apostila_lab. quimica aplicada versão 2012

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-RIDO DEPARTAMENTO DE AGROTECNOLOGIA E CINCIAS SOCIAIS

APOSTILA DO LABORATRIO DE QUMICA APLICADA ENGENHARIAVerso 2012

Maria Valderez Ponte Rocha

2012

1 Universidade Federal Rural do Semi-rido

SUMRIOAULA 01: Normas, Condutas e Segurana no Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia .................................................................................................................... 2 AULA 02: Experimento 01: Reaes de Oxirreduo ................................................... 4 AULA 03: Experimento 02: Determinao do Cloro em Produtos Domsticos por Titulometria de Oxirreduo ......................................................................................... 9 AULA 04: Experimento 03: Pilhas ou Clulas Galvnicas .......................................... 14 AULA 05: Experimento 04: Potenciometria ................................................................ 20 AULA 06: Experimento 05: Eletrlise ........................................................................ 31 AULA 07: Experimento 06: Corroso I - Tipo de Corroso......................................... 36 AULA 08: Experimento 07: Corroso II Corroso em Latas de Ao......................... 41 AULA 09: Experimento 08: Corroso III - Influncia do Meio Eletroltico ................. 43 AULA 10: Experimento 09: Corroso IV Proteo Catdica .................................... 47 AULA 11: Experimento 10: Estrutura dos Materiais ................................................... 53 AULA 12: Experimento 11: Polmeros Produo do Polmero Ureia-Formaldedo ... 56 AULA 13: Experimento 12: Polmeros Produo do Isopor utilizando Poliestireno .. 61 AULA 14: Experimento 13: Polmeros Produo de Poliuretano .............................. 64 AULA 15: Experimento 14: Polmeros Identiificao de Polmeros Sintticos ......... 67 Modelo de Relatrio e Caderno do Laboratrio ........................................................... 74 ANEXO A: Comprovante de Entrega do Caderno de Laboratrio ou Relatrio............78 ANEXO B: Tabela de Potenciais de Reduo em meio aquoso a 25 C........................79 ANEXO C: Tabela Peridica..........................................................................................80

Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


AULA 01 NORMAS, CONDUTAS E SEGURANA NO LABORATRIO DE QUMICA APLICADA ENGENHARIAUm laboratrio de Qumica um local onde so manipuladas substncias txicas, inflamveis, corrosivas, etc. A minimizao dos riscos de acidentes no laboratrio passa pela obedincia a certas normas. A seguir encontram-se algumas normas que devero ser observadas e seguidas pelos alunos antes, durante e aps as aulas prticas de Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia: - O prazo de TOLERNCIA para o atraso nas aulas prticas de 10 minutos, aps esse prazo o aluno no poder assistir aula. No incio de cada aula prtica o professor far uma explanao terica do assunto e discutir os pontos relevantes, inclusive em relao segurana dos experimentos. Um aluno que no tenha assistido a uma parte dessa discusso ir atrasar seus colegas e at colocar em risco a sua segurana. - proibido o uso de short e mini-saias durante as aulas. Usar de preferncia uma cala e calado fechado. Essa uma norma de segurana, uma vez que uma cala e sapatos fechados protegem a pele de eventuais contatos com reagentes danosos. - O uso de BATA OBRIGATRIO durante a aula prtica. A bata um equipamento de proteo individual indispensvel ao experimentador. - No sero toleradas brincadeiras durante as aulas prticas, o grupo deve se concentrar na realizao das atividades propostas, pois o tempo exguo e a experimentao exige ateno. Alis, vrios acidentes em laboratrios de ensino advm da falta de ateno do aluno experimentador. - O aluno ou a equipe dever apresentar o pr-laboratrio da aula prtica, antes do incio da mesma, quando este for solicitado. Se no for apresentado, o aluno ou a equipe no poder participar da aula ou ser penalizado na pontuao.


3 Universidade Federal Rural do Semi-rido - Caso o aluno falte a uma aula prtica no haver reposio da mesma. Isso acarretar a perda da pontuao referente a essa aula. - Em cada avaliao ser atribuda uma pontuao de 4,0 (quatro pontos) para a prova prtica, que ser realizada em dupla, uma pontuao de 6,0 (seis pontos) referente participao do aluno nas aulas prticas e do caderno de laboratrio. Observao: Nunca esqueam o Caderno do Laboratrio. - No ser recebido o caderno de Laboratrio fora do prazo pr-estabelecido. Alguns pontos importantes de segurana: 1. Sempre usar bata e outros equipamentos de proteo individual necessrios (culos de proteo, mscara, luvas, etc.), quando estiver realizando uma experincia. 2. Quando da diluio de um cido concentrado, adicionar sempre o cido gua, lentamente, se possvel com resfriamento do recipiente onde se realiza a diluio. Nunca adicionar gua a um cido concentrado! 3. Quando do aquecimento de uma substncia em um tubo de ensaio, observar que a boca do tubo no esteja direcionada para algum, pois pode ocorrer uma ejeo de lquido quente. 4. Os frascos contendo reagentes devem ser identificados sempre. Indicar o nome da substncia, sua concentrao, o nome do responsvel e a data da fabricao. 5. Nunca aquecer uma substncia inflamvel em chama direta, usar sempre um aquecedor eltrico ou uma manta de aquecimento. 6. No sentir o odor de uma substncia colocando diretamente o nariz sobre o frasco que o contm. Deve-se, com a mo, fazer com que o odor seja deslocado at o olfato do experimentador.



AULA 02 Experimento 01: REAES DE OXIRREDUO1. OBJETIVOS Essa prtica tem como objetivo efetuar ensaios simples para verificar algumas reaes de oxirreduo. Podemos verificar experimentalmente a tendncia que apresentam as substncias qumicas oxidao e reduo, bem como os produtos de uma reao de oxirreduo. 2. INTRODUO As reaes de oxidao e reduo ou reaes de oxirreduo ocorrem pela transferncia de eltrons e constituem uma classe importante de reaes qumicas. As reaes de oxirreduo ocorrem por toda parte e constituem parcela da vida cotidiana. A transferncia de eltrons de uma espcie para outra um dos processos fundamentais que permitem a vida, a fotossntese, a fabricao e purificao de alvejantes, e a purificao dos metais. Compreender como os eltrons so transferidos permite determinar modos de usar as reaes qumicas para gerar eletricidade e us-la para produzir reaes qumicas. A corroso exemplo de reao de oxirreduo. O ferro e o ao dos carros, pontes e edificaes oxidam-se e formam ferrugem, e tambm as estruturas de alumnio so corrodas. Muitos processos biolgicos dependem de reaes de transferncia de eltrons, como por exemplo, o oxignio que se aspira convertido em gua e dixido de carbono. A oxidao refere-se perda de eltrons e a reduo refere-se ao ganho de eltrons. Portanto as reaes de oxirreduo ocorrem quando os eltrons so transferidos do tomo oxidado para o tomo reduzido. Quando o zinco metlico adicionado a um acido forte, por exemplo, os eltrons so transferidos dos tomos de zinco (o zinco oxidado) para os ons de hidrognio (o hidrognio reduzido), conforme a reao 1. Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+ (aq) + H2(g) (1)


5 Universidade Federal Rural do Semi-rido A transferncia de eltrons que ocorre na reao 1 produz energia na forma de calor e a reao ocorre espontaneamente. 3. MATERIAL 3.1. Material - 09 Tubos de ensaio - Estante para tubos de ensaio - Pipetas de 5 ou 10 ml - Conta gotas e Pipetas Pasteur 3.2. Reagentes - cido Sulfrico concentrado (H2SO4 conc.) - cido Sulfrico 3M (H2SO4 3M) - gua oxigenada (H2O2) - lcool etlico (C2H5OH) - Clorofrmio (CHCl3) - Cobre metlico (fio de cobre) (Cu(s)) - Dicromato de Potssio (K2Cr2O7 0,1M) - Glicose (C6H12O6 1%) - Hidrxido de Sdio (NaOH 2M) - Hidrxido de Amnia (NH4OH 1:5) - Hipoclorito de Sdio (NaClO) - Iodeto de Potssio (KI 0,5M) - Nitrato de Prata (AgNO3 1M) - Papel de Alumnio (Al(s)) - Permanganato de Potssio (KMnO4 0,1M) - Sulfato de Cobre (CuSO4 3M) - Soluo de CuSO4 (3M) adicionando 10% de NaCl 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1. Verificao das Reaes de Oxirreduo 4.1.1. Tubo A: Reao do Cobre com CuSO4 Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

6 Universidade Federal Rural do Semi-rido a) Adicione 1,0 ml (20 gotas) de soluo de CuSO4 3M num tubo de ensaio b) Introduza um fio de cobre, durante 1 minuto no tubo de ensaio que contm a soluo de CuSO4.. Observe. 4.1.2. Tubo B: Reao do KI com NaClO a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de KI em um tubo de ensaio. b) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de hipoclorito de sdio. c) Observe e conclua. Obs.: No demorar a colocar o clorofrmio. d) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de CHCl3. Observe. 4.1.3. Tubo C: Reao do Cobre com a AgNO3 a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de AgNO3 1M. b) Adicionar o fio de cobre. Observe durante 1 minuto. 4.1.4. Tubo D: Reao do KMnO4 com H2SO4 e H2O2 a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de KMnO4 0,1M em um tubo de ensaio. b) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de H2SO4 3M. c) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de H2O2. Observe. Dados: A equao desta reao : KMnO4 + H2O2 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2 4.1.5. Tubo E: Reao do Alumnio em Soluo Bsica a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo bsica (Soluo aquosa de NaOH 2M) num tubo de ensaio. b) Adicione o alumnio. Observe. 4.1.6. Tubo F: Reao do Cobre com Alumnio a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de CuSO4 num tubo de ensaio. b) Observar a temperatura inicial da soluo. c) Adicionar uma bola de papel alumnio. d) Observar a temperatura final da reao. 4.1.7. Tubo G: Reao do K2Cr2O7 com H2SO4 e CH3CH2OH Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

7 Universidade Federal Rural do Semi-rido a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de K2Cr2O7 0,1M num tubo de ensaio. b) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de H2SO4 concentrado. c) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de lcool (CH3CH2OH). d) Repita o mesmo procedimento utilizando a soluo A ao invs do lcool. A equao desta reao : CH3CH2OH(aq) + K2Cr2O7(aq) + 4H2SO4(aq) CH3COOH(aq) + K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + H2O(l) 4.1.8. Tubo I: Reao da Glicose com Nitrato de Prata a) Colocar 0,4 mL (10 gotas) de uma soluo de nitrato de prata 1M em um tubo de ensaio limpo. b) Adicionar 3 gotas de uma soluo de hidrxido de sdio 2M at a total precipitao do ction prata sob a forma de xido de prata. c) Adicionar gota a gota (aproximadamente 40 gotas) de uma soluo de hidrxido de amnia (NH4OH) 1:5 at total dissoluo do precipitado de xido de prata. d) Juntar 40 gotas da soluo de glicose 1%. e) Deixar em repouso por alguns minutos e observar a formao de um espelho de prata nas paredes internas do tubo de ensaio. 5. REFERNCIAS 1. ATKINS, P., JONES, L. Princpios de Qumica Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Captulo 12, 3a Edio, Bookman, 2005. 2. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R., Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007. 3. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas, Captulo 20, Traduo da 9a Edio americana, Cengage Learning, So Paulo, 2009. 4. KRGER, V., LOPES, C. V. M., SOARES, A. R. Eletroqumica para o Ensino Mdio (Apostila Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Qumica), 1997. 5. MENDES, A. Qumica de Laboratrio Tcnicas e Experincias (Apostila Centro Federal de Educao Tecnolgica do Cear), 1996.



