BC 0001 BASE EXPERIMENTAL DAS CINCIAS NATURAIS

EXPERIMENTO 1 ESTRUTURA DE SLIDOS: DETERMINAO DO ARRANJO CRISTALINO

Turma B2 Noturno ARIANE DESTEFANO DE OLIVEIRA RA 11089811 AUGUSTO ALVES MOREIRA NETO RA 11094211 CAROLINE DIAS DAMASCENO RA 11107511 DENISE MAGALHES DA SILVA RA 11063511 LUCAS VELLOZO DE SOUSA RA 11074711 NOME DO PROFESSOR: Carlos Alberto da Silva

SANTO ANDR 2011

SUMRIOINTRODUO.............................................................................................................................................3 MATERIAIS E MTODOS..........................................................................................................................4 Materiais....................................................................................................................................................4

INTRODUO Quando a temperatura to baixa que os movimentos das molculas do lquido no so capazes de superar as foras intermoleculares, ou seja, os tomos ficam muito prximos uns dos outros, de maneira ordenada no espao, eles tendem a formar slidos. Os slidos so classificados como metlicos, inicos, reticulares ou moleculares. Uma das principais formas de distinguir o slido consider-los como amorfos ou cristalinos. Os aspectos mais importantes dos slidos so: rigidez, incompressibilidade e, para slidos cristalinos, a geometria caracterstica. Este experimento estudou os slidos cristalinos, que podem ser definidos como aqueles em que os tomos, ons ou molculas esto em um arranjo interno ordenado, ou seja, eles repetem-se em uma determinada direo e distncia regular, essa repetio quando considerada em trs eixos denominase retculo cristalino. Uma das formas de identificar um retculo cristalino atravs do estudo de uma pequena frao do retculo, a cela unitria, que representa a simetria da estrutura cristalina. Em 1848, A. Bravais (fsico francs) demonstrou que existem somente quatorze maneiras diferentes de dispor, de forma regular, os pontos no espao, esses retculos so chamados de Retculos de Bravais, eles so classificados em sete tipos de sistemas cristalinos (cbico, tetragonal, ortorrmbico, monoclnico, triclnico, hexagonal e rombodrico) que esto diretamente relacionados ao arranjo tridimensional submicroscpico de unidades cristalinas fundamentais (retculo cristalino). Neste experimento analisaremos apenas o tipo de sistema cristalino cbico, que envolve trs possveis retculos: cbico simples, cbico de corpo centrado, cbico de face centrada.

OBJETIVOS Determinar os arranjos cristalinos dos seguintes metais: alumnio, cobre e ferro.

MATERIAIS E MTODOS Materiais - Uma garrafa de refrigerante tipo PET de 2 L (com seo cilndrica uniforme); - Rgua; - Paqumetro; - Barbante; - Tesoura; - Fita adesiva; - Caneta de escrita fina; - Pedaos de alumnio, ferro e cobre, com massa entre 100 e 500 g, de formas geomtricas retangulares; - Balana semi-analtica;

- Proveta; - gua. Mtodos Parte A Com slidos metlicos de forma geomtrica definida. Determine as massas de cada pedao de metal em uma balana semianaltica. Calcule o volume de cada metal de acordo com a forma geomtrica definida do mesmo. Foram utilizadas formas geomtricas denominadas paraleleppedo reto, pois possui sua forma permite facilidade nos clculos. Parte B Com slidos metlicos de forma geomtrica definida ou no: determinao da densidade pelo deslocamento de uma coluna de gua. B1 Utilizando a garrafa PET: Determine a massa de um dos metais. Corte a parte superior da garrafa PET e cole a fita adesiva do lado externo da garrafa, no sentido longitudinal. Coloque na garrafa PET um volume de gua que possa encobrir totalmente o pedao de metal, com uma caneta de escrita fina, marque na fita adesiva o nvel inicial da gua. Mergulhe totalmente o pedao de metal na gua, tome cuidado para no derramar gua para fora da garrafa PET e no deixe bolhas de ar aderidas s paredes do pedao de metal. Marque novamente o nvel da gua (nvel final). Com o auxlio de um barbante, determine o permetro da circunferncia da garrafa PET. Realize o mtodo citado acima para os demais metais em estudo, alumnio, cobre e ferro.

B2 Utilizando a proveta:

Determine a massa de um dos metais. Coloque na proveta um volume de gua que possa encobrir totalmente o pedao de metal, faa a leitura do nvel inicial da gua e marque. Mergulhe totalmente o pedao de metal na gua, tome cuidado para no derramar gua para fora da proveta e no deixe bolhas de ar aderidas s paredes do pedao de metal. Marque novamente o nvel da gua (nvel final). Realize o mtodo citado acima para os demais metais em estudo, alumnio, cobre e ferro.

Figura 2 Balana semi-analtica, utilizada para a determinao das massas dos diversos pedaos de metais.

Figura 3 B Garrafa PET, utilizada para a obteno da densidade, atravs do deslocamento de uma coluna de gua.

