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UNIVERSIDADE DE SO PAULOFACULDADE DE CINCIAS FARMACUTICAS DE RIBEIRO PRETO DEPARTAMENTO DE FSICA E QUMICA

FSICO-QUMICA

APOSTILA DE AULAS PRTICAS

Profa Dra Eliane Candiani Arantes BragaRibeiro Preto 2007

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PRTICAS DE FSICO-QUMICA NDICE1. Densidade 2. Viscosidade - Reologia 3. Refratometria Determinao do ndice de refrao e refrao especfica 4. Refratometria Determinao da concentrao de sacarose 5. Polarimetria Determinao do poder rotatrio especfico 6. Espectroscopia 7. Tenso superficial e tensoativos 8. Condutividade Eltrica 9. Equilbrio qumico Determinao da constante de equilbrio 10. Alcoometria 11. Cintica Qumica Determinao da ordem de reao 12. Eletroforese em Gel de Poliacrilamida 13. Eletroforese em Gel de Agarose 14. Temperatura de Fuso 15. Temperatura de Ebulio 16. Referncias Bibliogrficas 3 5 13 18 21 25 27 30 33 35 38 40 43 46 48 51

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DENSIDADE DE LQUIDOSMtodo do Picnmetro1) 2)

OBJETIVO: verificar a influncia da presena de impurezas sobre a densidade da gua. RESUMO DA TEORIA:

Chamamos de densidade (ou massa especfica) o quociente entre a massa e volume: m = V A densidade tem como unidade de medida g/cm3, mas mais freqentemente expressa em g/mL. Ao contrrio de grandezas como a massa ou o comprimento, designamos a densidade como grandeza derivada, pois definida atravs de outras grandezas. Quando aquecidos os corpos se dilatam. A densidade da substncia da qual eles se compem tornase, portanto, menor. A densidade uma grandeza intensiva, isto , no muda, por exemplo, ao dobrarmos o tamanho do sistema. Ela depende ponto a ponto do material. Caso a amostra seja homognea, seu valor o mesmo para todos os pontos do sistema. A densidade funo do tipo de substncia, da temperatura e da presso, principalmente. Visto ser caracterstica de cada substncia, a densidade pode ser utilizada para a determinao da pureza de amostras, pois significativamente alterada pela presena de contaminantes. A densidade de lquidos pode ser determinada por medidas da massa do lquido que ocupa um volume conhecido (mtodo do picnmetro) e por mtodos de flutuao baseados no princpio de Arquimedes. 3) MATERIAL NECESSRIO: Picnmetro, balana, termmetro, balo volumtrico, esptulas, gua destilada, amostras. 4) MTODO: Pesar o picnmetro vazio. Determinar a temperatura da gua destilada. Pesar o picnmetro repleto de gua destilada, tomando os seguintes cuidados: no tocar no picnmetro com a mo (usar papel absorvente). eliminar as bolhas. lavar bem o picnmetro na troca de lquidos, usando na ltima etapa da lavagem o lquido da pesagem seguinte. secar o picnmetro externamente, sem tocar na parte superior. Pesar o picnmetro repleto com o lquido em questo. Determinar a massa de gua destilada (mgua) e a massa da amostra (m) subtraindo o peso do

picnmetro.

Calcular a densidade da amostra atravs da relao: m .t C = agua m agua A densidade da gua temperatura ambiente obtida pela tabela de Rgnault.o

55) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: Realize o experimento de seu grupo Determine a mdia e o desvio padro de seus dados Complete a tabela abaixo com os dados de todos os grupos. Analise os resultados obtidos por todos os grupos.

Tabela 1. Resultados de densidade obtidos experimentalmente.Grupo Amostra Massa Picnm (g) Massa picnmetro. + gua (g)massa mdia d.padr.

Massa do picnmetro. + amostra (g)massa mdia d.padr.

Densidade obtida (g/cm3)

Densidade gua destilada.

1

gua de torneira

1 2 3

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

2

gua + NaCl 5% (m/v) gua + NaCl 0,5% (m/v) gua + glicose 5% (m/v) gua + etanol 5% (v/v)

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

3

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VISCOSIDADE REOLOGIA1. OBJETIVOS: Avaliar a influncia da velocidade de cisalhamento sobre a viscosidade de fluidos Newtonianos e no-Newtonianos Avaliar o comportamento reolgico de amostras de interesse farmacutico. 2. RESUMO DA TEORIA:

O termo reologia (do grego rheo = fluxo, logos = cincia) foi introduzido no sculo passado por Bingham e Crawford para identificar a parte da fsico-qumica que trata da deformao dos sistemas lquidos, slidos e semi-slidos. No mbito das cincias biolgicas e farmacuticas, o estudo da reologia indispensvel para o entendimento de diferentes fenmenos, muitos deles essenciais vida, eficcia dos medicamentos e dos processos tecnolgicos. As medidas viscoelsticas so baseadas nas propriedades mecnicas dos materiais que exibem propriedades viscosas dos lquidos e propriedades elsticas dos slidos. Muitos dos sistemas estudados na formulao de medicamentos pertencem a esta classe, como, por exemplo, cremes, loes, ungentos, supositrios, suspenses e disperses coloidais, emulses e agentes suspensores. Os materiais biolgicos tais como o sangue e o lquido cervical mostram tambm propriedades viscoelsticas. A reologia abrange diferentes propriedades associadas deformao da matria, entre as quais: extrussibilidade (processo de forar uma massa semi-slida atravs de um orifcio; ex. creme dental), compressibilidade (termo bastante usual na tecnologia de obteno de comprimidos a partir de ps ou granulados), ductibilidade (propriedade associada formao de fios quando sistemas semi-slidos so espichados, como o caso da vaselina slida; ex. retirar creme de um pote), espalhabilidade (quando um material semi-slido ou lquido espalha-se, sob aplicao de uma fora, sobre uma superfcie slida), elasticidade (fenmeno de deformao associado a fibras e filmes polimricos, geralmente no estado de borracha, abaixo da denominada temperatura de transio vtrea), fluidez e viscosidade (propriedades que constituem o tema principal desta aula; ex. xarope). Conhecer e controlar estas propriedades importante na indstria de cosmticos, alimentos e farmacutica, no s como critrio de qualidade tcnica, mas, tambm, como uma necessidade de preencher parmetros de aceitabilidade por parte do cliente ou paciente. As caractersticas reolgicas de um produto esto associadas a aspectos de absoro e biodisponibilidade de frmacos, bem como escolha de equipamentos a serem usados na sua produo. Reologia definida como o estudo das mudanas na forma e fluxo da matria, envolvendo elasticidade, viscosidade e plasticidade. 2.1. VISCOSIDADE: A viscosidade desempenha nos fluidos o mesmo papel que o atrito nos slidos. A viscosidade uma medida da frico interna de um fluido. Esta frico se torna aparente quando uma camada de fluido se move sobre a outra. Quanto maior a frico maior a fora necessria para causar este movimento, denominado cisalhamento. Fluidos altamente viscosos, portanto, requerem mais fora para se mover do que materiais menos viscosos. Isaac Newton definiu viscosidade considerando o modelo representado na figura abaixo. Considere um bloco de lquido constitudo de placas paralelas de molculas, semelhante a um baralho. A camada inferior no se move. Se o plano superior do lquido se move a uma velocidade constante, cada camada inferior ir se mover a uma velocidade diretamente proporcional a sua distncia da camada estacionria. A diferena de velocidade dv entre duas placas de lquido separadas por uma distncia infinitesimal dv o gradiente de velocidade ou gradiente de cisalhamento S (shear rate). A fora por unidade de rea F/A necessria para provocar o fluxo denominada fora de cisalhamento e simbolizada por F (shear stress) .

7F dv = onde o coeficient e de vis cos idade ou vis cos idade A dr F dv F '= = (dyn / cm 2 ) e S = = ( s 1 ) A dr F' fora de cisalhamen to ( shear stress ) = = S gradiente de cisalhamen to ( shear rate ) F dr dyn cm dyn s g cm / s 2 s g = = = = = 2 2 2 A dv cm cm / s cm s cm cm

8A unidade de viscosidade o poise, definida de acordo com a figura acima como a fora de cisalhamento necessria para produzir a velocidade de 1cm/s entre dois planos paralelos de um lquido com 1cm de rea e separados pela distncia de 1cm. A unidade mais conveniente para se trabalhar o centipoise (cp), 1cp equivale a 0,01 poise. Tambm so encontradas medidas de viscosidade expressas em Pascal-segundo (Pa.s) ou miliPascal-segundo (mPa.s), sendo 1 mPa.s igual a 1 cp. TORQUE: = r F OBS: A faixa de 50 a 80 % de torque a ideal para escolher a velocidade. Abaixo de 10% o erro relativo alto. Usar sensores com rea de contato maior e maior velocidade para fluidos de baixa viscosidade. Erro: AUTO RANGE mostra a condio mxima de leitura usando determinado sensor e velocidade. O erro corresponde a 1% do valor mximo Ex: sensor LV3 a 12.000 rpm 100% = 10.000cp Exatido = 1% , portanto erro 100 cp Torque de 10% = 1000 erro relativo maior (100 em 1000) Torque de 80% = 8000 erro relativo menor (100 em 8000) 2.2. TIPOS DE FLUIDOS: Newton assumiu que todos os materiais tm, a uma dada temperatura, uma viscosidade que independente do gradiente de cisalhamento. Em outras palavras, duplicando a fora, duplica-se a velocidade do fluxo. Newton estava parcialmente certo. De acordo com os tipos de fluxo e deformao, os fluidos so classificados como Newtonianos e no-Newtonianos. 2.2.1. Fluidos Newtonianos: Estes fluidos tm a mesma viscosidade independente do gradiente de cisalhamento aplicado. Na prtica isto significa que, a uma dada temperatura, a viscosidade de um fluido Newtoniano ser constante independente do viscosmetro, do sensor de cisalhamento ou da velocidade usados para realizar a medida. Fluidos tpicos newtonianos so a gua, leos finos, etc. 2.2.2. Fluidos No-Newtonianos:

Estes fluidos tm diferentes viscosidades dependendo do gradiente de cisalhamento aplicado. Ou seja, quando o gradiente de cisalhamento variado, a fora de cisalhamento no varia na mesma proporo (nem mesmo necessariamente na mesma direo). A viscosidade de tais fluidos muda quando se altera o gradiente de cisalhamento. Assim, os parmetros experimentais o modelo do viscosmetro, o sensor de cisalhamento (SDC) e a velocidade tm efeito na medida da viscosidade. A viscosidade denominada viscosidade aparente do fluido. Fluidos no-Newtonianos podem ser vistos como uma mistura de molculas de diferentes tamanhos e formas. medida que elas passam umas pelas outras, como ocorre durante o fluxo, seus tamanhos, formas e coeso iro determinar quanta fora necessria para mov-las. A cada especfica velocidade de cisalhamento, o alinhamento pode ser diferente e mais ou menos fora pode ser necessria para manter o movimento. H vrios tipos de comportamento de fluxo no-Newtoniano, caracterizados pelo modo como a viscosidade do fluido se altera em funo da variao do gradiente de cisalhamento. Os tipos mais comuns de fluidos no-Newtonianos incluem: pseudoplsticos, dilatantes e plsticos.

Pseudoplstico: este tipo de fluido ir mostrar uma diminuio da viscosidade com o aumento do gradiente de cisalhamento. Ex: tintas, emulses e disperses de diferentes tipos. Dilatante: o aumento da viscosidade com o aumento do gradiente de cisalhamento caracterizam os fluidos dilatantes. A dilatncia freqentemente observada em fluidos contendo alto teor de slidos defloculados. Ex: pastas, certas suspenses e ungentos contendo elevado percentual de slidos insolveis suspensos, misturas de areia e gua.