6. PS-LABORATRIO 1. Para cada ensaio realizado (Procedimentos 4.1.1 ao 4.1.8), responda: a) Quais as substncias que esto se oxidando e se reduzindo. b) Qual o agente oxidante? Qual o agente redutor? c) Equacione as semirreaes de oxidao e reduo. d) Qual a reao global balanceada da reao. e) Identifique as reaes que ocorreram desprendimento de gases e informe a frmula molecular e o nome do gs. 2. Calcular o potencial padro de cada reao dos procedimentos 4.1.1 ao 4.1.6, para isso utilizar o Potencial Padro de Reduo, encontrados nas Tabelas de Potenciais de Reduo Padro nos livros de Qumica nos captulos de Eletroqumica. Informe quais reaes podem acontecer espontaneamente. 3. Responda conforme foi observado no Procedimento 4.1.7. a) Identifique a soluo A. Explique os fatos ocorridos que definiram essa soluo. b) Ocorreu desprendimento de vapores e se sim qual o odor sentido dos mesmos? (Observao: No sentir o odor de uma substncia colocando diretamente o nariz sobre frasco que o contm. Deve-se, com a mo, fazer com que o odor seja deslocado at o olfato do experimentador). Esse odor devido a qual substncia formada durante a reao? c) Qual a cor da soluo aps ocorrer a reao com lcool etlico? Essa cor se deve a formao de qual substncia? 4. O que ocorreu com a temperatura no procedimento 4.1.6. Explique tal fato. 5. Por que os utenslios domsticos de prata tm uma durabilidade maior que os de alumnio? Como voc explica a perda do brilho de uma panela feita de alumnio e aps uma limpeza ela recupera esse brilho? 6. Em Setembro de 2008 o Governo Federal decretou a Lei Seca relatando que o motorista que for pego dirigindo sobre efeito do lcool pagar uma multa de 957,00 reais, ter a Carteira Nacional de Habilitao suspensa e poder at ser preso. Para verificar se o motorista ingeriu lcool os policiais de trnsito realizam o teste do bafmetro. Explique o princpio de funcionamento do bafmetro e qual a reao que ocorre, colocando as cores observadas nos reagentes e nos produtos. Este teste detecta qualquer quantidade de lcool ingerido por uma pessoa? Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


AULA 03: Experimento 02: DETERMINAO DO CLORO EM PRODUTOS DOMSTICOS POR TITULOMETRIA DE OXIRREDUO1. INTRODUO A instabilidade natural dos compostos clorados associada negligncia na sua fabricao (uso de gua imprpria, armazenamento inadequado) pode levar diminuio do teor de cloro livre acarretando a decomposio precoce do produto e consequentemente, a perda do poder bactericida (Nicoletti e Magalhes, 1996). A soluo de hipoclorito de sdio com pH elevado, em torno de 11 mais estvel, sendo a liberao de cloro mais lenta. medida que se reduz o pH da soluo, atravs do cido brico ou do bicarbonato de sdio, a soluo torna-se muito instvel e consequentemente a perda de cloro mais rpida, isso significa que o tempo de vida til da soluo pequeno (Estrela, 2004). Diante disso, vrios estudos tm sido realizados para verificar a qualidade das solues de hipoclorito de sdio que se encontram venda no mercado. 2. OBJETIVOS Verificar como uma reao de oxirreduo pode ser usada para a determinao quantitativa de um agente oxidante em removedores domsticos e alvejantes lquidos base de hipocloritos. 3. MATERIAL E MTODOS 3.1. Material - Removedores domsticos (diferentes marcas comerciais) - Alvejantes lquidos (diferentes marcas comerciais) - Bureta de 25 mL - Provetas - Pipetas de 5 ou 10 mL - Erlenmeyer de 125 mL


10 Universidade Federal Rural do Semi-rido 3.2. Reagentes - Hipoclorito de sdio (amostras comerciais) - Tiossulfato de sdio 0,05M - Iodato de Potssio (KIO3) 0,01M - Iodeto de Potssio (KI) - cido sulfrico (H2SO4) 1M - Amido 1% 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1. Preparao das Solues 4.1.1. Tiossulfato de Sdio (Na2S2O3.5H2O 0,05M ou 0,1N) O tiossulfato de sdio, Na2S2O3.5H2O, facilmente obtido em estado de pureza elevada, mas existe sempre uma certa incerteza sobre o seu contedo exato de gua em virtude da natureza eflorescente (liberam umidade no meio) do sal, e por outras razes. A substncia no , portanto, adequada como padro primrio. Ele um agente redutor, em virtude da reao: 2S2O32-(aq) S4O62-(aq) + 2eO equivalente do tiossulfato de sdio pentahidratado o mol, 248,18. Procedimento: Dissolvem-se 24,9 g de tiossulfato de sdio hidratado e 0,2 g de carbonato de sdio anidro (Na2CO3) em 1L de gua previamente fervida, deixa-se decantar durante 24 horas e padroniza-se. 4.1.2. Iodato de Potssio (KIO3 0,01M) Procedimento: Seca-se o iodato de potssio puro a 180C durante 1h, dissolve-se 2,14 g em gua e completa o volume para 1 L.


11 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4.2. Padronizao da Soluo de Tiossulfato de Sdio com Iodato de Potssio A padronizao da soluo de tiossulfato de sdio 0,05M (Na2S2O3.5H2O) pode ser padronizada, por titulao, contra uma soluo obtida pela dissoluo de KIO3, iodato de potssio puro, na concentrao de 0,01M. O KIO3 reage com o excesso de KI na soluo cida de acordo com a seguinte reao: IO3-(aq) + 5I-(aq) + 6H+(aq) 3I2(aq) + 3H2O(l) Procedimento: Encha uma bureta de 25 ml com Na2S2O3 0,05M tomando cuidado de eliminar todas as bolhas. Registre o volume inicial da bureta. Para realizar a padronizao, coloque 5 mL de KIO3 0,01M com auxilio de uma pipeta, em um frasco Erlenmeyer de 125 mL. Adicione 5 mL de gua e 0,4 g de KI. Agite o frasco at que o KI dissolva. Adicione ento 2,5 mL de H2SO4 1M e misture agitando. Dever aparecer uma cor marrom escura, indicando a presena de iodo. Titule imediatamente com Na2S2O3 0,05M contido na bureta, at que a cor marrom esmaea para uma cor amarelo plido. Adicione ento 2 mL da soluo indicadora de amido 1% e continue a titulao at que a cor azul-escura do indicador desaparea. A mudana de azul para uma soluo incolor muito ntida. Registre o volume da soluo de tiossulfato usado na titulao. 4.3. Determinao da Capacidade de Oxidao de um Removedor Domstico

PRECAUES DE SEGURANA: Alvejantes lquidos contendo hipoclorito de sdio a 5% so corrosivos para a pele e para os olhos. Quando estiverem manipulando o alvejante lquido, tomem cuidado para no deixar a soluo atingir sua pele. Observe que os alvejantes ou outras substncias contendo hipoclorito, como removedores domsticos, no devem nunca ser misturados com amnia (NH3), pois podem produzir cloraminas, tais como H2NCl e HNCl2, que so txicas e volteis.

Com auxlio de uma pipeta adicione 0,5 mL ou 0,5 g da amostra da soluo de hipoclorito de sdio a ser analisada, transferindo-se para um Erlenmeyer de 125 ml, adicione 25 ml de gua destilada e 1 g de KI. Agite at dissolver o KI. Aps, acrescente 2,5 mL de H2SO4 (gota a gota). A soluo deve ficar marrom indicando a formao do Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

12 Universidade Federal Rural do Semi-rido iodo. Aps, inicie a titulao com tiossulfato de sdio 0,05 M sob agitao constante at que a substncia resultante adquira uma cor amarelo-claro. Adicione ento 2 ml do indicador amido 1%, ocorrendo uma mudana de cor para azul-violceo. Retorne a titulao com tiossulfato de sdio 0,05 M at que a soluo torne-se transparente. Registre o volume gasto da soluo de tiossulfato de sdio na titulao. Aps estes procedimentos, procede-se o clculo da porcentagem de cloro ativo na amostra: Teor de Cloro = Ntiossulfato* Vtiossulfato*fc*milieq do Cloro * 100 / V NaClO Sendo: V= Volume de tiossulfato de sdio utilizado na titulao padronizado fc= Fator de correo do tiossulfato de sdio miliequivalente do cloro = 0,03545 5. REFERNCIAS 1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R., Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007. 2. ESTRELA, C. Hipoclorito de sdio. In: Cincia Endodntica. So Paulo: Artes Mdicas, p.415-455 2004. 3. NICOLETTI, M. A.; MAGALHES, J. F. Influencia del envasey de factores ambientales en la estabilidad de la solucin de hipoclorito sdico. Bol. Ofic. Panam, v.121, n.4, p.301- 309, 1996. 4. POSTMA, J. M.; ROBERTS, J. L. J.; HOLLENBERG, J. L. Qumica no Laboratrio, 5a Edio, Editora Manole, p. 451-454, 2009



6. PS-LABORATRIO 1. Faa uma breve pesquisa do que seria titulao de oxirreduo, coloque figuras ou desenhe esquemas de titulao para tornar mais explicativa sua resposta. 2. Calcule o fator de correo do tiossulfato de sdio e sua verdadeira concentrao. 3. Qual o teor de cloro na amostra comercial de alvejante? Compare com os teores determinados das outras amostras pelos colegas. 4. Muitas solues de alvejantes domsticos so essencialmente solues de hipoclorito de sdio, NaClO. Calcule a massa da amostra de alvejante lquido contendo 5% em peso de NaClO que oxidaria I- suficiente para consumir 0,80 mL de tiossulfato de sdio 0,15M. Sugesto: procure a densidade do hipoclorito de sdio em livros ou na internet.



AULA 04 Experimento 03: PILHAS OU CLULAS GALVNICAS1. INTRODUO 1.1. Pilhas Galvnicas Quando mergulhamos uma placa de zinco em uma soluo de cobre h transferncia de eltrons do zinco para o ction cobre. Mas como aproveitar esta transferncia de eltrons para gerar eletricidade? O problema que os eltrons so transferidos diretamente dos tomos de zinco para os ctions cobre. Para que houvesse aproveitamento de eletricidade, os eltrons liberados pelo zinco deveriam passar por um circuito externo (uma lmpada, por exemplo) antes de chegar ao ction cobre. Como poderamos solucionar este problema? Em 1836, Daniell construiu um dispositivo (mais tarde chamado pilha), que permitia aproveitar este fluxo de eltrons, interligando eletrodos que eram sistemas constitudos por um metal imerso em uma soluo de seus ons. Por exemplo, como seria um eletrodo feito de zinco. O eletrodo de zinco um sistema constitudo por uma placa de zinco metlico, mergulhada em uma soluo que contm ctions zinco (Zn2+), obtida pela dissoluo de um de seus sais, por exemplo, ZnSO4, em gua (Figura 1). Nesse eletrodo ocorre o seguinte: o zinco metlico da placa doa 2 eltrons para o ction zinco da soluo e se transforma em Zn2+. Zn0 Zn2+ + 2eO ction zinco que estava em soluo recebe os 2 eltrons doados pelo zinco metlico e se transforma em zinco metlico. Zn2+ + 2e- Zn0



Figura 1: Eletrodo de zinco (Brown, LeMay e Bursten, 2007). Agora temos o cobre metlico da placa doando 2 eltrons para o ction cobre da soluo e se transformando em Cu2+ (Figura 2). Cu0 Cu2+ + 2eMas o ction cobre que estava em soluo, ao receber os 2 eltrons doados pelo cobre metlico, se transforma em cobre metlico. Cu2+ + 2e- Cu0

Figura 2: Eletrodo de cobre (Brown, LeMay e Bursten, 2007).


