Manual Química Espectacular

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Manual Química Espectacular

  1. 1. Química Espectacular Verão em Projecto Prof. Dr. Joaquim C. G. Esteves da Silva Dr.ª Sónia de Jesus Rocha Faculdade de Ciências Universidade do Porto | Julho 2009
  2. 2. Química Espectacular 2009 Índice SECÇÃO A – Materiais ………………………………………………………………………………………….. 2 A.1 – Esferovite …………………………………………………………………………………………………... 3 A.2 – Preparação de um filme de PVC ………………………………………………………………………… 4 A.3 – Síntese da borracha natural ……………………………………………………………………………… 6 A.4 – Produção de um vidro, através do Processo Sol-Gel …………………………………………………. 7 A.5 – Síntese de pérolas de alginato …………………………………………………………………………... 8 A.6 – Síntese do nylon 6,6 …………………………………………………………………………………….... 9 A.7 – Síntese do nylon 6,10 …………………………………………………………………………………….. 11 A.8 – Corrosão …………………………………………………………………………………………………… 13 A.9 – Síntese do sal duplo de amónio e cobre hexa-hidratado …………………………………………….. 14 SECÇÃO B – Gelo e fogo ………………………………………………………………………………………. 16 B.1 – Aquecimento químico …………………………………………………………………………………….. 17 B.2 – Arrefecimento químico ……………………………………………………………………………………. 18 B.3 – Luz fria ……………………………………………………………………………………………………… 19 B.4 – Vulcão de acetileno ……………………………………………………………………………………….. 20 B.5 – Vulcão de magnésio ………………………………………………………………………………………. 22 SECÇÃO C – Sistemas gasosos ………………………………………………………………………………. 23 C.1 – Formação de oxigénio …………………………………………………………………………………..... 24 C.2 – Desinfecção da água com dióxido de cloro ……………………………………………………………. 25 SECÇÃO D – Produtos naturais ……………………………………………………………………………….. 26 D.1 – Extracção de óleo essencial da casca da laranja ……………………………………………………... 27 D.2 – Extracção de óleo essencial do eucalipto ……………………………………………………………… 29 D.3 – Água-de-colónia …………………………………………………………………………………………… 31 D.4 – Extracção de iodo de algas marinhas …………………………………………………………………... 32 SECÇÃO E – Separações e identificações …………………………………………………………………… 33 E.1 – Smarties e a cromatografia em papel …………………………………………………………………... 34 E.2 – Distinção entre álcool metílico e álcool etílico …………………………………………………………. 36 SECÇÃO F – Cores ……………………………………………………………………………………………… 37 F.1 – Mistura de cores …………………………………………………………………………………………… 38 F.2 – Dança subaquática ………………………………………………………………………………………... 39 F.3 – Nevoeiro azul ………………………………………………………………………………………………. 40 Visita a Serralves ………………………………………………………………………………………………… 41 Blogue ……………………………………………………………………………………………………………... 41 Bibliografia ………………………………………………………………………………………………………… 41 Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 1
  3. 3. Química Espectacular 2009 SECÇÃO A – Materiais Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 2
  4. 4. Química Espectacular 2009 A.1 – Esferovite Notas introdutórias: A esferovite é o nome comercial de um polímero designado por poliestireno (PS), com a fórmula química molecular 2 (6 5 ) (fig. A.1.1). Fig. A.1.1 – Fórmula de estrutura do poliestireno. O poliestireno é obtido a partir de uma reacção de polimerização por adição e é um homopolímero, cujo monómero é o estireno (fig. A.1.2), com a fórmula química molecular 6 5 = 2 . Fig. A.1.2 – Fórmula de estrutura do estireno. Material:  Esferovite  Placa com agitação magnética  Gobelé  Barra magnética Reagentes:  Acetona, 3 6 Esquema de montagem: Fig. A.1.3 – Adição de esferovite à acetona. Procedimento experimental:  Colocar acetona num gobelé.  Adicionar esferovite à acetona.  Observar o que acontece. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 3
  5. 5. Química Espectacular 2009 A.2 – Preparação de um filme de PVC Notas introdutórias: PVC é a sigla de policloreto de vinilo (fig. A.2.1), com a fórmula química molecular 2 ℓ . Fig. A.2.1 – Fórmula de estrutura do policloreto de vinilo. O policloreto de vinilo é um polímero obtido a partir de uma reacção de polimerização por adição e é um homopolímero, cujo monómero é o cloreto de vinilo (fig. A.2.2), com a fórmula química molecular 2 = ℓ. Fig. A.2.2 – Fórmula de estrutura do cloreto de vinilo. Material:  Balança  Pipeta graduada de 2,0 mL  Tubo de plástico de 2,5 mL  Espátula  Vidro de relógio  Caixa de Petri Reagentes:  PVC em pó  Ftalato de dibutilo  Tetrahidrofurano (THF), 4 8 Esquema de montagem: Fig. A.2.3 – Filme de PVC. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 4
