quarta-feira, 13 de fevereiro de 2008

Trabalho sobre a Teoria do Big Bang

Escola Secundária de Cascais

Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas




Teoria do Big Bang



Arquitectura do Universo






Docente: Fernando Oliveira

Discente: Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Susana Ferreira Nº20 10ºB
Vera Seguro Nº24 10ºB

Cascais, 24 de Outubro de 2007



Introdução

No âmbito da disciplina de Físico-Químicas, foi-nos solicitada a execução de um trabalho escrito, relativamente ao tema “Arquitectura do Universo”, dentro do qual nos foi dado o subtema “A Teoria do Big Bang”.
Os assuntos a focar no trabalho seriam:
- A Expansão do Universo;
- O que diz a Teoria do Big Bang;
- Os factos a favor desta teoria;
- As suas limitações;
- Outras teorias que expliquem o nascimento do Universo.
Para facilitar a leitura do trabalho, organizámo-lo pelos seguintes tópicos:
- Teoria do Big Bang:- Teoria do Big Bang;
- Teoria da Relatividade;
- Lei de Hubble;
- Nucleossíntese;
- Radiações cósmicas de fundo;
- Limitações da teoria do Big Bang e outras teorias.

Espero que goste do nosso trabalho!

Teoria do Big Bang

No início do século XX, a Astronomia desviou a sua atenção das estrelas e dos planetas. Nos últimos 80 anos, a Cosmologia voltou a sua atenção para as galáxias e espeço exterior. Um dos muitos responsáveis por esta mudança de perspectiva foi Edwin Hubble.
O Big Bang, é a teoria científica que diz que o Universo emergiu de um estado extremamente denso e quente há cerca de 15 mil milhões de anos. A teoria baseia-se em diversas observações que indicam que o universo está em expansão de acordo com um modela Friedmann-Robertson-Walker, baseado na teoria da relatividade geral, dentro das quais a mais tradicional e importante é a relação entre os redshifts e distâncias entre objectos longínquos, conhecida como Lei de Hubble, e na aplicação do Principio Cosmológico.
Fig. 1- Expansão do Universo
O Big Bang, ou grande explosão, também conhecido como modelo de grande explosão térmica, parte do princípio de Friedmann, onde, enquanto o Universo se expande, a radiação contida e a matéria arrefecem.
Em 1927, o padre cosmólogo belga Georges Lemaître (1894-1966), derivou independentemente as equações de Friedmann a partir das equações de Einstein e propôs que os desvios espectrais, observados em nebulosas se deviam à expansão do universo, que por sua vez seria o resultado da explosão de um átomo primordial.
Segundo esta teoria, o universo surgiu há pelo menos 15 mil milhões de anos, a partir de um estado primordial de temperatura e desunidade altamente elevados. Embora essa explicação tenha sido proposta na década de 1920, a sua versão actual, é da década de 1940 e deve-se ao grupo de George Gamow, que deduziu que o Universo teria surgido após uma grande explosão resultante da compressão de energia.
Segundo Gamow, na expansão do universo a partir do seu estado inicial de alta compressão, numa explosão repentina, o resultado foi uma violenta redução de densidade e temperatura, após este ímpeto inicial, a matéria passou a predominar sobre a antimatéria.
Ainda segundo Gamow, toda a matéria existente hoje no universo encontrava-se concentrada no chamado “átomo inicial” ou “ovo cósmico”, e que uma incalculável quantidade de energia, depois de intensamente comprimida, repentinamente explodiu, formando posteriormente gases, estrelas e planetas.
Fig. 2 – Teoria do Big Bang, desde a explosão até à formação das galáxias.
Num sentido mais preciso, o termo “Big Bang” designa a fase densa e quente pela qual passou o universo. Essa fase marcante de início da expansão comparada a uma explosão foi assim chamada pela primeira vez, de maneira desdenhosa, pelo físico inglês, Fred Hoyle proponente do modelo do universo Estacionário.
O termo “Big Bang” é também afirmado como uma aproximação para designar aquilo que também se costuma chamar de “Modelo Cosmológico Padrão”. Este consiste, numa aplicação da Relatividade Geral ao universo como um todo. Isto é feito, num primeiro momento, assumindo-se que o universo é homogéneo e isotrópico em larga escala. Num segundo momento, introduzem-se flutuações de densidade no modelo e estuda-se a evolução destas até às formações de galáxias.
O Modelo Cosmológico Padrão é extremamente bem testado experimentalmente e possibilitou a previsão da radiação cósmica de fundo e da razão entre as abundâncias de hidrogénio e hélio.
O termo Big Bang também designa o momento inicial, no qual o factor da escala (que caracteriza como crescem as distâncias com a expansão) tende a 0.

Teoria da Relatividade Geral
A Teoria da Relatividade geral é universal no sentido de ser válida mesmo nos casos em que os campos gravitacionais não são negligências. Trata-se na verdade da teoria da gravidade, descrevendo a gravitação como a acção das massas nas propriedades do espaço e do tempo, que afectam o movimento dos corpos e outras propriedades físicas.
Enquanto na teoria de Newton, o espaço é rígido, descrito pela geometria Euclidiana, na Relatividade Geral, o espaço-tempo é distorcido pela presença da matéria que ele contém.
Um ano depois de propor a teoria da relatividade geral, em 1917, Einstein publicou o seu artigo histórico sobre cosmologia, construindo um modelo directamente a um Universo estático de raio finito, mesma dificuldade encontrada com a teoria de Newton, Einstein modificou as suas equações, introduzindo a famosa constante cosmológica, para obter um universo estático, já que ele não tinha razões para crer que o universo se expandia ou contraía.
As observações mostram que o universo é homogéneo em escalas de 10 a 100 milhões de anos-luz e maiores. Para escalas menores, podemos ver estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias, mas em larga escala os elementos de volume são homogéneos. A hipótese de que o universo seja homogéneo e isotrópico é chamada de Principio Cosmológico.

Os movimentos galácticos e a Lei de Hubble
Edwin Hubble dedicou-se ao estudo das galáxias, medindo as suas distâncias, localizando a sua distribuição no espaço e analisando os seus movimentos. Cada galáxia distante afasta-se da Via Láctea numa velocidade proporcional à distância em que se encontra desta, quanto maior a distância, maior a velocidade. Assim, os objectos conhecidos mais distantes da Terra são núcleos super brilhantes de galáxias distantes ou quasares, que se encontram a 10.000 milhões de anos-luz.
Aparentemente, o Universo está a expandir-se à nossa volta, isto não deve ser afirmado como antropocentrismo, pois, todos os pontos do universo, estão a afastar-se relativamente uns aos outros.
Fig. 3 – Afastamento das galáxias.
A observação, feita em 1929, por Hubble, significa que, no início do tempo-espaço, a matéria estaria de tal forma compacta que os objectos estariam muito mais próximos uns dos outros. Mais tarde, observou-se, que entre 10 a 20 mil milhões de anos atrás, toda a matéria estava no mesmo lugar, portanto, a densidade do Universo seria infinita.


Nucleossíntese

A nucleossíntese foi a formação inicial dos primeiros núcleos atómicos elementares (Hidrogénio, Hélio). Esta ocorreu porque a actuação da força nuclear forte, acabou por atrair protões e neutrões que se comprimiram em núcleos primitivos.
Presume-se que a nucleossíntese ocorreu 100 segundos após o impulso inicial, e que esta foi seguida de um processo repentino de arrefecimento devido à irradiação.
A nucleossíntese demorou cerca de 1 milhão de anos, iniciando a era da formação atómica.
Em função da nucleossíntese, a matéria passou a dominar o universo primitivo, pois, a densidade de energia em matéria, passou a ser maior do que a densidade em forma de radiação.
Depois de 380 000anos, a temperatura era aproximadamente de 3000K, os electrões combinaram-se com os núcleos, formando átomos neutros. Como não existem mais electrões livres para espalhar os fotões, o Universo passa de opaco para transparente e, a partir de então, a matéria e a radiação evoluem independentemente.
Esta radiação de 3000K, é o que detectamos como radiação de fundo do universo. Somente milhões de anos depois é que as galáxias se começam a formar.
Os protões e neutrões começam a ficar ligados em núcleos quando o Universo tem 4 minutos, e a sua temperatura é de 900 milhões K, formando hidrogénio, deutério (isótopo do elemento hidrogénio), e hélio.
A abundância dos elementos formados depende da densidade de protões e neutrões. Se o número de protões e neutrões for alto, mais frequentemente eles colidem e mais Hélio é produzido. As abundâncias de deutério e Hélio decrescem quando aumenta a densidade porque estes nucleões são formados por uma sequência de reacções incompleta. Dado o tempo suficiente, o deutério e o Hélio transformam-se em Hélio . Já o Lítio é produzido por várias reacções e, portanto, depende da densidade de forma mais complexa.
A nucleossíntese no Big Bang só formou os elementos leves: hidrogénio, deutério, hélio e lítio. Todos os elementos químicos mais pesados foram produzidos mais tarde, no interior das estrelas.
Fig. 4– Esquema da sequência de acontecimentos que se supõe ocorrido durante a evolução do Universo.
Instante 0/10 segundos: neste curto espaço de tempo, chamado Tempo de Planck, não se aplicam as leis da Física que conhecemos.
10 e 10 segundos: as forças gravítica, electromagnética, nuclear fraca e nuclear forte, começam a diferenciar-se.
10 /10 segundos: surgem os protões, devido ao arrefecimento do Universo e a consequente união de quarks, que mais tarde irão juntar-se aos neutrões e electrões para formar a matéria do Universo. O Universo ainda é muito quente e opaco. A luz não consegue viajar através dele.
10 /10 segundos: perto do tempo 10 segundos, surgem os electrões.
10 /10 anos: O Universo foi arrefecendo. Surgem o hidrogénio, o deutério e o hélio, em quantidades semelhantes às que temos hoje.
10 /10 anos: a luz pode viajar pelo Universo sem chocar constantemente com uma grande quantidade de partículas. O Universo é transparente. Os núcleos de hidrogénio, deutério e hélio originam átomos mais pesados: a chamada Era Atómica. A temperatura, agora mais baixa, favorece a síntese das primeiras estrelas.
10 /Hoje: actuando sobre os gases estrelares, a gravidade contribui para a formação das primeiras estrelas. Estrelas, como o nosso Sol, nascem e morrem. A poeira cósmica contém agora núcleos mais pesados e formam-se os planetas. Surgem os primeiros seres microscópicos e, finalmente, a vida inteligente.
Radiação cósmica de fundo

George Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman, cientistas de Física Nuclear, elaboraram uma previsão teórica – a existência da radiação cósmica de fundo – cuja comprovação prática veio apoiar a Teoria do Big Bang. De acordo com estes cientistas, logo após o Big Bang, a temperatura do Universo seria extremamente elevada, mas, diminuiria progressivamente, com o passar do tempo.