16 Universidade Federal Rural do Semi-rido Daniell percebeu que, se fizesse uma interligao entre 2 eletrodos desse tipo, feitos de metais diferentes, o metal mais reativo iria transferir seus eltrons para o ction do metal menos reativo, em vez de transfer-los para os seus prprios ctions em soluo. O zinco mais reativo que o cobre, ou seja, tende a doar seus eltrons ao ction cobre (Cu2+). Com uma interligao entre os eletrodos de zinco e de cobre, mergulhados em soluo de seus ons, atravs de um fio condutor, o zinco metlico ir transferir seus eltrons para o cobre (Cu2+). Desse modo se estabelece uma passagem de corrente eltrica pelo fio condutor, conforme ilustra a Figura 3.

Figura 3: Clula Galvnica ou Pilha de Daniell (Brown, LeMay e Bursten, 2007). Observa-se que ao lado do zinco est uma soluo de ZnSO4(aq) e ao lado do cobre est uma soluo de CuSO4(aq). Inicialmente, na soluo de ZnSO4(aq) o nmero de ons Zn2+ igual ao nmero de ons SO42-. Qual a funo da PONTE SALINA: Ela constituda de um tubo em U, preenchido com algodo embebido em uma soluo qualquer. Ela tem a funo de permitir a migrao de ons de uma soluo para outra, de modo que o nmero de ons positivos e negativos na soluo de cada eletrodo permanea em equilbrio. Na pilha de


17 Universidade Federal Rural do Semi-rido zinco e cobre, onde se utiliza KCl na ponte salina, os ons Zn2+ e K+ tendem a migrar em direo ao eletrodo de cobre para neutralizar o excesso de cargas negativas (ons SO42-). Da mesma forma, os ons SO42- e Cl- tendem a migrar em direo ao eletrodo de zinco para de ons Zn2+.

Figura 4: Desenho de uma ponte salina (Russell, 2008). Movimento dos ons na soluo: O eletrodo de zinco est inserido numa soluo de ZnSO4(aq) e ao lado, o cobre est imerso em uma soluo de CuSO4(aq). Inicialmente, na soluo de ZnSO4(aq) o nmero de ons Zn2+ igual ao nmero de ons SO42-. Analogamente, no lado do cobre, a concentrao de Cu2+ igual concentrao de SO42-. Veja a Figura 5A.

(A)

(B)

Figura 5: (A) Circuito Aberto e (B) Circuito Fechado da Pilha de Daniell (Russell, 2008).



Fechando o circuito, aps algum tempo, o eletrodo de zinco ir se dissolver provocando aumento da concentrao de Zn2+ na soluo (concentrao de SO42constante); por outro lado, no eletrodo de cobre haver deposio de cobre metlico diminuindo consideravelmente a concentrao de Cu2+ na soluo (concentrao de SO42- constante). A pilha uma fonte de fora eletromotriz, e como tal possui uma resistncia interna. Como voc j sabe, fora eletromotriz a mxima diferena de potencial que a pilha consegue fornecer para os seus plos, mas sempre que ligado um aparelho que necessita de uma corrente grande para o seu funcionamento na pilha, a diferena de potencial em seus plos ser menos que a fora eletromotriz da pilha, pois parte de energia que a pilha fornece aos portadores de cargas (eltrons) consumida por eles para percorrer a prpria pilha. Para determinar a fora eletromotriz da pilha que est a sua disposio use o voltmetro e mea a diferena de potencial entre os plos quando nenhum outro elemento est ligado na pilha. 2. OBJETIVOS Essa prtica tem como objetivo montar a pilha de Daniell, entender como o seu funcionamento, identificando os compartimentos que ocorre a oxidao e reduo, o nodo e ctodo e a importncia da ponte salina. 3. MATERIAL E MTODOS 3.1. Material - Placa de Zinco - Placa de Cobre - Sulfato de Cobre (CuSO4) 1M - Sulfato de Zinco (ZnSO4) 1M - Multmetro - Lmpada


19 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Montar a pilha de Daniell utilizando as placas de zinco e cobre fornecidas, conforme ilustrado na Figura 3, para isso siga as seguintes etapas: a) No bquer 1 adicionar 60 mL da soluo de ZnSO4 1M e no bquer 2 adicionar 60 mL da soluo de CuSO4 1M. b) Colocar a placa de zinco no bquer 1 e a de cobre no bquer 2. c) Colocar a ponte salina interligando os dois compartimentos. d) Ligar o polo positivo e o polo negativo, utilizando o jacar, nas placas e no multmetro para verificar o potencial da clula. e) Fazer a conexo com o LED e verificar o que ocorre. 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R., Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007. 2. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas, Captulo 20, Traduo da 9a Edio americana, Cengage Learning, So Paulo, 2009. 3. RUSSEL, J. B. Qumica Geral, McGraw-Hill do Brasil, 1981. 6. PS-LABORATRIO 1. Equacione as semi-reaes que ocorrem na pilha de Daniell, fornea a reao global balanceada que ocorre na pilha. 2. Calcule o potencial padro da clula e o G0. A reao espontnea? Justifique sua resposta com base nos valores obtidos para E0 e G0. 3. Qual a funo da ponte salina? O que ocorreu com a voltagem quando esta foi retirada da pilha? 4. Ao fechar o circuito da pilha, haver passagem de eltrons do zinco para o cobre, com isso a placa de zinco comea a se corroer, enquanto a placa de cobre aumenta de tamanho e a soluo azul de Cu2+ comea a diminuir a intensidade da cor. Por qu? Faa desenhos e esquemas para auxiliar na sua resposta. 5. Qual seria o potencial da pilha se a soluo de CuSO4 fosse diluda para uma concentrao de 0,20 mol/L a 25 C? Considere condies ideais. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


AULA 05: Experimento 04: POTENCIOMETRIA1. INTRODUO 1.1. Introduo a Potenciometria Quando um metal imerso numa soluo que contm os seus prprios ons estabelece-se um potencial de eletrodo. O processo de se utilizar uma nica medida do potencial de eletrodo para determinar a concentrao de uma espcie inica em soluo designa-se como potenciometria direta. O eletrodo cujo potencial dependente da concentrao do on a ser determinado chamado de eletrodo indicador, e quando, o on a ser determinado diretamente envolvido na reao de eletrodo, diz-se que estamos tratando de um eletrodo de primeira espcie. Para evitar os problemas a respeito da potenciometria direta, a ateno tem sido voltada para a titulao potenciomtrica como mtodo analtico. Conforme o nome indica, trata-se de um processo de titulao no qual as medidas potenciomtricas so conduzidas, a fim de se determinar o ponto final. Neste processo so envolvidas mudanas de potencial do eletrodo, em vez de valores exatos do potencial de eletrodo com uma dada soluo. O objetivo de uma medio potenciomtrica obter informaes sobre a composio de uma soluo mediante ao potencial que aparece entre dois eletrodos. A medio do potencial se determina mediante condies reversveis, de forma termodinmica, e isto implica que deve deixar o tempo suficiente para alcanar o equilbrio, extraindo a mnima quantidade de intensidade, para no influenciar sobre o equilbrio que se estabelece entre a membrana e a soluo da amostra. Para obter medies analticas vlidas em potenciometria, um dos eletrodos dever ser de potencial constante e no pode haver mudanas entre um e outro experimento. O eletrodo que satisfaz esta condio o eletrodo de referncia. Em razo da estabilidade do eletrodo de referncia, qualquer mudana no potencial do sistema Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

21 Universidade Federal Rural do Semi-rido ser ocasionada pela contribuio do outro eletrodo, chamado eletrodo indicador ou de trabalho. O potencial registrado na realidade a soma de todos os potenciais individuais, com seu sinal correspondente, produzido pelos eletrodos indicador e referncia. 1.2. Titulaes Potenciomtricas Na titulao potenciomtrica, tambm chamada de potenciometria relativa, mede-se a f.e.m. da clula no curso da titulao. As titulaes, como sabemos, so acompanhadas de variaes bruscas de concentrao nas imediaes do ponto de equivalncia, o que provoca uma variao brusca no potencial do eletrodo indicador e, portanto, tambm na f.e.m. da clula. A titulao potenciomtrica uma tcnica de localizao do ponto final na anlise volumtrica, aplicvel sempre que se dispuser de um eletrodo indicador para a espcie desejada. So feitas sucessivas medies da f.e.m. da clula, sendo cada uma delas aps a adio de certo volume de soluo titulante adequada. A seguir relacionam-se esses potenciais com o volume de soluo titulante consumida. As medies feitas no decorrer da titulao potenciomtrica so relativas e informaro sobre as variaes ocorridas no potencial da clula. Atravs delas, pode-se estabelecer com preciso o ponto de equivalncia que determinar a concentrao da espcie sob anlise. A titulao potenciomtrica mais trabalhosa do que a tcnica volumtrica com indicadores visuais e requer equipamento especial, mas ela apresenta uma srie de vantagens sobre a tcnica convencional: Maior sensibilidade, ento pode ser aplicada a solues bem diludas; Pode ser empregada para solues coloridas ou turvas, pois dispensa o uso de indicadores visuais; Pode ser aplicada para certas reaes que no disponham de indicadores visuais adequados; Podem-se determinar sucessivamente vrios componentes; Pode ser aplicada em meio no aquoso; Pode ser adaptada a instrumentos automticos.


22 Universidade Federal Rural do Semi-rido Na titulao manual, trabalha-se com um pH-metro e um grupo de titulao, que compreende uma bureta de pisto, montada junto com um agitador sobre uma base compacta. Esse tipo de titulao potenciomtrica requer o controle constante das diversas etapas, anotando o volume de reagente dosado e o respectivo potencial, dados que posteriormente so utilizados para construir a curva de titulao, de onde calculado o volume de reagente gasto at o ponto de equivalncia e a concentrao da espcie analisada. 1.3. cido acetilsaliclico O cido acetilsaliclico (em latim acidum acetylsalicylicum) um frmaco do grupo dos anti-inflamatrios no-esterides (AINE), utilizado como anti-inflamatrio, antipirtico, analgsico e tambm como antiplaquetar. , em estado puro, um p de cristalino branco ou cristais incolores, pouco solvel na gua, facilmente solvel no lcool e solvel no ter. A origem do nome Aspirina: o A vem de acetil. Spir se refere a Spiraea ulmaria (planta que fornece o cido saliclico). E o in era um sufixo utilizado na poca. Aspirina, em alguns pases, ainda nome comercial registrado, propriedade dos laboratrios farmacuticos da Bayer para o composto cido acetilsaliclico. No entanto, igualmente reconhecido como nome genrico do princpio ativo, e por esse nome que habitualmente referida na literatura farmacolgica e mdica. o medicamento mais conhecido e consumido em todo o mundo. Em 1999 a Aspirina completou 100 anos.

Figura 1: Estruturas do cido acetilsaliclico.