  6. 6. Química Espectacular 2009 Procedimento experimental: Preparação do PVC (1g por 10 ml)  Pesar, num vidro de relógio, 0,2 g de PVC.  Transferir o PVC para o interior de um tubo de plástico de 2,5 mL.  Medir 2,0 mL de THF.  Adicionar o THF ao tubo de plástico.  Fechar o tubo e agitar até dissolver.  Transferir o conteúdo do tubo de plástico para o interior de uma caixa de Petri.  Deixar evaporar o THF.  Com o auxílio de uma espátula, descolar o filme de PVC da caixa de Petri. Preparação do PVC com plastificante  Repetir o procedimento anterior com a adição de uma gota de plastificante (Ftalato de dibutilo).  Após a evaporação do THF descolar o filme e compara-lo com o anterior. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 5
  7. 7. Química Espectacular 2009 A.3 – Síntese da borracha natural Notas introdutórias: A borracha é um polímero, mais concretamente um elastómero. Material:  2 Provetas de 10 mL  Vareta de vidro  Gobelé Reagentes:  Látex comercial  Água desionizada  Ácido acético, 3 2 mol/dm3  Vinagre Esquema de montagem: A B Fig. A.3.1 – (A) Formação da bola de borracha natural; (B) Lavagem da bola. Procedimento experimental:  Medir, com uma proveta, 5 mL de látex comercial e transferi-lo para um gobelé.  Medir, com proveta, 5 mL de água desionizada e adicioná-la ao látex.  Agitar a mistura de água desionizada com o látex.  Medir 7 mL de ácido acético 2 mol/dm3 e adicioná-lo à mistura água/látex.  Agitar vigorosamente com uma vareta, até formar uma bola.  Retirar a bola que se formou. (Usar luvas.)  Lavar a bola com água corrente, comprimindo-a com as mãos. (Usar luvas.)  Verificar a elasticidade da bola. Nota: O ácido acético pode ser substituído pelo vinagre. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 6
  8. 8. Química Espectacular 2009 A.4 – Produção de um vidro, através do Processo Sol-Gel Material:  Pipeta graduada de 2,0 mL  Placa de aquecimento com agitação magnética  Tubo de plástico  Espátula  Barra magnética  Caixa de Petri Reagentes:  Tetrametoxisilano (TMOS), (3 )4  Água desionizada com corante alimentar vermelho  Solução aquosa de NaHO 0,1 mol/dm3  Metanol  Solução aquosa de HCℓ 0,1 mol/dm3 Esquema de montagem: A B C D Fig. A.4.1 – (A) tubo de plástico; (B) agitação do conteúdo do tubo de plástico; (C) formação do vidro; (D) pedaços de vidro. Procedimento experimental: Método A  Medir 1,0 mL de TMOS para dentro de um tubo de plástico.  Adicionar 1,2 mL de metanol.  Adicionar 0,74 mL de água desionizada.  Adicionar 0,16 mL de solução aquosa de hidróxido de sódio 0,1 mol/dm 3.  Colocar o tubo em cima de uma placa com agitação magnética.  Adicionar ao tubo uma barra magnética.  Agitar até gelificar (cerca de 20 minutos). Método B  Medir 1,0 mL de TMOS para dentro de um tubo de plástico.  Adicionar 1,2 mL de metanol.  Adicionar 0,74 mL de água desionizada.  Adicionar 0,16 mL de solução aquosa de ácido clorídrico 0,1 mol/dm3.  Colocar o tubo em cima de uma placa com agitação magnética.  Adicionar ao tubo uma barra magnética.  Agitar até gelificar (cerca de 20 minutos). Comparar o vidro produzido a partir dos dois métodos. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 7
  9. 9. Química Espectacular 2009 A.5 – Síntese de pérolas de alginato Notas introdutórias: Os alginatos são extractos das algas castanhas da classe das Phacophyceae em particular das seguintes espécies: Ascophyllum nodosum, Laminaria digitata e Fucus serratus. O alginato de sódio tem vindo a ser usado na gastronomia molecular. Material:  Conta-gotas  Coador  3 Gobelés de 100 mL  Placa de agitação magnética  Barra magnética Reagentes:  Solução aquosa de alginato de sódio  Solução aquosa de cloreto de cálcio 1 mol/dm3  Solução aquosa de sulfato de cobre (II) penta-hidratado 1 mol/dm3  Solução aquosa de cloreto de níquel 1 mol/dm 3 Esquema de montagem: A B Fig. A.5.1 – (A) queda de gotas de alginato sobre a solução aquosa de sulfato de cobre (II) (B) pérolas de alginato. Procedimento experimental:  Colocar a solução aquosa de alginato de sódio no interior de um conta-gotas.  Colocar no gobelé 1 a solução aquosa de cloreto de cálcio.  Colocar no gobelé 2 a solução aquosa de sulfato de cobre (II).  Colocar no gobelé 3 a solução aquosa de cloreto de níquel.  Adicionar ao gobelé 1 uma barra magnética.  Colocar o gobelé 1 em cima da placa de aquecimento e ligar apenas a parte da agitação magnética.  Deixar cair no interior do gobelé 1 uma gota de solução aquosa de alginato de sódio.  Observar o que acontece.  Adicionar várias gotas.  Coar a mistura obtida.  Observar o que fica no coador.  Repetir o mesmo procedimento para os gobelés 2 e 3. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 8