Fig. 5 – Radiação cósmica de Fundo

Enquanto a temperatura estivesse acima de um certo valor, os electrões teriam valores de energia muito elevados, pelo que não se juntariam aos protões e, portanto, não se formariam átomos.
Estando livres, os electrões podiam absorver fotões (partículas de energia radiantes), com qualquer valor de energia e, por isso, podiam absorver qualquer radiação. Assim, todo o Universo era opaco à radiação, porque a absorvia.
Quando a temperatura atingiu um valor de arrefecimento, os electrões puderam ligar-se aos protões e a radiação esparsa no Universo passou a estar livre para se espalhar, pois já não era totalmente absorvida.
Pode-se dizer que o universo passou a ser transparente à radiação. O espectro desta radiação residual é característico da temperatura que se verificava no instante em que o Universo se tornou transparente à radiação.
Mas, à medida que o Universo se expande, o comprimento de onda desta radiação fica deformado, pois a escala espacial do Universo aumenta.
O principal efeito que se verifica na radiação é que o seu comprimento de onda será progressivamente maior (menor valor de energia). Naturalmente, a temperatura associada ao espectro da radiação de fundo seria mais baixa.
Gamow, Alpher e Herman previram que essa radiação de fundo poderia ser observada na região de microondas (radiações que constituem o espectro electromagnético, que são caracterizadas pelo seu valor de energia) e apresentaria uma temperatura de 3K (aproximadamente -270ºC).

Fig. 6 – Esquema da dilatação do comprimento de uma onda.

A radiação cósmica de fundo foi observada, em 1964, e medida, em 1965, por Arno A. Penzias e Robert W. Wilson, confirmando a previsão de Gamow e dos seus colegas. Com esta descoberta, a Teoria do Big Bang passou a ter mais apoiantes dentro comunidade científica.
Os cientistas verificaram que esta radiação se distribuía invariavelmente em todas as direcções. Esta foi considerada uma evidência importante de que a matéria estaria distribuída de maneira homogénea no momento do início do Universo, e que a sua formação teria origem nessa época primordial.


Limitações da teoria do big bang e outras teorias

Limitações da Teoria do Big Bang
A Teoria do Big Bang é, entre as que explicam a origem do Universo, a que tem maior sustentação teórica. A previsão da proporção de Hélio em relação ao Hidrogénio, é um dos grandes factos que sustenta esta teoria, como podendo ser a mais credível.
Esta Teoria é criticada por alguns cientistas, porque descreve o resultado de uma explosão, mas não descreve o que explodiu ou o que causou essa explosão. Ou seja, não explica porque ocorreu essa explosão nem o que havia antes dela.
A Teoria não explica, igualmente, como algo é criado do nada, nem se o Universo continuará em contínua expansão.
Outra crítica apontada é a de que a teoria não justifica a uniformidade do Universo que se assume ter ocorrido logo após a expansão.
Alguns cientistas referem que a expansão do Universo pode ser apenas um fenómeno localizado, existente apenas nos limites do Universo observável ou ao alcance dos actuais telescópios e que e pode existir a possibilidade de não se observar esse fenómeno, em todo o Universo, quando surgirem novos telescópios com maior resolução.
Se assim for, a Teoria do Big Bang, perde os argumentos que lhe deu origem: a expansão do Universo.

Teoria da Expansão Permanente
Defende que o Universo expandir-se-á para sempre, com as galáxias a afastarem-se umas das outras. Observações astronómicas sustentam esta Teoria.



Fig. 7 – Teoria da Expansão Permanente

Teoria do Universo Oscilante ou Pulsátil
Segundo esta teoria, verificar-se-á um retardamento progressivo da expansão até à sua situação extrema de se inverter o sentido do movimento das galáxias, que passarão a aproximar-se. Iniciar-se-á, então, uma contracção do Universo, que culminará com um novo Big Bang, recomeçando tudo de novo.


Fig. 8 – Teoria do Universo Oscilante ou Pulsátil



Conclusã0

Com este trabalho aprendemos que a Teoria do Big Bang, é a teoria científica que diz que o Universo emergiu de um estado extremamente denso e quente há cerca de 15 mil milhões de anos.
Essa explicação foi proposta na década de 1920 mas, a sua versão actual, é da década de 1940 e deve-se ao grupo de George Gamow, que deduziu que o Universo teria surgido após uma grande explosão resultante da compressão de energia.
Aprendemos também que o termo “Big Bang” é também afirmado como uma aproximação para designar aquilo que também se costuma chamar de “Modelo Cosmológico Padrão”. Este consiste, numa aplicação da Relatividade Geral ao universo como um todo.
A Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein diz-nos que a gravitação como a acção das massas nas propriedades do espaço e do tempo, afecta o movimento dos corpos e outras propriedades físicas.
Edwin Hubble através das suas observações do Universo, afirmou que cada galáxia distante afasta-se da Via Láctea numa velocidade proporcional à distância em que se encontra desta, quanto maior a distância, maior a velocidade e em, 1929, afirmou que no inicio da formação do Universo a matéria estaria muito mais compacta num espaço.
A nucleossíntese foi a formação inicial dos primeiros núcleos atómicos elementares após 4 minutos da grande explosão, que ocorreu porque a actuação da força nuclear forte, acabou por atrair protões e neutrões que se comprimiram em núcleos primitivos.
Em função da nucleossíntese, a matéria passou a dominar o universo primitivo, pois, a densidade de energia em matéria, passou a ser maior do que a densidade em forma de radiação, com a formação do Hidrogénio, Hélio, Deutério e Lítio.
George Gamow, Ralph Alpher e Robert Herman, cientistas de Física Nuclear, elaboraram uma previsão teórica – a existência da radiação cósmica de fundo – cuja comprovação prática veio apoiar a Teoria do Big Bang.
Os cientistas verificaram que esta radiação se distribuía invariavelmente em todas as direcções. Esta foi considerada uma evidência importante de que a matéria estaria distribuída de maneira homogénea no momento do início do Universo, e que a sua formação teria origem nessa época primordial.
A previsão da proporção de Hélio em relação ao Hidrogénio, é um dos grandes factos que sustenta esta teoria, como podendo ser a mais credível.
Esta Teoria é criticada por alguns cientistas, porque descreve o resultado de uma explosão, mas não descreve o que explodiu ou o que causou essa explosão, não explica como algo é formado do nada, nem a uniformidade do Universo que pode ter ocorrido após a expansão.
Para explicar a criação do Universo foram criadas igualmente outras teorias como a Teoria da Expansão Permanente e a Teoria do Universo Oscilante ou Pulsátil, que são pouco credíveis dentro do seio da comunidade científica.
Concluímos assim, que a Teoria do Big Bang é uma teoria muito fundada, mas que ainda necessita de algumas explicações que podem ser fulcrais para a sua credibilidade.
Gostámos de realizar este trabalho, encontrando certas dificuldades em conseguir informação sobre a radiação cósmica de fundo.



Bibliografia

Bibliografia:
- Ribeiro, Laila (2007). Física e Química 10º/11º Ano – Manual de Química – 2007, Edições ASA, Portugal

- Medonça, Lucinda Sandos; Dantas, Maria da Conceição; Ramalho, Marta Duarte. Química A Bloco 1 10º/11º Ano – Jogo de Partículas – 2004, Texto Editora, Lda. Lisboa

- Hodges, Mary Jane et alii. - O Novo Atlas do Mundo – 1990, Reader’s Digest.

Webgrafia:
- http://pt.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

- http://br.geocities.com/chemicalnet/bb_txt2.html

- http://cosmo.fis.fc.ul.pt/~crawford/contents_NP.htm

- http://www.lucalm.hpg.ig.com.br/mat_esp/big_bang/big_bang.htm

- http://astro.if.ufrgs.br/univ/

Trabalho sobre a Atmosfera Terrestre

Escola Secundária de Cascais


Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas



A Atmosfera Terrestre



Docente: Fernando Oliveira

Discente: Cristina Navin Nº8 10ºB
Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Pedro Afonso Nº18 10ºB
Tomás Serrasqueiro Nº23 10ºB



Cascais, 8 de Fevereiro de 2008



Introdução

No âmbito da disciplina de Físico-Químicas, foi-nos solicitada a execução de um trabalho escrito, relativamente ao tema “A atmosfera terrestre”.
Os assuntos a focar no trabalho seriam:
- A Composição da atmosfera actual;
- A Variação da temperatura, pressão e densidade em função da altitude;
- As Camadas da Atmosfera.
Para facilitar a leitura do trabalho, organizámo-lo pelos seguintes tópicos:
à A Atmosfera Primitiva
à Da Atmosfera Primitiva à Atmosfera Actual
à Composição da Atmosfera Actual
à Componentes Vestigiais
à Condições de Temperatura, Pressão e Densidade em função da altitude
à Camadas da Atmosfera

Espero que gostem do nosso trabalho!



A Atmosfera terrestre

Atmosfera Terrestre
A atmosfera é uma camada gasosa que envolve a Terra. É uma fina camada de gases que se mantém fixa à Terra pela força da gravidade.
Podemos considerá-la relativamente fina comparada com o diâmetro da Terra, sendo parte integrante do planeta. Sem a sua existência não seria possível existir vida na Terra. Fornece não só o ar de que necessitamos como também protecção contra a intensidade do calor solar e as perigosas radiações ultravioleta.

Atmosfera Primitiva
No interior da nebulosa primitiva predominavam, os gases que se pensavam ter dado origem ao Sistema Solar – o hidrogénio e o hélio.
Devido aos movimentos das diferentes camadas de matéria fundida, a superfície da Terra pareceria um enorme lago de lava ardente, interrompido por vulcões com violentas erupções. Esta actividade vulcânica da primitiva Terra levou à desgaseificação do seu interior, libertando os gases que constituíram a atmosfera primitiva da Terra.
A Terra foi arrefecendo e os gases se foram libertando, a atmosfera primitiva começou a ficar saturada de vapor de água.
A água começou a cair sob forma de chuva, arrastando consigo grande parte do dióxido de carbono. Na atmosfera ficou o azoto, vestígios de dióxido de carbono, vapor de água, metano e amoníaco.
Por acção da radiação solar, as moléculas de metano e de amoníaco foram em grande parte destruídas, dando origem a moléculas de hidrogénio bem como a moléculas mais complexas.
O hidrogénio formado escapou da atmosfera terrestre para o espaço devido à sua mínima densidade.

Da Atmosfera primitiva à atmosfera actual
A condensação do vapor de água arrastou consigo grande parte do dióxido de carbono da atmosfera.
A esta altura ainda não existia oxigénio, mas no entanto, vários factores contribuíram para a sua formação progressiva. As radiações ultravioletas atingiram a superfície da Terra, interactuando com as moléculas existentes.
As moléculas de hidrogénio escaparam para o espaço, mas as de oxigénio foram fixadas pelo ferro e outros metais.
O aparecimento de organismos vivos capazes de realizar a fotossíntese (processo regulador do dióxido de carbono e no aumento do teor de oxigénio) foi crucial para este aumento de oxigénio. Através deste processo, estes organismos captaram o dióxido de carbono e juntamente com água, transformaram-no em glucose e oxigénio.
A acumulação de oxigénio na atmosfera proporcionou a formação de ozono. E com a formação da camada do ozono, os seres vivos da Terra passaram a ficar melhor protegidos da radiação ultravioleta.

