um líquido ferve , entra em ebulição. À temperatura na qual a pressão máxima de vapor se iguala à pressão exercida sobre sua superfície, ou seja, à pressão atmosférica.

Curva de aquecimento

A curva de aquecimento na mais é do que um levantamento de dados. Pega-se uma amostra no estado sólido a uma determinada temperatura e submete-se a mesma a um aquecimento constante. A amostra sólida vai aquecendo até que começa a fundir. Transformada em líquido continua aquecendo até entrar em ebulição. Mesmo depois de transformada em gás, pode continuar sendo aquecida. Tomando nota das temperaturas de tempos em tempos, podemos construir o seguinte gráfico:

É importante notarmos dois patamares de temperatura: um corresponde ao ponto de fusão e o outro ao de ebulição. Outra coisa a ser lembrada: em temperaturas inferiores ao ponto de fusão a amostra é sólida; em temperatura entre o ponto de fusão e o de ebulição é líquida; em temperaturas acima do ponto de ebulição a amostra á gasosa. Exatamente no ponto de fusão coexistem as fases sólida e líquida e, exatamente no ponto de ebulição coexistem as fases líquida e gasosa.

Misturas

O levantamento da curva de aquecimento também nos dá outra informação importante. Ela nos diz se nossa amostra é uma substância pura ou uma mistura. Como? Pela análise dos patamares que se formam no PF (ponto de fusão) e PE (ponto de ebulição).
Se ambos, PF e PE, apresentarem temperatura constante, como no gráfico anterior, podemos afirmar que a amostra é uma substância pura. Se um deles ou os dois apresentarem variação, trata-se de uma mistura.

A experiência

A experiência consistia em acompanhar passo a passo o aquecimento da água e posteriormente montar o gráfico da curva de aquecimento da água.

Procedimento

Materiais

• Água;
• Termômetro;
• Bico de Bunsen;
• Tripé;
• Béquer.

Sequência e resultado

Primeiramente colocamos a quantidade necessária de água no Béquer, depois reservamos e colocamos o termômetro para marcar a temperatura inicial. O termômetro ficou medindo a temperatura inicial durante 2 minutos, a temperatura encontrada durante todo esse processo foi de 25o C.
Decorrido esse tempo preparamos o tripé e o bico de Bunsen. Após colocamos o Béquer sobre o tripé e começamos a anotar a evolução da temperatura de 30 em 30 segundos.
A tabela abaixo apresenta a evolução da temperatura:

*Obs1: m = minuto e s = segundo
*Obs2: o tempo da tabela acima, só leva em consideração o tempo no qual o Béquer passou no fogo. Portanto os dois minutos iniciais não estão apresentados na tabela a cima.

Depois disso com base nesses dados, montamos o seguinte gráfico:

*Obs: este gráfico foi montado a partir das informações da tabela acima, portanto ele não leva em consideração , os 2 minutos iniciais, no qual o béquer não estava no fogo.

Conclusão

Em nossa experiência nós somente analisamos a mudança do estado físico do líquido para o gasoso. Outra coisa, não foi possível, pois não havia tempo suficiente, para analisarmos como seria a progressão da temperatura e a mudança de estado após a água atingir 100o C.
Porém com base no que conseguimos, podemos concluir que a temperatura se elevou de maneira progressiva até 14 minutos e 30 segundos (dados retirados da tabela acima), pois após isso percebermos que a temperatura começa a variar, ela sobre e desce. Veja a tabela para melhor visualização da situação.
Isso pode ter ocorrido por diversos motivos:

• Pureza da água: se água utilizada tivesse alguma substância misturada à ela, essa substância iria influenciar e o desenvolvimento da elevação da temperatura, retardando ou acelerando o processo;
• Falha no fornecimento de calor: talvez o bico de Bunsen apresentou alguma falha no fornecimento de calor, causando assim variação no fornecimento de calor, que consequentemente iria fazer com que a temperatura variasse.
  Pressão: talvez a pressão do ambiente da experiência tenha exercido forças que tenham causado a variação da temperatura;
• Erro humano: o nós mesmos na hora de coletar o resultado podemos ter errado, o que causou uma variação no resultado.