  10. 10. Química Espectacular 2009 A.6 – Síntese do nylon 6,6 Notas introdutórias: O nylon é o nome comercial de uma poliamida. O nylon 6,6 (fig. A.6.1) é obtido através de uma reacção de polimerização por condensação e é um copolímero, cuja fórmula química molecular é – (2 )4 2 6 − . Fig. A.6.1 – Fórmula de estrutura do nylon 6,6. No nylon 6,6 os monómeros são: cloreto de adipoílo e hexano-1,6-diamina (fig. A.6.2). O nylon 6,6 apresenta dois números. O primeiro número indica o número de átomos de carbono da diamina e o segundo número indica o número de átomos de carbono do diácido que deram origem ao polímero. (a) (b) Fig. A.6.2 – Fórmula de estrutura do cloreto de adipoílo (a) e da hexano-1,6-diamina (b). Material:  Placa de aquecimento  Suporte universal  Vareta de vidro  Nozes  Pinça  Garras  Proveta de 50 mL  2 Gobelés de 250 mL  Gobelé de 250 mL com água para banho-maria  2 Pipetas graduadas de 1,0 mL Reagentes:  Cloreto de adipoílo a 98%, ℓ(2 )4 ℓ  Água desionizada  Hexano-1,6-diamina, 2 (2 )6 2  Solução alcoólica de fenolftaleína  n-hexano, 6 14 Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 9
  11. 11. Química Espectacular 2009 Esquema de montagem: A B C Fig. A.6.3 – (A) Transferência da solução de cloreto de adipoílo; (B) Enrolamento do fio de nylon; (C) Aspecto da solução quando não se produz mais fio de nylon. Procedimento experimental: Preparação da solução de cloreto de adipoílo a 2%  Colocar, com uma proveta, 50 mL de hexano num gobelé de 250 mL.  Medir 1,0 mL de cloreto de adipoílo, com uma pipeta graduada para dentro do gobelé anterior. Preparação da solução de hexano – 1,6 – diamina (HMDA) a 2%  Colocar, com uma proveta, 50 mL de água desionizada num gobelé de 250 mL.  Aquecer em banho-maria até à fusão o frasco contendo HMDA.  Medir, com uma pipeta graduada, 1,0 mL de HMDA fundida para dentro do gobelé contendo água desionizada.  Adicionar 2 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína. Síntese do nylon 6,6  Adicionar lentamente, com o auxílio de uma vareta, a solução de cloreto de adipoílo em hexano à solução aquosa de hexano-1,6-diamina.  Observar a interface das duas soluções.  Com uma pinça, retirar a fina película de nylon formada na interface entre as duas camadas.  Enrolar o fio de nylon formado numa vareta de vidro ou rolo de papel. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 10
  12. 12. Química Espectacular 2009 A.7 – Síntese do nylon 6,10 Notas introdutórias: O nylon é o nome comercial de uma poliamida. O nylon 6,10 (fig. A.7.1) é obtido através de uma reacção de polimerização por condensação e é um copolímero. Fig. A.7.1 – Fórmula de estrutura do nylon 6,10. No nylon 6,10 os monómeros são: cloreto de sebacoílo e hexano-1,6-diamina (fig. A.7.2). (a) (b) Fig. A.7.2 – Fórmula de estrutura do cloreto de sebacoílo (a) e hexano-1,6-diamina (b). Material:  2 Gobelés de 250 mL  Suporte universal  2 Pipetas graduadas de 1,0 mL  Balança  Proveta de 5 mL  Gobelé de 250 mL com água para banho-maria  Placa de aquecimento  Proveta de 50 mL  Vareta de vidro  Garras  Pinça  1 Gobelé de 150 mL  Nozes Reagentes:  Cloreto de sebacoílo, ℓ(2 )8 ℓ  Carbonato de sódio, 2 3  Hexano-1,6-diamina, 2 (2 )6 2  Água desionizada  n-hexano, 6 14  Solução alcoólica de fenolftaleína Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 11