1.3.1. Dosagem do cido acetilsaliclico A dosagem do cido acetilsaliclico num medicamento pode ser efetuada recorrendo a duas tcnicas, a potenciomtrica e a condutimetria. Desde longa data, tem-se utilizado a medida de potencial para a determinao dos pontos finais em numerosas titulaes quer de reaes de neutralizao como de oxidao reduo, bem como de precipitao ou complexao. No caso concreto das curvas de titulao cido base, podem obter-se com toda a facilidade pelo mtodo potenciomtrico sendo particularmente til quando se pretende dosear misturas de cidos (ou bases) (Delgado, 1993). Nas titulaes potenciomtricas, os potenciais absolutos, ou potenciais em relao a um eletrodo padro, no so necessrios, e as medidas fazem-se enquanto a titulao vai-se realizando (Vogel, 1989). Neste tipo de titulao, atende-se as variaes de f.e.m. de uma clula eletroqumica, medida que se vai adicionando um reagente de concentrao exatamente conhecida soluo em ensaio. O mtodo pode aplicar-se a qualquer reao, para a qual se disponha de um eletrodo indicador, que permita seguir as variaes da atividade de pelo menos uma das substncias intervenientes (Willard et al., 1979). O ponto de equivalncia ser revelado por uma abrupta modificao do potencial no grfico das leituras da f.e.m. contra o volume da soluo titulante. Alm de permitir estabelecer o ponto de equivalncia de uma reao, o mtodo pode, ainda, fornecer informao acerca da amostra e das suas reaes, a partir do registro completo da curva de titulao potenciomtrica. Prximo do ponto de equivalncia, a concentrao de reagente original torna-se muito pequena e normalmente impossvel para o on, ou ons, controlar o potencial do eletrodo. A fora eletromotriz da clula torna-se instvel e indefinida porque o eletrodo indicador no mergulha em quantidades suficientes da cada espcie do par redox em estudo. Se as espcies no esto demasiado diludas, uma gota, ou duas, de titulante ser suficiente para que se ultrapasse o ponto de equivalncia e se passe para a zona estabilizada das espcies do par redox do titulante. Solues mais diludas que 10-3 ou 10-4 M no conduzem, em geral, a pontos satisfatrios.


24 Universidade Federal Rural do Semi-rido Porm, pode-se localizar mais precisamente um ponto final representando os valores sucessivos da variao da fem por unidade de volume de titulante adicionado, em funo de cada um destes volumes, na vizinhana do ponto de inflexo. A posio do mximo da curva

Figura 2 - Curva da Primeira derivada da titulao potenciomtrica (Brett, 1996). Uma vez conhecido o ponto final, a fora eletromotriz da clula correspondente a este ponto pode obter-se a partir da curva de titulao original. Pode-se ainda, obter o termo do ensaio de forma mais precisa, custa da segunda derivada, cuja curva traada tomando em ordenadas o quociente entre a razo dos incrementos da f.e.m. e volume (fem/ V) e o incremento V, contra o volume de titulante adicionado, em abscissas. No termo do ensaio, a Segunda derivada torna-se numericamente igual a zero, ao mesmo tempo que se d a brusca mudana de sinal da ordenada (Willard et al., 1979).

Figura 3 - Curva da Segunda derivada da titulao potenciomtrica (Brett, 1996). Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


Como a localizao do ponto final no envolve os erros pessoais que entram na mudana de cor de um indicador, as titulaes potenciomtricas constituem um dos mtodos analticos mais exatos e de maior rigor. Porm, este rigor obtido custa de uma maior complexidade e perda de tempo (Gonalves, 1996). Para determinar a concentrao do cido acetilsaliclico no comprimido, utilizaremos a equao do ponto de equivalncia. CaVa = CbVb onde: Ca: concentrao do cido Va: volume da soluo do cido Cb: concentrao da base Vb: volume da soluo de base utilizada na titulao A seguir, apresentam-se um exemplo de uma titulao potenciomtrica para auxiliar vocs nos clculos. Tabela 1: Exemplo dos clculos de Primeira e Segunda Derivada de uma titulao potenciomtrica. V (mL) NaOH 85,0 86,0 87,0 88,0 89,0 90,0 91,0 93,0 Primeira Derivada Vmdio (mL) pH/ V 85,5 4,400 86,5 4,626 87,5 4,933 88,5 5,273 89,5 5,530 90,5 5,719 92,0 5,980 0,130 0,189 91,3 -0,0039 0,257 90,0 -0,068 0,340 89,0 -0,083 0,307 88,0 0,033 0,226 87,0 0,081 0,155 86,0 0,071 Segunda Derivada Vmdio (mL)* ( pH/ V)/ V

pH 4,245


26 Universidade Federal Rural do Semi-rido 3. MATERIAL - Amostra contendo cido acetilsaliclico - pHmetro - Bureta de 50 mL - lcool Etlico - Becker - Agitador Magntico 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. Pese a amostra (comprimido). 2. Coloque o comprimido em um gral e triture-o com auxlio de um pistilo. 3. Transfira para um bquer e adicione 50 mL de etanol e agite para dissolver. 4. Adicione 150 mL de gua destilada e uma barra de agitao magntica. 5. Lave o eletrodo e coloque-o imerso na soluo a ser titulada. 6. Coloque 40 mL de soluo padro de NaOH 0,1 mol/L em uma bureta de 50 mL. 7. Proceda a titulao, titulando de 0,5 mL em 0,5 mL para localizar o ponto de equivalncia (P.E.), anote os valores de pH. 8. Tabelar os resultados. Tabela 1: Dados Experimentais e valores necessrios para a representao grfica da primeira e segunda derivada. Dados Iniciais VNaOH (mL) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia pH pH Primeira Derivada V Vm pH/ V Segunda Derivada ( pH / V) ( pH / V) V Vmdio*

27 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0


28 Universidade Federal Rural do Semi-rido 20,5 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 27,5 28,0 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 32,0 32,5 33,0 33,5 34,0 34,5 35,0 35,5 36,0


29 Universidade Federal Rural do Semi-rido 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. PESTANA, C.; CORREIA, D.; FREITAS, F. Doseamento do cido Acetilsaliclico numa aspirina por Potenciometria e condutimetria, Mtodos Instrumentais de Anlise, Departamento de Qumica, Universidade da Madeira, 2001. 2. DELGADO, RITA, Qumica, 1993, 49, 34-38. 3. JEFFERY, BASSETT, MENDHAN, DENNEY, Anlise Qumica Quantitativa VOGEL, Quinta ed., editora LTC, Londres, 1989. 4. WILLARD, H; MERRITT, JR L; DEAN, J, Anlise Instrumental, 2 edio Fundao Calouste Gulbenkian, lisboa, 1979. 5. GONALVES, M .L .S., Mtodos Instrumentais para Anlise de Solues Anlise Quantitativa, Fundao Calouste Gulbenkian, Lisboa,1996. 6. BRETT, A. M. O; BRETT, C. M. A., Electroqumica-Princpios, Mtodos e Aplicaes, Almedina, Coimbra, 1996.

6. PS-LABORATRIO 1. Defina Potenciometria. 2. Qual a aplicao da Titulao Potenciometrica e qual as suas vantagens. 3. Construa o Grfico de pH versus volume de NaOH (mL), usando algum programa computacional (Excel ou Microcal Origin) e papel milimetrado. Verifique o ponto de viragem observado neste grfico. 4. Construa o Grfico da Primeira Derivada ( pH/ V versus volume mdio de NaOH (mL)), usando algum programa computacional e o papel milimetrado. Verifique o ponto de viragem observado neste grfico. 5. Construa o Grfico da Segunda Derivada ( 2pH/ 2V versus volume de NaOH (mL), usando algum programa computacional e o papel milimetrado. Verifique o ponto de viragem observado neste grfico. 6. Calcule o valor esperado de cido acetilsaliclico presente no medicamento analisado em termos percentuais. 7. Calcule a porcentagem de cido acetilsaliclico utilizando os volumes do NaOH (titulante) obtido nas questes 3, 4 e 5. Complete a Tabela 2 e comente seus resultados. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


Tabela 2: Resultados obtidos para a concentrao do cido acetilsaliclico na amostra e percentagem de matria ativa no comprimido, obtidos por diferentes mtodos. Grfico feito em: Papel Milimetrado Mtodo VNaOH (mL) Titulao Conc. de c. acetilsaliclico (mol/L) % (m/m) de ac. acetilsaliclico

Grfico pH x VNaOH Primeira Derivada Segunda Derivada Programa Grfico Computacional pH x VNaOH Primeira Derivada Segunda Derivada Observao: A Tabela 2 deve ser colocada no tpico Resultados e Discusses.



AULA 06: Experimento 05: ELETRLISE1. INTRODUO As clulas volticas so baseadas nas reaes de oxirreduo espontneas. Contrariamente, possvel usar a energia eltrica para fazer com que reaes de oxirreduo no espontneas ocorram. Por exemplo, a eletricidade pode ser usada para decompor o cloreto de sdio fundido em seus elementos componentes, como mostra a Reao 1. 2NaCl(l) 2Na(l) + Cl2(g) (Reao 1)

Por causa dos altos pontos de fuso das substncias inicas, a eletrlise de sais fundidos necessita de altas temperaturas. Uma alternativa seria realizar a eletrlise em meio aquoso. Obtm-se os mesmos produtos se fizermos a eletrlise da soluo aquosa de um sal em vez de fazer do sal fundido? Nem sempre, a eletrlise de uma soluo aquosa complicada pela presena da gua, porque precisa-se considerar se a gua oxidada (para formar O2) ou reduzida (para formar H2) em vez dos ons do sal fundido (Kotz e Treichel, 2009). Quando se aciona o motor de arranque de um automvel girando-se a chave de ignio, quando se acende uma lanterna, quando se mede a concentrao de um cido em soluo aquosa usando-se um aparelho medidor de pH, quando consideramos a colocao de placas de zinco no caso de uma embarcao para se evitar a sua corroso, estamos observando a ocorrncia de reaes qumicas. Quando se abre uma janela com esquadria de alumnio, e at quando se utiliza um sabo qualquer, estamos usufruindo de produtos obtidos como consequncia do uso de reaes qumicas muito semelhantes quelas citadas no primeiro pargrafo. Essas reaes qumicas so chamadas de eletroqumicas, que produzem eletricidade ou so por esta provocadas (http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas). A eletroqumica o ramo da qumica que estuda as reaes que envolvem a produo ou o uso da eletricidade. As reaes que produzem eletricidade so aquelas


32 Universidade Federal Rural do Semi-rido que ocorrem nas pilhas e baterias. As reaes que s ocorrem pela passagem da eletricidade atravs de um lquido so as chamadas reaes de eletrlise. Os fenmenos que ocorrem pela passagem da eletricidade atravs de um lquido podem ser melhor estudados e compreendidos se utilizarmos um gerador de corrente eltrica contnua, que pode ser uma pilha, uma bateria ou um retificador de corrente alternada, o qual pode ser at um carregador de bateria de automvel. Tendo-se em mos uma fonte de corrente contnua, que fenmenos podemos provocar com ele? Para responder a esta nova curiosidade s resta sair experimentando. 2. OBJETIVOS Observar a eletrlise do iodeto de potssio (KI), da gua (H2O) e do cloreto de sdio (NaCl), verificando os principais produtos e as condies necessrias para que ocorram. 3. MATERIAL E MTODOS 3.1. Material - 3 Placas de Petri (10 cm de dimetro) - Eletrodos de ao-inox - Fonte de corrente - Dois conectores tipo jacar - Dois fios de conexo 3.2. Solues - Indicadores de pH - Azul de bromotimol - Iodeto de Potssio (KI) 5% m/v - Hidrxido de sdio (NaOH) 5% m/v - Soluo de um eletrlito inerte (sulfato de potssio K2SO4 a 5%) - Soluo de NaCl 5% m/v