RESULTADOS Parte ATabela 1: Valores das massas, dimenso, volume e densidade dos slidos conforme o tipo de metal. Metal Massa Dimenses (comprimento, largura Alumnio Cobre Ferro 271,79 (g) 913,43 (g) 496,16 (g) e altura) 10,10 - 3,15 - 3,15 (cm) 10,10 - 3,19 - 3,19 (cm) 10,15 - 2,51 - 2,51 (cm) Volume V= comprimento x largura x altura 100,22 (cm) 102,78 (cm) 63,95 (cm) Densidade d= m / v 2,71 (g/cm) 8,89 (g/cm) 7,76 (g/cm)

Parte B B1 Utilizando a garrafa PET: Dados da Garrafa: Permetro= 32,5cm r= p/2 r= 5,17cm rea = xr A= 83,97cmTabela 2: Deslocamento de coluna de gua, Volume Deslocado e Densidade na garrafa PET. Metal Alumnio Cobre Ferro Variao de Altura = h2 h1 1,20 (cm) 1,30 (cm) 0,90 (cm) Volume Deslocado V= AxH 100,76 (cm) 109,16 (cm) 75,57 (cm) Densidade d= m / v 2,70 (g/cm) 8,37 (g/cm) 6,56 (g/cm)

B2 Utilizando a proveta:Tabela 3: Volume Deslocamento de coluna de gua e Densidade na proveta. Metal Alumnio Cobre Ferro Volume Deslocado V = h2 h1 = H 105,00 (cm) 105,00 (cm) 65,00 (cm)

Densidade d= m / v 2,59 (g/cm) 8,70 (g/cm) 7,63 (g/cm)

Volume Molar de cada mtodo por mtodo de medio Dados: d= M/Vm Vm= M/d sendo M= massa molar; Vm= volume molar; d= densidade

Massa Molar do Alumnio = 26,98 g/mol Massa Molar do Cobre = 63,54 g/mol Massa Molar do Ferro = 55,85 g/molTabela 4: Volume molar dos slidos metlicos de forma retangular. Metal Alumnio Cobre Ferro Paqumetro 9,95 (cm/mol) 7,15 (cm/mol) 7,20 (cm/mol) Garrafa PET 9,99 (cm/mol) 7,59 (cm/mol) 8,51 (cm/mol) Proveta 10,42 (cm/mol) 7,30 (cm/mol) 7,32 (cm/mol)

Tabela 5: Volume de um tomo (Vu= volume molar / constante de Avogadro: 6,023x 10 mol-1) Metal Alumnio Cobre Ferro Paqumetro 1,65 x 10-(cm) 1,20 x 10-(cm) 1,20 x 10-(cm) Garrafa PET 1,66 x 10-(cm) 1,26 x 10-(cm) 1,41 x 10-(cm) Proveta 1,73 x 10-(cm) 1,21 x 10-(cm) 1,21 x 10- (cm)

Tabela 6: Aresta do Cubo (Vu= au au= Vu). Metal Alumnio Cobre Ferro Paqumetro 2,54 x 10-8(cm) 2,28 x 10-8(cm) 2,28 x 10-8(cm) Garrafa PET 2,55 x 10-8(cm) 2,33 x 10-8(cm) 2,41 x 10-8(cm) Proveta 2,59 x 10-8(cm) 2,29 x 10-8(cm) 2,29 x 10-8(cm)

Tabela 7: Clculo do raio atmico, referente ao Sistema Cbico Simples (rat= au / 2). Metal Alumnio Cobre Ferro Sistema Cbico Simples Paqumetro Garrafa PET 127 (pm) 127 (pm) 114 (pm) 116 (pm) 114 (pm) 120 (pm) Proveta 129 (pm) 114 (pm) 114 (pm)

Tabela 8: Clculo do raio atmico, referente ao Sistema de Face Centrada (rat= au / (22)). Sistema Cbico de Face Centrada Metal Paqumetro Garrafa PET Proveta Alumnio 143 (pm) 143 (pm) 145 (pm) Cobre 128 (pm) 130 (pm) 129 (pm) Ferro 128 (pm) 135 (pm) 129 (pm) Tabela 9: Clculo do raio atmico, referente ao Sistema Cbico de Corpo Centrado (rat= (au x 3) / 4). Metal Alumnio Cobre Ferro Sistema Cbico de Corpo Centrado Paqumetro Garrafa PET 139 (pm) 139 (pm) 125 (pm) 127 (pm) 125 (pm) 132 (pm) Proveta 141 (pm) 125 (pm) 125 (pm)