  13. 13. Química Espectacular 2009 Esquema de montagem: A B C Fig. A.7.3 – (A) Transferência da solução de cloreto de sebacoílo; (B) retirada da extremidade do fio de nylon; (C) Enrolamento do fio de nylon. Procedimento experimental: Preparação da solução aquosa de carbonato de sódio  Pesar 5 g de carbonato de sódio para dentro de um gobelé de 150 mL.  Dissolver o carbonato de sódio em 100 mL de água desionizada. Preparação da solução de hexano-1,6-diamina  Colocar, com uma proveta, 50 mL de solução aquosa de carbonato de sódio num gobelé de 250 mL.  Aquecer em banho-maria até à fusão o frasco contendo HMDA.  Medir, com uma pipeta graduada, 2,0 mL de HMDA fundida para dentro do gobelé contendo solução aquosa de carbonato de sódio.  Adicionar 2 gotas de fenolftaleína. Preparação da solução de cloreto de sebacoílo  Colocar, com uma proveta, 50 mL de hexano num gobelé de 250 mL.  Medir 5,0 mL de cloreto de sebacoílo, com uma proveta para dentro do gobelé anterior. Síntese do nylon 6,10  Adicionar lentamente, com o auxílio de uma vareta, a solução de cloreto de sebacoílo em hexano à solução de hexano-1,6-diamina.  Observar a interface das duas soluções.  Com uma pinça, retirar a fina película de nylon formada na interface entre as duas camadas.  Enrolar o fio de nylon formado numa vareta de vidro ou rolo de papel. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 12
  14. 14. Química Espectacular 2009 A.8 – Corrosão Material:  5 Placas de Petri  Espátula  Pinça  Pipetas de Pasteur  Vareta  Gobelé de 500 cm3 Reagentes:  Fita de magnésio  Solução alcoólica de fenolftaleína  Fio de cobre  Solução 0,5 mol/dm3 K3[Fe(CN)6]  Fio de zinco  Gelatina em pó ou folhas de gelatina incolor (4 a 6  Folha de alumínio folhas de gelatina equivalem a 1 pacote)  Pregos Esquema de montagem: Fig. A.8.1 – Prego em gelatina. Procedimento experimental:  Prepare 250 cm3 de uma solução de gelatina, dissolvendo um pacote de gelatina incolor em água morna.  Adicione 4 gotas de solução de fenolftaleína e 2 gotas da solução aquosa de hexacianoferrato(III) de potássio à solução de gelatina.  Distribua a solução de gelatina por 5 caixas de Petri.  Coloque os pregos do mesmo tamanho enrolados nos metais (magnésio, zinco, cobre e alumínio) nas primeiras caixas de Petri.  Coloque um prego do mesmo tamanho sem qualquer tipo de protecção na 5ª caixa de Petri.  Observe e registe as observações ao longo do tempo. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 13
  15. 15. Química Espectacular 2009 A.9 – Síntese do sal duplo de amónio e cobre hexa-hidratado Notas introdutórias: CuSO4 .5H2O( aq )  ( NH4 )2 SO4 ( aq )  H2O( l )  Cu( NH4 )2 ( SO4 )2 .6 H2O( s ) Material:  Suporte universal  Garras  Nozes  Papel de filtro  Gobelé  Vidro de relógio  Funil de Büchner  Matráz com tubuladura lateral  Bomba de vácuo  Espátula  Vareta de vidro  Vareta com polícia  Balança analítica  Placa de aquecimento  Lupa Reagentes:  Sulfato de cobre(II) penta-hidratado, CuSO4 .5H2O (s)  Água desionizada  Sulfato de amónio, ( NH4 )2 SO4 (s)  Álcool etílico Esquema de montagem: D A B C D E Fig. A.9.1 (A) cristais de sulfato de cobre(II) penta-hidratado; (B) cristais de sulfato de amónio; (C) dissolução dos sais em água; (D) filtração por vácuo; (E) cristais de sal duplo. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 14
  16. 16. Química Espectacular 2009 Procedimento experimental:  Observar, com uma lupa, os cristais de sulfato de amónio e de sulfato de cobre(II) penta-hidratado e registar o que se observa.  Pesar, num vidro de relógio, 2,64 g (0,02 mol) de sulfato de amónio.  Pesar, num vidro de relógio, 4,99 g (0,02 mol) de sulfato de cobre penta-hidratado.  Adicionar o sulfato de amónio ao sulfato de cobre(II) penta-hidratado.  Adicionar 10 mL de água desionizada.  Agitar e aquecer até dissolver completamente.  Deixar arrefecer lentamente, à temperatura ambiente.  Pesar o papel de filtro que irá ser colocado no funil de Büchner.  Filtrar por vácuo o conteúdo do gobelé.  Lavar os cristais com álcool etílico.  Secar os cristais durante alguns minutos.  Pesar o papel de filtro e os cristais.  Registar o valor da massa dos cristais.  Observar os cristais com uma lupa e registar o que se observa. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 15
  17. 17. Química Espectacular 2009 SECÇÃO B – Gelo e fogo Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 16
