quarta-feira, 13 de Fevereiro de 2008

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/

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