33 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 4.1. Eletrlise do KI Neste procedimento ser mostrada a eletrlise de iodeto de potssio com a formao de iodo elementar. Numa placa de Petri, adicionar 40 mL de soluo KI 5% e os eletrodos de ao inox opostamente colocados. Conecte os eletrodos fonte de corrente pelos cabos e conexes necessrios. Em seguida, faa a ligao do circuito. Observe e anote. 4.2. Eletrlise do NaCl Neste procedimento ser mostrada a eletrlise de cloreto de sdio. Na placa de Petri, dentro dela, colocar opostamente os eletrodos de ao inox, como realizado nos outros procedimentos. Conecte os eletrodos fonte de corrente pelos cabos e conexes necessrios. Adicionar 40 mL de soluo NaCl 5% na placa de Petri e fazer a ligao do circuito. Observar. Adicionar duas gotas de fenolftalena e observar novamente. 4.3. Eletrlise da H2O Neste procedimento ser demonstrada a decomposio eletroltica da gua. Os efeitos eletrolticos so visualizados mediante indicadores de pH. Adicionar na placa de Petri a soluo de K2SO4 ( 40 mL). Adicionar 20 gotas do indicador Azul de bromotimol e misturar bem. OBS.: As cores diversificadas do indicador Azul de bromotimol: Cor da forma cida (AMARELO) /Cor intermediria (VERDE) /Cor da forma bsica (AZUL). A Eletrlise Propriamente Dita Monte os eletrodos de ao inox na placa de forma oposta, assim como os cabos de conexo. Antes de fazer a ligao do circuito, espere um pouco (cerca de um minuto) para acalmar eventuais turbulncias na soluo. De imediato os efeitos coloridos so observados em torno dos eletrodos. Deixando o circuito ligado durante alguns minutos pode-se apreciar a evoluo da eletrlise. Observe e anote.


34 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4.4.Eletrlise do NaOH Nessa etapa do nosso experimento iremos utilizar um becker de 1000 mL e 2 tubos de ensaio. No becker adicionar 400 mL da soluo de Hidrxido de Sdio 5 % m/v. Aps, colocar dois fios de cobre dentro do tubo e adicionar um pouco da soluo dentro do tubo. Vire o tubo com cuidado para dentro do becker e logo em seguida ligue a fonte e observe o ocorrido. A Figura 1 representa um esquema simplificado para montar a eletrlise. Vamos provar a formao dos gases hidrognio e oxignio, fazendo uma exploso e fazendo arder uma brasa de madeira (palito de fsforo) na atmosfera de gs, respectivamente.

Figura 1: Esquema da eletrlise da gua utilizando tubos de ensaio para coletar os gases produzidos. CANTINHO DA CURIOSIDADEPropriedades de alguns materiais Gases H2 - incolor, inodoro, produz pequena exploso em contato com uma chama viva; O2 - incolor, inodoro, reaviva a chama em palito de fsforo em brasa (se em grande quantidade); Cl2 - amarelo esverdeado, de odor irritante, e que lembra um pouco o cheiro da gua sanitria, descora um papel de tornassol umedecido, azul ou vermelho; Lquidos Br2- amarelo esverdeado, solvel em gua formando uma soluo amarelada; Slidos I2 - violeta, solvel em gua formando uma soluo castanho avermelhado; Cu - metal de cor rosa avermelhado; Cu2I2 - branco levemente amarelado e insolvel na gua. Cu(OH)2 - azul, insolvel na gua; CuO - preto, insolvel na gua; Cu2O - amarelo, que com o tempo passa a vermelho tijolo, insolvel na gua; CuCl2 - amarelo, que com o tempo passa a marrom; Cu2Cl2 - branco; CuBr - branco; CuBr2 - preto. Aquo-complexos [Cu(H2O)6]2+ - azul claro FONTE: http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas


35 Universidade Federal Rural do Semi-rido 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R., Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007. 2. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas, Captulo 20, Traduo da 9a Edio americana, Cengage Learning, So Paulo, 2009. 3. Site: http://www.pontociencia.org.br acessado em 25 de Outubro de 2009. 4. Site: http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas acessado em 24 de Outubro de 2009. 6. PR-LABORATRIO Obs.: Entregar o Pr-Laboratrio no dia da aula prtica de Eletrlise, no incio da aula. 1. Para cada eletrlise indique as reaes que ocorrem no nodo e ctodo. E qual a reao global balanceada. 2. Calcule a tenso mnima que se deve fornecer para que ocorram essas eletrlises. 7. PS-LABORATRIO 1. Identifique os principais produtos da reao, explicando o que ocorreu que ajudou a vocs a definir esses produtos. 2. Para realizar a eletrlise da gua necessrio adicionar um eletrlito para conduzir as cargas. Ento, por que podem ser utilizados H2SO4 e HNO3 na eletrlise da gua, e no pode utilizar HCl para eletrolis-la? 3. Qual a aplicao dos principais produtos formados na eletrlise da H2O, do KI e do NaCl. 4. Qual o tempo necessrio para produzir 5,0 L de H2 medidos a 760 torr e 25C pela eletrlise da H2O usando uma corrente de 1,5 A? (b) Quantos gramas de O2 so produzidos no mesmo tempo? 5. Supondo que a eletrlise do KI fosse conduzida a 350 mA durante 10 min, qual seria a massa de iodo produzida?



AULA 07: Experimento 06: CORROSO I - TIPO DE CORROSO1. INTRODUO As diversas variveis usualmente presentes no fenmeno da corroso modificam o curso e a extenso das reaes eletroqumicas, resultando os diferentes tipos de ataque, que do origem a diferentes tipos de corroso. Os mecanismos da corroso eletroqumica esto associados ao fluxo de corrente eltrica entre as reas catdicas e andicas. A reao andica est sempre associada com dissoluo do metal e a formao dos ons correspondentes; a reao catdica pode envolver dois processos diferentes, dependendo da natureza do meio corrosivo: desprendimento de hidrognio (meio cido) e absoro do oxignio (meio neutro ou bsico). A corroso galvnica ocorre quando dois metais diferentes so postos em contato um com outro e expostos a um eletrlito. O metal menos nobre ser o nodo e por isso se dissolver enquanto o mais nobre agir como ctodo. Dependendo da natureza do meio corrosivo, as reaes catdicas podem ocorrer pelos processos de desprendimento de hidrognio ou absoro do oxignio. A corroso por aerao diferencial ocorre quando um material metlico imerso em regies diferentemente aeradas, sendo o nodo a rea menos aerada e o ctodo a mais aerada. 1.1. Corroso galvnica A corroso galvnica ocorre frequentemente quando se tem um metal colocado em uma soluo contendo ons, facilmente redutveis, de um metal que seja catdico em relao ao primeiro. Assim, tubulaes de alumnio em presena de sais, por exemplo, de Cu2+ e Hg2+, sofrem corroso localizada, produzindo pites. Isto ocorre porque o alumnio reduz os ons Cu2+ ou Hg2+ para os metais respectivos, sofrendo consequentemente oxidao.

2Al + 3Cu 2+ 2Al 3+ + 3Cu 2Al + 3Hg 2 + 2Al 3+ + 3Hg


37 Universidade Federal Rural do Semi-rido Alm desse ataque inicial o metal formado se deposita sobre a superfcie de alumnio e cria uma srie de micropilhas galvnicas, nas quais o alumnio funciona como nodo, sofrendo corroso acentuada. Casos envolvendo este mecanismo so observados em: Trocadores ou permutadores de calor, com feixe de tubos de alumnio; a presena de pequenas concentraes de Cu2+ na gua de refrigerao ocasiona, em pouco tempo, perfuraes nos tubos; Tubos de caldeiras onde ocorre, em alguns casos, depsitos de cobre ou xido de cobre. Isto porque a gua de alimentao da caldeira pode conter ons cobre, cobre metlico ou suas ligas; Tanques de ao carbono onde ao galvanizado. A corroso galvnica ocasionada pela presena de cobre ou compostos originados pela ao corrosiva ou erosiva da gua sobre a tubulao de cobre que alimenta o tanque. Por isso deve-se evitar, sempre que possvel, que um fluido circule por um material metlico catdico antes de circular por um que lhe seja andico. 1.2. Corroso por aerao diferencial O tipo mais importante de clula de concentrao a aerao diferencial, que ocorre quando uma parte do metal exposta a diferentes concentraes de ar ou imersa em regies do eletrlito diferentemente aerados (ou com outros gases dissolvidos); isto provoca uma diferena de potencial entre as partes diferentemente aeradas. um fato experimental que reas de uma superfcie metlica onde a concentrao de oxignio alta, so catdicas. Este tipo de corroso o que ocorre na linha dgua das partes metlicas parcialmente imersa em uma soluo. Se, se mergulha uma pea de metal, zinco, por exemplo, em uma soluo diluda de um eletrlito qualquer, e a soluo no agitada, as partes acima e adjacentes a linha dgua so mais fortemente aeradas devido a facilidade de acesso do oxignio a estas reas, que portanto, tornar-se-o catdicas. Na parte imersa a maior profundidade, a concentrao de oxignio menor, sendo esta, por conseguinte, andica. Outro exemplo de corroso por aerao diferencial tipo linha dgua, ocorre nas estruturas, estacas, etc. mergulhadas parcialmente na gua do mar. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

38 Universidade Federal Rural do Semi-rido De maneira anloga pode-se explicar a corroso do ferro sob gotas de gua ou de soluo salina (por exemplo, gua do mar condensada da neblina). Nas reas cobertas pela gota impedido o acesso do oxignio do ar, e por isso tornam-se andicas em relao s outras reas expostas ao oxignio do ar. Superfcies speras ou esmerilhadas so corrodas mais depressa do que as superfcies lisas polidas, onde no se acumulam poeiras, xidos, etc. As superfcies rugosas, com sulcos ou fendas, onde o oxignio no pode penetrar, so perigosamente corrodas por aerao diferencial provocando cavidades (pitting). Esta corroso aumenta com o tempo, pois os produtos da corroso acumulamse em torno da rea andica, impedindo ainda mais qualquer acesso de oxignio.