Composição da atmosfera actual
O ar é uma mistura de gases, cada um com as suas características físicas. O ar, limpo e seco, é composto quase exclusivamente de azoto (N ) em 78,09% e oxigénio (O ) em 20,94%, sendo estes dois gases de maior importância para a vida na Terra.
O dióxido de carbono (CO ), presente numa pequena quantidade (0,035%) é um importante constituinte do ar, devido à sua capacidade de absorver a energia calorífica irradiada pela Terra.O vapor de água, as partículas poluentes e o ozono, presentes em pequenas quantidades, têm uma grande influência no estado da atmosfera e do clima.
1.Azoto
O azoto é um elemento essencial da matéria viva encontrando-se em todas as proteínas e ácidos nucleicos, não sendo possível utilizá-lo directamente pelos animais e plantas.
Sendo os decompositores que convertem os produtos azotados em substâncias que as plantas possam usar.
Os decompositores têm por isso, uma importância primordial no cílio do azoto, contribuindo para fixar o azoto no solo.
2.Oxigénio
O oxigénio é importante na atmosfera porque os animais e as plantas precisam dele para sobreviver, e sem ele não haveria camada de ozono.
A libertação de oxigénio para a atmosfera permitiu a formação da camada de ozono, que absorve as radiações ultravioletas solares mais energéticas, mortais para os seres vivos. Assim, se tornou possível a evolução da vida na Terra para formas cada vez mais complexas.
3.Vapor de Água
O vapor de água da atmosfera forma-se a partir da evaporação da água dos oceanos, rios e mares, e também da respiração dos seres vivos. Sendo assim, para evaporar, a água absorve radiação solar e ar quente junto à superfície.
À medida que a água evapora, o ar vai humidificando, até atingir a saturação, formando nuvens. Quando o ar saturado de vapor de água arrefece, a água condensa e volta à superfície sob forma de precipitação.
Ao condensar-se, o vapor de água liberta para o meio ambiente a energia anteriormente absorvida, sendo assim, um meio de transporte de energia entre a atmosfera e a superfície da Terra, através do Ciclo hidrológico.
4.Dióxido de Carbono
O dióxido de carbono desempenha um importante papel na regulação do clima na Terra, como moderador da temperatura média.
Parte da energia das radiações que é absorvida pela Terra é posteriormente reenviada para a atmosfera sob a forma de radiação infravermelha. Aí é parcialmente absorvida pelo dióxido de carbono.
O dióxido de carbono retém assim, uma parte da radiação reflectida pela Terra. Como consequência, a atmosfera e a superfície terrestre aquecem, processo que é denominado “efeito de estufa”, e que permite à Terra ter temperaturas amenas à superfície.

Componentes vestigiais da atmosfera
Alguns gases da atmosfera foram produzidos e consumidos ciclicamente na Terra, mantendo-se e, equilíbrio entre a sua emissão e a sua retirada da atmosfera.
A partir do momento em que a velocidade com que alguns dos gases começaram a ser lançados superou a velocidade com que da atmosfera eram retirados, a sua concentração na atmosfera aumentou. Os componentes vestigiais passaram a exercer efeitos nocivos sobre o meio natural e os seres vivos, tornando-se poluentes.
Existem duas causas que explicam o aumento da concentração dos gases na atmosfera: causas naturais e causas antropogénicas.
Entre as causas naturais encontram-se os vulcões, que lançam milhares de metros cúbicos de matéria para a atmosfera (cinzas, poeiras e gases). A biosfera pode também contribuir para o aumento da concentração de alguns gases, tal como o metano pelos animais ruminantes.
As causas antropogénicas são todas as que resultam da actividade humana: a emissão de gases pela actividade industrial; a circulação automóvel; a queima de combustíveis fósseis; a desflorestação de extensas zonas do planeta; etc.

Temperatura, pressão e densidade em função da altitude
A atmosfera terrestre é fundamental para que ocorram muitos dos fenómenos que acontecem à sua superfície, como os deslocamentos de massas de ar e os ventos, as precipitações e as mudanças de clima.
Podemos dizer assim, que a atmosfera é um sistema dinâmico visto que as moléculas presentes na atmosfera interagem de maneira diferente com a radiação solar, influenciando vários fenómenos.
Temperatura
A distribuição da temperatura em função da altitude levou a que se considerasse a atmosfera dividida em 5 camadas.
Podendo-se concluir que a temperatura diminui desde a superfície da Terra até à altitude de 10km; que a temperatura aumenta entre as altitudes de 10km e a de 50km; a temperatura volta a diminuir entre a altitude de 50km e de 80km e que a temperatura volta a aumentar a partir da altitude de 80km.
Pressão
A pressão atmosférica é o resultado de colisões entre as moléculas de gases que constituem o ar e os corpos em contacto. A resultante da acção da gravidade sobre a massa gasosa que constitui a atmosfera caracteriza o seu peso. Assim, a pressão atmosférica é a força exercida por uma coluna de ar com a mesma altura da atmosfera e base igual a um metro quadrado.
À medida que a altitude aumenta, o peso de ar diminui e consequentemente, a pressão atmosférica também diminui.
Devido a diferenças de temperatura, a massa aérea aquecida sobe, e ao arrefecer, desce, criando assim um sistema dinâmico de variação de pressão atmosférica.
Para a determinação da pressão utilizam-se barómetros ou manómetros ou vacuómetros. O barómetro foi inventado por Torricelli, aluno de Galileu, para determinar a pressão atmosférica.
Densidade
A atmosfera é mais rarefeita com a altitude, querendo isto dizer que, à medida que a altitude aumenta, existe uma menor concentração de moléculas na atmosfera, e portanto, a densidade diminui.
O estudo da densidade da atmosfera em função da altitude revelou que, à medida que se vai subindo, o ar torna-se mais rarefeito perdendo a sua homogeneidade e composição.
Na exosfera, a densidade é muito reduzida, e assim, muitas moléculas de gases não são atraídas pelas forças do campo gravitacional da Terra.

As Camadas da Atmosfera
Troposfera
A troposfera é a camada atmosférica que se estende da superfície da Terra até à base da estratosfera. É a camada que se encontra em contacto com o solo, onde vivemos, e onde a temperatura diminui com o aumento da altitude.
A espessura da troposfera não se mantém constante, variando com a latitude e com a estação do ano. A sua espessura média é de 20km no equador e de 10km nos pólos.
A temperatura média da atmosfera à superfície da Terra é de 14ºC. O limite superior da troposfera é a tropopausa.
Estratosfera
A estratosfera situa-se aproximadamente entre 10km a 50km, entre a troposfera e a mesosfera. Nesta camada, a temperatura mantém-se constante, com valores entre -55ºC e -40ºC, até à altitude de 40km, onde começa então a aumentar, até ao limite desta camada podendo chegar aos +20ºC.
Nesta camada encontra-se uma maior concentração de ozono, sendo também designada por ozonosfera.
A grande concentração de ozono entre os 40km e os 50km é responsável pelo aumento da temperatura desta camada. O limite superior da estratosfera denomina-se estratopausa.
Mesosfera
Na mesosfera, a temperatura diminui com a altitude até à mesopausa designação do limite superior da mesosfera, que se situa cerca de 80km acima da superfície da Terra.
Nesta camada verifica-se uma considerável diminuição da temperatura, chegando a atingir os -80ºC.
Termosfera
A termosfera é a camada que recobre a mesopausa e não tem limite superior bem definido.
Na zona mais baixa desta camada, verifica-se uma diminuição da temperatura. Próximo dos 83km ocorre uma inversão na variação da temperatura que se mantém para altitudes maiores.
A temperatura pode atingir valores extremamente altos, chegando a cerca de 1200ºC. Os componentes gasosos desta camada apresentam-se na forma iónica (partículas com carga eléctrica), sendo pró isso também designada por ionosfera.
Exosfera
A exosfera é a camada superior da atmosfera e situa-se mais ou menos a 900km de altitude. O ar é muito rarefeito e as moléculas de gás “escapam” constantemente para o espaço.



Conclusão

Com este trabalho aprendemos que a atmosfera é uma camada gasosa que envolve a Terra e que se mantém fixa à Terra pela força da gravidade.
Aprendemos que a nebulosa primitiva era essencialmente constituída por hidrogénio e por hélio.
A Terra sofreu uma grande actividade vulcânica o que provocou a libertação dos gases que constituiriam assim a atmosfera primitiva: azoto, vestígios de dióxido de carbono, vapor de água, metano e amoníaco.
A condensação do vapor de água arrastou consigo grande parte do dióxido de carbono da atmosfera.
As radiações ultravioletas atingiram a superfície da Terra, interactuando com as moléculas existentes.
As moléculas de hidrogénio escaparam para o espaço, mas as de oxigénio foram fixadas pelo ferro e outros metais. O aparecimento dos seres vivos capazes de realizar a fotossíntese fora determinador para formação de oxigénio.
A acumulação de oxigénio formou a camada do ozono.
Aprendemos igualmente que os principais constituintes da atmosfera actual são então, o azoto, o oxigénio, o dióxido de carbono e o vapor de água, sendo que cada um destes componentes têm características diferentes importantes para a sobrevivência dos seres vivos na Terra e para as alterações existentes na atmosfera.
Aprendemos que quando a emissão de gases vestigiais é superior à velocidade com que da atmosfera são retirados, estes passam a ser poluentes. Sendo que as duas causas que provocam esta alteração da composição da atmosfera são: as causas naturais e as causas antropogénicas.
Aprendemos também que atmosfera é um sistema dinâmico visto que as moléculas presentes na atmosfera interagem de maneira diferente com a radiação solar, influenciando vários fenómenos.
Sendo que três factores que variam consoante a altitude são: a temperatura, a pressão e a densidade.
A distribuição da temperatura em função da altitude levou a que se considerasse a atmosfera dividida em 5 camadas.
Quando a altitude aumenta, o peso de ar diminui e consequentemente, a pressão atmosférica também diminui.
Devido a diferenças de temperatura, a massa aérea aquecida sobe, e ao arrefecer, desce, criando assim um sistema dinâmico de variação de pressão atmosférica.
O aparelho utilizado para medir a pressão é então o barómetro.
A densidade por sua vez, também diminui consoante o aumento da altitude visto que, existe uma diminuição das moléculas existentes.
A atmosfera é então dividida em 5 camadas sendo elas: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera, a termosfera e a exosfera.
Sendo que a atmosfera está dividida em três camadas relativamente quentes: a troposfera, a estratosfera e a termosfera; e por duas camadas relativamente frias: a estratosfera e a mesosfera.



Bibliografia

- Ribeiro, Laila (2007). Física e Química 10º/11º Ano – Manual de Química – 2007, Edições ASA, Portugal

- Medonça, Lucinda Sandos; Dantas, Maria da Conceição; Ramalho, Marta Duarte. Química A Bloco 1 10º/11º Ano – Jogo de Partículas – 2004, Texto Editora, Lda. Lisboa

- Costa-Pau, Rosa – A Protecçao do Ar – 1993, Edições Porto Editora, Portugal

Relatório sobre Soluções e Colóides

Escola Secundária de Cascais



Relatório



Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas



Soluções e Colóides







Docente: Fernando Oliveira

Discente: Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Susana Ferreira Nº20 10ºB
Tomás Serrasqueiro Nº23 10ºB


