RELATÓRIO“Identificação de uma substância

e

avaliação da sua pureza”

Data: Janeiro de 2010

Disciplina: Física e Química A

Professora: Florinda Madeira

Turma: 10º1ª

Feito por: Hugo Carvalho, nº12

Objectivo/Problema

O objectivo desta actividade experimental foi fazer a identificação de várias substâncias, através de propriedades próprias que as caracterizam (como a densidade, o ponto de ebulição e de fusão, etc), de forma a que fosse possível avaliar a pureza de cada uma.

Introdução Teórica

Para se proceder à identificação de uma substância através das suas propriedades físicas e químicas (como a densidade, temperaturas de fusão e ebulição, etc) é primeiro necessário entender-se quais são, afinal, estas propriedades, que caracterizam a substância e a tornam única, para além de como proceder a essa mesma identificação.

Assim sendo, sabe-se que, na sua maior parte, os materiais que encontramos na Natureza não são substâncias puras, mas sim misturas de substâncias (como a própria água dos rios e dos oceanos). De resto, até as chamadas ‘substâncias puras’ são possuidoras de algumas impurezas, que utilizamos para determinar o grau de pureza de uma dada amostra (como é óbvio, quanto menor for a quantidade destas impurezas, mais pura será a amostra em causa).

Densidade/Massa Volúmica de uma substância

Esta propriedade é a massa existente em cada unidade de volume de uma substância. Representa-se por uma letra grega – ρ (ró). Encontra-se esta unidade relacionando a massa da amostra com o seu repectivo volume, através da seguinte fórmula:

A densidade de uma substância varia com a temperatura e com o estado físico em que esta se encontra e são utilizadas várias unidades de densidade: no Sistema Internacional (SI), utiliza-se o kg/m³, mas as unidades mais usualmente utilizadas são o g/cm³ e o kg/dm³.

Para além desta densidade, existe ainda a densidade relativa (d), que relaciona a densidade da amostra com a densidade de uma substância, tomada como referência, ficando-se assim com:

Se as unidadades a relacionar forem de massa, a fórmula é a mesma, tirando o facto de se substituir px pela massa do volume da amostra (mx) e a densidade da substância referência (py) pela massa de igual volume, também de uma substância tomada como referência.

De uma forma geral, a substância utilizada como ponto de referência para calcular a densidade relativa de substâncias no estado líquido é a água pura a 4ºC, cuja densidade é 1 g/cm³. Nestes casos de determinação de d, o resultado é sempre apresentado sem qualquer unidade, uma vez que a densidade relativa é uma grandeza adimensional. Aqui fica uma tabela que ilustra a densidade relativa de algumas substâncias, relativamente á água a 4ºC:

Densidades relativas

Sólidos Líquidos

Em relação à água a 4ºC Em relação à água a 4ºC

Alumínio 2,7 Ácido sulfúrico 78% 1,81

Chumbo 11,3 Água destilada 4ºC 1,00

Cobre 8,9 Água do mar 1,03

Estanho 7,3 Álcool etílico 100% 0,79

Ferro, aço 7,1 a 7,9 Azeite 0,92

Latão 8,1 a 8,6 Benzeno 0,90

Madeira 0,5 a 0,8 Clorofórmio 1,50

Níquel 8,9 Éter 0,74

Prata 10,5 Glicerina 1,23

Vidro 2,4 a 2,6 Mercúrio 13,60

Zinco 7,1 Petróleo 0,89

    

Processos de determinação da densidade de uma substância

Para se proceder à determinação da densidade de uma substância sólida, pode recorrer-se a dois processos: ou se utiliza a técnica do picnómetro ou se recorre à medição do volume e da massa dessa amostra, de forma a que nos seja então possível dar uso às fórmulas acima referidas.

Para medir a massa de uma amostra, é necessário recorrer-se a balanças, existentes em qualquer laboratório de Química. Este processo requer alguns cuidados, de forma a não danificar a balança e a amostra nem a influenciar o resultado da medição, uma vez que, por norma, no laboratório utilizam-se amostras de massa muito pequena e os resultados podem ser influenciados por uma simples vibração da bancada onde se encontra a balança.

Se o objectivo for determinar a densidade de uma substância líquida, normalmente utiliza-se um densímetro, de forma a obter-se uma interpretação fácil e rápida dos resultados, mas é, como no caso de a substância ser sólida, possível fazê-lo a partir da técnica do picnómetro.