  18. 18. Química Espectacular 2009 B.1 – Aquecimento químico Notas introdutórias: Numa reacção exotérmica ocorre libertação de energia, provocando um aumento de temperatura do meio exterior. Material:  Termómetro  Gobelé  Espátula  Suporte universal  Garra  Noz  Placa com agitação magnética  Barra magnética  Vareta de vidro Reagentes:  Água desionizada  Cloreto de cálcio anidro, CaCℓ2 (s) Esquema de montagem: Fig. B.1.1 – Reacção exotérmica. Procedimento experimental:  Adicionar cerca de 100 mL de água desionizada num gobelé.  Colocar uma barra magnética no gobelé.  Colocar o gobelé em cima de uma placa com agitação magnética e ligar apenas a agitação magnética.  Mergulhar a extremidade do termómetro na água desionizada.  Medir a temperatura da água e registar o valor.  Adicionar uma espátula de cloreto de cálcio anidro.  Agitar ligeiramente para dissolver o cloreto de cálcio.  Medir a temperatura da mistura e registar o valor.  Observar a variação de temperatura.  Determinar o valor da variação de temperatura. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 17
  19. 19. Química Espectacular 2009 B.2 – Arrefecimento químico Notas introdutórias: Numa reacção endotérmica ocorre absorção de energia, provocando uma diminuição de temperatura do meio exterior. Material:  Termómetro  Placa com agitação magnética  Suporte universal  Barra magnética  Garra  Gobelé  Noz  Espátula  Vidro de relógio  Vareta de vidro  Balança Reagentes:  Nitrato de amónio, 4 3 (s)  Água desionizada Esquema de montagem: Fig. B.2.1 – Reacção endotérmica. Procedimento experimental:  Colocar cerca de 50 mL de água desionizada num gobelé.  Mergulhar a extremidade do termómetro na água desionizada.  Medir a temperatura da água e registar o valor.  Adicionar 14 g de nitrato de amónio.  Agitar ligeiramente para dissolver o nitrato de amónio.  Medir a temperatura da mistura e registar o valor.  Determinar o valor da variação de temperatura. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 18
  20. 20. Química Espectacular 2009 B.3 – Luz fria Material:  Matráz de 250 mL  Pipeta conta-gotas  Microespátula  Vareta de vidro  Proveta Reagentes:  Luminol  Solução aquosa de nitrato de cobre(II) 0,01 mol/dm 3  Solução tampão carbonato  Água oxigenada a 10 volumes Esquema de montagem: Fig. B.3.1 – Diferentes etapas da reacção. Procedimento experimental:  Dissolver completamente num matráz de 250 mL uma microespátula de luminol em 100 mL de uma solução tampão carbonato (50 mL de solução aquosa de carbonato de sódio 0,1 mol/dm3 + 50 mL de solução aquosa de hidrogenocarbonato de sódio 0,1 mol/dm3).  Adicionar à solução anterior 1 mL de uma solução aquosa de nitrato de cobre(II) 0,01 mol/dm3.  Colocar o matráz num local escuro.  Preparar 100 mL de água oxigenada a 1 volume (10 mL de água oxigenada 10 volumes + 90 mL de água desionizada)  Adicionar, gota a gota, água oxigenada e observar a emissão de luz azul.  Interromper a adição da água oxigenada quando não observar mais a emissão da luz azul. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 19
  21. 21. Química Espectacular 2009 B.4 – Vulcão de acetileno Objectivo  Produzir gás acetileno a partir de acetileto de cálcio e água. Notas introdutórias: Quando se adiciona acetileto de cálcio à água, observa-se o aparecimento de bolhas gasosas (fig. B.4.1), que traduzem a formação de um gás. Fig. B.4.1 – Aparecimento de bolhas gasosas. O acetileto de cálcio CaC2(s) ao reagir com a água H2O(ℓ) origina o gás acetileno ou etino C2H2(g) e hidróxido de cálcio Ca(HO)2(aq), de acordo com a seguinte equação química: CaC2 (s) + 2H2O (l)  C2H2 (g) + Ca(HO)2 (aq) Simultaneamente, detecta-se, durante o decorrer da reacção química, um odor forte, do tipo “éter”. Material:  Lata  Espátula  Fósforos  Pipeta conta-gotas  Areia Reagentes:  Carbureto de cálcio ou acetileto de cálcio, CaC2(s)  Água, H2O(ℓ) Esquema de montagem: Fig. B.4.2 – Acetileto de cálcio (à esquerda) e acetileto de cálcio enterrado na areia (à direita). Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 20
  22. 22. Química Espectacular 2009 Procedimento experimental:  Retirar um pedaço pequeno do acetileto de cálcio.  Colocar areia numa lata.  Colocar um pedaço de acetileto de cálcio no meio da lata.  Cobrir o pedaço de acetileto de cálcio com areia.  Adicionar algumas gotas de água.  Aproximar um fósforo aceso da extremidade superior da lata. Notas:  Realizar esta actividade na hotte. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 21