9 Plsticos: este tipo de fluido se comporta como um slido em condies estticas. Uma certa fora dever ser aplicada ao fluido para iniciar o processo de deslocamento das camadas moleculares. Esta fora determina o ponto de cedncia (f), acima do qual, geralmente, sistemas plsticos passam a ter um comportamento linear ou quase linear. Abaixo do ponto de cedncia, o sistema apresenta um comportamento elstico reversvel. Ex.: alguns gis, ungentos e cremes concentrados, bem como suspenses concentradas e floculadas como o leite de magnsia.

2.3. TIXOTROPIA E REOPEXIA: Alguns fluidos iro apresentar alteraes na viscosidade com o tempo, em condies de gradiente de cisalhamento constante. H duas categorias a serem consideradas:

Tixotropia: o fluido tixotrpico mostra uma reduo da viscosidade com o tempo, enquanto submetido a um cisalhamento velocidade constante. A tixotropia uma propriedade importante em formas farmacuticas lquidas e semi-slidas, que permite obter um medicamento mais consistente quando em repouso, mas de elevada fluidez quando agitado pelo paciente. As suspenses floculadas so um bom exemplo de sistema tixotrpico. Reopexia: a viscosidade do fluido aumenta com o tempo quando submetido a um cisalhamento velocidade constante.

Tixotropia e reopexia podem ocorrem em combinao com qualquer um dos tipos de fluxo discutidos anteriormente, ou apenas a certas velocidades de cisalhamento. O elemento tempo extremamente varivel; sob condies de cisalhamento constante, alguns fluidos iro alcanar sua viscosidade final em poucos segundos, enquanto que outros podem levar vrios dias. Quando a velocidade de cisalhamento aumentada gradativamente at um limite e, logo a seguir, diminuda ao seu valor original, em sistemas Newtonianos, as curvas de ida e de volta so retas e sempre se sobrepem. Quando as curvas no se sobrepem, e a curva de volta ocorre em um plano superior de ida, temos o fenmeno tixotropia, o qual est associado recuperao lenta da consistncia do material, perdida pelo cisalhamento, desenhando uma curva denominada curva de histerese. Quando a curva descendente (de volta) passa abaixo do plano da curva ascendente (de ida), o fenmeno chamado antitixotropia. Comportamentos tixotrpicos e antitixotrpicos so encontrados, principalmente, em sistemas plsticos e indicam um fenmeno de estruturao tridimensional da matriz, decorrente da assimetria das partculas e molculas, assim como de diversos efeitos de interao. 2.4. VARIVEIS NAS MEDIDAS DE VISCOSIDADE: Como qualquer outro instrumento de medida, existem variveis que podem afetar as medidas de viscosidade. Estas variveis podem ser relacionadas ao instrumento (Viscosmetro), ou ao fluido de teste. As variveis relacionadas ao fluido provm das propriedades reolgicas do mesmo, enquanto as relacionadas com o instrumento devem-se ao desempenho do viscosmetro e geometria do sensor de cisalhamento (SDC, spindle) utilizado. A maioria dos fluidos encontra-se na classe dos no-Newtonianos. Eles so dependentes do gradiente de cisalhamento e da geometria do SDC. Se uma leitura foi feita a 2,5 rpm (rotaes por minuto) e outra a 50 rpm, os dois valores de viscosidade sero diferentes porque foram obtidos com diferentes foras de cisalhamento. Quanto maior for a velocidade do SDC, maior ser o gradiente de cisalhamento. O gradiente de cisalhamento determinado por: a velocidade rotacional do SDC, a geometria do SDC, a geometria da cmara de amostras e da distncia entre a parede da cmara e a face do SDC. Um teste de viscosidade deve controlar os seguintes parmetros para ser reprodutvel e especfico: Temperatura do teste Geometria do SDC e da cmara Volume da amostra Modelo do viscosmetro Velocidade do teste Tempo para a tomada da medida ou nmero de revolues do SDC.

103. 4. FUNDAMENTOS: Lei do escoamento viscoso de Newton MATERIAL NECESSRIO: Viscosmetro digital Brookfield, modelo DV-I+, sensores de cisalhamento, amostras (glicerina, leo de milho e detergente). MTODO:

5.

5.1. Funo das teclas: : esta tecla usada para navegar em direo ascendente atravs das velocidades disponveis ou do Menu de Seleo de cdigos para os sensores de cisalhamento (SDC) : esta tecla usada para navegar em direo descendente atravs das velocidades disponveis ou do Menu de Seleo de cdigos para os sensores de cisalhamento (SDC) MOTOR ON/OFF: liga e desliga o motor SET SPEED: seleciona a velocidade a ser utilizada pelo DV-I+. Esta tecla tambm utilizada para acessar tempos tais como: Time to Torque e Timed Stop (mtodo de tempos para medida de viscosidade) AUTO RANGE: apresenta o mximo valor de viscosidade (100% de torque) capaz de ser alcanado com a combinao SDC / velocidade selecionada. Esta funo s funciona com o motor ligado. Nota: pressionando e segurando a tecla AUTO RANGE no ato de ligar o viscosmetro, ir mudar a configurao de unidades de medidas CGS para SI ou vice-versa. SELECT SPINDLE: seleciona o cdigo correspondente aos SDC. Esta tecla tambm utilizada para acessar tempos tais como: Time to Torque e Timed Stop (mtodo de tempos para medida de viscosidade).

5.2. Auto-zero: Antes das leituras serem tomadas, o viscosmetro necessita ser zerado. Esta ao deve ser realizada cada vez que o viscosmetro for ligado. A tela do viscosmetro ir orient-lo atravs dos seguintes procedimentos: Ligue a chave de fora, localizada na face traseira do instrumento, para posio ON. Isto ir resultar na tela as indicaes seguintes: torque do instrumento; LV, RV, HA ou HB. Brookfield DV- I+ RV viscosimeter Logo aps ir aparecer a configurao do instrumento Brookfield DV- I+ RV version 4.1 Nenhuma tecla precisa ser pressionada at este ponto. Em seguida a seguinte tela aparecer Remove spindle, press any key Remova o SDC se houver algum conectado e pressione qualquer tecla, e o DV-I+ ir iniciar o autozero. A tela ficar piscando com a mensagem Autozeroing. Aps 15 segundos, a tela ir parar de piscar e a seguinte mensagem aparecer: Replace spindle, press any key Pressionando qualquer tecla neste ponto ir resultar na tela principal do DV-I+. A tela pode variar dependendo do ltimo SDC selecionado. cP 0.0 S01 0.0RPM %0.05.3. Seleo dos sensores de cisalhamento SDC (Spindles): Os viscosmeros LVDV-I+ so providos de um jogo de quatro SDC e um guardileg. Os SDC so

conectados rosqueando-os na ponta de eixo. Note que os SDC so de rosca esquerda. A ponta de eixo deve ser segurada com uma das mos e o SDC deve ser rosqueado esquerda. Os SDC so identificados pelo nmero que existe na parte cilndrica da cabea de cada um. Pressionando a tecla SELECT SPINDLE ir acionar o caractere S na linha de topo da tela que ir piscar por 3 segundos. Se as teclas ou forem pressionadas (somente quando S estiver piscando) os dois caracteres do nmero dos SDC direita do S iro mudar. Quando o cdigo correto do SDC desejado aparecer na tela, solte a tecla para parar a seleo.

11Pressione a tecla SELECT SPINDLE novamente. Esta ao ir aceitar o cdigo do novo SDC para o clculo da viscosidade e o caractere S no piscar mais (obs: voc tem 3 segundos para pressionar a tecla novamente). 5.4. Seleo e configurao das velocidades: Existem 18 velocidades programadas no modelo DV-I+. Para selecionar uma velocidade no viscosmetro, pressione primeiramente a tecla ou , que iro acionar diretamente a RPM (na linha superior) para mostrar a velocidade corrente. A tela mostra que o viscosmetro estava operando a 10.0 RPM e a velocidade corrente selecionada 10.0 RPMcP 872.0 10.0 RPM 10.0 S01 % 87.2

Se alguma tecla ou for pressionada somente uma vez e depois solta, os caracteres RPM iro piscar por 3 segundos, assim que cessar a intermitncia, no ser possvel fazer nenhuma mudana na velocidade. O usurio deve operar a uma velocidade j estabelecida e pr-configurar o viscosmetro para a prxima velocidade antes que esta seja utilizada. Por exemplo, se o aparelho esta a uma velocidade de 10 RPM e a prxima velocidade de 20 RPM, pressione qualquer uma das teclas ou que resultar na tela abaixo:cP 872.0 10.0 RPM 20.0 S01 % 87.2

Pressionando a tecla SET SPEED, o viscosmetro ir utilizar a velocidade de 20 RPM. Se o usurio no pressionar SET SPEED a velocidade continuar 10 RPM. De fato voc deve selecionar uma nova velocidade e pressionar a tecla SET SPEED a qualquer tempo para que o viscosmetro utilize imediatamente a nova velocidade. Pressionar a tecla ou a qualquer instante ir mostrar ao usurio qual velocidade esta selecionada para o prximo passo. Se qualquer tecla ou for pressionada e segurada o viscosmetro ir navegar atravs da tabela de velocidades. Quando a velocidade desejada for mostrada, solte a tecla nesta posio. Voc tem aproximadamente 2 segundos (antes que o RPM pare de piscar) para pressionar a tecla SET SPEED para imediatamente iniciar a rotao na nova velocidade selecionada. Pressionando a tecla MOTOR ON/OFF cessar a rotao do viscosmetrocP 0.0 OFF RPM S01 % 0.0

Pressionando a tecla MOTOR ON/OFF novamente, o viscosmetro usar a ltima velocidade selecionada. No entanto, se o motor estava desligado e voc selecionou a velocidade de 20 RPM, ao pressionar a tecla MOTOR ON/OFF o viscosmetro ir rotacionar a 20 RPM.

5.5. AUTO RANGE e seleo das unidades CGS ou SI: A tecla AUTO RANGE permite que voc determine a viscosidade mxima a ser calculada com a

combinao SDC/velocidade selecionadas. Pressionando esta tecla a qualquer momento o visor ir mostrar a viscosidade mxima que pode ser medida nestas condies. Pressionando a tecla AUTO RANGE no ato de ligar o viscosmetro, far com que a velocidade seja mostrada em unidades CGS (cp) ou SI (mPa.s). Fora de faixa: Leitura de torque exceder 100% Leitura de torque abaixo de 10%CP EEE 10 RPM S01 % EEE CP ? 78.0 S01

10 RPM 20

% ? 77.8

5.6. Operao: Monte o guardleg no viscosmetro. Segure a ponta de eixo com uma das mos tirando a folga e rosqueie o SDC (rosca esquerda) com a outra mo. Insira e centralize o SDC no material de teste at chegar ao nvel de imerso deste.

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Faa a seleo do SDC e da velocidade. Espere o tempo de estabilizao para tomar as medidas. Para exatido devemos somente considerar leituras obtidas entre 10% e 100% da faixa de torque. Pressione a tecla MOTOR ON/OFF para desligar o motor quando for trocar um SDC ou amostra. Remova o SDC para limp-lo.