2. OBJETIVO Observar as principais diferenas entre corroso eletroltica e corroso galvnica. 3. MATERIAL Fonte de corrente contnua Pisseta Lixas para metais Bquer de 50 mL Bquer de 100 mL 1 basto de vidro Fio condutor 1 Pipeta graduada de 5 mL Lmina de zinco Placa de cobre Placa de ferro e ferro (prego) Soluo de H2SO4 1 mol/L Soluo de Ferricianeto de Potssio K3Fe(CN)6 Soluo de Cloreto de Sdio (NaCl) a 10% m/v Fenolftalena

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL CORROSO GALVNICA PARTE I: Corroso provocada por aerao (ou oxigenao) diferencial. a) Limpe uma das superfcies de uma chapa de ferro. b) Coloque sobre a superfcie limpa da chapa de ferro duas gotas de soluo de cloreto de sdio, uma gota de fenolftalena e duas gotas de soluo de ferricianeto de potssio. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

39 Universidade Federal Rural do Semi-rido c) Aguardar 5 a 10 minutos e observar que na regio central da pelcula lquida, aparece colorao azul ou esverdeada e na regio perifrica aparece colorao rseo avermelhada. FUNO DOS INDICADORES Fenolftalena.- indicador de rea catdica; colorao rseo-avermelhada (em meio alcalino ou bsico, presena de hidroxila OH-) confirma rea protegida. Ferricianeto de potssio - indicador de rea andica; precipitado azul de ferricianeto de ferro (II) ou ferricianeto ferroso confirma rea corroda. 3Fe2+ + 2 Fe(CN)63

Fe3 (Fe(CN)6)2 Azul

PARTE II: Corroso provocada por impurezas metlicas situadas num material metlico a) Adicione em um bquer de 50 mL, cerca de 25 mL de soluo de H2SO4 1M. b) Mergulhe parcialmente, nesta soluo, uma lmina de zinco previamente limpa. Observe que o ataque ao zinco pequeno. c) Mergulhe parcialmente nesta soluo, sem tocar na lmina de zinco, um basto de cobre previamente limpo. Observe que o cobre no atacado. d) A seguir, toque a lmina de zinco com o basto de cobre. Neste experimento pode-se admitir que o cobre funcione como a impureza necessria para formar uma pilha de ao local, na qual o zinco sofre corroso e o cobre no. PARTE III: Corroso provocada por materiais diferentes a) Adicione 50 mL da soluo de NaCl 10% em um bquer de 100 mL. b) Adicione soluo, 15 gotas de fenolftalena e 1 mL de soluo de ferricianeto de potssio. Homogeinize a soluo utilizando o basto de vidro. c) Ligue o ferro a uma placa de cobre, previamente limpos, atravs de um fio condutor. d) Faa a imerso desses metais, ligados entre si, na soluo de NaCl 10%. e) Observe o aparecimento de colorao rseo-avermelhada em torno do basto de cobre e resduo azul em torno do basto de ferro.


40 Universidade Federal Rural do Semi-rido PARTE IV: Corroso provocada por materiais diferentes. a) Repita o procedimento da experincia n 3, porm usando o ferro e uma placa de zinco previamente limpos. b) Aps mergulhar os metais, ligados entre si, na soluo de NaCl, observe o ocorrido e anote. CORROSO ELETROLTICA PARTE V: Corroso provocada por corrente eltrica a) Em um bquer de 100 mL coloque 50 mL da soluo de NaCl 10%. b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua. c) Aps alguns minutos de funcionamento da fonte, desligue-a e agite a soluo. Observe o ocorrido. 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008. 2. COLOMBO, Anlise de Contaminantes Ambientais, Depart. de Qumica e Biologia, Universidade Tecnolgica Federal do Paran - Campus Curitiba, 2008. 6. PS-LABORATRIO PARTE I 1. Qual o fator que provoca a corroso do ferro? 2. Escreva as semi-reaes ocorridas nas regies andica e catdica da pilha de corroso formada. PARTE III 3. Qual dos metais, Fe ou Cu, sofre corroso? 4. Escreva as semi-reaes que ocorrem nas regies andica e catdica da pilha de corroso formada. 5. Qual a razo das coloraes observadas nas regies andicas e catdicas? PARTE IV 6. Qual dos metais (Fe ou Zn) sofre corroso? 7. Escreva as semi-reaes que ocorrem nas regies andica e catdica da pilha de corroso formada. 8. Qual a razo do aparecimento do resduo esbranquiado na lmina de zinco? Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


AULA 08: Experimento 07: CORROSO II CORROSO EM LATAS DE AO1. INTRODUO A atual tecnologia fortemente dependente da utilizao de materiais metlicos, aproveitando as excelentes propriedades fsicas e qumicas dos metais. Por outro lado, quase todas as ligas metlicas se deterioram pelo ataque que sofrem do meio ambiente onde so utilizadas. Os problemas de corroso so frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades (indstria qumica, automotiva, naval, de construo civil, etc). A corroso preocupa o mundo, que gasta bilhes de dlares ao ano para repor s perdas causadas por ela. Corroso pode ser definida como deteriorao de um material, geralmente metlico, por ao qumica ou eletroqumica, provocada pelo meio ambiente. O ferro, por exemplo, atacado por gua e gs oxignio do ar formando ferrugem. Alguns autores consideram a deteriorao de materiais no metlicos (concreto, borracha, madeira, etc), devido ao do meio ambiente, como corroso. 2. OBJETIVO O experimento a seguir tem por objetivo ilustrar ou desenvolver alguns conceitos bsicos de corroso: efeito do sal na velocidade de corroso; uso de metais de sacrifcio; influncia de um pequeno nodo frente a uma grande superfcie de ctodo nas edificaes e equipamentos. 3. MATERIAL 3.1. Material: - 4 latas (leite em p, creme de leite, etc.); - Placa de zinco; 3.2. Reagente: - Soluo aquosa de cloreto de sdio (NaCl).


42 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Use 4 latas semelhantes e limpas. Enumere-as de 1 a 4. Faa um risco no fundo das latas 2, 3 e 4 (utilize um objeto pontiagudo, como um prego, saca-rolhas, etc). Arranhe duas ou trs vezes para garantir que a camada de estanho seja removida. Prepare a soluo aquosa de cloreto de sdio. 800ml so suficientes para um conjunto de latas (latas pequenas de 200g). As latas devero ser usadas como indicado a seguir: 1) lata sem arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca. 2) lata com arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca. 3) lata com arranho, com gua salgada (soluo aquosa de NaCl a 4,5%). 4) lata com arranho, com gua salgada e colocar placa de zinco prximo ao arranho. Faa as observaes de 24 em 24 horas e anote-as numa tabela como a seguir: (copie-a em tamanho adequado para fazer as anotaes). Tabela 1: Dados obtidos durante a execuo do experimento. TEMPO (h) 24 48 72 96 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008. 2. www.dfq.pucminas.br/apostilas/quimica. Acessado em 02 de novembro de 2009. 6. PS-LABORATRIO 1. Quais latas sofreram corroso? (colocar em ordem crescente de corroso) 2. Quais fatores que provocaram maior corroso numa lata do que em outra? 3. As latas utilizadas pela indstria de alimentos so revestidas por uma fina camada de estanho. Consulte uma tabela de potenciais de reduo ou de reatividade de metais, e justifique este procedimento. 4. Por que o arranho favoreceu o desenvolvimento da corroso na lata n2? 5. Por que a presena de cloreto de sdio (NaCl) aumentou a corroso na lata n3? 6. Procure justificar o que ocorreu na lata n4. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia LATA 1 LATA 2 LATA 3 LATA 4


AULA 09: Experimento 08: CORROSO III - INFLUNCIA DO MEIO ELETROLTICO1. INTRODUO Devemos ter em mente a importncia que representa a natureza do meio corrosivo que se encontra na imediata proximidade da superfcie metlica. Assim, a exemplo de um trocador de calor, o meio corrosivo vai apresentar uma temperatura mais elevada na parte em contato imediato com a superfcie metlica dos tubos. Tal fato pode acarretar uma decomposio, nesta regio, dos produtos usados para tratamento da gua. 2. OBJETIVO Demonstrar como se d a corroso do ferro quando exposto a diferentes meios eletrolticos 3. MATERIAL 3.1. Material: Pregos de Ferro; 3.2. Reagentes: - Soluo de Hidrxido de sdio 1M (NaOH); - Soluo de Carbonato de sdio 1M (Na2CO3); - Soluo de Cloreto de sdio 1M (NaCl); - Soluo de cido clordrico 1M (HCl); - Soluo de Cloreto de potssio 1M (KCl); - Soluo de cido sulfrico 1M (H2SO4); - Soluo de cido actico 1M (CH3COOH); - Soluo de Cloreto de sdio 10% (NaCl). 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE I a) Limpe com gua e sabo os pregos polidos e no toque nas superfcies da pea com as mos, devendo-se utilizar pina. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

44 Universidade Federal Rural do Semi-rido b) Coloque um prego limpo em sete tubos de ensaio nomeados de A a G e adicione 4 ml das seguintes solues nos tubos. Tubo A: Hidrxido de sdio (NaOH) 1 mol/L Tubo B: Carbonato de sdio (Na2CO3) 1 mol/L Tubo C: Cloreto de sdio (NaCl) 1 mol/L Tubo D: cido clordrico (HCl) 1 mol/L Tubo E: Cloreto de potssio (KCl) 1 mol/L Tubo F: cido sulfrico (H2SO4) 1 mol/L Tubo G: cido actico (CH3COOH) 1 mol/L c) Determinar a concentrao de ons hidrognio (Haq+) em cada soluo medindo o pH das mesmas, utilizando fitas de pH1, o que suficiente para saber se as mesmas so bsicas, cidas ou neutras. d) Deixar os pregos nas solues durante 24 horas, ou seja, de um dia para o outro. e) Observar e descrever as mudanas acontecidas. Preencha a Tabela 1 comparativa com seus prprios resultados. Adicional: f) Adicione aos tubos (A a G) duas gotas de ferricianeto de potssio 0,1M (K3Fe(CN)6) e observe os resultados. g) Num tubo de ensaio H, adicione 1 mL de soluo FeSO4 e uma gota de ferricianeto de potssio 0,1M (K3Fe(CN)6). Compare este resultado com os obtidos quando o ferricianeto de potssio foi adicionado s solues que contm o prego (tubos A a G). Observe, conclua e complete a Tabela 1. Tabela 1: Resultados obtidos com a Parte I do experimento Corroso III - Influncia do Meio Eletroltico. Tubo A B C1

pH

Carter

Observao 1i

Observao 2ii

So pedaos de papel cobertos com uma substncia indicadora. Geralmente h dois tipos de fitas, as que possuem apenas um tipo de indicador, geralmente o tornassol. E as que possuem mais de dois tipos. Ao mergulhar a fita em um lquido, a colorao da regio impregnada com a soluo indicadora, muda de colorao e com uma tabela de comparao se determina o valor de pH da soluo analisada. Esta tcnica serve apenas para uma avaliao inicial da amostra, existem pHmetros que realizam a determinao do pH das solues com muita preciso.


45 Universidade Federal Rural do Semi-rido D E F G H(i) O que foi observado antes de adicionar o ferricianeto de potssio aos tubos. (ii) O que foi observado aps adicionar o ferricianeto de potssio aos tubos.

INFLUNCIA DO MEIO ELETROLTICO NA CORROSO CAUSADA POR CORRENTE IMPRESSA PARTE II: gua destilada a) Em um bquer de 100 mL coloque 40 mL de H2O. b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua, conforme Figura 1. c) Aps um ou dois minutos agitar o eletrlito: nada se observa, permanecendo o aspecto inicial.

Figura 1: Esquema do aparato de corroso para avaliao da influncia do meio eletroltico. PARTE III: Soluo de Cloreto de Sdio a) Em um bquer de 100 mL coloque 40 mL da soluo de NaCl 10%. b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua. c) Aps alguns minutos de funcionamento da fonte, desligue-a e agite a soluo. Observe o ocorrido.


46 Universidade Federal Rural do Semi-rido 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008. 2. MORA, Nora Daz; SIHVENGER, Joo Carlos; LUCAS, Juliana Fenner R. Caderno de Prticas de Laboratrio de Qumica Geral. Universidade Estadual do Oeste do Paran, 2006. 6. PS-LABORATRIO 1. Indique as solues nas quais observou alguma evidncia de corroso na parte I. Explique. 2. Escreva as reaes de oxidao e reduo do ferro, cobre e alumnio imersos nas solues preparadas, assumindo que existe suficiente oxignio dissolvido. 3. Quais as caractersticas observadas na ponta, na cabea e no resto do prego? Explique essas diferenas em relao ao processo de fabricao do prego.



