AULA PRÁTICA DE QUÍMICA GERAL
“Estudando a água – parte 32”
9º NO DO ENSINO FUNDAMENTAL - 1º ANO DO ENSINO MÉDIO
OBJETIVO
Diversos experimentos, usando principalmente água e materiais de fácil obtenção, são possíveis e importantes para vivenciar as principais propriedades físicas e químicas da água, bem como de sua interação com outras substâncias.
É desnecessário falar da importância de se conhecer as propriedades da água, principalmente em tempos que anunciam a escassez desse recurso. Além disso, o estudo da água permite introduzir a compreensão das propriedades de outras substâncias, ampliando os horizontes do entendimento científico de diversos fenômenos do cotidiano, que por sua vez, são inerentes às questões ambientais, industriais, culinárias, medicinais e muitas outras.
INTRODUÇÃO
Já vimos que é possível fazer a ebulição de um líquido sem que ele esteja na sua temperatura de ebulição “normal”, simplesmente diminuindo a pressão do ar sobre o líquido. Pode-se fazer isso usando uma seringa ou uma bomba de vácuo. Isso acontece porque a pressão exercida pelo peso do ar é um obstáculo à passagem dos líquidos para o estado gasoso.
“Pressão” e “temperatura” são as duas grandezas que determinam o estado físico de qualquer substância. A pressão, porque é a influência do meio externo comprimindo as partículas da substância umas contra as outras; e a temperatura indica o grau médio de agitação das partículas, que por sua vez é o que determina se a substância pode ou não vencer a ação do meio externo.
Diagrama de fases da água.
Observe que o ponto triplo da água está próximo de 0ºC e abaixo de 10 milibar, o que equivalente a menos de um décimo da pressão atmosférica.
Disponível (acesso: 11.06.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phase_diagram_of_water_simplified.svg
Se analisarmos o diagrama de fases de uma substância qualquer, percebemos quais as condições de temperatura e pressão que determinam o seu estado físico. Se a pressão estiver muito elevada e a temperatura baixa, a tendência é que a substância esteja no estado sólido. Em temperaturas mais altas e sob pressão mais baixas, a tendência é que a substância esteja no estado gasoso. Valores intermediários tendem a deixar a substância no estado líquido. Certamente, os valores de pressão e de temperatura que determinam as mudanças de estado são específicos de cada substância.
Ponto triplo
Analise o diagrama de fases da água da página anterior e localize o seu “ponto triplo”. Nesse ponto, as moléculas da água passam muito facilmente de um estado para outro; podendo ocorrer transformações do estado sólido para líquido, de líquido para gasoso, e de gasoso para líquido, gasoso para sólido etc. Enfim, uma mínima variação de pressão ou de temperatura pode gerar qualquer mudança de estado. Observe que o ponto triplo da água existe quando a pressão e a temperatura estão extremamente baixas, próximo ao ponto de solidificação, 0ºC, e a menos de um décimo da pressão atmosférica ambiente.
Como explicar tantas transformações sucessivas e contrárias? Acontece que sempre que ocorre transformações de um estado de maior agregação (partículas com menor movimento) para outro de maior distância entre as partículas (maior agitação), a substância absorve calor do ambiente; e
sempre que ocorre uma transformação de um estado de menor agregação (mais agitadas) para outro em que as partículas estão mais unidas (menos energia cinética), o calor é devolvido da
substância para o ambiente.
Como o sistema não é isolado termicamente, a temperatura da substância está em constante alteração dentro de um pequeno limite, ora absorvendo calor do ambiente e do frasco, ora devolvendo calor; ou seja, ora se resfriando poucos graus, ora sofrendo pequeno aquecimento. Como a pressão e a temperatura estão muito próximas do ponto triplo, as mudanças de estado se
sucedem de forma bastante rápida entre os três estados.
Duas representações do ciclo-hexano.
Disponível (acesso: 11.06.2015): https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclohexan-Sessel-schwarz.svg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclohexane_chair_form_8245.JPG
O ciclo-hexano (C6H12) é formado apenas por carbonos (C) e hidrogênios (H), sendo, por isso, uma substância apolar. Possui cadeia carbônica cíclica, formando um “anel”. Por ser apolar, suas moléculas se atraem por forças do tipo “dipolo-dipolo temporário” ou “dipolo-dipolo induzido”, também conhecidas por “forças de London”. Essas forças intermoleculares são mais fracas que as “dipolo-dipolo permanentes” (típicas das moléculas polares), e bem mais fracas que as “ligações de hidrogênio” (típicas das moléculas muito polares).