5.7. Mtodo de tempo para medida de viscosidade: O mtodo de tempo permite ao usurio implementar capacidades Timed Stop e Time to Torque. Esta caracterstica permite ao usurio configurar o viscosmetro para gravar as leituras aps um tempo determinado (Timed Stop) ou at chegar a um valor de torque estipulado (Time to Torque).6. TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: 6.1. Analisar a reologia da glicerina: determinar a viscosidade e torque para diferentes valores de velocidade e traar os grficos relacionando velocidade (eixo y) com torque (eixo x) e (eixo y) com velocidade (eixo x). 6.2. Analisar a reologia do leo: determinar a viscosidade e torque para diferentes valores de velocidade e traar os grficos relacionando velocidade (eixo y) com torque (eixo x) e (eixo y) com velocidade (eixo x). 6.3. Analisar a reologia do detergente: determinar a viscosidade e torque para diferentes valores de velocidade e traar os grficos relacionando velocidade (eixo y) com torque (eixo x) e (eixo y) com velocidade (eixo x). TABELA 1. Valores de viscosidade em funo da velocidade de cisalhamento para diferentes amostras Grupo 1 oleo de milho Sensor: SC4-18 Volume da amostra: 8 mL Temperatura: ________Tempo (min) Velocid (rpm) Fator (cp) Torque (%) (cp)

Grupo 2 glicerina Sensor: SC4-34 Volume da amostra: 9,5 mL Temperatura: ________Tempo (min) Velocid (rpm) Fator (cp) Torque (%) (cp)

Grupo 3 detergente Sensor: SC4-34 Volume da amostra: 9,5 mL Temperatura: ________Tempo (min) Velocid (rpm) Fator (cp) Torque (%) (cp)

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

13para Cilindros coxiais:

2R 2 S'= 2 c 2 Velocidade de cisalhamento, S (s ): R R b c Fora de cisalhamento, F (dyn/cm2): F ' = 2 2 Rb L-1

Viscosidade, (poise):

=

F' S'/60)N] sendo N= rpm

: velocidade angular do sensor de cisalhamento (rad/s) ou [(2Rc : raio do continer (cm) Rb : raio do sensor de cisalhamento (cm)

:

torque utilizado pelo instrumento L : comprimento efetivo do sensor de cisalhamento (cm).

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REFRATOMETRIA I1) OBJETIVOS: Determinao do ndice de refrao de lquidos e o uso desta medida na identificao de lquidos puros e na determinao da pureza de amostras. 2) RESUMO DA TEORIA: Quando um raio de luz monocromtica passa de um meio para outro, ele entortado ou refratado, aproximando-se ou afastando-se da normal, de acordo com as caractersticas dos meios. O grau dessa refrao dado pela equao: sen i v1 n 2,1 = = sen r v 2 n= ndice de refrao do meio 2 em relao ao meio 1 i= o ngulo formado pelo raio incidente e a normal r= o ngulo formado pelo raio refrato e a normal v1= a velocidade da luz no primeiro meio v2= a velocidade da luz no segundo meio O ndice de refrao (n) de uma substncia a relao entre a velocidade da luz no vcuo e sua velocidade na substncia. Ele tambm pode ser definido como a relao entre o seno do ngulo de incidncia e o seno do ngulo de refrao. Na prtica, determina-se a refrao em relao ao ar e substncia, em lugar de em relao ao vcuo e substncia, visto que isso no apresenta influncia significativa nos valores observados. O ndice de refrao depende da natureza qumica da substncia, do comprimento de onda da luz usada em sua medida e da temperatura. Se o segundo meio uma soluo, o ndice de refrao depende tambm da concentrao da mesma. t necessrio especificar as condies de temperatura e comprimento de onda utilizados ( n ). Os ndices de refrao so geralmente formulados em funo da linha D da luz de sdio de comprimento de 20 onda de 589,3nm, temperatura de 20oC 0,5oC ( nD ). O ndice de refrao pode ser usado para determinar a concentrao de materiais, para estabelecer a identidade e a pureza de um composto qumico e como uma ajuda valiosa para provar a estrutura de um composto. O ndice de refrao, em conjunto com a densidade, pode servir como uma valiosa ajuda para provar a estrutura de um novo composto atravs do uso da refrao especfica (r), a qual definida pela equao de Lorentz-Lorenz: n2 1 1 3 r = 2 n + 2 d (cm /g) e dela deriva-se a refrao molar (R)

R = r.M (cm3)n = ndice de refrao da substncia usando a raia D do sdio d = densidade da substncia mesma temperatura M = peso molecular da substncia A determinao da refrao especfica pode ser comparada com a calculada a partir de consideraes estruturais. Dois sistemas so atualmente utilizados: um baseado na refratividade de ligaes e outro baseado na refratividade atmica e estrutural. Em ambos os casos o componente refratividade para qualquer estrutura dada so adicionados, e esta soma (a refrao molar) dividida pelo peso molecular da estrutura dada. Para a maioria dos compostos orgnicos a medida da refrao especfica mostrou no diferir da refrao especfica calculada em mais que 1%. A refrao especfica e a refrao molar so independentes da temperatura e inclusive do estado de agregao. So de grande importncia para as determinaes de concentrao de misturas de lquidos, visto que se alteram linearmente com a concentrao, o qual no vlido para o ndice de refrao nem a densidade. O ndice de refrao varia com a temperatura e, para a maioria dos lquidos orgnicos usados, um aumento na temperatura de 1oC, causa uma diminuio em n de 3,5.10-4 a 5,5.10-4. Na ausncia do dado correto, o valor de 4,5.10-4 pode ser usado como uma aproximao.

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3) FUNDAMENTOS: Fenmeno da refrao e ngulo limite de incidncia (reflexo total). 4) MATERIAL NECESSRIO: Refratmetro de Abbe, leno de papel, pipetas, gua destilada, etanol, tetracloreto de carbono, cido actico. 5) MTODO: Abra a chave 8 e gire o sistema, para que o prisma opaco fique na posio horizontal Limpe cuidadosamente os prismas, utilizando papel macio umedecido com ter ou metanol, seque-os bem.

Coloque 3 gotas da amostra sobre o prisma opaco, sem toc-lo com a pipeta . Feche o sistema rapidamente a fim de evitar a evaporao. Gire a chave 10 at que a luz observada na ocular 1 se torne parcialmente escura (a fase escura deve ficar prxima ao cruzamento das linhas existentes na ocular 1). O ajuste dever ser no sentido anti-horrio quando o campo aparecer escuro e horrio quando aparecer claro. A rea clara dever estar na parte superior do campo. Caso no haja nitidez da linha escuro-claro, gire o compensador 4 para que tal nitidez seja a melhor possvel. Gire a chave 10 at que a linha escuro-claro fique exatamente sobre o cruzamento das linhas do visor. Leia o ndice de refrao no microscpio de leitura 12. Abra o sistema de prismas e limpe-o muito bem. CALIBRAO: Dever ser realizada com gua destilada. Conferir o valor obtido com o tabelado para diferentes temperaturas. 6) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: Os ndices de refrao da gua, do tetracloreto de carbono e etanol so dados pelas seguintes equaes:t H2O: nD = 1,3325 - 1,1.10-4(t-25)

t CCl4: nD = 1,4576 - 2,2.10-4(t-25) t Etanol: nD = 1,3584 - 4,1.10-4(t-25) t Onde nD o ndice de refrao para a linha D do sdio toC. Compare o ndice de refrao determinado para estes lquidos com o ndice de refrao calculado pelas equaes acima, para a temperatura do experimento (t). Para o cido actico pesquisar no Handbook o valor do ndice de refrao, converter este valor para a temperatura do experimento (use o fator de 3,2x10-4), e comparar com o valor obtido na prtica. Calcular a refrao especfica e a refrao molar da gua, do CCl4, do cido actico e do etanol 99,5% a partir dos valores de ndice de refrao obtidos no Handbook para a temperatura de 20 oC (usar os valores de densidade a 20oC fornecidos abaixo) e comparar com os valores de refrao molar calculados usando os dados da tabela 3. OBS: densidade da gua a 20C: 0,9982 g/cm3 densidade do CCL4 a 20C: 1,595 g/cm3 densidade do cido actico a 20C: 1,0492 g/cm3 densidade do etanol 99,5% a 20C: 0,791 g/cm3

7) ITENS PARA A DISCUSSO: Eficincia e facilidade de uso dos dois refratmetros usados. Anlise da pureza das substncias testadas. Diferenas entre os valores de ndice de refrao obtidos experimentalmente e os obtidos no Handbook. Diferenas entre os valores de refrao molar experimental (ndice de refrao obtidos no Handbook) e o calculado pelos dados da tabela 3.

16Tabela 1. Resultados de ndice de refrao obtidos experimentalmente. Amostra H2O CCl4 cido actico Etanol 99,5% Etanol 95 % Etanol comercial Grupo 1 2 3 4 5 6

n

25 D

Handbook t a 25oC n D a toC

Abbe I toC

Abbe II

n

t D

toC

t nD

--------

--------

Tabela 2. Refrao molar experimental e terica Substncia H2O CCl4 cido actico Etanol 99,5% Peso molecular 18,02 153,82 60,05 46,07

n

20 D

Dados do Handbook (experimental) Densidade a Refrao Refrao 20oC especfica molar

Refrao molar calculada com dados da tabela 3

REFRATMETRO DE ABBEO refratmetro de Abbe faz uso do princpio de ngulo crtico ou ngulo limite de reflexo total. O campo no telescpio ir mostrar uma regio clara e outra escura, a fina linha de demarcao entre elas corresponde ao ngulo crtico. O refratmetro de Abbe composto essencialmente de quatro partes: o telescpio, os prismas de Abbe, o crculo graduado de cristal com microscpio de leitura e os prismas de compensao. O telescpio consta de uma objetiva, uma ocular e um disco com linhas cruzadas montado no plano focal da objetiva. A funo do telescpio formar uma imagem da linha extrema de reflexo total, ou linha limite, no plano de linhas cruzadas. Os prismas de Abbe consistem de dois prismas semelhantes de vidro de alto ndice de refrao, montados em uma cavidade rodeada por uma camisa de gua, de modo que se possa manter o controle da temperatura ao redor dos prismas. A superfcie exposta do prisma superior polida enquanto que a do prisma inferior spera, resultando no que se chama de superfcie rugosa. Esta superfcie serve para dirigir a luz que chega ao prisma para todas as direes possveis. No espao entre os 2 prismas (0,1 mm espessura) colocado o lquido cujo ndice de refrao se deseja determinar. Os prismas de compensao so prismas de Amici, de viso direta, que giram em direes opostas ao redor do eixo ptico do Telescpio. Estes prismas tornam possvel a utilizao do instrumento com luz branca. t Embora a luz branca seja usada, o ndice de refrao medido, n D , para a linha D do sdio, 5893A , porque os prismas de compensao de Amici so construdos com vidros especiais tal que a luz desteo

comprimento de onda no desviada mas qualquer outra luz desviada. Um anel saliente no meio da barra do telescpio girado at a compensao ser completa e as franjas de cor desaparecem, levando a uma fina linha de demarcao entre as 2 partes do campo.