AULA 10: Experimento 09: CORROSO IV PROTEO CATDICA1. INTRODUO A proteo catdica um mtodo de controle de corroso que consiste em transformar a estrutura proteger no ctodo de uma clula eletroqumica ou eletroltica. O emprego de proteo catdica em estruturas de concreto enterradas ou submersas ainda pouco frequente, devido a dificuldades, tais como necessidade de se interligar toda a armadura do concreto, de modo a funcionar como um negativo nico e a possibilidade de fraturas no concreto devido aos esforos gerados pela presso parcial do hidrognio liberado no ctodo, quando submetido a potenciais muito negativos. No pode ser usada em estruturas areas em face da necessidade de um eletrlito contnuo, o que no se consegue na atmosfera (Gentil, 2008). 1.1. Proteo catdica galvnica O sistema de proteo catdica galvnica ou por nodo de sacrifcio aquele que utiliza uma fora eletromotriz de natureza galvnica para imprimir a corrente necessria proteo da estrutura considerada. Esta fora eletromotriz resulta da diferena entre o potencial natural do nodo e o potencial da estrutura que se deseja proteger. uma grandeza que depende das caractersticas do nodo, do material que compe a estrutura que se deseja proteger e, de cera forma, do prprio eletrlito. Como a diferena de potencial conseguido nesse sistema relativamente pequena ele aplicado somente a meios de resistividade eltrica da ordem de no mximo, 6000 .cm. usual o emprego deste sistema em instalaes martimas, j que a baixa resistividade da gua do mar possibilita uma baixa resistncia no circuito de proteo catdica, permitindo a injeo, no sistema, de uma corrente de maior intensidade. Os materiais tradicionalmente utilizados como nodos galvnicos so: Ligas de magnsio; Ligas de alumnio; Ligas de zinco.


48 Universidade Federal Rural do Semi-rido Outros materiais podem eventualmente ser utilizados como nodos galvnicos, em sistemas particulares. Como exemplo, cita-se o uso de chapas de ao carbono para proteo de peas de bronze, lato ou cobre, em servio na gua do mar. Ao fazer a ligao do nodo com a estrutura, estando ambos em contato simultneo com o eletrlito, forma-se uma pilha na qual a corrente que circula resulta da dissoluo eletroqumica do nodo. luz deste fenmeno, fcil concluir-se que, em ltima anlise, o nodo galvnico representa uma certa quantidade de energia acumulada, a qual ser liberada paulatinamente, proporcionando uma corrente eltrica que exercer uma ao protetora sobre a superfcie da estrutura (ctodo). A circulao desta corrente no sistema d origem a um processo de polarizao, fazendo com que os potenciais de ambos os componentes, nodo e ctodo, se desloquem em sentidos convergentes. Assim, o nodo sofrer uma polarizao andica, a qual, por princpio, deve ser muito pequena, e a estrutura (ctodo) sofrer uma acentuada polarizao catdica, de modo a atingir o potencial de imunidade, ou de estabilidade termodinmica do metal, ou liga, no meio considerado. 1.2. Proteo catdica por corrente impressa O sistema de proteo catdica por corrente impressa aquele que utiliza uma fora eletromotriz, proveniente de uma fonte de corrente contnua, para imprimir a corrente necessria proteo da estrutura considerada. Esta fora eletromotriz pode provir de baterias convencionais, baterias solares, termogeradores, conjuntos motorgerador ou retificadores de corrente. Os retificadores constituem a fonte mais frequentemente utilizada, e atravs deles retifica-se uma corrente alternada, obtendo-se uma corrente contnua que injetada no circuito de proteo. Como a diferena de potncia de sada da fonte pode ser estipulada em valores baixos ou elevada, a proteo catdica por corrente impressa aplica-se a estruturas situadas em eletrlitos de baixa, mdia e alta resistividade. Tambm ela aplicada onde se exige maiores correntes, portanto, em estruturas de mdia para grande porte o que no impede o seu uso em estruturas pequenas, quando houver convenincia.


49 Universidade Federal Rural do Semi-rido 1.3. Aplicaes prticas de proteo catdica Os trocadores de calor usados em navios condensadores e resfriadores geralmente so construdos em ao carbono, tendo tubos de cobre ou de suas ligas. comum ver-se carretis, tampos e espelhos em ao carbono e tubos em lato de alumnio. Estes materiais, juntos, e em contato com a gua do mar, formam um par galvnico e do origem a um processo de corroso galvnica em que o ao atacado. Assim indispensvel o emprego de proteo catdica para eliminar esta ao corrosiva. Para isto, tanto se pode usar nodos de liga de zinco como nodos de liga de alumnio. Os cabos de transmisso de energia e cabos de telecomunicaes enterrados esto sujeitos a problemas de corroso no revestimento metlico de chumbo, embora muitas vezes esta chapa de chumbo seja protegida por um revestimento adicional de PVC ou de polietileno.

... luz deste fenmeno, fcil concluir-se que, em ltima anlise, o nodo galvnico representa uma certa quantidade de energia acumulada, a qual ser liberada paulatinamente, proporcionando uma corrente eltrica que exercer uma ao protetora sobre a superfcie da estrutura. (Proteo Catdica Aldo Cordeiro Dutra & Laerce de Paula Nunes) 2. OBJETIVOS O experimento a seguir tem por objetivo ilustrar e desenvolver alguns conceitos bsicos de proteo catdica da corroso como, proteo catdica galvnica (uso de metais de sacrifcio) e proteo catdica por corrente impressa. 3. MATERIAL 3.1. Material: - Bcker de 250 mL - Tubos de Ensaios - Pregos de ferro e/ou placas de ferro limpos - Placas de cobre - Placas de zinco ou ao galvanizado - Eletrodos de grafite Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

50 Universidade Federal Rural do Semi-rido - Fios de cobre - Fonte de corrente contnua 3.2 Reagentes: - Soluo de Cloreto de Sdio 5% - Soluo Alcolica de Fenolftalena - Soluo de Ferricianeto de Potssio 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL PARTE I. Proteo catdica galvnica (nodos de sacrifcio) a) Em sete potes (A, B, C, D, E, F e G) adicionar 50 mL de soluo de NaCl (5%). b) Acrescentar aos potes: A- um prego de ferro B- um prego de ferro ligado a uma placa de cobre C- um prego de ferro ligado a uma placa de zinco D- um prego de ferro envolvido com uma fita de alumnio E- um prego de ferro ligado a placas de cobre e zinco F- um prego de ferro e adicionar 1 mL do inibidor A. G - um prego de ferro e adicionar 1 mL do inibidor B. c) Aps uma semana preencha a Tabela 1 com suas observaes. d) Anote o (s) tubo (s) onde o ferro foi protegido catodicamente. Tabela 1: Dados observados na proteo catdica galvnica. Aspectos Observados Ensaio A B C D E F G Meio Corrosivo Placas Metlicas Regio Andica


51 Universidade Federal Rural do Semi-rido PARTE II. Proteo catdica por corrente impressa 1 a) Em um bcker de 100 mL adicione 50 mL de soluo aquosa de NaCl (5%), 10 gotas de soluo alcolica de fenolftalena e 20 gotas de ferricianeto de potssio. b) Imerge dois eletrodos, um de ferro (prego) e outro de grafite, ligando-os respectivamente aos polos negativo e positivo de uma fonte de corrente contnua. c) Observe o ocorrido e preencha a Tabela 2. Tabela 2: Dados observados na proteo catdica por corrente impressa 1. Eletrodos Ferro Grafite Polos Reaes Qumicas Cores Formadas

PARTE III. Proteo catdica por corrente impressa 2 a) Em um bcker de 100 mL adicione 50 mL de soluo aquosa de NaCl (5%), 10 gotas de soluo alcolica de fenolftalena e 20 gotas de ferricianeto de potssio. b) Imerge dois eletrodos, um de ferro (prego) e outro de cobre, ligados por um fio de cobre, imobilizando-os dentro da soluo. c) Imerge aps algum tempo um eletrodo de grafite e ligue-o ao polo positivo da mesma fonte de corrente contnua, ligando o ferro e o cobre ao polo negativo da mesma fonte. OBS.: Se a soluo j estiver muito turva conveniente, para melhor observao, substitu-la por outra. Tabela 3: Dados observados na proteo catdica por corrente impressa 2. Eletrodos Ferro e cobre Grafite Polos Reaes qumicas Cores formadas


52 Universidade Federal Rural do Semi-rido 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008. 2. www.dfq.pucminas.br/apostilas/quimica. Acessado em 02 de novembro de 2009. 6. PS-LABORATRIO: PARTE I 1. Indique em qual pote o prego sofreu maior corroso, explicando. 2. Indique em qual pote o prego sofreu menor processo corrosivo. Explique. 3. D as equaes qumicas das reaes ocorridas nos 6 potes. 4. Informe os tipos principais de corroso que ocorrem em cada pote. 5. Faa um desenho ilustrativo do processo ocorrido em cada pote. 6. O que seria um inibidor de corroso e qual sua funo? PARTE II e III 7. Explique se poderia ser usado corrente da rede eltrica sem passar pelo retificador. 8. Explique como o ferro pode ser protegido catodicamente. 9. Explique as consequncias de operar a proteo catdica com excesso de corrente. 10. Explique a funo do grafite nas montagens (Parte I e II). 11. Explique o tipo de corroso que ocorre na montagem inicial (Fe, Cu em NaCl(aq)), indicando nodo, ctodo e as respectivas reaes.



AULA 11: Experimento 10: ESTRUTURA DOS MATERIAIS1. OBJETIVO Montar a clula unitria e a estrutura do metal sorteado para o grupo, facilitando a visualizao dos tipos de retculos cristalinos estudados na teoria. 2. INTRODUO Por que estudamos os materiais e suas estruturas? Muitos cientistas experimentais ou engenheiros, sejam eles mecnicos, civis, qumicos ou eltrico, iro uma vez ou outra ficar expostos a um problema de projeto que envolva materiais. Os exemplos podem incluir uma engrenagem de transmisso, a superestrutura para um edifcio, um componente de uma refinaria de petrleo, ou um chip de circuito integrado. Obviamente, os cientistas e engenheiros de materiais so especialistas que esto totalmente envolvidos na investigao e no projeto de materiais. Muitas vezes, um problema de materiais consiste na seleo do material correto dentre muitos milhares de materiais disponveis. Existem vrios critrios nos quais a deciso final est normalmente baseada, em primeiro lugar, as condies de servio devem ser caracterizadas, uma vez que estas iro ditar as propriedades exigidas do material. Uma segunda considerao de seleo qualquer deteriorao das propriedades dos materiais que possa ocorrer durante a operao em servio. Por fim, provavelmente a considerao dominante estar relacionada aos fatores econmicos: quanto ir custar o produto final acabado? Quanto mais familiarizado estiver um(a) engenheiro(a) ou cientista com vrias caractersticas e relaes estrutura-propriedade, bem como as tcnicas de processamento dos materiais, mais capacitado e confiante ele ou ela estar para fazer opes ponderadas de materiais com base nestes critrios (Callister, 2002). 3. MATERIAL - Bolas de isopor e tinta guache - Palitos