Cascais, 23 de Janeiro de 2008



Objectivos

1. Procedimento de preparação de uma solução aquosa de um soluto sólido.

2. Procedimento de preparação de uma soluça aquosa diluída a partir de uma solução aquosa concentrada.

3. Preparação de uma suspensão coloidal de enxofre.

4. Preparação de um gel



Introdução

Em 1806, o químico britânico Thomas Graham descobriu substâncias como o amido, a gelatina e a cola, difundiam-se muito lentamente quando colocadas em águas, ao contrário de outras susbtâncias.
Para denominar a nova classe identificada, Graham propôs o nome colóide (do grego kolla – cola).
Diz-se que as dispersões coloidais são dispersões intermediárias entre as soluções (misturas homogéneas) e as misturas heterogéneas, onde as partículas dispersas são maiores que as moléculas mas não suficientemente grandes para se depositar pela acção da gravidade.
Nas superfícies de separação entre a fase dispersa e o meio de dispersão, manifestam-se fenómenos de superfície característicos de grande importância na determinação de propriedades físico-químicas do sistema como um todo.
Mesmo que o colóide por excelência seja aquele cuja fase dispersa é um líquido e cuja fase dispersante seja composta de partículas sólidas, podem ser encontrados colóides cujos componentes se encontram noutros estados de agregação.
As partículas coloidais são muito menores do que as que podem ser vistas a olho nu, porém são maiores que as moléculas individuais.
Podemos definir uma dispersão como sendo um sistema no qual uma substância está disseminada, sob a forma de pequenas partículas, numa outra substância.
Soluções Verdadeiras
1. Natureza das partículas – Átomos e iões
2. Tamanho das partículas – Entre 0 e 1 nanómetro.
3. Visibilidade das partículas – Não podem ser vistas nem com auxílio de um microscópico.
4. Sob centrifugação – As partículas não se depositam.
5. Filtração – As partículas não são retidas por nenhum tipo de filtro.
6. Sob o efeito de um campo magnético – Caso a solução não seja iónica, não há passagem de corrente eléctrica. Quando é iónica, os catiões dirigem-se para o pólo negativo, enquanto os aniões se dirigem para o pólo positivo (fenómeno da electrólise).
Soluções Coloidais
1. Natureza das partículas – Aglomerados de átomos, iões ou moléculas.
2. Tamanho das partículas – Entre 1 e 100 nanómetros.
3. Visibilidade das partículas – As partículas podem ser observadas com auxílio de um microscópio de maior resolução.
4. Sob centrifugação – As partículas depositam-se sob acção de um centrifugadora de potencialidade superior.
5. Filtração – As partículas podem ser retiradas por meio de uma filtração de maior potencialidade.
6. Sob o efeito de um campo eléctrico – As partículas de um determinado colóide possuem carga eléctrica com o mesmo sinal; assim, todas elas se dirigem para o mesmo pólo, ocorrendo o fenómeno de electroforese.
Suspensões
1. Natureza das partículas – Grandes aglomerados de átomos, iões ou moléculas.
2. Tamanho médio das partículas – Acima dos 100 nanómetros.
3. Visibilidade das partículas – As partículas podem ser vistas com o auxílio de um microscópio comum.
4. Sob centrifugação – As partículas depositam-se sob a acção de uma centrifugadora comum.
5. Filtração – As partículas podem ser retiradas por filtros comuns (como por filtração com papel de filtro).
6. Sob o efeito de um campo eléctrico – As partículas não se movimentam pela acção de um campo eléctrico.
Colóides Micerales
As partículas coloidais são muito menores do que as que podem ser vistas a olho nu, porém são maiores que as moléculas individuais.
Um colóide micelar é um sistema coloidal formado por partículas denominadas micela, que são aglomerados de átomos, moléculas ou iões.

1.Soluções e Diluições
A preparação de soluções líquidas, em geral aquosas, é uma das operações mais comuns nos laboratórios de Química.
Algumas soluções são usadas na altura em que se preparam; outras podem ser utilizadas mais tarde, tal e qual como estão ou depois de diluídas. É necessário, portanto, haver um lugar apropriado onde possam ser guardadas.
Uma solução diluída pode ser preparada tomando um pequeno volume de solução concentrada e adicionando solvente.
Há casos em que se utilizam soluções que não precisam de ter uma concentração rigorosa, por exemplo, soluções para testes qualitativos.
Noutras situações, em que as soluções vão ser utilizadas em análise quantitativa, a sua concentração tem que ser rigorosamente conhecida (soluções padrão).
As soluções padrão podem ser preparadas pesando uma certa massa de soluto puro, dissolvendo-o no solvente e diluindo a solução obtida num balão volumétrico:
C=
As soluções padrão mais diluídas podem ser obtidas por diluição de soluções padrão mais concentradas: pipeta-se para um balão volumétrico (de volume V ) um certo volume, V, de solução concentrada (concentração C ) e completa-se o balão com o solvente:
C = x C
O quociente é o chamado factor de diluição. É muito importante relembrar que numa diluição a quantidade de soluto se mantém constante (a concentração diminui porque há aumento do volume).

2.Colóides
Nem sempre é fácil distinguir um colóide de uma solução. Uma propriedade importante dos colóides é a dispersão da luz. Na prática, isso significa que é possível observar o percurso do feixe luminoso através do colóide, um fenómeno denominado efeito de Tyndall.
A dispersão coloidal produz efeitos interessantes sob a acção da luz, reproduzindo, em certo sentido, o que observamos no pôr-do-sol, pela acção das poeiras existentes na atmosfera.
Podemos observar uma espécie de “pôr-do-sol químico” fazendo reagir tiossulfato de sódio (Na S O ) com um ácido concentrado (HCl). A reacção produz enxofre coloidal, que dispersa a luz, podendo-se observar diferentes cores à medida que ele se vai formando.
Os colóides podem ser distinguidos entre:
- Emulsões, em que as fases dispersa e dispersante se encontram no estado líquido;
- Geleias, em que há uma fase dispersa sólida e uma fase dispersa líquida;
- Aerossóis líquidos, em que a fase dispersa é líquida num meio dispersante gasoso;
- Aerossóis sólidos, em que há uma fase dispersa sólida numa fase dispersante líquida;
- Espumas líquidas, em que a fase dispersa é gasosa e a fase dispersante líquida;
- Espumas sólidas, em que a fase dispersa é gasosa e a fase dispersante sólida.



Procedimento experimental

Preparação de 250,0cm de uma solução aquosa padrão de tiossulfato aproximadamente 0,30mol/ dm , por dissolução de Na S O .5H O em água.
Material
Balança analítica ou semi-analítica
Esguicho
Balão Volumétrico de 250,0cm
Proveta de 20 ou 50cm
Frasco de Vidro
Pipetas de Pasteur
Funil de Vidro
Vidro de Relógio
Gobelé de 100cm
Vareta de Vidro
Espátula

Reagentes
· Tiossulfato de Sódio pentaidratado - Na S O .5H O
· Água Desionizada

Método
1. Calculámos a massa de tiossulfato de sódio necessária para preparar a solução.

2. Medimos rigorosamente num vidro de relógio a massa de Na S O .5H O, próxima do valor calculado no ponto anterior.

3. Transferimos o sólido para um gobelé de 100,0cm .

4. Adicionámos com uma proveta, cerca de 10cm de água desionizada.

5. Agitámos a solução com uma vareta até o sólido se dissolver completamente.

6. Tranferimos a solução para um balão volumétrico de 250,0cm , através de um funil.

7. Lavámos a vareta, o gobelé e o funil com pequenas porções de água desionizada.
8. Transferimos as águas de lavagem para o balão volumétrico.

9. Tapámos o balão e invertemo-lo várias vezes para homogeneizar a solução.

10. Completámos o volume do balão até ao traço de referência, com o auxílio do esguicho de água desionizada.

11. Agitámos novamente para homogeneizar a solução.

12. Passámos a solução para um frasco de vidro previamente lavado com água (e um pouco da própria solução do balão); rotulámos o frasco, indicando a concentração exacta da solução, calculada a partir da massa utilizada e do volume do balão.

Preparação de soluções diluídas, a partir da solução anterior, com factores de diluição diversos.
Material
Balões volumétricos (50mL, 100mL, 200mL e 250mL)
Pipetas volumétricas (5mL,10mL)
Frasco de Vidro
Pipetas de Pasteur
Espátula
Funil de Vidro

Reagentes
· Na S O .5H O – 0,030mol/ dm
· Água Desionizada

Método
1. Considerando o volume final da solução diluída (volume do balão) e o factor de diluição (f), calculámos o volume inicial da solução concentrada (volume da pipeta), que é preciso utilizar para preparar cada uma das soluções pretendidas.

2. Registámos os valores obtidos.

3. Medimos, com uma pipeta volumétrica, o volume da solução concentrada calculado no ponto 1 e transferimos a solução para o respectivo balão volumétrico.

4. Completámos o volume do balão (até ao traço de referência) com água desionizada e homogeneizámos a solução do balão por agitação.

5. Passámos as soluções dos balões volumétricos para frascos de vidro lavados, primeiro com água, e depois com um pouco das próprias soluções dos balões; rotulámos os frascos, indicando a concentração exacta das soluções, calculadas no ponto 1.

Preparação de uma suspensão coloidal de enxofre
Material
1 Proveta de 50mL ou 100mL
1 Gobelé de 50mL
1 Placa de Petri
1 Vareta de Vidro
Luvas
Máscara
Óculos de Protecção
Telemóvel com máquina fotográfica

Reagentes
Tiossulfato de Sódio (sólido e em solução 0,03mol/dm )
Solução concentrada de ácido clorídrico

Método
1. Medimos, para um gobelé, uma quantidade de solução de tiossulfato de sódio 0,03mol/dm suficiente para cobrir uma placa de petri (10mL).

2. Concentrámos a solução dissolvendo um pouco de tiossulfato de sódio (2 grãos) e agitámos com a vareta.

3. Deitámos a solução concentrada para uma placa de petri.

4. Vertemos para a placa de petri 5mL de ácido clorídrico concentrado.

5. Agitámos rapidamente a solução.

6. Fotografámos a sequência de acontecimentos.

Preparação de um gel
Material
Balança analítica ou semi-analítica
Vidro de Relógio
Gobelés (50mL, 150mL)
Caixa de Petri

Reagentes
Acetato de Cálcio - Ca (CH COO)
Etanol - C H OH

Método
1. Num gobelé de 150mL, dissolve-se 35g de acetato de cálcio em 100mL de água morna.

2. Retira-se 5mL da solução preparada para um gobelé de 50mL.

3. Coloca-se 30mL de etanol absoluto noutro gobelé.

4. Mistura-se as duas soluções e observa-se a formação de gel.

5. Transfere-se o gel para uma caixa de petri e coloca-se a caixa de petri dentro de uma hotte.

6. Acende-se o gel com um fósforo e regista-se o tempo de combustão.

7. Deixa-se arrefecer antes de deitar fora o resíduo e lava-se a caixa de petri.

Resultados
Cálculos
Preparação de 250,0cm de uma solução aquosa padrão de tiossulfato aproximadamente 0,30mol/ dm , por dissolução de Na S O .5H O em água
1. Primeiro tivemos de calcular a massa de soluto a utilizar para preparar a solução aquosa padrão de tiossulfato, através da fórmula:
M=
1.1. n = ?
=
x=0,030 0,25
x=0,0075mol

1.2. M = 248,18 mol/g
n=0,0075mol
m= ?

M=

m= M n

m= 248,18 0,0075

m= 1,86135g

2. Tivemos de calcular a Concentração Molar da solução aquosa padrão de tiossulfato, com a massa que pesámos.
2.1. M=
M =248,18mol/g
m= 1,8611g
n= ?

n=

n=

n= 0,0075mol

2.2. C=
C= ?
n= 0,0075mol
v= 0,25dm³

C=

C=

C= 0,03mol/dm³

m
v
Na S O .5H O [mol/dm³]
1,8611g
0,25dm³
0,03

Preparação de soluções diluídas, a partir da solução anterior com factores de diluição diversos.
1. Através da fórmula:
f= = , sendo f o factor de diluição.
Calculámos o volume inical da solução concentrada (volume da pipeta), que é necessário para preparar cada uma das soluções pretendidas e a sua concentração molar.
1.1. V = 50,00mL
Na S O .5H O = 0,03mol/dm³
V = ?
Na S O .5H O = ?
f= 2

1.1. f=

Na S O .5H O =
Na S O .5H O =


Na S O .5H O = 0,015mol/dm³

1.2. f=

V =

V =

V = 25mL

2. V = 100,00mL
Na S O .5H O = 0,03mol/dm³
V = ?
Na S O .5H O = ?
f= 2,5

2.1. f=

Na S O .5H O =
Na S O .5H O =


Na S O .5H O = 0,012mol/dm³

2.2. f=

V =

V =

V = 40mL

3. V = 200,00mL
Na S O .5H O = 0,03mol/dm³
V = ?
Na S O .5H O = ?
f= 4

3.1. f=

Na S O .5H O =
Na S O .5H O =


Na S O .5H O = 0,0075mol/dm³

3.2. f=

V =

V =

V = 50mL

4. V = 250,00mL
Na S O .5H O = 0,03mol/dm³
V = ?
Na S O .5H O = ?
f= 5

4.1. f=

Na S O .5H O =
Na S O .5H O =


Na S O .5H O = 0,006mol/dm³

4.2. f=

V =

V =

V = 50mL
Nº Balão Volumétrico
V
(mL)
Na S O .5H O
(mol/dm³)
Factor de diluição
V
(mL)
Na S O .5H O
(mol/dm³)
1
50,00

0,03
2
25
0,015
2
100,00
2,5
40
0,012
3
200,00
4
50
0,0075
4
250,00
5
50
0,006

Fases da Preparação de uma suspensão coloidal de enxofre

Fase 1



Fig. 1 – Colocação de Solução concentrada de ácido clorídrico na solução de tiossulfato concentrada.