17PRODUO DA LINHA EXTREMA DE REFLEXO TOTAL. A superfcie do prisma inferior rugosa e produz uma disperso da luz quando sai do prisma inferior para o espao entre os prismas. A direo da luz difundida varia desde paralela superfcie do prisma (Fig. 2 - raios a) at perpendicular. Os raios paralelos so chamados raios limite e tm incidncia rasante. Os raios limite formam todos os ngulos possveis dentro de 360o em relao com qualquer linha de referncia na superfcie do prisma (Fig.2 - raios a, a, a, etc.) Os raios a e b na figura 2 passam pelo lquido, pelo prisma superior e so focados no plano das linhas cruzadas pela objetiva (Fig.3). Estamos limitando a discusso a 2 dimenses, porm deve-se ter sempre presente que se trata de um problema em 3 dimenses e que os raios a, a, a, etc., experimentam em seus planos as mesmas refraes que as que consideramos no plano do papel. REFRAO MOLAR A refrao molar de uma substncia aproximadamente a soma das refraes dos grupos eletrnicos dentro da substncia. A refrao molar de NaCl, por exemplo, a soma das refraes dos ons Na + e Cl-. Para obter a refrao dos ons individuais, a partir dos seus sais, necessrio conhecer pelo menos o valor da refrao para um dos ons. A refrao do on fluoreto foi calculada exatamente, a partir da Mecnica Quntica e, usando-se este valor, podemos calcular as refraes dos ons Li +, Na+, etc, a partir da refrao dos fluoretos correspondentes. O mesmo argumento pode ser aplicado a grupos eletrnicos em molculas covalentes. A refrao do metano atribuda refrao de quatro grupos eletrnicos de ligao, entre os tomos de carbono e hidrognio. A contribuio das duplas e triplas ligaes refrao encontrada a partir das refraes de eteno e etileno. Os pares eletrnicos das ligaes esto mais fracamente ligados que os da ligao simples. Grupos incluindo oxignio, mostram que a refrao depende do modo de ligao do oxignio. A refrao, que inclui dois pares de eltrons do oxignio, bem como os pares de eltrons de ligao, diferente para cetonas, teres e lcoois. Para compostos simples, a soma das refraes dos grupos a refrao molar do composto com razovel exatido. Aparecem algumas dificuldades em compostos com duplas ligaes conjugadas que possuem refrao maior que a esperada. R independente da temperatura ou estado fsico e fornece uma medida aproximada do volume total (sem espaos livres) de um mol de molculas. Algumas contribuies atmicas e de ligaes, determinadas para a raia D do sdio so dadas na tabela abaixo. A refrao molar depende do nmero e natureza dos tomos presentes, e tambm das caractersticas das ligaes. Estes valores podem ser usados para comparar a refrao molar calculada com a observada, e assim confirmar a estrutura das molculas. Tabela 3. Contribuies para a refrao molar tomo / ligao Carbono Hidrognio Cloro Bromo Iodo Dupla ligao Tripla ligao Refrao molar 2,418 1,100 5,967 8,865 13,900 1,733 2,398 tomo / ligao Oxignio (em grupo OH, O) Oxignio (em grupo CO, O=) Oxignio (em ter, O) Anis de 3 membros Anis de 4 membros Refrao molar 1,525 2,211 1,643 0,71 0,48

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Fig. 1- Refratmetro de Abbe

Fig. 2- Seo transversal e vista por cima do prisma inferior

Fig.3- Caminho da luz atravs do Refratmetro de Abbe

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REFRATOMETRIA -II1) OBJETIVOS:

Determinao do contedo de substncia seca em solues de sacarose, glicose e refrigerante, com o uso do refratmetro de Abbe. Determinao da composio de uma soluo hidro-alcolica, pela determinao do ndice de refrao, usando uma reta de calibrao, traada com solues de concentraes conhecidas e a correspondente refrao especfica.2) RESUMO DA TEORIA: a) Determinao de substncia seca:

A determinao do contedo em substncia seca se efetua com o refratmetro de Abbe com preferncia em sucos de frutas e verduras, conservas de tomate, limonadas efervescentes (gasosas) e em outros produtos alimentcios. A escala de substncia seca est dividida segundo a escala de acar internacional de 1966. Esta indica o contedo em substncia seca, ou seja no componente desprovido de gua de um produto, com exatido apenas para solues de acar puras. Na maioria dos casos, a substncia seca contm, alm do componente principal, o acar, outras substncias solveis em gua que, de forma anloga ao acar, surtem efeito sobre o ndice de refrao, assim como outros componentes no solveis. Amostras que no so solues, mas misturas podem precisar de preparaes especiais, tais como remoo de slidos suspensos. Fibras, polpa e outros tipos de incluses devem ser separados por filtrao. Este processo preparatrio ir, na maioria dos casos, aumentar a definio da linha claro-escuro, sem afetar o grau de concentrao ou ndice de refrao da amostra. O refratmetro indica todo o extrato solvel em gua (acar e outras substncias dissolvidas) como substncia seca. A escala de substncia seca vale para medidas a 20 oC. Para outras temperaturas entre 10 oC e 30 oC, deve-se corrigir o nmero de porcentagem lido segundo a tabela de correo (Tabela 2). A refrao especfica e a refrao molar so independentes da temperatura e inclusive do estado de agregao. So de grande importncia para as determinaes de concentrao de misturas de lquidos, visto que se alteram linearmente com a concentrao, o qual no vlido para o ndice de refrao nem a densidade Equao de Lorentz-Lorenz: Refrao especfica: n 2 1 1 3 r = 2 n + 2 d (cm /g)

Refrao molar: R = r.M (cm3) n = ndice de refrao da substncia usando a raia D do sdio d = densidade da substncia mesma temperatura M = peso molecular da substncia b) Definies: oGay Lussac (oGL= %V15oC): quantidade em mililitros de lcool absoluto contida em 100 mililitros de mistura hidro-alcolica. oINPM (%P= porcentagem de lcool em peso ou grau alcolico INPM): quantidade em gramas de lcool absoluto contida em 100 gramas de mistura hidro-alcolica c) Abaixamento do grau alcolico: Para levar um lcool de concentrao conhecida a uma concentrao mais baixa, diluindo-o com gua destilada, levar-se- em conta que os peso dos lcoois manipulados estaro entre si como o inverso de seus ttulos ponderais, utilizando-se a equao: b x=P a x= peso que se deve tomar do lcool a diluir (concentrado) P= peso que se deseja obter do lcool diludo a= o ttulo ponderal (oINPM) do lcool a diluir b= o ttulo ponderal (oINPM) do lcool diludo que se deseja obter. Obtm-se a proporo de gua destilada pela diferena (P-x). OBS.: % acar (substncia seca)= g/100g. Margem de medio: 0 a 85%

203) MATERIAL NECESSRIO: refratmetro de Abbe, sacarose, etanol 95%, glicose, refrigerante,

balana, leno de papel e vidraria.4) APRESENTAO DOS RESULTADOS:

Tabela 1. Resultados de % de substncia seca e ndices de refrao obtidos experimentalmente.GRUPO

REFRATMETRO ABBE IAMOSTRA ToC Sacarose 10% Sacarose 20% Sacarose 30% Sacarose 40% Glicose 10% Glicose 20% Glicose 30% Glicose 40% Amostra X Amostra Y Refrigerante Refrig. diet % em PESO AMOSTRA o INPM Escala Corrigido Etanol 10% Etanol 20% Etanol 30% Etanol 40% Etanol 50% Etanol 60% Etanol 70% Etanol 80% Etanol 90% Etanol 95% Amostra R Amostra S

REFRATMETRO ABBE II t 20 0 Densidade n n C ToC o20 C

Refrao Especfica

1

2

3

a) Determine o teor de substncia seca nas solues contendo concentraes conhecidas de sacarose e

glicose, nas amostras e nos refrigerantes, usando a escala adequada do refratmetro. Faa as correes de temperatura de acordo com a tabela 2 e analise a eficincia do mtodo. b) Trace a curva relacionando o ndice de refrao determinado com o oINPM das solues de etanol. Compare com os valores de Handbook. c) Trace a reta relacionando a refrao especfica, calculada usando valores de densidade (200C) do Handbook (Tabela 3) e o ndice de refrao corrigido para 20oC (use o fator de correo de 4,1x10-4), com a concentrao das solues de etanol (oINPM ) e, por meio dela, determine a concentrao das amostras R e S. Tabela 2. Correo da % de substncia seca em funo da temperatura.

21Tabela 3. Dados de densidade e ndice de refrao a 20oC para solues hidro-alcolicas.

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POLARIMETRIA1. OBJETIVOS: Demonstrar que a atividade ptica funo da constituio qumica da substncia e de sua concentrao. Determinar o ngulo de rotao e calcular a rotao especfica de solues de sacarose, glicose e frutose de diferentes concentraes. 2. RESUMO DA TEORIA: Segundo a teoria ondulatria, a luz se propaga por um movimento ondulatrio caracterizado por um comprimento de onda e por um plano de vibrao. Na luz natural as vibraes correspondentes a cada ponto de um raio luminoso se fazem, ao acaso em todas as direes possveis, desde que perpendiculares ao raio. Na luz polarizada as vibraes correspondentes a todos os pontos de um raio luminoso se fazem em uma nica direo perpendicular ao raio. Se pudssemos ver as vibraes luminosas, um raio de luz polarizada, visto de frente, teria o aspecto mostrado na figura 1. Se o raio fosse de luz natural, o aspecto seria o mostrado na figura 2.

Fig. 1: luz polarizada

Fig. 2: luz natural

A luz natural pode ser transformada em luz polarizada por qualquer um dos seguintes modos: Por reflexo Por refrao Por dupla refrao As substncias amorfas (vidro, plstico, etc.) e as cristalinas no sistema cbico (cloreto de sdio, diamante, etc.) so istropas. As demais so anistropas. Quando a substncia istropa um raio luminoso incidente dar origem a um nico raio refratado. Quando a substncia anistropa obtm-se, em geral, dois raios refratados. Um deles obedece s leis de Snell-Descartes e se chama raio ordinrio; o outro no obedece a estas leis e se chama raio extraordinrio. O fenmeno denominado dupla refrao ou birrefringnica. Tanto o raio ordinrio quanto o extraordinrio se encontram polarizados. Um dos mtodos de produzir luz polarizada mediante o prisma de Nicol. Este prisma obtido cortando-se um cristal de calcita (espato da Islndia forma cristalina rombodrica muito pura de carbonato de clcio) por um plano de inclinao conveniente e colando as duas partes com blsamo do Canad. Quando um raio incide sobre o prisma de Nicol, formam-se dois raios polarizados: o ordinrio (obedece s leis de descartes) e o extraordinrio. Os dois raios refratados encontram o blsamo segundo ngulos tais que o raio ordinrio sofre reflexo total e o raio extraordinrio consegue atravess-lo. Aps a reflexo total o raio ordinrio absorvido pelas paredes laterais do Nicol, convenientemente enegrecidas. As vibraes dos dois raios polarizados so perpendiculares entre si: o raio ordinrio vibra perpendicularmente ao plano da seo principal, o raio extraordinrio vibra paralelamente ao plano da seo principal. RE RO Consideremos dois prismas de Nicol dispostos com indica a figura abaixo.luz polarizada x polarizador analisador Io Prismas paralelos luz polarizada y

I

Girando o analisador em torno de xy verificamos que a intensidade do raio emergente varia de acordo com a equao: I = Io . cos2 (Lei de Malus)

I: intensidade da luz transmitida pelo analisador. Io: intensidade da luz que incide no analisador. : ngulo mximo de que se girou o analisador, em relao posio de mxima transmisso. I = Io para = 0o e = 180o prismas paralelos I = 0 para = 90o e = 270o prismas cruzados

23.polarizador luz polarizada

kanalisador

Prismas cruzados Considere dois nicis cruzados e uma fonte de luz monocromtica. Nestas condies o anteparo k no recebe luz. Entretanto, colocando certas substncias opticamente ativas entre o polarizador e o analisador, o anteparo se ilumina. Restabelece-se a obscuridade girando-se o analisador de um ngulo conveniente. Individualmente todas as molculas possuem a capacidade de desviar o plano de polarizao da luz. Na maior parte dos casos, as molculas esto orientadas completamente ao acaso, de modo que no possvel observar nenhum efeito global apesar de que esto girados os planos de todos as ondas luminosas. No entanto, algumas molculas, orgnicas e inorgnicas, tm estrutura de tal natureza, que impossvel uma orientao completamente ao acaso. As molculas deste tipo mais conhecidas na qumica orgnica so as que possuem um ou mais tomos de carbono assimtrico. Um exemplo o cido lctico. Usando modelos moleculares pode-se provar que impossvel colocarmos um junto ao outro, de modo que a orientao do segundo seja justamente a oposta do primeiro. Se atravs de um sistema de molculas deste tipo passa luz polarizada, o plano de polarizao experimentar uma rotao global, no sentido dos ponteiros do relgio (dextrgira, +) ou no sentido contrrio (levgira, -). A direo do giro do plano da luz polarizada depende da natureza da substncia opticamente ativa. A magnitude da rotao depende: a) da natureza da substncia opticamente ativa b) do comprimento de onda da luz polarizada c) da temperatura d) do tamanho da coluna atravs da qual passa a luz e) da concentrao da substncia opticamente ativa na coluna f) da natureza do solvente (em alguns casos). A determinao do poder rotatrio serve para determinar tanto a identidade como a pureza da substncia. s vezes a atividade ptica serve para dar indicao do valor teraputico de uma substncia. Exemplos: quinina, hiosciamina, epinefrina, isoprenalina, cloranfenicol e cido ascrbico levgiros so mais ativos que os correspondentes dextrgiros. Rotao ptica: o ngulo atravs do qual o plano de polarizao girado quando a luz polarizada passa atravs de uma camada de lquido. Rotao especfica: a rotao especfica de uma substncia lquida o ngulo de rotao medido conforme especificado, calculado com referncia a uma camada de 1dm de espessura e dividido pela densidade a 20oC. A rotao especfica de uma substncia slida o ngulo medido conforme especificado, e calculado com referncia a uma camada de 1 dm de espessura de uma soluo contendo 1 g da substncia por 100 g de soluo. A atividade ptica de uma substncia em soluo expressa geralmente como Rotao Especfica, ([ ] t), a qual definida como:

[ ] t = .100 / l .c

ou

[ ] t = .100 / l .d.p

: ngulo de rotao observado l: comprimento da coluna em decmetro c: concentrao da substncia em g/100 mL de soluo d: densidade da soluo p: o nmero de gramas da substncia contida em 100 g da soluo O superndice t indica a temperatura e o subndice o comprimento de onda da luz utilizada. POLARMETRO DE LAURENT A fonte de luz geralmente uma lmpada de vapor de sdio. Depois de passar atravs de um filtro, a luz entra no polarizador, este um prisma de Nicol. No outro extremo do instrumento h outro prisma de Nicol, que se chama analisador. Se o analisador e o polarizador esto orientados exatamente da mesma maneira em relao ao eixo ptico do instrumento, toda a luz que atravessa o polarizador atravessar tambm o analisador. Se, ao contrrio, o analisador est orientado perpendicularmente ao polarizador, a luz no o

24atravessar, e se observar obscuridade completa ao observar a ocular. Se o tubo contendo a substncia opticamente ativa colocado entre o polarizador e o analisador, ter lugar o giro do plano da luz. Na prtica, a operao no to sensvel, devido dificuldade em determinar o ponto de luminosidade mnima.

A, analisador. C, dispositivo de sensibilizao (prisma auxiliar). E, ocular. F, filtro de luz. G, lupa para leitura da escala. M, parafuso micromtrico para girar o analizador. AO, eixo ptico. P, polarizador. 3. FUNDAMENTOS: Leis de Biot Polarizao da luz por dupla refrao Polarizao rotatria: substncias opticamente ativas 4. MATERIAIS: gua destilada, sacarose, glicose, frutose, Polarmetro de Laurent, 9 bales volumtricos de 100 mL, solues de sacarose, glicose e frutose, a 5%, 10% e 15% (m/v). 5. MTODO: Calibrar o aparelho com gua destilada, determinar o padro. Coloque gua destilada no tubo, coloque-o dentro do polarmetro, e faa a leitura do ponto zero. A leitura deve ser realizada quando as duas metades do campo estiverem igualmente escuras. Realizar pelo menos 3 leituras. A leitura assim obtida deve ser subtrada das leituras obtidas com as diferentes amostras. Determinar o grau de rotao das amostras, teste. Devem ser realizadas 3 leituras do ngulo de rotao para cada amostra. 6. TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS A partir do ngulo de rotao mdio, determinado para cada amostra, calcular a rotao especfica: 100 ( teste pado ) [ ] t = l.c Compare os valores de rotao especfica obtidos a partir dos dados experimentais, para cada substncia e cada concentrao, com os valores calculados atravs das equaes abaixo (equaes apresentadas no Handbook). Considere c a concentrao em g/100 mL. Sacarose: 66,412 + 0,01267 c 0,000376 c2 (20oC) Glicose: 52,5 + 0,025 c (20oC) Frutose: -88,5 0,145 c (25oC) Calcule a rotao especfica da sacarose para a temperatura do experimento e compare com o valor a 20oC e com o valor experimentalmente obtido. A equao para a rotao especfica da sacarose, em funo da temperatura, quando se utiliza a luz de sdio (raia D) : [ ]Dt = [ ]D20 [1 0,00037 (t 20)] para t = 14 a 30oC

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3. APRESENTAO DOS RESULTADOS: Tabela 1: ngulo de rotao e rotao especfica de diferentes acaresGrupo Amostras Temp. Exp. (oC) NGULO ROTAO ( ) 1 2 3 Mdia ROTAO ESPECFICA, [ ]Dt Obtida dos Obtida pela Corrigida para dados equao do a temperatura experimentais Handbook experimental

1,2,3,4,5 1 2 3 4 5

gua - calibrao Sacarose 5 % (m/v) Sacarose 10 % (m/v) Sacarose 15 % (m/v) Glicose 10 % (m/v) Frutose 10 % (m/v)

xxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxx

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ESPECTROSCOPIA1. OBJETIVOS: Determinar o comprimento de onda de radiaes constituintes do espectro de emisso de diferentes substncias atravs do espectroscpio de Kirchhoff-Bunsen. 2. RESUMO DA TEORIA: a) Espectroscopia: A espectroscopia o estudo da interao da radiao eletromagntica com a matria. Dos espectros atmicos e moleculares pode-se obter informaes detalhadas sobre a estrutura das molculas (simetria molecular, distncias de ligao e ngulos de ligao) e sobre suas propriedades qumicas (distribuio eletrnica, fora de ligao). As molculas de um dado composto existem apenas em certos estados de energia. As energias so "quantizadas". Para um fton ser absorvido por uma molcula a energia do fton deve corresponder precisamente diferena entre dois estados energticos caractersticos da molcula. A energia do fton no pode ser dividida neste processo, ou absorvida em sua totalidade ou no afeta a molcula. b) O espectro eletromagntico: O espectro eletromagntico consiste de uma gama de radiaes cujos comprimentos de onda no espao livre vo do mais curto, de aproximadamente 10-14m, ao mais longo, de aproximadamente 107m. Esses limites no so absolutos uma vez que trabalhos futuros podero estend-los nos dois sentidos. Estas radiaes so caracterizadas pela velocidade comum "c", no espao livre. As diferentes pores deste espectro so dados nomes diferentes (raios , raios X, ultravioleta, visvel, infravermelho, ondas curtas, ondas longas) que indicam usualmente seu modo de produo. As radiaes de pequenos comprimentos de onda so mais energticas. A energia cintica associada com um fton de radiao eletromagntica definida pela equao:E = h = hc

onde: E = energia do fton (erg ou J, J = 107erg) h = constante de Max Planck (6,6262.10-34J.s ou 6,6262.10-27erg.s) = freqncia da radiao (s-1ou Hz) c = velocidade da luz (2,998.108 m/s) = comprimento de onda (m, m, nm ou ) OBS. m = 10-6m; nm = 10-9m; = 10-10m Para qualquer ramo da espectroscopia, a posio das linhas espectrais pode ser medida em termos de freqncia, comprimento de onda ou nmero de onda. O nmero de onda ( ) definido como:

=

1 = c

(cm-1)

c) Estados energticos das molculas: Os nveis de energia responsveis pelos espectros atmicos representam os diferentes estados de energia permitidos para os eltrons orbitais. Da mesma maneira, numa molcula, a absoro ou emisso de energia pode ocorrer em transies entre nveis de energia diferentes dos eltrons, contudo, alm disso, uma molcula pode mudar seu nvel de energia de duas outras maneiras, que no ocorrem em tomos: atravs de variaes na energia vibracional da molcula e atravs de variaes na energia rotacional da molcula. Estas energias internas, da mesma forma que a energia eletrnica, so quantizadas, de modo que a molcula s pode existir em certos nveis discretos de energia vibracional e rotacional. A energia de uma molcula pode ser expressa como a soma das contribuies eletrnicas, vibracionais e rotacionais. E = Eelet + Evib + Erot As diferenas de energia entre estados rotacionais so muito pequenas, muito menores que entre estados eletrnicos. Transies vibracionais so intermedirias entre os dois.

273. MATERIAL NECESSRIO: Espectroscpio de kirchhoff-Bunsen, bico de Bunsen, lmpada com filamento de tungstnio, suporte para a lmpada, garra, cabos de Koli, alas de nquel-cromo, soluo de HCl 50% (lavar as alas), lmpada de hlio e solues saturadas das amostras. 4. MTODO: a) Aferir o aparelho: queimar a soluo de NaCl e ajustar o prisma de forma que a raia amarela emitida pelo sdio se sobreponha graduao 5,9 (5.900 ) da escala micromtrica. b) Traar uma curva de calibrao da escala do aparelho, utilizando os valores obtidos para as raias do gs hlio em funo dos valores tabelados para as mesmas. c) Queimar a substncia da qual se deseja conhecer os comprimentos de onda emitidos na faixa do visvel. 5. FUNDAMENTOS: a) Do aparelho: reflexo e refrao e suas leis. b) Da experincia: teoria de Niels Bohr. 6. APRESENTAO DOS RESULTADOS: Determinar o comprimento de onda da radiao emitida pelas substncias analisadas utilizando a curva de calibrao traada com as radiaes emitidas pelo gs hlio.

Apresentar o valor do comprimento de onda da raia do sdio e das outras substncias analisadas em m, m, nm e , e calcular sua energia (erg e J), freqncia e nmero de onda. Fazer esquema do aparelho, explicar seu funcionamento e mostrar onde ocorre a reflexo e refrao.

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TENSO SUPERFICIAL ( ) E TENSOATIVOS1. OBJETIVOS: a) Determinar a tenso superficial de substncias pelo mtodo da ascenso capilar. b) Estudar a variao da tenso superficial de um lquido em conseqncia da adio de outras substncias ao mesmo. c) Verificar a influncia da natureza do lquido na tenso superficial. 2. RESUMO DA TEORIA: a)Tenso Superficial: As molculas da superfcie de um lquido so submetidas a foras intermoleculares desiguais, resultando na tenso superficial. Esta tenso superficial expressa como a energia livre de superfcie por unidade de rea e pode ser representada como uma fora que age no plano da superfcie do lquido, tornando esta superfcie a menor possvel. W F .x F = = = A l.x l = tenso superficial A = rea F = fora W = trabalho l = comprimento x = largura b) Fatores que influenciam a tenso superficial: Natureza da substncia Temperatura Substncias dissolvidas. Unidades: MKS: J/m2 ou N/m CGS: erg/cm2 ou dyn/cm 1 J = 107 erg 1 N = 105 dyn

c) Capilaridade: O fenmeno em que um lquido sobe at determinada altura dentro de um tubo capilar, quando este colocado dentro do recipiente que o contm, chama-se "ao capilar". A altura alcanada depende da natureza do lquido, do tubo e do raio do capilar. A fora que sustenta a coluna lquida proporcional tenso superficial do lquido, fato este que permite determin-la experimentalmente a partir da seguinte equao: d .g .r.h = 2. cos d = densidade do lquido (g/cm3) h = altura da coluna lquida (cm) g = acelerao da gravidade: 980 cm/s2 para = zero, cos = 1 r = raio do capilar (cm) dyn = g.cm/s2 d) Tensoativos: D-se o nome de agentes tensoativos, agentes de superfcie, anfiflicos, surfactantes ou simplesmente tensoativos, s substncias que, colocadas em soluo, so capazes de modificar as propriedades superficiais do solvente. A atividade superficial destas substncias conseqncia de sua estrutura qumica. Todas elas possuem, em uma mesma molcula, grupos polares e grupos no polares, ou seja, uma parte hidroflica e