DISCUSSO Segundo o experimento foi possvel verificar que vrios mtodos podem auxiliar nos clculos da densidade de um slido. Todos os resultados encontrados foram

diferentes entre si, porm prximos uns dos outros. Segundo Sardella (2003) a densidade aproximada do alumnio 2,70 g/cm3, do cobre 8,96 g/cm3 e o ferro 7,86 g/cm3, o que comprova todos os mtodos foram bem executados, j que os valores (Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3) esto bem adjacentes aos de Sardella, contudo o paqumetro conferiu resultados mais precisos quando comparamos os trs metais com o valor sugerido. O volume molar de um slido o volume ocupado por um mol de tomos, molculas ou ons (SARDELLA, 2003). Os resultados obtidos (tabela 4), assim como a densidade, esto prximos entre si, o que j era esperado j que a densidade est relacionada com o volume e o volume molar foi obtido atravs da densidade (Tabela 1, Tabela 2 e Tabela 3) e da massa molar de cada elemento. O volume de um tomo a razo entre o volume molar e o nmero de Avogrado (6,023 x 1023 tomos) e tamanho da aresta , considerando que todos os materiais so formados atravs um sistema cbico simples, calculado pela raiz cbica do volume do tomo, os resultados do experimentos so muito semelhantes, quando comparados entre sim, o que era esperado, j que so clculos subseqentes aos valores encontrados anteriormente. Se considerarmos que todos os sistemas so cbico simples no encontraramos valores corretos de raio atmico e ainda classificaramos os sistemas de cada metal incorretamente. Por isso a Tabela 6, Tabela 8 e Tabela 9 levaram em considerao o nmero de tomos que cada sistema possui e multiplicou pelo volume unitrio, obtendo assim o valor da aresta. Aplicando as frmulas para cada tipo de sistema e comparando os valores obtidos com os referncia encontrados na Tabela 10, foi possvel verificar que os valores que mais se aproximavam indicavam a qual sistema o metal pertencia, assim obtemos que Alumnio e o Ferro possuem um Sistema Cbico de Face Centrada, j o ferro tem um Sistema Cbico de Corpo Centrado.Tabela 10: Raio atmico e densidade dos metais. Metal Raio Atmico Alumnio 128 (pm) Cobre 126 (pm) Ferro 143 (pm) (SIMONI e TUBINO, 1999).

Nenhum dos mtodos puderam ser considerados incorretos, pois obtiveram resultados prximo entre si quando utilizados para os clculos do raio atmico,

porm possvel afirmar que os valores mais exatos foram obtido a partir dos clculos executados com as medidas do paqumetro, isso se deve a menor possibilidade de erro. A garrafa PET se mostrou a menos precisa, pois de todos os mtodos a probabilidade de erro era maior, j que ela flexvel (dificultando a medida do permetro), possui maior dificuldade de leitura na variao de volume e variao no volume de gua graas aos espirros de gua. A proveta mais precisa, mas erros como espirros e variao na leitura do volume tambm ocorrem, mas so menores. CONSIDERAES FINAIS Este experimento foi de suma importncia para o grupo, atravs de um experimento fcil com procedimentos e materiais simples como rgua, barbante e garrafa PET (que so de fcil acesso), at a proveta e o paqumetro (para muitos, encontrados somente em laboratrios), concatenados a conceitos de densidades dos slidos, volume dos tomos, constante de Avogadro, raio atmico, entre outros, conseguimos chegar ao objetivo principal, a determinao do arranjo cristalino dos metais: alumnio (sistema cbico de face centrada), cobre (sistema cbico de face centrada) e ferro (sistema cbico de corpo centrado). Podemos concluir que o raio atmico e conseqentemente a forma cristalina dos metais esto relacionadas com a densidade. Neste experimento podemos destacar claramente a presena da relao da cincia com o nosso cotidiano, seja em casa ou em um laboratrio podemos despertar a curiosidade e usufruir da cincia como fonte de conhecimento.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ATKINS, P.; JONES. L. Princpios de Qumica, Questionando a vida e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman (2001). BRADY, E.; RUSSELL, J. W.; HOLUM. J. R. Qumica a Matria e Suas Transformaes. 3 ed. Rio de Janeiro: LTC. v. 1 (2002). BROWN, T. L., LE MAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.. Qumica a Cincia Central. 9. ed. So Paulo: Pearson (2005).

KOTZ, J. C.; TREICHEL JR. P. Qumica Geral e Reaes Qumicas. 1 ed. So Paulo: Thomson Pioneira. V. 1 (2005). MAHAN, BRUCE M; MYERS, ROLLIE J. Qumica: um curso universitrio. 4 ed. So Paulo: Edgar Blcher (1995). SARDELLA, A. Qumica Srie Novo Ensino Mdio. 1 ed. So Paulo: tica (2003) SIMONI, J. A.; TUBINO, M. Determinao de raio atmico de alguns metais. Qumica Nova na Escola. 9. 41 (1999). RUSSEL, J.B. Qumica Geral. 2 ed. So Paulo: Makron Books (1994). VAN VLACK, L. Princpios de Cincia dos Materiais. 4. ed. Rio de Janeiro: Elsevier (2003).

1. ANEXO

Anexo A Classificao peridica dos elementos (com massas atmicas referidas ao istopo 12 de carbono).