Fig. 2 – Agitação da mistura com o auxílio da vareta de vidro

Fase 2



Fig. 3 – Repouso da mistura com a formação da suspensão



Fig. 4 – Inicio da formação da suspensão coloidal

Fase 3






Fig. 5 – Maior abrangimento da suspensão

Fase 4

Fig. 6 – Total abrangimento da placa de petri com a suspensão
Fase 5









Fig. 7 – Mudança para uma coloração mais opaca da suspensão






Fase 6






Fig. 8 – Mudança de cor da suspensão para uma pigmentação mais amarelada

Fase 7






Fig. 9 – Suspensão com total mudança de cor.


Interpretação de resultados
Na experiência de preparação de 250,0cm de uma solução aquosa padrão de tiossulfato aproximadamente 0,30mol/ dm , por dissolução de Na S O .5H O em água, pudemos concluir que seria necessário ter uma concentração rigorosa já que esta será depois necessária para obter determinados valores de diluição.
Concluímos igualmente que para preparar uma solução, com factor de diluição 2 a partir desta, seria necessário retirar à solução 125cm³, e acrescentar água destilada até perfazer o volume de 250cm³.
Os principais erros que poderiam ter afectado a preparação da solução seriam se não lavássemos o frasco de vidro com a solução antes de a colocarmos totalmente, tal como nos aconteceu, e também a pesagem do soluto poderia ter levado a erros no cálculo da concentração da solução.
A maior dificuldade que tivemos na preparação da solução foi sem dúvida a pesagem do soluto já que não conseguimos pesar exactamente o valor pedido, mas sim uma aproximação, já que os grãos de tiossulfato de sódio eram bastante grandes e irregulares.
Na experiência de preparação de preparação de soluções diluídas, a partir da solução anterior com factores de diluição diversos, pudemos concluir que o factor de diluição modifica igualmente o valor do volume da pipeta e da concentração molar, isto é, que o volume que é necessário retirar da solução concentrada irá alterar a concentração molar da solução diluída que se irá obter.
Concluímos também que o valor da concentração diminui quanto maior for o factor de diluição.
Pudemos igualmente analisar que os principais erros que poderiam ter afectado a preparação das soluções seriam o volume do material utilizado tal como as pipetas e os balões volumétricos.
Por exemplo, em relação ás pipetas, se apenas houvesse pipetas de 25,00mL e necessitássemos de retirar 50mL à solução concentrada teríamos de encher a pipeta duas vezes, o que poderiam levar a que o volume de solução concentrada não fosse o correcto, tal como aconteceria nas outras soluções já que o volume a retirar era superior ou igual a 25mL (25mL, 40mL e 50mL).
No caso de apenas existirem balões de 100mL, apenas poderia ser possível realizar a diluição num balão de 50mL, se realizássemos a experiência num gobelé, mas sendo este material impreciso na medição, a experiência poderia não correr como o suposto. Se fosse necessário um balão de 200mL, teria de se distribuir o volume retirado à solução concentrada pelos dois balões de 100mL, o que poderia levar a que o volume que se passava para o balão fosse a mais ou a menos, não sendo preciso. E no caso do balão de 250mL, apenas seria possível realizar a diluição devido à mesma razão apontada à de um balão de 50mL.
No caso da experiência de preparação de uma suspensão coloidal de enxofre, pudemos fasear a experiência através do abrangimento parcial ou total da suspensão pela placa de petri e ainda pelas mudanças de pigmentação da mistura.
Assim, na primeira fase, que foi a da colocação da solução concentrada de ácido clorídrico, pudemos analisar que não houve uma reacção imediata com a solução de tiossulfato, mas ocorreu libertação de gases com um ligeiro cheiro a enxofre.
Na segunda fase, pudemos analisar que se começava a formar a suspensão, iniciando-se a reacção nas bordas da placa de petri tendo uma pigmentação ligeiramente amarelada.
Na terceira fase, a suspensão cobria parcialmente a placa de petri notando-se já um grande abrangimento relativamente à segunda fase.
Na quarta fase, o abrangimento da suspensão era já total sendo a pigmentação da suspensão de um amarelo transparente.
Na quinta fase, notámos uma mudança na coloração da suspensão já que esta se tornou opaca, notando-se assim uma uniformidade em toda a extensão da suspensão.
Na sexta fase, a suspensão mudou novamente de pigmentação para um tom mais forte de amarelo, ficando com um aspecto leitoso.
Na sétima e última fase, a mudança de coloração era já total, e esta tornou-se uniforme, não se distinguindo em toda a sua totalidade qualquer diferença.
Através deste processo, pudemos observar o mesmo fenómeno que se sucede durante o pôr-do-sol, faseando então cada uma dos seus “estados”.
Na preparação do gel, não pudemos obter resultados visto que foi substituída pela experiência dos polímeros, sendo que só podemos falar desta experiência na teórica. Assim, se tivéssemos concluído a experiência poderíamos ter observado que o gel seria uma dispersão coloidal em que a fase dispersa se apresentaria no estado líquido e a fase dispersante no estado sólido.



Conclusão

As experiências efectuadas mostraram-nos como preparar uma solução aquosa de um soluto sólido, como preparar uma soluça aquosa diluída a partir de uma solução aquosa concentrada, como preparar uma suspensão coloidal de enxofre e como preparar um gel.
Isto é, que para preparar uma solução aquosa é necessário pesar uma certa massa de soluto puro, dissolvendo-o no solvente e diluindo a solução obtida num balão volumétrico. E que através da fórmula da concentração mássica se obterá o valor da concentração da solução:
C= ;
que neste caso, a concentração de 250,0cm de uma solução aquosa padrão de tiossulfato seria então de 0,03mol/dm³.
Aprendemos também que para preparar uma solução diluída a partir de uma solução concentrada é necessário retirar um pequeno volume de solução concentrada, neste caso da solução padrão de tiossulfato, e adicionar solvente, que neste caso foi água desionizada.
Para calcular o volume a retirar e a concentração da solução diluída utiliza-se a seguinte fórmula:
f= = , sendo f o factor de diluição.
Concluímos também que o valor da concentração diminui quanto maior for o factor de diluição. O factor de diluição é deste modo a quantidade de vezes em que o volume inicial e a solução concentrada de tiossulfato de sódio vão ser divididos para se obter o volume final e a concentração da solução diluída de tiossulfato de sódio.
Aprendemos que é muito díficil distinguir soluções de colóides, e que apenas é possível distinguir as suas partículas a microscópio.
Aprendemos que o colóide de enxofre é obtido por reacção do catião hidrogénio, H (aq.), com o anião tiossulfato S O (aq.), resultantes da dissociação em água do ácido clorídrico e do tiossulfato de sódio, respectivamente. A reacção que se dá inicialmente é a seguinte:
2H (aq.) + S O (aq) 8H SO (aq) + S (s)
No entanto, o ácido tiossulfúrico é instável, decompondo-se rapidamente, com a formação de ácido sulfuroso e enxofre, este último sob a forma de uma dispersão coloidal:
8H SO (aq) + S (s) 8H SO (aq) + S
Pudemos observar que o ácido clorídrico ao reagir com o tiossulfato de sódio, tem várias fases; sendo esta uma reacção lenta e semelhante ao processo do “pôr-do-sol”, em que o primeiro a suspensão apenas ocupa uma pequena parte da placa de petri, aumentando progressivamente a superfície que abrange e alterando a sua pigmentação para uma cor mais forte, dentro dos tons de amarelo.
Quanto ao gel, aprendemos que este é um tipo de dispersão coloidal, em que a fase dispersa se apresentaria no estado líquido e a fase dispersante no estado sólido, mas como não realizámos esta experiência de acordo com o protocolo, isto é, o protocolo foi substituído pelos polímeros, assim não podemos desenvolver mais sobre o gel.
Os nossos objectivos foram assim alacançados com sucesso.



Bibliografia
- Ribeiro, Laila (2007). Física e Química 10º/11º Ano – Manual de Química – 2007, Edições ASA, Portugal

- Medonça, Lucinda Sandos; Dantas, Maria da Conceição; Ramalho, Marta Duarte. Química A Bloco 1 10º/11º Ano – Jogo de Partículas – 2004, Texto Editora, Lda. Lisboa

Webgrafia
Os sites referidos foram consultados no dia 12 de Janeiro de 2008:
http://www.fisica.net/quimica/resumo18.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Colóide

http://www.geocities.com/quimica_hp/soluto.htm

http://ceticismo.wordpress.com/2006/11/13/solues-e-disperses/

Relatório sobre A Determinação da massa volúmica de um sólido e da massa relativa de um sólido e de um líquido

Escola Secundária de Cascais



Relatório



Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas



Determinação da massa volúmica de um sólido
e
Determinação da densidade relativa de um sólido e de um líquido




Docente: Fernando Oliveira

Discente: Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Susana Ferreira Nº20 10ºB
Tomás Serrasqueiro Nº23 10ºB



Cascais, 7 de Dezembro de 2007



Objectivos

1. Determinação da massa volúmica de um líquido por aerometria – em que o seu objectivo é medir a massa volúmica do etanol com um densímetro.

2. Determinação da densidade relativa de um líquido por picnometria – em que o seu objectivo é medir a densidade relativa do etanol pela técnica do picnómetro.

3. Determinação da densidade relativa de um sólido por picnometria – em que o seu objectivo é medir a densidade de um prego de latão.



Introdução

Na aula de Físico/Química, foi-nos dada a indicação para realizarmos uma actividade experimental com o tema: Determinação da massa volúmica de um líquido por aerometria, Determinação da densidade de um líquido por picnometria e Determinação da densidade de um sólido por picnometria.
Para iniciarmos este projecto foi necessário realizar uma pesquisa sobre a densidade e sobre os processos de aerometria e de picnometria.

Densidade
A densidade absoluta ou massa volumétrica, define-se como a propriedade da matéria correspondente à massa por volume, ou seja, a proporção existente entre a massa de um corpo e seu volume. Desta forma pode-se dizer que a massa volúmica mede o grau de concentração de massa em determinado volume.
A densidade relativa é a razão entre as densidades absolutas de duas substâncias, onde normalmente a água é utilizada como substância padrão, pela conveniência da sua densidade ( = 1,00 g/ cm ).