29outra hidrofbica. A poro hidrofbica , geralmente, constituda por cadeias alifticas ou, menos freqentemente, por heterocclicos ou sistemas de anis aromticos. A poro hidroflica pode ser constituda por grupamentos funcionais, cuja estrutura condiciona a afinidade pela gua (carboxilas, hidroxilas, grupamentos sulfricos, etc.). Os tensoativos tendem a migrar at a superfcie da soluo e originar ali pelculas orientadas. Quando a concentrao aumenta, certas molculas tendem a tomar a mesma orientao que na superfcie, formando verdadeiros agregados coloidais, as micelas. Os tensoativos so , geralmente, classificados de acordo com a natureza de seu grupamento hidroflico e so divididos em 4 classes: 1- Aninico: em gua formam ons orgnicos graxos com carga negativa, aos quais se deve a tensoatividade, e ons positivos, que conferem solubilidade ao composto. Ex: dodecil sulfato de sdio (SDS) 2- Catinico: em soluo aquosa formam ons orgnicos graxos carregados positivamente e ons negativos, geralmente inorgnicos e de carter no metlico. Ex: cloreto de lauril trimetil-amnio 3- No inicos: no se ionizam em gua, sua solubilidade condicionada presena de grupos orgnicos que possuem forte afinidade pela gua. Ex: lauril trietilenoglicol, srie span, srie tween 4- Anfolticos: so tensoativos que em soluo aquosa se dissociam segundo as condies do meio. Quando o meio alcalino, funcionam como aninico, quando acido, funcionam como catinicos, quando neutro, agem como no inicos. Esta versatilidade se deve presena de grupos funcionais duplos que se dissociam de acordo com o pH. Ex: lauril taurina 3. MATERIAL NECESSRIO: Microscpio, ocular micromtrica, lmina micrmetro objetiva, suporte de cortia, lmina de vidro, rgua, capilares, vidro relgio, balana, picnmetro, termmetro, substncias das quais se deseja determinar a tenso superficial. 4. MTODO : a) Determinar a temperatura do lquido. b) Determinar a densidade do lquido: mtodo do picnmetro. c) Determinar a altura que o lquido ascende no capilar: fazer 5 determinaes e usar o valor mdio obtido. d) Determinar o raio interno do capilar. e) Calcular a tenso superficial. 5. FUNDAMENTO : fenmeno da capilaridade. 6. APRESENTAO DOS RESULTADOS : Organize a tabela com os valores obtidos por todos os grupos e apresente os clculos efetuados pelo seu grupo. Indique corretamente as grandezas envolvidas e apresente os resultados com o nmero correto de algarismos significativos.

30Tabela 1. Tenso superficial e densidade das substncias e misturas analisadas. GRUPO SUBSTNCIAH2O ETANOL BUTANOL OCTANOL TER ETLICO H2O + BUTANOL (0,2 M) H2O H2O + ETANOL (0,025 M) H2O + ETANOL (0,050 M) H2O + ETANOL (0,100 M) H2O + ETANOL (0,200 M) H2O + ETANOL (0,400 M) H2O H2O + SDS (0,0025 M) H2O + SDS (0,0050 M) H2O + SDS (0,0100 M) H2O + SDS (0,0200 M) H2O + SDS (0,0400 M)

1

DENSIDADE (g/cm3) Handbook Obtido xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx

TENSO SUPERFICIAL (dyn/cm) Handbook Obtido

xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx xxxxxxxxx

2

3

7. QUESTES: a) O que pode ser concludo das diferenas entre a tenso superficial da gua, etanol e ter etlico? E entre a tenso superficial do etanol, butanol e octanol? b) Explique o efeito da adio de etanol, butanol e SDS sobre a tenso superficial da gua. Faa o grfico relacionando a tenso superficial com a concentrao molar destas substncias.a) Qual a concentrao micelar crtica aproximada do SDS?

31

CONDUTIVIDADE ELTRICA1) OBJETIVOS: Estudar os procedimentos utilizados para a determinao da condutividade de solues aquosas. Analisar a qualidade da gua atravs da medida da condutividade eltrica. Analisar a influncia da concentrao na condutncia de eletrlitos fracos e fortes. Determinar as condutividades de solues de cloreto de potssio e cido actico, para um grande intervalo de concentrao. A partir dos dados obtidos, calcular para cada concentrao o grau de ionizao do cido actico. 2) RESUMO DA TEORIA: O mecanismo da conduo de corrente eltrica em solues eletrolticas difere da dos metais. Nos metais a corrente composta unicamente de eltrons livres, j nos lquidos a conduo feita por ons. A medida da condutividade requer o uso da corrente alternada a fim de eliminar os efeitos da eletrlise, que ocasionam modificaes na composio da soluo, contudo a freqncia dever situar-se entre certos limites, para conseguirmos leituras otimizadas. Pela 2a lei de Ohm, temos: A resistncia de um condutor diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional rea da seco transversal, temperatura constanteR= l a

R = resistncia (ohm , ) = resistncia especfica (ohm.cm) l = comprimento do condutor (cm) a = rea do condutor (cm2) A condutncia, L, de um condutor definida como sendo o inverso de sua resistncia, isto :L= 1 1 a a = =k R l l

L = condutncia (ohm-1 ou mho, ) k = condutividade ou condutncia especfica (mho/cm) a A relao denominada constante da clula l A condutividade eletroltica, tambm chamada de condutncia especfica, a capacidade de uma soluo de conduzir a corrente eltrica. Fatores que afetam a condutividade das solues aquosas: a) Temperatura: a condutividade aumenta com o aumento da temperatura. Para equipamentos que no possuam o sistema de compensao automtico de temperatura, a condutividade deve ser determinada a 25oC, que a temperatura de referncia. b) Natureza e carga dos ons c) Concentrao dos ons: visto que a condutividade varia com a concentrao dos ons conveniente s comparar a condutividade de solues que contenham o mesmo nmero de cargas, trabalhando com a condutncia equivalente, que a condutividade de solues contendo um equivalente de cargas por cm3. 1000 . = C 2 = condutncia equivalente (mho.cm /eq) C = concentrao (eq/L, N) Alteraes na condutncia equivalente, devido a variaes na concentrao, podem ser resultado de mudanas no nmero ou da mobilidade dos ons presentes.

32Eletrlitos fortes so 100% ionizados em qualquer concentrao, de forma que seria de se esperar possurem a mesma condutncia equivalente em todas as concentraes. No entanto, a condutncia equivalente diminui com a concentrao a partir de um mximo diluio infinita. Esta diminuio uma funo linear da raiz quadrada da concentrao (Kohlrausch), e se deve diminuio da mobilidade dos ons. A relao entre condutncia equivalente ( ) e condutncia equivalente diluio infinita ( o) : = b C

Os valores de o para eletrlitos fortes so obtido por extrapolao, para valores de diluio infinita, da condutncia equivalente versos a raiz quadrada da concentrao. No caso de eletrlitos fracos o valor de o no pode ser obtido por extrapolao para diluio infinita dos resultados obtidos a concentraes finitas, mas pode ser calculado a partir de resultados obtidos com eletrlitos fortes por meio da lei de Kohlrausch, concernente a aditividade de condutncias inicas diluio infinita. Assim, para um cido HR, o valor o pode prontamente ser determinado a partir do conhecimento dos valores de o para o HCl , NaCl, e o sal de sdio, NaR, do cido fraco: o,HR

=

o, HCl

+

o, NaR

-

o, NaCl

Em uma soluo concentrada de um eletrlito forte, os ons esto suficientemente prximos uns dos outros, de forma que o movimento dos mesmos influenciado no apenas pelo campo eltrico imposto pelos eletrodos, mas tambm pelo campo da vizinhana inica. As velocidades inicas dependem, portanto, das duas foras. Quando o eletrlito fraco, o aumento observado na condutncia equivalente com a diluio devido principalmente ao aumento do nmero de ons presentes, correspondente ao maior grau de dissociao nas solues diludas. Esta a base da teoria de Arrhenius, proposta em 1887. Quando o eletrlito fraco o grau de dissociao varia fortemente com a concentrao. Numa primeira aproximao pode-se chegar relao: = = grau de dissociao 3) FUNDAMENTO: Segunda lei de Ohm, ponte de Wheatstone. 4) MATERIAL NECESSRIO: Condutivmetro, balana, esptula, termmetro, gua destilada, cido actico, cloreto de potssio, 8 pipetas de 10 mL e 8 bales volumtricos de 100 mL.

5) MTODO: Ligue o equipamento e aguarde 20 minutos para a sua estabilizao trmica. Instale a clula de amostra no conector do painel traseiro.

Calibrao: OBS: ajuste 1 = chave seletora de escalas ajuste 2 = ajuste da constante da clula ajuste 3 = ajuste da compensao da temperatura Pressione o ajuste 1 para a terceira escala (2000 mhos/cm).

33 Mergulhe a clula e o termmetro na soluo padro e aguarde alguns minutos para a estabilizao trmica do termmetro. Posicione o ajuste 3 na posio correspondente da temperatura da soluo. Posicione no indicador, atravs do ajuste 2, o valor de condutividade da soluo padro. Retire a clula e o termmetro da soluo padro e lave-os com gua deionizada. Operao: Posicione o ajuste 1 na faixa de leitura do valor esperado para a soluo amostra. Posicione o ajuste 3 no valor de temperatura correspondente soluo amostra. Introduza a clula na soluo e leia o valor em condutividade diretamente no indicador. 6) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: 1a Parte: Faa uma anlise da qualidade das diferentes guas analisadas, considerando as seguintes zonas de qualidade: De 0 a 1,0 mho/cm: gua de condutividade De 1,0 a 2,0 mho/cm: gua bi-destilada De 2,0 a 10,0 mho/cm: gua destilada De 10,0 mho/cm em diante: outras guas. 2a Parte: Calcule as condutncias equivalentes, , das solues de KCl e cido actico. Calcule o grau de dissociao, , para as solues de cido actico. Use O= 399 mho.cm2/eq. Faa o grfico da condutncia equivalente em funo de C para o KCl e HAc. Extrapole a reta obtida para o KCl para a concentrao zero, determinando assim,o valor de O para o KCl. Calcule o grau de dissociao aparente ( aparente) para as solues de KCl, usando o valor de O determinado graficamente. Tabela 1: Condutividade, condutncia equivalente e grau de dissociao obtidos experimentalmente. Grupo Condutncia Condutividade equivalente, (mho/cm) (mho.cm2/eq) gua Milli-Q xxx gua destilada xxx gua potvel xxx KCl 0,1000 N KCl 0,0250 N KCl 0,0025 N KCl 0,0005 N HAc 0,1000 N HAc 0,0250 N HAc 0,0025 N HAc 0,0005 N SoluesC

1 2

xxx xxx xxx

3

Grau de Temp. dissociao aparente 0 C xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx

7) QUESTES: a) Por que a condutncia equivalente do KCl diminui com o aumento da concentrao da soluo? b) Qual a principal causa da reduo da condutncia equivalente, com o aumento da concentrao para o HAc?

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EQUILBRIO QUMICO1) OBJETIVO: Determinar a constante de equilbrio da reao abaixo por anlise qumica da mistura em equilbrio: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O 2) RESUMO DA TEORIA: Para a reao hipottica geral aA + bB cC + dD a constante de equilbrio dada pela expresso:c d aC a D

K=

aa ab A B

Se considerarmos uma reao que ocorra inteiramente na fase lquida e se considerarmos as atividades iguais s concentraes, esta expresso pode ser escrita:Kc =

[ C ] c [ D] d [ A] a [ B] b

onde os colchetes indicam que as concentraes so expressas em moles por litro. Na reao de esterificao a=b=c=d=1 portanto:

Kc =

[ ester][ agua] = ( N E / V ) ( N A / V ) [ acido][ alcool] ( N Ac / V ) ( N Al / V )

=

NE NA N Ac N Al

onde NAc, NAl , NE e NA representam o nmero de moles de cido actico, lcool, ster e gua em qualquer mistura em equilbrio de volume total V. Como os volumes se compensam, no necessrio determinar o volume da mistura em equilbrio. Para a reao estudada o valor de H, calor de reao, muito prximo a zero, e K c quase independente da temperatura. No necessrio, portanto estudar a reao em temperatura constante. O tempo necessrio para que o equilbrio seja alcanado diminui quando se usa cido clordrico como catalisador. 3) FUNDAMENTO: equilbrio qumico, princpio de Le Chatelier 4) MATERIAL NECESSRIO: 7 erlenmeyers de 100 mL, 1 bureta de 50 mL, pipetas de 5, 2, e 1 mL, 35mL de HCl 3,0 N, 300 mL de NaOH 1,0 N, fenolftalena, 20 mL de acetato de etila, 2 mL de cido actico glacial, 5 mL de lcool etlico. 5) MTODO: A tabela abaixo mostra as misturas sugeridas para este estudo.