Um picnómetro é um frasco de viro, de pequena capacidade e que adquire formas ligeiramente diferentes, consoante o objectivo seja determinar a densidade de um sólido insolúvel ou de um líquido. Os densímetros são aparelhos flutuantes e graduados, que nos dão, por leitura directa, a densidade do líquido em que se encontram a flutuar.

Temperatura de fusão de uma substância

A temperatura de fusão, ou ponto de fusão, de uma substância, é a temperatura a que esta passa do estado sólido para o estado líquido. No caso de a substância ser pura, a fusão inicia-se a uma temperatura que é sua característica, e que se mantém durante todo o processo de fusão da amostra em questão. Se, por outro lado, a substância não for pura, a temperatura variará durante o processo de fusão, sendo que quanto menor for a variação maior será o grau de pureza da amostra. Os gráficos seguintes ilustram esta evolução da temperatura de fusão (Tf), em que a) é uma substância pura e b) uma substância impura.

A temperatura de fusão é influenciada pela pressão exterior.

Temperatura de ebulição de uma substância

A temperatura de ebulição, ou ponto de ebulição, de uma substância, é a temperatura a que esta passa do estado líquido para o vapor. Tal como acontece no ponto de fusão, se a substância for pura, a ebulição começa a uma temperatura característica da substância, que se prolonga por todo o processo, até se transformar em vapor. Pelo contrário, se a substância for impura, a temperatura sofrerá alterações durante o período de ebulição. Os gráficos seguintes ilustram esta evolução da temperatura de ebulição (Te), em que a) é uma substância pura e b) uma substância impura.

A temperatura de ebulição de uma substância depende também da pressão exterior, pelo que só quando a pressão de vapor do líquido se torna igual à pressão exterior é que este entra em ebulição.

Material/Reagentes

Material

Balança

Proveta

Esguicho

Picnómetro de sólidos (fig. 1)

Papel absorvente

Picnómetro de líquidos (fig. 1) figura 1

Densímetro

Proveta

Tubo capilar

Vidro de relógio

Termómetro

Placa eléctrica

Almofariz (fig. 2) figura

2

Copo de precipitação ou tubo de Thiele

Parafina líquida

Elástico

Vareta aberta

Reagentes

Amostra de um sólido insolúvel

Amostra de um líquido

Modo de proceder

Método de determinação da densidade de um sólido insolúvel, utilizando a proveta

Mediu-se a massa (m) do corpo, registando o valor Mediu-se o volume (V) do corpo, por deslocamento de

água Calculou-se a densidade da amostra, por ρ = m/V

Método de determinação da densidade de um sólido, utilizando o picnómetro apropriado

Mediu-se a massa (m) do corpo, registando o valor Encheu-se o picnómetro com água destilada (com

cuidado, de forma a não permitir a formação de bolhas de ar)

Mediu-se a massa (M) do picnómetro cheio de água, com o sólido em estudo ao lado, registando-se o valor

Limpou-se o picnómetro com papel absorvente Mediu-se a massa (M’) do picnómetro com água e o sólido Calculou-se a massa (m’) da água deslocada pelo sólido,

por m’ = M-M’ Por fim, calculou-se a densidade relativa (d) do corpo, por

d = m/m’

Método de determinação da densidade de um líquido, utilizando o picnómetro apropriado

Mediu-se a massa (m) do picnómetro vazio, registando o valor obtido

Encheu-se o picnómetro com o líquido (volátil) em estudo Mediu-se a massa (M) do picnómetro cheio de líquido,

registando-se o valor Encheu-se o mesmo picnómetro (seco) com água Mediu-se a massa (M’) do picnómetro cheio de água,

registando o valor Calculou-se a densidade relativa (d) do líquido, por d = (M

– m)/(M’ – m)

Método de determinação da densidade de um líquido, utilizando o densímetro

Colocou-se o líquido em estudo numa proveta Introduziu-se o densímetro na proveta, de forma a que a

sua base não tocasse no fundo da proveta Leu-se, no densímetro, o valor da densidade (na

superfícia de afloramento), registando o valor

Método de determinação do ponto de fusão de um sólido, utilizando o equipamento tradicional