Aerometria
A aerometria utiliza um densímetro, também chamado aerómetro, que é um aparelho que tem como objectivo medir a massa volúmica de líquidos. Existem várias maneiras de conceber este aparelho, sendo uma das mais comuns a de um tubo de vidro longo fechado em ambas as extremidades. Este tubo é mais largo na parte inferior e possui uma graduação na mais estreita.
Fig. 1 - Densímetro

O densímetro deve ser imerso num recipiente, como uma proveta, cheio do líquido do qual se tenciona conhecer a densidade, de modo a que este flutue sem entrar em contacto com as paredes ou com o fundo da proveta.
O densímetro utiliza o princípio do empuxo descoberto por Arquimedes. O empuxo é a força que provoca a flutuação dos corpos nos líquidos, sendo proporcional a densidade, ao volume do corpo e a aceleração da gravidade.
Por causa desta relação é possível descobrir a densidade dado que a aceleração da gravidade é conhecida e constante, o volume do densímetro também é conhecido e constante, assim como a força de empuxo que na flutuação iguala a força do peso.


Picnometria
A picnometria é um processo que utiliza um picnómetro (de líquidos ou sólidos) para determinar a densidade relativa de dois materiais (líquido-líquido ou líquido-sólido).
Existem dois tipos de picnómetros: o picnómetro de líquidos e o picnómetro de sólidos.
O picnómetro de líquidos é um pequeno frasco de vidro usado para determinar a densidade relativa de líquidos. Este pequeno frasco está completamente cheio quando o tubo da sua tampa estiver também heio de líquido. Isso permite que a capacidade do picnómetro (à mesma temperatura) seja rigorosamente a mesma.






Fig. 2 – Picnómetro de líquidos
O picnómetro de sólidos é também um pequeno frasco de vidro utilizado para determinar a densidade relativa de sólidos granulados ou em pó. A boca do frasco é larga para que se possam introduzir as amostras. A tampa tem uma marca por onde o líquido é acertado com o auxílio de papel absorvente.
Fig. 3 – Picnómetro de sólidos

O processo de enchimento de um picnómetro faz-se através do escorrimento do líquido pela parede, para evitar a formação de bolhas de ar. As bolhas de ar são fonte de erros experimentais. Quando o picnómetro estiver completamente cheio, introduz-se a tampa com um movimento vertical rápido que obrigue o líquido a entrar para o seu interior. Para acertar o líquido pela marca é conveniente utilizar papel absorvente.



Procedimento experimental

Determinação da Massa Volúmica por Aerometria
Material
Densímetro
Proveta de 250 mL

Reagentes
Etanol

Método
1. Colocámos etanol numa proveta de 250 mL;

2. Mergulhámos o densímetro no líquido, de modo a que este não tocasse no fundo ou nas paredes da proveta;

3. Como o densímetro não flutuava acrescentámos mais etanol;

4. Fizemos três ensaios desta experiência e lemos o valor da massa volúmica na superfície de afloramento (no contacto entre a superfície do líquido e o densímetro); registámos esses valores.

Determinação da Densidade Relativa de um líquido por Picnometria
Material
Picnómetro de líquidos
Papel Absorvente
Termómetro
Balança analítica ou semianalítica

Reagentes
Etanol
Água Destilada

Método
1. Medimos a massa do pincómetro, m . E registámos o seu valor.

2. Enchemos o picnómetro com etanol. Evitando a formação de bolhas.

3. Acertámos o nível do líquido, no colo do picnómetro utilizando papel absorvente.

4. Medimos a massa do picnómetro cheio de entanol, m . E registámos o seu valor.

5. Repetimos os passos 2 e 3, utilizando desta vez água.

6. Medimos a massa do picnómetro cheio de água, m . E registámos o seu valor.

7. Medimos a temperatura, t, da água, utilizando um termómetro.

Determinação da densidade relativa de um sólido por picnometria
Material
Picnómetro de Sólidos
Balança analítica ou semianalítica
Prego de Latão
Papel absorvente

Reagentes
Água destilada

Método
1. Enchemos o picnómetro de sólidos, com água, até à marca.

2. Secámos convenientemente o picnómetro e medimos a sua massa cheio de água, m . E registámos o seu valor.

3. Medimos a massa do prego de latão e registámos o seu valor.

4. Colocámos o prego dentro do picnómetro cheio de água.

5. Com papel absorvente, acertámos a quantidade de água até à marca do picnómetro.

6. Medimos a massa do picnómetro cheio de água juntamente com o prego de latão. E registámos o seu valor.

7. Medimos a temperatura, t, da água



Resultados
Cálculos
Determinação da massa volúmica de um líquido por aerometria
Ensaio
Massa volúmica do etanol
(kg/m )
1
805
2
805
3
805

1. Como a densidade é medida em g/cm , e as medidas do densímetro eram em kg/m , tivemos de fazer uma conversão de kg para g e de m para cm.
805 kg à 805 000 g
1 m à 1 000 000 cm

1.1. =
M = 805000 g
V = 1 000 000 cm

=

=

= 0,805 g/cm

Determinação da densidade de um líquido por picnometria
Objectos a medir
Massa
(g)
Picnómetro à m
28,1613
Picnómetro com etanol à m
68,75
Picnómetro com água à m
77,51

1- 1.1 Calculámos a massa do etanol através da expressão: m = m - m .
m = 28,1613 g
m = 68,75 g

m = m - m

m = 68,75 – 28,1613

m = 40,5887 g


1.2. Calculámos a massa da água através da expressão: m = m - m
m = 28,1613 g
m = 77,51

m = m - m

m = 77,51 – 28,1613

m = 49,3487 g

2. Tivemos de calcular a densidade do etanol, d’, em relação à água à temperatura de 17,5ºC, utilizando a expressão: d’ =
m = 40,5887 g
m = 49,3487 g

d’ =

d’ =

d’ ≈ 0,8225 g

3. Tivemos de efectuar a correcção da temperatura, através da expressão d = d’ x dH O, em que d’ é a densidade do etanol à temperatura em que se realiza a medição, neste caso a 17,5ºC, e dH O é a densidade da água à mesma temperatura.
d’ ≈ 0,8225 g
dH O(17,5ºC) = 0,99864

d = d’ x dH O

d= 0,8225 x 0,99864

d= 0,

Determinação da densidade relativa de um sólido por picnometria
Objectos a medir
Massa
(g)
Prego de Latão
0,6770
Picnómetro com Água à m
79,8111
Picnómetro com Água e com o prego de Latão à m
O,6770 + 79,8111 = 80,4881
Picnómetro com Água e com prego, mas completo até à marca à m
80,3846

1. Calculámos a densidade do prego de latão, d’, em relação à água à temperatura de 18ºC

d’ =
d’ =

d’ =

d’ ≈ 6,5411 g

2. Tivemos de fazer a correcção da temperatura, através da expressão d = d’ x dH O, em que d’ é a densidade do material à temperatura em que se realiza a medição, neste caso a 18ºC, e dH O é a densidade da água à mesma temperatura.
d = d’ x dH O

d = 6,5411 x 0,99864

d =

Interpretação de resultados
Na experiência da determinação de massa volúmica de um líquido por aerometria, analisámos que o densímetro utilizado tinha um alcance de 650 kg/m , que o seu valor de menor divisão de escala era de 1000 kg/m e que estava calibrado para uma temperatura de 20ºC.
Nesta experiência comparámos o valor tabelado do etanol, que é de 0,79g/ cm , com a medida que obtemos que foi de 0,805 g/ cm . Assim, pudemos concluir que a medida obtida era exacta, já que nas três medições o valor foi constante.
Concluímos igualmente que a diferença entre o valor medido e o valor tabelado deve-se à diferença de temperatura, pelo facto de o líquido utilizado não ser totalmente puro (96% de álcool) por ter 4% de água na sua constituição e como a água é mais densa que o álcool provoca um aumento de densidade.
Na experiência da determinação da densidade relativa de um líquido por picnometria, pudemos concluir que a densidade do etanol() é inferior à densidade da água(0,99864).
Pudemos também concluir que a densidade do valor obtido do etanol, que foi de 0, com a devida correcção de temperatura, é diferente do valor tabelado do etanol que é de 0.79 g/ cm . O que nos leva a concluir que o material em estudo, neste caso o etanol não é totalmente puro.
Na experiência da determinação da densidade relativa de um sólido por picnometria, pudemos concluir que a densidade de sólidos, neste caso de um prego de latão é superior à densidade de líquidos, neste caso da água.
Assim, determinámos que a densidade do prego de latão com a devida correcção da temperatura era de …
Como não tínhamos tabelas com que comparar a densidade do latão com a do estanho e do cobre, deduzimos que a sua densidade deve ficar entre as densidades destes dois metais.



Conclusão
As experiências efectuadas mostraram-nos como determinar a massa volúmica de um líquido por aerometria e como determinar a densidade relativa de um sólido ou de um líquido por picnometria.
Isto é, que para determinar a massa volúmica de um líquido por aerometria é necessário recorrer ao uso de um densímetro, que é um aparelho que tem como objectivo de medir a massa específica de líquidos.
Para determinar a densidade relativa de um líquido por picnometria é necessário utilizar um picnómetro de líquidos que é um frasco de vidro utilizado para determinar a densidade relativa entre líquidos.
E que para determinar a densidade relativa de um sólido por picnometria é necessário recorrer ao uso de um picnómetro de sólidos que é um frasco de vidro utilizado para determinar a densidade relativa de sólidos granulados ou em pó.
Na primeira experiência, que foi a da determinação da massa volúmica do etanol com a utilização de um densímetro de alcance de 650 kg/m e de valor de menor divisão de 1000 kg/m , pudemos concluir que a massa colúmica obtida, de 0,805 g/cm , foi superior à do valor da massa volúmica tabelada, que é de 0,79 g/cm . Este fenómeno deve-se à diferença de temperaturas do etanol tabelado e o do utilizado para a experiência, por o etanol utilizado não ser totalmente puro, contendo uma componente de 4% de água, que é mais densa e faz com que a massa volúmica obtida do etanol seja superior.
Na segunda experiência, que foi a da determinação da densidade relativa do etanol, com a utilização de um picnómetro de líquidos, pudemos concluir que a densidade da água() é superior à do etanol(), graças à comparação entre estes dois líquidos.
Pudemos concluir também que o etanol utilizado não era puro visto que a sua densidade, de , era superior à da densidade do etanol tabelado, que é de 0,79 g/cm , não sendo o etanol utilizado para esta experiência puro.
Na terceira e última experiência, que foi a da determinação da densidade relativa de um prego de chumbo, com a utilização de um picnómetro de sólidos, pudemos concluir que a densidade do sólido em questão, era superior à da água, devido à comparação entre o prego de latão e da água.
Como não tínhamos os valores tabelado do cobre e do estanho, que são os constituintes do latão, e deduzindo que a densidade do latão está entre os seus dois metais constituintes, não pudemos comprar o valor de densidade obtido com o valor de densidade tabelado.
Os nossos objectivos foram assim alcançados com sucesso.