54 Universidade Federal Rural do Semi-rido 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL - Montar a clula unitria do material sorteado para o grupo, sendo os materiais: Alumnio; Cobalto; Cromo; Ferro (); Nquel; Zinco Cloreto de sdio e Cloreto de csio. - Montar a Estrutura Cristalina do material utilizando as clulas unitrias. 5. REFERNCIA BIBLIOGRFICA 1. CALLISTER, William D. Jr. Cincia e Engenharia de Materiais: Uma Introduo, 5a edio, Rio de Janeiro: LTC, 2002. 6. PS-LABORATRIO 1. Preencha as seguintes Tabelas com os dados observados e pesquisados. Metais Grupo Sorteado Estrutura Cristalina Raio Atmico (nm) Relao do Parmetro de Rede com Raio

1. Alumnio 2. Cobalto 3. Cromo 4. Ferro () 5. Nquel 6. Zinco 7. Cloreto de sdio 8. Cloreto de csio Metais FEA Nmero de Coordenao 1. Alumnio 2. Cobalto 3. Cromo 4. Ferro () 5. Nquel Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia Volume da Clula Unitria Densidade Relativa (g/cm3)

55 Universidade Federal Rural do Semi-rido 6. Zinco 7. Cloreto de sdio 8. Cloreto de csio



AULA 12: Experimento 11: POLMEROS PRODUO DO POLMERO UREIAFORMALDEDO1. INTRODUO Ao longo das ltimas dcadas, temos observado uma crescente substituio de produtos naturais, como madeira, alumnio, cermica e algodo, por produtos polimricos sintticos, como PVC, nilon, polister e polmeros condutores, pois os ltimos atendem s necessidades do homem to bem quanto os primeiros, ou melhor. As vantagens dos polmeros sintticos so: a capacidade de serem moldados e a possibilidade de se reunir, em um nico material, vrias caractersticas, tais como: leveza, resistncia mecnica, transparncia, condutividade ou isolamento eltrico, isolamento trmico, flexibilidade, dentre outras. Sobre o polmero ureia-formaldedo e outros polmeros A resina ureia-formaldedo foi sintetizada pela primeira vez em 1929 e pertence ao grupo dos polmeros termorrgidos. Estes polmeros apresentam as seguintes caractersticas: Com relao estrutura: - so amorfos; - possuem ligaes cruzadas. Propriedades fsicas: - no amolecem quando aquecidos; - so quebradios; - quando aquecidos, tornam-se infusveis e insolveis. Desta forma, por ser termorrgido, o polmero ureia-formaldedo s pode ser moldado durante a sntese, diferente dos polmeros termoplsticos, que, por no possurem ligaes cruzadas, podem ser fundidos e remodelados vrias vezes. Polmero ureia-formaldedo um polmero tridimensional obtido a partir da ureia e do formaldedo. Quando puro transparente, e foi por isso usado como o primeiro tipo de vidro plstico. No entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

57 Universidade Federal Rural do Semi-rido o tempo. Este defeito pode ser evitado pela adio de celulose, mas ele perde sua transparncia, sendo ento utilizado na fabricao de objetos translcidos. Esse polmero tambm usado em vernizes e resinas, na impregnao de papis. As resinas fenol-formaldedo e ureia-formaldedo so usadas na fabricao da frmica. Outra classe de polmeros a dos elastmeros, que possuem quase todas as caractersticas dos termorrgidos, exceto que no so rgidos e quebradios, mas sim elsticos. Os elastmeros e os termorrgidos pertencem ao grupo dos termofixos. Abaixo, so listados os polmeros mais comumente encontrados, de acordo com os grupos: Termorrgidos: resinas ureia-formaldedo, fenol-formaldedo e melaminaformaldedo e anilina-formaldedo. Termoplsticos: policarbonato (PC), poliuretano (PU), policloreto de vinila (PVC), poliestireno (PE) e polipropileno. Elastmeros: elsticos e borrachas.

Figura 1: Representao da estrutura do polmero ureia-formaldedo. Aspectos especficos da reao de formao do polmero ureia-formaldedo A respeito da reao de polimerizao de ureia-formaldedo, sabe-se que ela extremamente exotrmica e que libera gua (reao de condensao). O mecanismo da reao consiste em um ataque nucleoflico da ureia sobre o eletrfilo, formaldedo. As primeiras etapas da reao, catalisada em meio cido, esto representadas na figura a seguir. O H2N-CO-N=CH2, por sua vez, ataca outro formaldedo protonado, dando continuidade reao de polimerizao. Diz-se que a ureia e o formaldedo so os monmeros desse polmero, pois a partir dessas molculas que ele formado. Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia


Figura 2: Representao das primeiras etapas da reao de polimerizao do polmero ureia-formaldedo. Outras aplicaes da resina ureia-formaldedo O polmero ureia-formaldedo pode ser sintetizado de outras formas alm desta apresentada nesse experimento, adquirindo caractersticas diferentes e permitindo que tenha diversas aplicaes no mercado. Ele pode ser usado, por exemplo: como vidro plstico; na fabricao de objetos translcidos; em vernizes e resinas e na fabricao de frmica. Usam-se tambm essas resinas na fabricao de tampas na indstria de cosmticos por causa da variedade de cores em que se apresentam seu grau de resistncia nos solventes, as graxas e leos devido a sua dureza. 2. OBJETIVOS Este experimento tem como objetivo mostrar como pode ser sintetizado e modelado um polmero a partir da ureia e do formaldedo. Dessa forma, pode-se aprofundar um pouco mais no assunto e explorar a caracterstica mais marcante dos plsticos, que a capacidade de serem modelados. 3. MATERIAL 3.1. Material: - 1 bquer de 600 mL, 1 de 100 mL, 3 de 50 mL e 2 proveta de 100 mL - Esptula, conta-gotas e basto de vidro - Balana - Ebulidor - Forma 3.2 Reagentes: - 10 g de ureia comercial Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia

59 Universidade Federal Rural do Semi-rido - 19 mL de formaldedo 37% (m/v) - 17 mL de soda custica 7% (m/v) - cido clordrico 3M - Corantes alimentcios 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Precaues Realize o experimento em uma capela e use luvas de plstico, pois o formaldedo, a ureia, a soda custica e o cido clordrico so txicos. Se no houver capela, o ambiente deve ser arejado. Etapas: 1. No bquer de 100 mL, adicionar 10 g de uria, 19 mL da soluo de formaldedo 37% (m/v) e 17 mL da soluo de NaOH 7% (m/v). 2. Em seguida, aquecer o sistema em banho-maria, temperatura de ebulio da gua, para que a ureia dissolva. Agitar com o basto de vidro para ajudar na dissoluo. 3. Quando a ureia estiver toda dissolvida, retirar o sistema do banho-maria e o resfriar com gua corrente ou em banho de gelo, sempre agitando com o basto de vidro, at o sistema ficar bastante turvo, com colorao esbranquiada. 4. Adicionar fenolftalena ao sistema, o qual adquirir colorao rosa devido soda custica. 5. Em seguida, adicionar o cido clordrico com um conta-gotas, vagarosamente, at a mistura perder o tom rosa. 6. Neste ponto, adicione os corantes (1 mL), caso contrrio, a resina ficar branca. 7. Colocar o sistema de volta ao banho-maria, sob agitao constante, por 2 minutos. 8. Quando o sistema estiver quente, recomear a adicionar o cido clordrico gota a gota, at que a mistura fique mais consistente, como um mingau. 9. Logo em seguida transferir a mistura para um molde. 10. Aps aproximadamente 40 minutos, quando o material j tiver resfriado e estiver seco, retirar-lo do molde.


60 Universidade Federal Rural do Semi-rido 5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1. BRAATHEN, P. C., et al. Plsticos: Molde Voc mesmo! Qumica Nova na Escola, n 13, maio 2001. 2. FRADE, JORGE R., PAIVA, A. T., Polimerizao de uma resina de ureiaformaldedo Qumica Plsticos, Vidros e Novos Materiais, Atividades de Projeto Laboratorial, Unidade 3, Universidade de Aveiro, 2006. 3. http://ube-164.pop.com.br/repositorio/4488/meusite/organica/polimeros.htm acessado em 01 de novembro de 2009. 6. PS-LABORATRIO: 1. Qual a finalidade da soluo de NaOH 7%? 2. Mostre a reao completa de formao da resina ureia-formaldedo. 3. A que categoria dos polmeros pertence resina ureia-formaldedo? 4. Por que acidificamos com cido clordrico? 5. Quais as propriedades do polmero ureia-formaldedo? 6. Quais as principais aplicaes da resina ureia-formaldedo?



AULA 13: Experimento 12: POLMEROS PRODUO DO ISOPOR UTILIZANDO POLIESTIRENO1. INTRODUO O poliestireno constitui matria-prima para fabricao do isopor, quando expandido a quente por meio de gases. O poliestireno um plstico de grande uso no mundo atual. Ele se presta para a produo de artigos moldados como pratos, copos, xcaras, etc. Ele bastante transparente e bom isolante eltrico. um polmero de adio, um termoplstico incolor transparente, com um som tipicamente metlico quando deixado cair sobre uma superfcie clara. Ele amolece a cerca de 90 a 95C enquanto que a 140C, um liquido mvel, excelente para uso em moldagem por injeo. O poliestireno um material bastante quebradio e pode ser reforado com borracha para aplicaes mais severas. Suas excelentes propriedades eltricas incluem um baixo fator potncia, alta constante dieltrica e alta resistividade volumtrica. Quimicamente resistente aos cidos fortes e aos alcois e insolvel em hidrocarbonetos alifticos em steres, hidrocarbonetos aromticos, alcois superiores e hidrocarbonetos clorados.

Figura 1: Representao da estrutura do poliestireno. O isopor de grande utilidade no dia a dia, tendo como aplicaes no campo de isolamento trmico, na construo civil e campestre, paredes e tetos de fabricao, embalagens em geral.


62 Universidade Federal Rural do Semi-rido 2. OBJETIVOS Este experimento tem como objetivo produzir isopor utilizando poliestireno. 3. MATERIAL 3.1. Material: - 1 bquer de 50 mL - 1 bquer de 500 mL - 2 Erlenmeyer de 150 mL - 2 proveta de 25 mL - Placa aquecedora - Balana - Peneira 3.2 Reagentes: - 10 g de poliestireno - 20 mL de ter de petrleo - 10 mL de acetato de sdio 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 1. No Erlenmeyer de 150 mL, adicionar 10 g de poliestireno e 20 mL de ter de petrleo e deixar em repouso por 45 minutos. 3. Em seguida, escorrer em uma peneira e deixar todo o ter evaporar. 4. Aps, colocar o poliestireno umedecido em um bquer de 500 mL, que contm gua em ebulio, e pressionar at completar o inchamento. 5. Repetir o procedimento utilizando acetato de sdio. 5. REFERNCIA BIBLIOGRFICA: 1. CAMPOS, Fernando A., Qumica Orgnica Conceitos, informaes e sntese, Campina Grande - Paraba, 1993.


63 Universidade Federal Rural do Semi-rido 6. PS-LABORATRIO: 1. Mostre a reao de obteno de monmero esterino. 2. Que tipo de polmero o poliestireno? 3. Quais as propriedades fsicas do poliestireno. 4. Quais as principais aplicaes do poliestireno. 5. Qual a finalidade do ter de petrleo na preparao do isopor. 6. Por que devemos deixar o poliestireno umedecido por um perodo de 45 minutos? 7. Qual a finalidade da gua em ebulio. 8. Qual a finalidade da presso. 9. Poderia ter sido usado acetato de sdio ao invs de ter de petrleo? Justifique. 10. Quais as principais aplicaes do isopor.


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