Pipetar as quantidades indicadas em frascos de 100mL com tampa de vidro e tamp-los imediatamente. Vedar muito bem os erlenmeyers a fim de evitar a evaporao. Esperar que o equilbrio seja atingido. Manter os frascos temperatura ambiente, agitando de vez em quando, durante quatro dias e, preferivelmente, durante uma semana. Titular as misturas em equilbrio com uma soluo de NaOH 1,0 N, usando como indicador a fenolftalena

356) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: Tabela 1. Constante de equilbrio determinada experimentalmente a partir de diferentes propores iniciais de reagentes e produtos. Amostra 1 2 3 4 5 6 HCl NaOH Ac. Et. H2O Etanol HAc ~3N 1,0 N (mL) (mL) (mL) (mL) (mL) (mL) 5 5 5 5 5 5 5 4 2 4 4 5 1 3 1 1 Nmero de moles iniciais H 2O Et. Nmero de moles finais H2O Et. Kc HAc

Ac.Et

HAc

Ac.Et

7 5 4 1 Densidade 1,0435 0,9003 0,9982 0,7893 1,0492 (g/mL) Peso molecular 36,5 88 18 46 60

xS

OBSERVAES:- A massa de gua em cada frasco obtida pela adio da massa da gua pura da gua contida no cido clordrico 3N. A ltima calculada subtraindo a massa do HCl da massa de 5 mL da soluo de HCl 3 N. - A quantidade de cido actico no equilbrio de cada frasco obtido pela subtrao do nmero de mililitros de hidrxido de sdio usado na soluo 1 daquele usado para a titulao da soluo em equilbrio. Nas solues 6 e 7 , o cido actico adicionado na soluo original, e esta quantidade deve ser considerada nos clculos das quantidades em equilbrio dos outros reagentes. Para cada mol de cido actico produzido na reao, um mol de etanol produzido, um mol de gua desaparece, e um mol de acetato de etila desaparece. - Se so conhecidos o nmero de moles de cada um dos quatro reagentes na mistura original e o nmero de moles de cido actico produzido na reao, pode-se determinar a constante de equilbrio Kc. Problema: Quando 1 mol de cido actico misturado com 2 moles de etanol, cerca de 0,85 moles de gua so formado no equilbrio a 100 oC. Qual a constante de equilbrio nestas condies.

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ALCOOMETRIA1) OBJETIVO: Determinao do grau alcolico de diferentes misturas. 2) RESUMO DA TEORIA: O alcometro destina-se, unicamente, determinao do grau alcolico das misturas de gua e lcool etlico. O instrumento um densmetro especial que indica, imediatamente, o nmero do volume de lcool etlico contido em 100 volumes de uma mistura feita exclusivamente de lcool etlico e gua. Com efeito, sua escala de graduao baseada sobre as densidades das misturas de lcool etlico e gua, determinadas temperatura de 15oC ou 20oC. Como o lcool e a gua se contraem por sua recproca dissoluo e como a contrao varia de acordo com a proporo dos lquidos misturados, as divises do alcometro no so nem eqidistantes nem regulares na variao de seus afastamentos a) Para determinar o contedo de lcool etlico numa preparao proceda como est descrito num dos mtodos abaixo (FARMACOPIA BRASILEIRA, 3o edio): Para lquidos com menos de 30% de lcool: Por meio de uma pipeta, transfira para um aparelho destilador adequado, amostra de no mnimo 25 mL do lquido em que o lcool est sendo determinado e anote a temperatura na qual o lquido foi medido. Junte volume igual de gua, destile e colete um volume de destilado cerca de 2 mL menor que o volume da amostra tomada. Ajuste temperatura em que a amostra foi medida, junte gua suficiente at o volume inicial da amostra e misture. Determine a densidade do lquido e use o resultado para avaliar a percentagem em volume de lcool contido no lquido examinado, pela Tabela Alcoomtrica. Pode-se, tambm, determinar o teor alcolico do lquido diretamente com o alcometro. Para lquido com mais de 30% de lcool: Proceda como indicado anteriormente, com a seguinte modificao: dilua a amostra com cerca de duas vezes seu volume de gua e colete um volume de destilado cerca de 2 mL menor que duas vezes o volume da amostra. Leve temperatura na qual a amostra foi medida, junte gua suficiente para completar exatamente duas vezes o volume da amostra, misture e determine a densidade. A proporo de etanol, em volume, neste destilado, avaliada pela densidade, igual metade daquela do lquido examinado. b) Anlise para destilados alcolicos (DIRIO OFICIAL, 03.12.1986): Medir 200 mL da amostra em balo volumtrico, anotando sua temperatura. Transferir a amostra para o balo destilatrio e colocar bolinhas de vidro ou talco neutro. Lavar o balo 4 vezes com 5 mL de gua destilada e juntar ao contedo do balo destilatrio. Conectar ao condensador e este mergulhar at o fundo do balo volumtrico anteriormente empregado, j com 10 mL de gua destilada. Recolher cerca de do volume inicial. Resfriar este balo mergulhando-o em gua e gelo. Completar o volume, mesma temperatura inicial, com gua destilada e agitar. Determinar a densidade do destilado a 25oC, e fazer a leitura do grau alcolico na tabela alcoomtrica. c) Definies:

Gay Lussac (oGL= %V): quantidade em mililitros de lcool absoluto contida em 100 mililitros de mistura hidro-alcolica. oINPM (%P= porcentagem de lcool em peso ou grau alcolico INPM): quantidade em gramas de lcool absoluto contida em 100 gramas de mistura hidro-alcolica. d) Abaixamento do grau alcolico: Para levar um lcool de concentrao conhecida a uma concentrao mais baixa, diluindo-o com gua destilada, levar-se- em conta que os peso dos lcoois manipulados estaro entre si como o inverso de seus ttulos ponderais, utilizando-se a equao:

o

37b a x = peso que se deve tomar do lcool a diluir (concentrado) P = peso que se deseja obter do lcool diludo a = o ttulo ponderal (oINPM) do lcool a diluir b = o ttulo ponderal (oINPM) do lcool diludo que se deseja obter Obtm-se a proporo de gua destilada pela diferena (P-x). x=P 3) FUNDAMENTO: Princpio de Arquimedes: empuxo 4) MATERIAL NECESSRIO: proveta, alcometro, picnmetro, termmetro, balana, solues a serem analisadas. 5) MTODOS: a) Uso do alcometro: Colocar o lcool a examinar em proveta de dimenses tais que permitam ao alcometro flutuar livremente, sem tocar no fundo ou nas paredes. Evitar a formao de bolhas. Imergir na soluo de lcool o alcometro rigorosamente limpo e desengordurado. Atingida a posio de equilbrio, verificar o ponto de afloramento da haste, observando tangencialmente ao nvel do lquido, ou seja, na parte inferior do menisco. O nmero correspondente ao ponto de afloramento indica em centsimos e em volume, o teor do lquido em lcool absoluto. necessrio fazer correes sobre a indicao do instrumento em funo da temperatura. Correo aproximada da temperatura do alcometro: g = g 0,4(t t ) g = grau alcolico na temperatura da experincia go= grau alcolico na temperatura de graduao do alcometro (20oC) - valor lido no alcometro. t = temperatura da experincia to = temperatura da graduao do alcometro 0,4 = constante (varia com o teor alcolico, mais adequada para teores alcolicos prximos a 50%): b) Picnometria: Determinar a densidade relativa (D25/25) da amostra a 25oC, pelo mtodo do picnmetro. Pela tabela alcoomtrica encontrar os valores correspondentes de oGL e oINPM. 6) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: Determinar o teor alcolico das amostras, em percentagem de volume ( oGL), com o uso do alcometro e,

por meio da Tabela Alcoomtrica, descubra sua densidade e seu teor alcolico em percentagem de peso (oINPM) Determinar a densidade das amostras, por picnometria e, por meio da Tabela Alcoomtrica, descubra seu teor alcolico em percentagem de peso (oINPM), e em percentagem de volume (oGL). Fazer um grfico relacionando a densidade (eixo x) com o teor alcolico encontrado, em oGL e oINPM (eixo y). Tabela 1. Teor alcolico de diferentes amostras determinado pelo mtodo do alcometro e do picnmetro.Grupo 1 2 3 4 Amostra Etanol 95% oINPM Destilado 1 Etanol 80% oINPM Etanol comercial Etanol 60% oINPM Etanol 40% oINPM Etanol 20% oINPM Destilado 2 % volume (oGL) alcometro picnmetro % peso (oINPM) alcometro picnmetro Densidade alcometro25 D25

picnmetro

TABELA ALCOOMTRIA Farmacopia Brasileira, 3a Edio, 1967.

38

39

CINTICA QUMICA DETERMINAO DA ORDEM DE UMA REAO1) OBJETIVO: Determinar a ordem de uma reao qumica utilizando o mtodo das concentraes em excesso 2) RESUMO DA TEORIA: A velocidade, v, de uma reao qumica definida como sendo a variao da concentrao de um dos componentes que toma parte na reao em funo do tempo. Para uma reao do tipo: aA + bB + ... mM + nN + ... a velocidade da reao dada por: d [Y ] v = = k .[ A] .[ B ] .... dt onde Y A, ou B, e k denominada constante cintica. Os expoentes , , ... no podem ser preditos teoricamente e so estabelecidos pela observao da dependncia da velocidade em relao concentrao. A soma destes expoentes denominada ordem de reao. A ordem em relao a A , com relao a B , etc. Quando a soma dos expoentes 1, a reao denominada de primeira ordem; quando 2, de segunda ordem, etc. Existem vrios mtodos para determinar a ordem de uma reao qumica. Um deles consiste em utilizar em excesso todos os reagentes, exceto um. Deste modo, as concentraes dos reagentes em excesso podem ser consideradas constantes. Por exemplo, a equao cintica de Maucourt-Fissen, H2O2 + 2I- + 2H+ 2H2O + I2 dada por:

d [ H2O2 ] = k .[ H2O2 ] dt

quando a reao realizada em meio cido com a concentrao de iodeto muito superior concentrao de perxido de hidrognio. Desse modo se a reao for de ordem zero em relao ao H2O2, existir uma relao linear entre [H2O2]0 - [H2O2] e o tempo, se for de primeira ordem existir uma relao linear entre ln [H2O2]/ [H2O2]0 e o tempo e, se for de segunda ordem, o tempo ser proporcional a 1/[H2O2] - 1/[H2O2]0. A velocidade desta reao mensurvel temperatura ambiente e pode ser seguida pela adio de pequenas quantidades de ons tiossulfato de concentrao conhecida. O iodo (I2) produzido pela reao rapidamente reduzido de volta para iodeto (I- ) pelos ons tiossulfato (S2O3-2 ). 2S2O3-2 + I2 2I- + S4O6-2 Isto continua at que todo o tiossulfato tenha sido convertido em tetrationato (S4O6-2 ), depois do que o iodo livre formado fica em soluo. A cor do iodo aumentada pela adio de soluo de amido. O intervalo de tempo entre o incio da reao e a mudana de cor da soluo uma medida da velocidade da reao.1) FUNDAMENTO: equaes de velocidade de cintica qumica.

4) MATERIAL NECESSRIO: Pipeta de 20 mL, um balo volumtrico de 500 mL, uma pipeta de 5 mL, um bquer de 500 mL, duas buretas de 25 mL, uma proveta de 100 mL, 1 cronmetro, 1 termmetro, 30 mL de gua oxigenada 3% diluda at 500mL com gua destilada, 100 mL de iodeto de potssio 1M, 50 mL de cido sulfrico 3M, 300 mL de tiossulfato de sdio 0,1M e 50 mL de soluo de amido 0,5%.