  23. 23. Química Espectacular 2009 B.5 – Vulcão de magnésio Material:  Areia  Espátula  Papel de alumínio  Pipeta conta-gotas  Lixa  Vareta de vidro Reagentes:  Permanganato de potássio, 4 (s)  Glicerina, 2 2  Fita de magnésio Esquema de montagem: Fig. B.5.1 – Vulcão de magnésio. Procedimento experimental:  Colocar areia no interior do papel de alumínio.  Fazer um buraco no meio e colocar um pouco de permanganato de potássio.  Lixar um pedaço de fita de magnésio.  Espetar um pedaço de fita de magnésio no meio do permanganato de potássio.  Adicionar umas gotas de glicerina em cima do permanganato de potássio. Notas:  Realizar esta actividade na hotte. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 22
  24. 24. Química Espectacular 2009 SECÇÃO C – Sistemas gasosos Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 23
  25. 25. Química Espectacular 2009 C.1 – Formação de oxigénio Material:  Lamparina  Suporte universal  Tubo de ensaio  Fósforos  Garra  Tubo de PVC  Tina de vidro  Noz  Proveta de gases  Espátula Reagentes:  Óxido de prata, 2 (s)  Água Esquema de montagem: Fig. C.1.1 – Aquecimento do óxido de prata. Procedimento experimental:  Colocar uma microespátula de óxido de prata no interior de um tubo de ensaio.  Colocar na extremidade do tubo de ensaio uma rolha com um orifício ao centro.  Colocar no orifício da rolha um tubo de vidro.  Introduzir a outra extremidade do tubo de vidro numa proveta de gases cheia de água, inserida dentro de uma tina contendo água.  Aquecer o tubo de ensaio numa lamparina até parar a libertação de gás.  Recolher a prata que ficar no tubo de ensaio e medir o volume de gás produzido. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 24
  26. 26. Química Espectacular 2009 C.2 – Desinfecção de água com dióxido de cloro Material:  Gobelé  Balança  Proveta  Espátula Reagentes:  Água desionizada  Lixívia comercial (20 g/L ou 5%)  Clorito de sódio  Solução aquosa de ácido clorídrico 0,01 mol/dm3  Amostra de água  Indicador universal em papel Procedimento experimental: Desinfecção da água com dióxido de cloro. A – Preparação da solução de ácido hipocloroso a 1%  Colocar num gobelé cerca de 50 mL de água desionizada.  Adicionar cerca de 10 mL da solução aquosa de lixívia comercial (20 g/L ou 5%).  Ajustar o pH desta solução entre 6,5 e 7,0 com uma solução de ácido clorídrico 0,01 mol/dm 3, usando o indicador universal em papel. B – Preparação da solução aquosa de clorito de sódio a 0,15 mol/dm 3  Medir 1,4 g de clorito de sódio para um gobelé de 200 mL.  Adicionar água desionizada até perfazer 100 mL. C – Produção de dióxido de cloro (desinfecção da água) A equação química que traduz a reacção química de produção de dióxido de cloro é: − 2ℓ2 + ℓ ⟶ 2ℓ2 + ℓ− + −  Misturar lentamente volumes iguais de solução aquosa de ácido hipocloroso e de solução aquosa de clorito de sódio.  Observar a formação do dióxido de cloro gasoso.  Transferir imediatamente para a amostra de água a desinfectar. Notas:  Realizar esta actividade na hotte.  Se tiver disponível um microscópico pode observar a população microbiana antes e após a desinfecção.  Se realizar a desinfecção/pré-oxidação de água contendo matéria orgânica (com coloração castanha) observa a descoloração da água. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 25
  27. 27. Química Espectacular 2009 SECÇÃO D – Produtos naturais Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 26
  28. 28. Química Espectacular 2009 D.1 – Extracção de óleo essencial da casca da laranja Material:  Manta de aquecimento  Cabeça de destilação  Suporte universal  Suporte elevatório  Adaptador de termómetro  Garras  Termómetro  Condensador de Liebig  Nozes  Proveta de 50 cm3  Alonga  Gordura para exsicador  Balão de destilação de 100 cm3  Regularizadores de ebulição  Proveta  Funil de separação  Espátula  Evaporador rotativo  Matráz  Vareta de vidro  Gobelé  Balão redondo  Anel adaptado a um funil  Proveta de 10 cm3 Reagentes:  Casca de laranja  Hexano  Água desionizada  Sulfato de sódio anidro Esquema de montagem: Fig. D.1.1 – Esquema de montagem da destilação simples. Procedimento experimental: Destilação simples  Colocar cascas de laranja no interior de um balão de destilação de 100 cm3.  