Dipolos, sim, mas temporários
As moléculas apolares, como o nome já diz, não possuem polos positivos nem negativos; mas, ficam levemente polarizadas quando se aproximam umas das outras. Se isso não acontecesse, não haveria qualquer força de atração entre elas, e os estados sólido e líquido não seriam possíveis para essas substâncias. Dizemos que dipolos são temporários, porque, quando passam para o estado gasoso novamente, essas moléculas voltam a ser apolares.
EXPERIMENTO – Provocando a ebulição da água por resfriamento
Alguns fenômenos podem nos parecer quase inacreditáveis, porque, aparentemente, contradizem nossas experiências anteriores do cotidiano e do senso comum. Há situações em que fenômenos podem parecer contrários até em relação ao que aprendemos na escola, nas disciplinas científicas! Isso mesmo! Você deve estar estranhando, por exemplo, o título proposto para esse experimento: como é possível provocar a ebulição da água por resfriamento, se a água ferve apenas quando aquecida? Pense: a resposta só pode estar na “pressão”.
MATERIAL
A) Balão de destilação de 250mL ou de 500mL, de uma saída. B) Suporte universal com garra.
C) Rolha de borracha com um furo para termômetro. D) Dois termômetros de laboratório.
E) Bacia comum ou cuba de vidro. F) Tripé.
G) Tela de amianto.
H) Bico de Bunsen ligado ao sistema de gás. I) Béquer de 500mL.
J) Água de torneira gelada.
K) Água destilada em temperatura ambiente. L) Luva térmica.
M) Filmadora ou celular com câmera.
PROCEDIMENTO – Preparação.
1. Coloque água destilada no balão de destilação até cerca da metade de seu volume.
2. Monte o sistema de aquecimento para o balão de destilação, com tela de amianto, tripé e bico de Bunsen, prendendo o gargalo do balão no suporte universal com uma garra.
Obs.: Monte o sistema de modo que seja fácil retirar o tripé com a tela de amianto e o bico de Bunsen, sem que seja necessário movimentar o suporte com o balão aquecido, e que possa ser colocada a bacia ou cuba abaixo do balão, no lugar do sistema de aquecimento.
3. Insira o termômetro no furo da rolha, ajustando-o de modo que a altura seja suficiente para que o bulbo fique mergulhado na água. Mas, não coloque a rolha no balão ainda; deixe-o aberto durante o aquecimento! Mantenha a rolha com o termômetro em local próximo, prontos para fechar o balão no momento indicado.
4. Ligue o sistema de aquecimento.
5. Coloque o segundo termômetro avulso, sem rolha dentro do balão e acompanhe a evolução da temperatura no termômetro, até cerca de 90ºC.
6. Enquanto isso, deixe de prontidão para uso rápido: 1) um béquer com água gelada; 2) a rolha com o termômetro inserido; 3) uma bacia ou cuba de vidro; 4) Luva térmica; 5) Filmadora ou celular com câmera.
7. Quando a temperatura chegar próximo de 90ºC, desligue a chama do bico de Bunsen.
8. Cuidadosamente, retire o sistema de aquecimento, juntamente com o tripé e a tela de amianto. Coloque uma bacia logo abaixo do balão aquecido.
9. Usando uma luva térmica, tampe o balão com a rolha e o termômetro, garantindo que o sistema esteja bem vedado. Inicie a filmagem.
10. Despeje um pouco de água gelada pelas paredes externas do balão, de forma que ela escorra pelo vidro desde o gargalo até embaixo. Observe o comportamento do líquido e também a temperatura indicada no termômetro. Derrame mais um pouco de água gelada, sempre consultando o termômetro. Repita esse item várias vezes, até que o líquido não entre mais em ebulição. Garanta que a filmagem registre a temperatura nos momentos em que a água entra em ebulição.
OBSERVAÇÕES E QUESTÕES
1) Qual foi a temperatura mínima em que foi possível fazer a ebulição da água nesse experimento? Comente.
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Pressão de vapor do líquido
Pressão do ar interno
Condensação
Resfriamento
Número de partículas no estado gasoso
Temperatura de ebulição
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3) Se o experimento fosse repetido, mas com o balão de destilação destampado, qual seria o resultado observado? Comente e explique.
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4) Quais as semelhanças desse experimento com o experimento da ebulição da água dentro de uma seringa? Comente. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ____________________________