Pulverizou-se a amostra sólida, depois de seca, com um almofariz

Colcou-se o sólido em pó num vidro de relógio Mergulhou-se a extremidade aberta do tubo capilar na

amostra, de forma a que algum sólido entrasse no tubo Inverteu-se o tubo capilar e fez-se com que descesse

através da vareta aberta, para que o pó caísse mais facilmente

Repetiu-se o processo, até que o tubo capilar ficasse com cerca de 1 cm de amostra de sólido

Fixou-se o tubo capilar a um termómetro, recorredo para isto a um elástico

Colocou-se este conjunto num copo de precipitação, com um banho apropriado

Aqueceu-se, com moderação, o banho Ficou-se com muita atenção à amostra, de forma a que

quando esta fundisse, se pudesse registar imediatamente o valor da temperatura que o termómetro registava

Método de determinação do ponto de ebulição de um líquido, utilizando o equipamento tradicional

Colocou-se o líquido em estudo num copo de precipitação Introduziu-se o termómetro no copo de precipitação Observou-se a temperatura a subir e registou-se o seu

valor, no ponto em que o líquido sofreu ebulição

Cuidados de Segurança

Usar sempre bata de algodão

Prender os cabelos compridos

Não fumar, comer, beber ou guardar alimentos no Laboratório

Nunca provar ou cheirar directamente os produtos químicos

Não manusear os reagentes directamente com as mãos

Não colocar substâncias inflamáveis próximo de qualquer

chama

Não manusear equipamento eléctrico com as mãoes húmidas

Colocar o material de vidro partido ou rachado em recipientes

próprios

Nunca voltar a pôr no frasco reagente que dele tenha sido

retirado, pois pode levar impurezas e adulterar o conteúdo

Eliminar os restos de substâncias utilizadas

Deixar sempre a bancada limpa e arrumada, todas as torneiras

fechadas e os aparelhos eléctricos desligados.

Registos/Observações

Determinação da densidade de um sólido insolúvel, utilizando a proveta

m = 0,66

Determinação da densidade de um sólido insolúvel, utilizando o picnómetro

m = 0,66 M = 87,90 M’ = 87,76

Determinação da densidade de um líquido, utilizando o picnómetro apropriado

m = 28,03 M = 68,03 M’ = 76,89

Determinação da densidade de um líquido, utilizando o densímetro

ρ = 0,82 g/cm³

Determinação do ponto de fusão de um sólido, utilizando o equipamento tradicional

Pó branco - 80,2 ºC Pó amarelo - 115,82 ºC

Determinação do ponto de ebulição de um líquido, utilizando o equipamento tradicional

Líquido incolor - 78,3 ºC

Cálculos

Determinação da densidade de um sólido insolúvel, utilizando a proveta

m = 0,66 g V = Vf – Vi

V = 10,3 - 10 = 0,3 ρ = m/V

ρ = 0,66/0,3ρ = 2,2

Determinação da densidade de um sólido insolúvel, utilizando o picnómetro apropriado

m = 0,66 g M = 87,90 g M’ = 87,76 g m’ = M – M’

m’ = 87,90 – 87,76 m’ = 0,14 g

d = m/m’d = 0,66/0,14d = 4,71

Determinação da densidade de um líquido, utilizando o picnómetro apropriado

m = 28,03 g M = 68,03 M’ = 76,89 d = (M – m)/(M’ – m)

d = (68, 03 – 28,03)/(76,89 – 28,03) d = 0,82

Análise e crítica de resultados

A partir da observação dos resultados obtidos, há várias conslusões que se podem tirar.

Segundo a determinação indirecta da densidade de um sólido insolúvel, utilizando a proveta que praticámos, o sólido em questão teria ρ = 2,2. Consultando uma tabela, o sólido que concluiríamos ter em mãos seria o vidro, porém foi-nos dada posteriormente a informação de que a amostra com que tínhamos trabalhado era de alumínio. Isto leva-nos a crer que algo de errado se passou durante a determinação ou da massa da amostra ou do seu volume, por deslocamento da água.

Pela determinação indirecta da densidade do mesmo sólido insolúvel, utilizando o picnómetro de sólidos, este sólido teria densidade relativa (d) de 4,71. Consultando uma tabela de densidades relativas de substâncias em relação à água a 4ºC, não encontramos nenhum valor que seja muito próximo deste, pelo que, mais uma vez, somos levados a concluir que algum passo da nossa actividade foi dado erradamente, de forma a que tenhamos sido levados a resultados enganadores. De resto, o valor mais próximo deste acabava por ser mesmo o do Alumínio, com d = 2,70.