Medir com uma proveta 50 cm3 de água desionizada.  Transferir a água desionizada para o balão de destilação.  Adicionar 5 a 6 bolas de vidro (regularizadores de ebulição) ao balão de destilação.  Fazer uma montagem semelhante à da fig. D.1.1.  Verificar se todas as juntas esmeriladas estão bem ajustadas e se o sentido de circulação da água no condensador é contrário ao sentido de circulação do destilado.  Abrir a água para arrefecimento, regulando simultaneamente o caudal.  Aquecer moderadamente, de modo a que o condensado se forme, lenta e continuamente, à razão de uma gota por segundo.  Recolher o destilado. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 27
  29. 29. Química Espectacular 2009 Extracção líquido-líquido  Transferir o destilado para um funil de separação.  Adicionar 10 mL de hexano.  Recolher a fase orgânica.  Rejeitar a fase aquosa. Secagem  Colocar a fase orgânica num matráz.  Adicionar sulfato de sódio anidro.  Agitar o conteúdo do matráz.  Deixar repousar durante algum tempo.  Decantar o conteúdo do matráz para um gobelé. Evaporação do solvente  Transferir o conteúdo do gobelé para um balão redondo.  Acoplar o balão redondo ao evaporador rotativo.  Proceder à evaporação do solvente.  Recolher o óleo essencial. Nota: A evaporação do solvente pode ser feita no evaporador rotativo ou simplesmente pode-se deixar evaporar o solvente na hotte durante algumas horas. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 28
  30. 30. Química Espectacular 2009 D.2 – Extracção de óleo essencial do eucalipto Notas introdutórias: Os óleos essenciais provenientes do eucalipto encontram-se nas folhas. O processo de extracção dos óleos essenciais do eucalipto é realizado através da destilação. O destilado contém água e os óleos essenciais do eucalipto. Posteriormente, faz-se a separação da água e do óleo, através da diferença de densidade. O óleo essencial é menos denso que a água, ficando sobrenadante, pelo que se remove a água pela parte inferior do funil de separação. Sugere-se a secagem do óleo essencial com sulfato de sódio anidro para remover a água. Por fim, filtra-se o óleo essencial para retirar o sulfato de sódio. Material:  Manta de aquecimento  Cabeça de destilação  Suporte universal  Suporte elevatório  Adaptador de termómetro  Garra  Termómetro  Condensador de Liebig  Noz  Gobelé  Alonga  Gordura para exsicador  Balão de destilação de 250 cm3  Regularizadores de ebulição  Proveta  Funil de separação  Espátula  Frasco de recolha  Matráz  Vareta de vidro  Anel adaptado a um funil  Funil  Papel de filtro Reagentes:  Folhas de eucalipto  Sulfato de sódio anidro  Água desionizada Esquema de montagem: Fig. D.2.1 – Esquema de montagem da destilação simples e da extracção líquido-líquido. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 29
  31. 31. Química Espectacular 2009 Procedimento experimental: Destilação simples  Cortar finamente as folhas de eucalipto em pedaços.  Colocar folhas de eucalipto no interior de um balão de destilação de 250 cm3.  Adicionar água desionizada até ⅔ da capacidade do balão de destilação.  Adicionar 5 a 6 bolas de vidro (regularizadores de ebulição) ao balão de destilação.  Fazer uma montagem semelhante à da fig. D.2.1.  Verificar se todas as juntas esmeriladas estão bem ajustadas e se o sentido de circulação da água no condensador é contrário ao sentido de circulação do destilado.  Abrir a água para arrefecimento, regulando simultaneamente o caudal.  Aquecer moderadamente, de modo a que o condensado se forme, lenta e continuamente, à razão de uma gota por segundo.  Recolher o destilado. Extracção líquido-líquido  Transferir o destilado para um funil de separação.  Separar a camada oleosa de óleo essencial de eucalipto da camada aquosa, para um matráz. Secagem  Colocar uma espátula de sulfato de sódio anidro no óleo essencial de eucalipto.  Agitar o conteúdo do matráz com uma vareta de vidro.  Deixar em repouso durante a noite. Filtração  Proceder à filtração por gravidade do conteúdo do matráz.  Recolher para um frasco de recolha o óleo essencial de eucalipto. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 30