Bibliografia

Webgrafia:
Os sites foram consultados no dia 3 de Dezembro de 2007:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Dens%C3%ADmetro

http://www.fcfrp.usp.br/dfq/Fisica/Guia%20Densidade%20de%20L%EDquidos/Densidade-Liquidos.pdf

http://www.fcfrp.usp.br/dfq/Fisica/Guia%20Densidade%20de%20S%F3lidos/Densidade-S%F3lidos.pdf

Relatório sobre Equipamentos utilizados à medição de Volumes líquidos

Escola Secundária de Cascais



Relatório




Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas





Utilização de equipamentos destinados à medição de volumes de líquidos



Docente: Fernando Oliveira

Discente: Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Susana Ferreira Nº20 10ºB
Tomás Serrasqueiro Nº23 10ºB



Cascais, 6 de Novembro de 2007



Objectivos

1. Com este trabalho, pretende-se utilizar vários equipamentos destinados à medição de volumes de líquidos para efectuar uma titulação ácido - base.



Introdução

Na aula de Físico/Química, foi-nos dada a indicação para realizarmos uma actividade experimental com o tema: Utilização de equipamentos destinados à medição de volumes de líquidos.
Para iniciarmos este projecto, foi necessário realizarmos uma pesquisa sobre os equipamentos de medição de volumes líquidos e sobre titulação ácido - base.

Equipamentos de medição de volumes líquidos
1. Proveta - recipiente cilíndrico, alto e estreito, graduado e assente numa base larga, destinado à medição pouco rigorosa de volumes de líquidos.



Fig. 1 - Provetas

2. Pipeta - tubo de vidro estirado na ponta e com escala graduada destinado à medição de volumes variáveis, até à sua máxima capacidade, de líquidos. Para efectuar medições com a pipeta será necessário uma pompete, para ocorrer a sucção do líquido em questão.Fig. 3 – Pompete Fig. 2 – Pipeta

3. Bureta - tubo de vidro graduado, munido de uma torneira na parte inferior ou de um tubo de borracha apertado com uma pinça de Mohr que permite medir com rigor volumes de líquidos.



Fig. 4 - Bureta
Titulação ácido – base
Ácido
Um ácido, segundo Arrhenius (1887), é toda substância que, numa solução aquosa, liberta única e exclusivamente os iões H+. Os ácidos possuem um pH entre 1 e 6,9 (a 25ºC). Assim, o ácido será forte quando estiver próximo do 1 da escala do pH.
Um exemplo é o ácido clorídrico, de fórmula HCl:
HCl à H+ + Cl–
Base
Segundo Svante Arrhenius, uma base (também chamada de alcalina) é qualquer substância que liberta única e exclusivamente o anião OH– numa solução aquosa. As bases possuem pH entre 7,1 a 14 (a 25 °C). Na sua escala, caso o número indicado for próximo ao 7,1 é considerada base fraca. Dessa forma, a base será forte quando a base estiver próximo do 14 da escala do pH.
Muitas bases, como o hidróxido de magnésio (leite de magnésia) são fracas e não trazem danos. Outras como o hidróxido de sódio (NaOH ou soda cáustica) são corrosivas e sua manipulação deve ser feita com cuidado.
Titulação
A titulação é um processo de análise quantitativa que exige a medição rigorosa de massas e volumes, por conseguinte, os instrumentos a utilizar são a bureta, a pipeta e a balança analítica ou semianalítica.
Este processo serve para determinar a quantidade de substância de uma solução, à qual, damos o nome de analito. Para isso, utiliza-se uma solução de concentração bem definida, à qual se dá o nome de titulante. O titulante é em geral uma solução obtida a partir de um padrão primário. No entanto, padronizando-se uma solução comum, esta pode ser utilizada como titulante. O titulado é a solução de concentração duvidosa.
Uma reacção ácido – base é utilizada, no laboratório como ponto de partida para a determinação rigorosa da concentração de uma solução (ácida ou alcalina) que se desconhece.
Numa titulação, existem três aspectos a considerar:
I. O conhecimento da reacção química, que deve ser única, rápida e completa.
II. A medição rigorosa de volumes (da solução padrão, ou seja, a solução de concentração rigorosamente conhecida).
III. A detecção do ponto final da titulação é feita através da variação brusca de uma propriedade (física ou química) do titulado, que deve ser facilmente detectado.

Para se realizar a titulação adiciona-se a solução titulante contida numa bureta a uma solução contida num erlenmeyer – titulado – até se atingir o ponto de equivalência, este corresponde à situação em que todo o titulante reagiu completamente com o titulado.
O ponto de equivalência é muito difícil de ser detectado, por isso, o ponto final é indicado a partir da variação brusca de uma propriedade física ou química do titulado. A diferença entre o ponto de equivalência deve ser a menor possível e designa-se por erro de titulação.
A partir dos volumes medidos, cálculos simples permitem determinar a concentração pretendida.
Detecção do ponto final de uma titulação ácido – base
A detecção do ponto final pode ser feita com:
- Um indicador ácido – base
- Um sensor pH
- Aparecimento ou desaparecimento de uma turvação
- Aparecimento ou desaparecimento de uma espécie corada
Os indicadores ácido – base, permitem detectar o ponto final da titulação pelo facto de em solução aquosa, sofrerem mudança de cor num determinado intervalo de pH conhecido.
Assim, para cada indicador está estabelecido um intervalo de valores de pH, designado por zona de viragem em que o indicador apresenta uma cor correspondente à mistura das cores ácida e alcalina. O uso deste método permite recolher um conjunto de resultados que levam à construção de uma curva de titulação, pH em função do volume da base adicionada, sobre a qual se poderá assinalar o ponto de equivalência.
O ponto final é aquele que, na realidade, é determinado sabendo-se que para um pH incluído na zona de viragem brusca, o volume de titulante adicionado será sempre próximo daquele que é previsto para o volume equivalente.
Deste modo, a determinação da concentração desconhecida não será afectada por erros significativos.



Procedimento Experimental

Solução Básica de Hidróxido de Sódio 0,1 mol/L.
Material
Balança analítica ou semianalítica
Balão volumétrico de 100mL
Funil
Gobelé de 250mL
Vareta
Proveta de 50mL
Vidro de relógio

Reagentes
Água desionizada
Hidróxido de Sódio (NaOH)

Método
1. Calculámos a massa de sal necessária para a preparação de 100mL de solução 0,1 mol/L.

2. “Pesar” rigorosamente, num Vidro de Relógio, 0,4023g de Hidróxido de Sódio calculada anteriormente.

3. Transferimos o sal para um gobelé, e lavámos muito bem o vidro de relógio com a água desionizada, transferindo igualmente essa água para o gobelé para que não se perdesse a massa calculada.

4. Adicionámos 25 mL de água desionizada, medida numa proveta, e agitámos com a ajuda de uma vareta até obtermos a completa dissolução.

5. Transferimos a solução para o balão volumétrico, através do funil. Lavámos várias vezes o gobelé, a vareta e o funil com pequenas porções de água desionizada e transferimos essas águas de lavagem para o balão.

6. Completámos o volume do balão volumétrico até ao traço de referência com água desionizada e agitámos para homegeneizar a solução e, por fim, rotulámos o frasco.



Solução Ácida de Cloreto de Hidrogénio, 0,1 mol/L a partir de uma solução concentrada (2 mol/L).
Material
Câmara de exaustão (hotte)
Balão volumétrico de 200mL
Pipeta graduada de 5mL
Pompete

Reagentes
Água desionizada
Cloreto de Hidrogénio (HCl)

Método
1. Na hotte, medimos rigorosamente, com a pipeta, 5mL de solução de HCl, 2 mol/L.

2. Transferimos esta solução para o balão volumétrico.

3. Completámos o volume até ao traço de referência com água desionizada, agitámos o balão para homegeneizar a solução, e rotulámos o frasco.

Volumetria (Titulação) de ácido – base
Material
1 Pipeta graduada de 10mL
3 Erlenmeyers de 100mL
Bureta graduada de 25mL
Pompete
Gobelé de 250 mL
Proveta de 25 mL

Reagentes
Água desionizada
Solução 0,1 mol/L de Cloreto de Hidrogénio (HCl)
Solução 0,1 mol/L de Hidróxido de Sódio (NaOH)
Indicador de ácido – base (fenolftaleína)






Esquema de Montagem















Fig. 5 – Esquema de Montagem de uma titulação

Método
1. Preparámos uma bureta com a solução aquosa de Hidróxido de Sódio 0,1 mol/L

2. Para um erlenmeyer de 100mL, pipetámos 10mL de solução 0,1 mol/L de Cloreto de Hidrogénio (HCl) e adicionámos 12mL de água desionizada, medida através de uma proveta, e 3 gotas de solução de fenolftaleína.

3. Agitando o erlenmeyer com a mão direita, em movimentos circulares, adicionámos gota a gota o titulante (NaOH), até à solução mudar bruscamente para a cor rosa.

4. Repetimos o ensaio três vezes.

Resultados
Cálculos
Solução de Hidróxido de Sódio (NaOH)
1. C= 0,1 mol/L
V= 100mL = 0,1 L = 0,1 dm
m = ?
C = m/v
m = C x v

m = 0,1 x 0,1
m = 0,01 mol

1.2. M = 40,00
n = 0,01 mol
m = ?
M =

m = M x n

m = 40,00 x 0,01

m = 0,4 g

2. Como pesámos 0,4023g de NaOH, tivemos de fazer novos cálculos para calcular a concentração da Solução de Hidróxido de Sódio.
M = 40,00
m = 0,4023
n = ?

M = m/n

n = m/n

n = 0,4023/40,00

n = 0,0101 mol

2.2. n = 0,0101 mol
v = 0,1 dm
C = ?

C = n/v

C = 0,0101/0,1

C = 0,101 mol/dm


Volumetria (Titulação) ácido - base
Ensaio
Valor inicial da bureta (mL)
Valor final da Bureta (mL)
1
0
13,7
2
0
12,6
3
0
12,7

Ensaio 1
C x V = C x V

C x 10mL = 0,101 mol/dm x 13,7 mL

C x 10mL = 1,3837

C = 1,3827/10

C = 0,13837 mol/dm
Ensaio 2
C x V = C x V

C x 10 = 0,101 x 12,6

C x 10mL = 1,2726

C = 0,12726 mol/ dm

Ensaio 3
C x V = C x V

C x 10 = 0,101 x 12,7

C x 10mL = 1,2827

C = 0,12827 mol/ dm

Média dos ensaios 2 e 3
M = 0,12726 + 0,12827/2

M = 0,127765 mol/ dm3

Interpretação de Resultados
Na experiência da Volumetria (titulação) de um ácido – base, o ensaio 1 vai ter de ser ignorado, visto que o volume final da bureta (13.7mL), ficou muito afastado dos outros dois valores (12,6 e 12.7mL).
Assim, os volumes utilizados para medir o ponto de equivalência entre a solução ácida e básica, serão os dos ensaios 2 (12.6mL) e 3 (12,7ml).
Mas, como a diferença entre os dois volumes finais apenas poderia ser de 0,05mL, não poderemos obter um valor final, e estes dois volumes não poderiam ser utilizados, caso necessitássemos de utilizar estas titulações numa experiência em que fosse necessária uma solução neutra, com um valor correcto.
De qualquer das maneiras, o ponto de equivalência das duas soluções seria, então, de 0,127765 mol/dm3 .