A partir a determinação indirecta da densidade de um líquido utilizando o picnómetro de líquidos, o resultado a que chegámos foi de que a densidade relativa (d) do líquido em questão seria de 0,82. A partir de uma rápida consulta à tabela de valores de densidades relativas de algumas substâncias em relação à água a 4ºC apresentada pelo nosso Caderno de Actividades Laboratoriais, podemos verificar que a amostra corresponderia a Etanol, com erro por excesso.

Utilizando a técnica de determinação da densidade de um líquido utilizando o densímetro, concluímos, pela leitura deste instrumento, que a densidade da amostra do líquido em questão era de ρ= 0,78.

Consultando a mesma tabela do CAL, voltamos a verificar que a substância em questão era o Etanol, mais uma vez com erro por excesso.

Pela leitura do termómetro na altura em que o pó branco sofreu fusão, pode determinar-se que a sua temperatura de fusão é de 80,2ºC. Consultando uma tabela de pontos de fusão, pode verificar-se que o sólido em questão era o naftaleno. Quanto ao pó amarelo, a sua temperatura de fusão teve de nos ser fornecida pela professora, uma vez que não tínhamos glicerina, ou outra substância que servisse de banho, com ponto de fusão superior ao deste pó, de 115,82 ºC. De qualquer forma, ficámos a saber que era enxofre.

Quanto ao líquido incolor, cuja temperatura de ebulição foi testada, teve um resuldado de 78,3ºC. Assim, e de acordo com a tabela presente na página 43 do nosso CAL, foi fácil concluir que este líquido era o etanol.

Questões pós-laboratoriais

Ficha de Controlo – Actividade Laboratorial 1.3 (Caderno de Actividades Laboratoriais, páginas 50, 51, 52 e 53)

1) (A) Verdadeira (B) Falsa(C) Verdadeira(D) Verdadeira

2) 2.1) 0,01

2.2) Se a aresta do cubo tem 2,0 cm, então Vcubo = 2 Vcubo = 8 cm

2.3) ρ = m/V ρ = 96,01 g / 8 cm3

ρ = 12,00125 g/cm3

2.4) d = 12,0 g/cm3 / 1,00 g/cm3 d= 12,0

3) a) V = 67 – 52,5 = 15,5 cmm = 30,4 gρ = m/V = 30,4/15,5 = 1,96129 g/cm

b) V = 15,5 cm = 0,155 mm = 30,4g = 0,0304kgρ = m/V = 0,155/0,0304 = 0,196129kg/m

4)d= (105,52- 41,53)/50 = 1,2798 g/cm

5)(D) Aumentar a densidade da solução, adicionando-lhe mais sal.

6) 6.1) Pode-se concluir isto porque durante o processo de fusão não se observam variações de temperatura superiores a 1ºC.

6.2) (A) 20ºC

(B) 20ºC a 40ºC

(C) 30ºC

7) (A) Na situação I só ocorrem duas mudanças de estado, às temperaturas T1 e T2.

8) 8.1) O aluno pode concluir que a amostra era constituída por uma substância pura porque não observou variações de temperatura superiores a 1ºC durante o processo de fusão.

8.2) (79,9 + 80,1 + 80,2 + 80,3)/4 = 80,125ºC

8.3) Naftaleno

9) 9.1) Os pontos de ebulição dos líquidos A e B, respectivamente.

9.2) A temperatura de ebulição destes líquidos aumentaria, uma vez que seria a uma temperatura maior que igualariam a pressão exterior.

9.3) (A)

Bibliografia

Internethttp://www.esb.ucp.pt/twt4/motor/display_texto.asp?pagina=densidadesrelativas200310156749424&bd=cec

Imagens

http://upload.wikimedia.org/math/2/2/3/223d8ba57c15fa7c9afb4f2176f27efe.pnghttp://www.cdcc.sc.usp.br/quimica/equipamentos/grupo2/almofariz.jpg

Livros

DANTAS, Maria da Conceição; RAMALHO, Marta Duarte – Jogo de Partículas A: Caderno de Actividades Laboratoriais, Lisboa, Texto Editora, 2007