Experiência 1: Densidade

A primeira experiência realizada por nosso grupo, tem como objetivo colocar em prática o conceito de densidade. Mas antes de falarmos sobre a experiência vamos falar um pouco sobre o que é densidade.

DENSIDADE

Por definição, densidade (d) é a relação (razão) entre a massa de um material e o volume por ele ocupado. Ou seja:

Para sólidos e líquidos, a densidade geralmente é expressa em gramas por centímetros cúbicos, (g/cm3). Para gases, costuma ser expressa em gramas por litro, (g/L).
A densidade de uma mesma substância depende do estado físico e da temperatura. No caso dos gases, além desses fatores inclui- se também a pressão.
Valores normais de densidade para algumas substâncias:
A densidade da água à pressão normal e à temperatura de 25 ºC, é de 1,00 g/cm³, e a 4 ºC, onde se atinge sua densidade máxima, é de 1,03 g/cm³.
O gelo ou, água no estado sólido, possui uma massa volúmica inferior àquela apresentada pela água em seu estado líquido (0,97 g/cm³), propriedade rara nos líquidos, que se explica pela polaridade da molécula da água e pelo aumento da distância média entre partículas.
Esta tabela mostra a densidade de algumas substâncias:

A experiência

A experiência consistia em calcular a densidade da água em diferentes volumes e massas, porém em mesmas condições de estado e temperatura.

Procedimento

Material

• Água;
  
• Uma proveta graduada;
  
• Balança.

Sequência e resultado

Primeiramente medimos na balança a massa da proveta, que era 78g. Depois disso, decidimos que utilizaríamos a medida de 50 ml e de 100 ml de água.

Utilizando os 50 ml:
Colocarmos a água, com a medida indicada, dentro da proveta e depois fomos para a balança onde medimos massa dos 50 ml de água + a proveta. A massa dos dois é igual a 126,6 g, porém para medirmos a densidade da água, não podemos incluir a massa da proveta, portanto temos que fazer a seguinte conta:

Portanto, a densidade é igual à:

Utilizando os 100 ml:
Novamente, colocamos a água, com a medida indicada, dentro da proveta e depois fomos para a balança onde medimos massa dos 100 ml de água + a proveta. A massa dos dois é igual a 176 g, porém, novamente, para medirmos a densidade da água, não podemos incluir a massa da proveta, portanto temos que, novamente fazer a seguinte conta:

Portanto, a densidade é igual à:

Densidade Média:

Conclusão
Comparando a densidade tabelada da água e a que nós encontramos, existe uma pequena variação, cujo valor é igual à 0,025. Apesar de pequena esta é uma variação. Nós levantamos as seguintes hipóteses para tal acontecimento:

• Temperatura
  A densidade da água tem valor de 1 g/cm3, quando esta se encontra na temperatura de 25oC. Como nós não medimos a temperatura da água utilizada, não temos certeza da temperatura em que ela se encontrava. Portanto, a água utilizada podia ter uma temperatura superior, ou inferior, ou até igual a temperatura utilizada para tabelar os valores da densidade. Por esse motivo, a temperatura pode Ter sido o fator que causou a variação.
• Pureza
  Outro fator que poderia ter causado a variação, é a pureza da água. Talvez a água
  utilizada para o nosso experimento apresente um nível de pureza diferente àquela utilizada para tabelar os valores de densidade apresentados acima, o que causaria uma variação.
• Pressão
  A pressão também é um fator que levaria a essa variação, pois a pressão varia de
  acordo com a sua localidade. Por exemplo, uma pessoa que habita Campos do Jordão, vive sobre uma determinada pressão, outra pessoa que habita Santos, por exemplo, vive sobre outra pressão. Essa variação pode ter, acontecido pois lugar onde os valores tabelados foram realizados apresentam uma determinada pressão, já o lugar onde nós realizamos a nossa experiência, pode ter uma pressão inferior, superior ou até igual àquela onde o valor tabelado foi dado.
• Erros de execução
  O ultimo fator consiste em também incluirmos a esta lista o nosso próprio descuido
  na hora da realização de nossa experiência, podemos ter errado na dosagem dos materiais envolvidos, nas medições, ou até nas anotações os resultados.