405) MTODO: - Coloque numa bureta tiossulfato de sdio 0,1M (Na2S2O3). - Tome um bquer de 500 mL e adicione pela ordem: 150 mL de gua destilada 20 mL de KI 1,0M 10 mL de H2SO4 3,0 M 2 mL de Na2S2O3 0,1 M (da bureta) 5 mL de soluo de amido 0,5% - Agite e mea a temperatura da soluo. - Tome em uma proveta padronizada 20 mL da soluo de H2O2 padronizada e adicione-os soluo, disparando o cronmetro. - Agite a soluo, anote o tempo em que a soluo se torna azul e adicione imediatamente mais 2 mL de tiossulfato de sdio. - Anote o tempo em que a soluo se torna novamente azul. Adicione novamente 2 mL de tiossulfato de sdio. - Repita a operao por 9 vezes. - Repita a operao completa pelo menos duas vezes.

6) TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS: Para cada conjunto de operao, complete aseguinte tabela:TEMPO (s) 1 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 2Mdia

Volume Na2S2O3adicionado

Nomoles Na2S2O3usados

Nomoles I2 moles 0

Nomoles [H2O2] moles

[H2O2]

formados que restam

[H2O2]0 1 [ H 2 O2 ] 1 [H2O2] ln [ [ H 2 O2 ] 0 H 2 O 2 ] [ H 2 O 2 ] o M 0 0 M-1 0

mL 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

moles 0

M

- Faa os grficos representativos das equaes integradas de ordem zero, primeira e segunda, e determine a ordem da reao. - Calcule a constante cintica da reao qumica.

7) QUESTES:a) Explique os desvios possveis da reta obtida. b) Sugira um mtodo para determinar a ordem global da reao.

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ELETROFORESE EM GEL DE POLIACRILAMIDA2) OBJETIVO:Verificar o comportamento eletrofortico de protenas com diferentes pIs, em eletroforese para protenas bsicas.

3) RESUMO DA TEORIA:

A eletroforese uma tcnica analtica importante disposio da investigao bioqumica atual. Este termo usado para descrever a migrao de uma partcula carregada sob influncia de um campo eltrico. Os princpios da eletroforese baseiam-se nos conhecimentos da qumica de protenas e nos fatores que determinam sua migrao eletrofortica. Consideraremos, inicialmente, a estrutura bsica das molculas de protenas e suas propriedades biofsicas. As protenas so constitudas por aminocidos, cuja seqncia caracteriza suas propriedades bsicas. Um aminocido composto por um grupo amino (NH 3), um grupo carboxil (COOH), um tomo de hidrognio e um grupo R diferenciado, ligados a um tomo de carbono. Dependendo da composio do grupo R formam-se diferentes aminocidos, sendo que eles podem ser: 1. Grupos R no polares ou hidrofbicos: Alifticos: alanina, valina, leucina, isoleucina, glicina e prolina. Aromticos: fenilalanina, triptofano e tirosina. 2. Grupos R polares, porm no carregados: serina, treonina, cistena, metionina, asparagina e glutamina. 3. Grupos R carregados positivamente: lisina, arginina e histidina. 4. Grupos R carregados negativamente: cido asprtico e cido glutmico. Numa soluo tamponada os aminocidos se comportam como eletrlitos e carregam uma carga positiva ou negativa, dependendo do pH do meio. Em um meio alcalino (pH maior que 7,0) os aminocidos tornam-se negativamente carregados por comportarem-se como um cido (doam seu H+ ao excesso de OH da soluo), ento as molculas migraro para o nodo. Em uma soluo cida (pH menor que 7,0) os aminocidos tornam-se positivamente carregados, agindo como uma base (aceitam H + da soluo). Em uma soluo neutra os aminocidos adquirem um estado de equilbrio formando on dipolar por carregar cargas positivas e negativas, ao mesmo tempo; a este estado d-se o nome de Zwiterion. A estrutura de uma protena depende da ligao de seus aminocidos formadores; assim, as protenas tm propriedades semelhantes de seus aminocidos. As estruturas das protenas so classificadas em primrias, secundria, terciria e quaternria. As protenas quando desnaturadas perdem sua funo, mas no as caractersticas, ou seja, no alteram suas estruturas primria e secundria. As propriedades como estrutura, carga e ligaes, do s protenas suas caractersticas prprias, quando submetidas eletroforese. Nas protenas, h grupos amino e carboxil, que contribuem com cargas eltricas para as molculas. A migrao eletrofortica de uma protena depende da carga total, do tamanho, da forma, da composio do tampo (pH e molaridade, ou fora inica) e do suporte utilizado (papel, gel de amido, ou agarose, ou poliacrilamida e acetato de celulose). Como j foi mencionado anteriormente, a eletroforese uma tcnica que produz movimento de ons atravs de um suporte estabelecido: gel de amido, agar, poliacrilamida, acetato de celulose, ou papel. No presente experimento iremos utilizar como suporte o gel de poliacrilamida, o qual o produto da polimerizao da acrilamida (monmero) e da N, N-metileno-bis-acrilamida (bis-acrilamida ou BIS). A formao desse gel ocorre com auxlio de catalisadores como, por exemplo, o persulfato de amnio, que participam na formao de radicais livres, com ajuda de uma amina terciria a N, N, N, N tetrametiletilenodiamina (TEMED). Na catlise qumica, deve-se evitar a presena de oxignio, pois este funciona como um inibidor da reao. Tambm aconselhvel, nesse caso, que a polimerizao seja realizada ao abrigo da luz. O polmero formado consiste de cadeias lineares de poliacrilamida, que incorporam uma pequena proporo de molculas de bis-acrilamida, responsveis pelo estabelecimento das ligaes cruzadas intercadeias. O comprimento mdio das cadeias determinado pela concentrao de acrilamida. A concentrao de bis-acrilamida determina a quantidade de ligaes cruzadas. Alm disso, a relao acrilamida/BIS determina as propriedades fsicas do gel, tais como: densidade, elasticidade, transparncia e o tamanho dos seus poros (estes so definidos conforme o peso molecular da protena). Os gis de poliacrilamida podem ser feitos em tubo ou entre 2 placas de vidro.

423) MTODO: REISFELD, R.A. et al. (Nature, v.195, p.281, 1962 ) com modificaes, como descrito por ARANTES, E.C. et al. (Toxicon, v. 27, n.8, p.907-916, 1989 ) a) MONTAGEM DO SISTEMA DE ELETROFORESE: Duas placas de vidro, distanciadas entre si por espaadores de 0,7 mm, so imobilizadas verticalmente com o auxlio de pinas metlicas, de modo a formar entre elas um espao retangular. Esta cmara ser preenchida com a soluo que dar origem ao gel. Terminada a polimerizao, retira-se a borracha da parte inferior da placa e monta-se o sistema na cuba de eletroforese. Recomende-se a realizao de uma pr-corrida de aproximadamente 30 minutos, a 100V, antes da aplicao das amostras. b) SOLUES A SEREM PREPARADAS: 1. KOH 1N: - KOH ( PM: 56 ) ................................. - gua q.s.p. ........................................ 2. Tampo acetato de potssio 0,05 M, pH 4,5 (Soluo A): KOH 1N............................................. - cido actico glacial at pH 4,5 ........ gua q.s.p. ......................................... 2,8 g 50 mL

48 mL 17,2 mL 100 mL 30 g 0,8 g 100 mL

3. Acrilamida a 30 % (Soluo C): Acrilamida ...................................... 31,2 g ... 8 mL Bis- 1000 mL acrilamida ................................... gua q.s.p........................................... 4. Tampo do eletrodo: -Alanina (PM: 89)............................ - cido actico glacial at pH 4,5........ gua q.s.p.......................................... Obs: diluir 10 X na hora de usar. Conc. Final: 0,035 M 5. Soluo corante: - Coomassie Brilliant Blue G250........ gua ............................................... .. Metanol............................................ .. 0,2 g 50 mL 50 mL 70 mL 1000 mL

436. Soluo descorante: cido actico glacial.......................... gua q.s.p. ......................................... c) GEL A 9 % EM ACRILAMIDA, PARA ELETROFORESE SEM SDS Soluo Concentr. Volume de gel ITEM Me final 10 mL 4 mL Soluo A 0,05 M 0,00625 M 1,25mL 0,5 mL Soluo C 30 % 9,0 % 3,0 mL 1,2 mL Persulfato 100 % 0,1 % 0,01 g 0,004 g de amnio TEMED 100 % 0,5 % 50 L 20 L gua 5,75mL 2,3 mL POLO + EM CIMA Dimenses do gel: ______________________ Pr-corrida: - Durao: __________________ - Corrente: __________________ - Voltagem: _________________ Corrida: - Durao: _____________________ - Corrente: _____________________ - Voltagem: ____________________ Aplicao das Amostras: 1)____________________________________ 2)_____________________________________ 3)_____________________________________ 4)_____________________________________ 5)_____________________________________ 6)_____________________________________ 7)_____________________________________ 8)_____________________________________ 9)_____________________________________ 10)____________________________________

ELETROFORESE EM GEL DE AGAROSE1. OBJETIVO: Verificar o perfil eletofortico das protenas plasmticas em gel de agarose do plasma de diferentes animais. 2. RESUMO DA TEORIA: A anlise do quadro protico-plasmtico de particular interesse em bioqumica clnica devido aos importantes progressos acumulados nos ltimos anos sobre as caractersticas fsico-qumicas e estruturais das protenas humanas. Somam-se a esses aspectos as propriedades fisiolgicas e o significado clnico de numerosas protenas plasmticas, que devido contnua evoluo metodolgica, tm permitido auxiliar o diagnstico de vrias alteraes patolgicas que refletem no contedo das protenas plasmticas. Entre os mtodos de qualificao e quantificao dessas protenas destaca-se a eletroforese, que tem se tornado um importante meio auxiliar de diagnstico na maioria dos laboratrios clnicos. A eletroforese permite uma avaliao aproximada das concentraes de vrias protenas importantes cujas alteraes estruturais, ou de regulao de suas snteses, ou de seu maior consumo, podem refletir nas suas mobilidades eletroforticas ou nas suas concentraes. Cerca de cem tipos de diferentes protenas plasmticas foram identificadas at o presente, utilizando tcnicas sofisticadas e de alta sensibilidade. Entretanto, somente dez a doze tipos podem ser detectados pelas tcnicas de menor resoluo, constituindo mais de 90% do contedo protico do plasma e por isso denominadas de componentes determinantes da zona do traado eletrofortico. Estes componentes so identificados nominalmente em sete zonas: Pr-albumina, Albumina, Interzona Albumina-alfa-1, Alfa-1, Alfa-1-Globulina, Alfa-2-Globulina, Beta-Globulina e Gama-Globulina.

3. MATERIAL: AMOSTRA: Plasma SUPORTE: Gel de agarose REGENTES: 1 - Tampo: Tris - pH 9,5 (v/v). 2 - Corante: Negro de amido (Amido Black 10 - B) 0,2% em cido actico 5% (v/v). 3 - Descorante: cido actico a 5% (v/v). EQUIPAMENTOS : Fonte eletrofortica especfica (CELM) e Densitmetro (CELM) VIDRARIAS: Pipeta de Hamilton, ponteiras e recipientes para acondicionar o corante e o descorante. 4. MTODO: Cada grupo, aps ter aplicado sua amostra no gel e ter realizado a eletroforese, vai obter atravs do densitmetro o perfil eletrofortico de suas amostras, bem como a concentrao das protenas presentes na mesma, utilizando o mtodo do biureto. a) Eletroforese 1 - Colocar 190 mL de tampo tris pH 9,5 gelado (2 a 8oC), na cuba. Obs: no reutilizar o tampo. 2 - Aplicar 0,4 L de cada soro no filme de agarose. Usar soro fresco livre de hemlise por at 3 dias mantidos em geladeira (2 a 8oC). O congelamento desaconselhvel.

3 - Colocar o filme de ag