Conclusão

As experiências efectuadas mostraram-nos como medir volumes líquidos e como efectuar uma titulação.
Isto é, que para medir volumes líquidos utilizam-se a bureta, a pipeta e as provetas, sendo esta última a menos rigorosa e as outras duas de maior rigor.
E que para efectuar uma titulação, primeiramente têm de ser preparadas duas soluções, sendo uma básica, neste caso de Hidróxido de Sódio (NaOH) e uma ácida, que foi a de Cloreto de Hidrogénio (HCl), para que depois a solução básica (titulante) seja colocada numa bureta, e a solução ácida (titulado) posteriormente medida e transferida para um erlenmeyer através de uma pipeta, sendo-lhe adicionadas três gotas de fenolftaleína.
O erlenmeyer com a solução de HCl é colocado por baixo da bureta que contém a solução de NaOH, e é aberta a torneira da bureta para que esta deixe cair gota a gota o titulante.
Assim que ocorrer uma brusca mudança de cor, neste caso, a mudança da solução ácida para a cor rosa, a torneira tem de ser imediatamente fechada e é medido o volume do titulante que foi gasto na titulação.
Após três ensaios, são efectuados cálculos com a seguinte fórmula:
C x V = C x V , sendo então o A, a solução ácida e o B, a solução básica.
Com estes cálculos, poderemos obter então, o ponto de equivalência entre a solução ácida e a básica.
Como no primeiro ensaio da titulação deu um valor muito afastado dos outros dois ensaios tivemos que ignorar este primeiro, e utilizar os outros dois ensaios para calcular o ponto de equivalência. Mas, como a diferença entre estes dois volumes foi superior a 0,05mL, nunca poderíamos utilizar estas duas titulações caso fossem necessárias numa outra experiência, em que seria precisa uma solução neutra com um valor correcto.
Ou seja, no final, o nosso objectivo não foi concretizado com sucesso.



Bibliografia

Webgrafia:
Os sites foram consultados no dia 29 de Outubro de 2007

http://educa.fc.up.pt/ficheiros/cv_experiencias/192/documentos/198/introdu%E7%E3o%20final.doc

http://pt.wikipedia.org/wiki/Titula%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://pt.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)

Relatório sobre Separações e Purificações

NOTA: Estes relatórios não estão corrigidos. Nota final: 18

Escola Secundária de Cascais



Relatório




Trabalho apresentado à disciplina de
Físico – Químicas





Separar e Purificar



Docente: Fernando

Discente: Leonor Veríssimo Nº16 10ºB
Susana Ferreira Nº20 10ºB








Cascais, 18 de Outubro de 2007



Objectivos

1. Como separar os componentes de uma mistura de água e terra
2. Como separar uma gordura de uma solução aquosa, neste caso uma mistura de água e óleo



Introdução

Na aula de Físico/Química, foi-nos dada a indicação para realizarmos uma actividade experimental com o tema: Separar e Purificar.
Para iniciarmos este projecto, foi necessário realizarmos uma pesquisa sobre os processos de separação e técnicas adequadas para a sua aplicação.
1. Decantação sólido-líquido
A fase sólida e a fase líquida de uma mistura podem ser separadas através de uma decantação sólido-líquido. Para isso, é necessário que a fase sólida se encontre depositada no fundo do recipiente (sedimentação), o que pode ser conseguido se a mistura ficar algum tempo em repouso.
O processo em si, consiste em transferir, lentamente e com cuidado, a fase líquida para outro recipiente com a ajuda de uma vareta de vidro.

2. Filtração por gravidade
A filtração por gravidade consiste num processo de separação que recorre a um filtro adequado onde as partículas sólidas ficam retidas enquanto o líquido é escoado.
Na filtração por acção da gravidade, o filtro, constituído por um material poroso, pode ser de tecido, papel de filtro, lã de vidro ou camadas de areia.
A escolha do filtro depende do tamanho das partículas sólidas, pois, como se compreende, deverá apresentar poros com diâmetro inferior ao das partículas sólidas.
Os filtros utilizados correntemente em laboratório são de papel na forma circular.
Devem ser dobrados de forma adequada antes de serem colocados no funil de vidro.
Poderá ser utilizado um filtro cónico, mas a filtração será mais lenta. Ou então, um filtro de pregas, que aumentam a superfície de filtração, proporcionando um processo de filtração mais rápido.

3. Filtração a pressão reduzida
A filtração a pressão reduzida é também designada por filtração a vácuo ou por filtração por sucção. Este processo permite uma filtração rápida e é normalmente utilizado quando existe uma quantidade elevada de partículas sólidas na mistura. Utiliza um frasco específico, o kitasato, que se liga a um sistema de vácuo, e um funil, também específico, o funil de Büchner, onde é colocado o papel de filtro.
Como sistema de vácuo, pode ser utilizada uma trompa de vácuo ligada a uma torneira de água corrente ou uma bomba de vácuo.

4. Decantação líquido-líquido
Os componentes de uma mistura heterogénea líquida podem ser separados por decantação líquido-líquido. O processo baseia-se na imiscibilidade das substâncias ou das soluções.
Para de efectuar a separação de líquidos imiscíveis coloca-se a mistura num funil ou ampola de decantação, tapa-se e aguarda-se que as fases se separem. A recolha dos líquidos de cada uma das fases é feita para recipientes diferentes, pelo que se retira a tampa da ampola e abre-se a torneira lentamente para recolher a fase inferior.
Se o que se pretende é a fase superior, esta deve ser recolhida pela abertura superior.



Procedimento Experimental

Experiência 1
Material
· Mistura de água e terra
· Dois gobelés de 250 ml
· Funil de vidro de diâmetro entre 5 a 10 cm
· Papel de filtro
· Vareta de vidro

Método
1. Deixámos a mistura (água+terra) fornecida repousar durante algum tempo, até que a terra se depositasse no fundo.

2. Transferimos 100ml do líquido sobrenadante, cuidadosamente, para um gobelé, separando, assim, por decantação, a suspensão da fase sólida.

3. Filtrámos a suspensão por gravidade, utilizando um filtro cónico.

Experiência 2
Material
· Mistura de água e terra
· Dois gobelés de 250 ml
· Funil de vidro de diâmetro entre 5 a 10 cm
· Papel de filtro
· Vareta de vidro

Método
1. Deixámos a mistura fornecida repousar durante algum tempo, até que a terra se deposite no fundo.

2. Transferimos 100ml do líquido sobrenadante, cuidadosamente, para um gobelé, separando, assim, por decantação, a suspensão da fase sólida.

3. Filtrámos a suspensão por gravidade, utilizando um filtro de pregas.

Experiência 3
Material
· Mistura de água e terra
· Dois gobelés de 250 ml
· Funil de Büchner
· Kitasato
· Equipamento para pressão reduzida (bomba de vácuo ou trompa de água)

Método
1. Deixámos a mistura fornecida repousar durante algum tempo, até que a terra se depositasse no fundo.

2. Transferimos 100ml do líquido sobrenadante, cuidadosamente, para um gobelé, separando, assim, por decantação, a suspensão da fase sólida.

3. Filtrámos o líquido resultante por filtração a pressão reduzida. Para isso, ligámos uma das pontas de uma mangueira ao kitasato e a outra ponta à bomba de vácuo que estava ligada a outra mangueira da torneira da água corrente.

4. Ligámos a torneira para o ar evacuar.

5. Deitámos o líquido no funil de Büchner, que continha um filtro.

Experiência 4
Material
· Mistura de óleo e água
· Dois gobelés de 250 ml
· Ampola ou funil de extracção
· Equipamento de suporte
· Vareta de vidro

Método
1. Colocámos a mistura fornecida numa ampola de decantação e deixámos as duas camadas separarem-se. Com a ajuda da vareta de vidro, mexemos nos líquidos, para que as bolhas de ar formadas desaparecessem.

2. Abrimos a torneira, cuidadosamente, e retirámos a fase mais densa pela parte inferior da ampola.

3. Retirámos para outro gobelé a fase menos densa, recuperando assim as duas soluções.


Resultados

Experiência
Decantação
Filtração
1
Ficaram muitos resíduos sólidos.
O líquido ficou límpido, sem resíduos sólidos

2

Ficaram muitos resíduos sólidos.
O líquido ficou ,novamente, sem resíduos sólidos visíveis.
3
Ficaram muitos resíduos sólidos.
O líquido ficou com algumas impurezas.

4
Conseguimos separar os dois componentes da mistura: a água e o óleo.

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Interpretação de Resultados
Experiência 1,2 e 3
Com a decantação, nas três experiências, a solução resultante, ficou com vários fragmentos sólidos suspensos. Assim, verificámos, que este é um processo rudimentar. Mas, a decantação foi bem sucedida.
Na experiência 1, os resultados obtidos, foram os esperados, visto que a água e a terra, ficaram visivelmente separadas. A filtração dos 100ml de solução, com o filtro cónico demorou 10 minutos a ser concluída, mostrando ser um processo lento.
Na experiência 2, os resultados obtidos foram, novamente, os que eram esperados e os dois componentes da mistura ficaram visivelmente separados. A filtração com o filtro de pregas da mesma quantidade de solução da experiência anterior, demorou menos tempo que a filtração com o filtro cónico, demorando 8 minutos até à sua conclusão.
Na experiência 3, os resultados obtidos, não foram os esperados, já que na primeira vez que pusemos a solução, despejámos uma grande quantidade desta, o que fez com que algumas impurezas passassem. Mas, pudemos concluir, que o processo de filtração a pressão reduzida, é muito mais rápido, que os dois anteriores, já que demorou apenas 2 minutos a filtrar a mesma quantidade de solução.

Experiência 4
A experiência 4, com o processo de decantação, foi bem sucedida, já que no final desta, conseguimos obter os dois componentes da solução (a água e o óleo), totalmente separados.



Conclusão

As experiências efectuadas mostraram-nos como separar e purificar misturas heterogéneas em duas fases: sólido-líquido e líquido-líquido.
Isto é, que para separar os componentes de uma mistura sólido-líquido, tem-se primeiramente de efectuar uma decantação - que consiste na passagem do líquido sobrenadante de um gobelé para outro, com a ajuda de uma vareta - para que a solução fique com menos fragmentos sólidos suspensos, mostrando-se este, um processo pouco fiável, e depois uma filtração, tendo sido efectuadas três tipos de filtração: - Filtração com filtro cónico à neste processo, o líquido resultante da decantação é transferido para um funil de vidro que contém um filtro normal, que filtra o líquido para um gobelé ;
- Filtração com filtro de pregas à neste processo, o líquido resultante da decantação é transferido para um funil que contém um filtro com pregas, que aumenta a superfície de filtração;
- Filtração a pressão reduzida à que consiste na passagem do líquido resultante da decantação para um funil de Büchner, que contém um filtro. O funil está ligado a m kitasato, que por sua vez está ligado a uma mangueira que liga-se a uma bomba de vácuo, que contém uma mangueira ligada à torneira de água corrente e que ao ser ligada faz com que a pressão do ar dentro do kitasato diminua.
Verificámos que o processo de filtração mais rápido é o da filtração a baixa pressão, mas que com todos os três, o líquido final fica límpido.
A única dificuldade ocorrida nestas três experiências foi na filtração a pressão reduzida, visto que, o resultado final não foi o suposto, já que ao despejarmos mais solução do que era suposto ao início para o funil, fez com que algumas impurezas passassem.
Aprendemos, igualmente, que para se separar os componentes das misturas líquido-líquido faz-se uma decantação, utilizando uma ampola de decantação.
Este processo serve para que se consiga separar dois líquidos imiscíveis, como foi o caso do óleo e da água, já que, através da torneira da ampola de decantação, conseguimos controlar o líquido e que cai para o gobelé. Assim, através deste processo, conseguimos separar com sucesso os dois líquidos que constituíam a solução.
Os nossos objectivos foram obtidos com sucesso.



Bibliografia

Para efectuarmos a pesquisa para este relatório, utilizámos o Manual do 10º ano de Química:

- Ribeiro, Laila (2007). Física e Química 10º/11º Ano – Manual de Química – 2007, Edições ASA, Portugal