  32. 32. Química Espectacular 2009 D.3 – Água-de-colónia Notas introdutórias: A maceração é uma operação em que se utiliza um solvente apropriado, em contacto prolongado e a frio com o material a dissolver. A maceração termina com uma filtração por compressão, seguida de uma filtração por gravidade. Material:  Almofariz  Balança  Proveta  Vareta de vidro  Pilão  Vidro de relógio  Gobelé  Anel adaptado a um suporte  Suporte universal  Pano  Espátula  Frasco  Papel de filtro  Funil Reagentes:  Álcool etílico  Alfazema Procedimento experimental:  Medir 10 g de alfazema.  Colocar a alfazema num gobelé.  Adicionar álcool etílico suficiente para cobrir a alfazema.  Cobrir o gobelé com papel perfurado.  Deixar à temperatura ambiente durante alguns dias.  Filtrar com um pano fino, espremendo para retirar o máximo de líquido possível.  Recolher num frasco o líquido.  Adicionar álcool etílico ao resíduo da maceração.  Tapar o gobelé com papel perfurado e deixar em repouso durante 1 dia.  Filtrar com um pano fino, espremendo para retirar o máximo de líquido possível.  Recolher o líquido no frasco anterior, de modo a juntar os dois líquidos.  Filtrar o líquido obtido.  Transferir o filtrado para um frasco e rotulá-lo.  Adicionar álcool etílico q.b. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 31
  33. 33. Química Espectacular 2009 D.4 – Extracção de iodo de algas marinhas Material:  Almofariz  Gobelé  Pilão  Proveta  Balança  Pipeta graduada  Suporte universal  Placa de aquecimento  Anel adaptado a um funil  Vareta de vidro  Funil  Papel de filtro Reagentes:  Algas marinhas secas  Solução aquosa de ácido sulfúrico 1 mol/dm3  Água desionizada  Tetracloreto de carbono  Água oxigenada 20 volumes Esquema de montagem: Fig. D.4.1 – Etapas da extracção do iodo das algas marinhas. Procedimento experimental:  Medir 1 g de algas marinhas secas.  Cortar as algas marinhas.  Triturar as algas marinhas.  Colocar as algas num gobelé e adicionar 10 mL de água desionizada.  Levar à ebulição suave durante alguns minutos.  Filtrar a solução.  Recolher o filtrado num tubo de ensaio.  Adicionar ao filtrado 2 mL de uma solução aquosa de ácido sulfúrico 1 mol/dm3, 2 mL de água oxigenada 20 volumes.  Juntar à solução 2 mL de tetracloreto de carbono e agitar.  Observar o aparecimento da cor púrpura na mistura. (O iodo livre dissolve-se no tetracloreto de carbono e por isso a mistura adquire a cor púrpura.) Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 32
  34. 34. Química Espectacular 2009 SECÇÃO E – Separações e identificações Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 33
  35. 35. Química Espectacular 2009 E.1 – Smarties e a cromatografia em papel Notas introdutórias: A cromatografia é um termo que designa não um método, mas sim um conjunto de métodos afins de separação, em que os componentes de uma mistura são distribuídos entre duas fases: uma estacionária (sólida ou líquida, aderente a um meio-suporte sólido poroso) com grande área superficial, outra móvel (fluido) que contacta a primeira. A separação resulta das diferenças de velocidades dos componentes arrastados pelo solvente móvel, dadas as diferentes interacções com a fase estacionária. Um dos tipos de cromatografia é a cromatografia em papel. Na cromatografia em papel é utilizado com frequência um parâmetro denominado por factor de retardação (Rf). O factor de retardação é determinado através da seguinte expressão: distância percorrda pela banda do soluto = distância percorrida pela frente do eluente no mesmo tempo Neste tipo de cromatografia, o eluente difunde-se ao longo do papel. Numa cromatografia ascendente, a mistura a estudar é colocada numa tira de papel. Inicialmente, traça-se uma linha sobre a qual se coloca a gota da mistura a estudar, estando esta linha próxima de um dos extremos da tira de papel de filtro (cerca de 1 a 2 cm). O papel é colocado posteriormente num reservatório contendo o eluente, de modo que fique mergulhado o bordo mais próximo do local de aplicação da amostra, sem haver contacto inicial entre a gota da mistura a estudar e o eluente. O eluente ascenderá linearmente por capilaridade e antes de atingir a outra extremidade do papel de filtro, este é retirado do reservatório. Marca-se uma linha de frente do solvente com um traço fino, a lápis, e seca-se o cromatograma. Numa cromatografia horizontal, a fase móvel move-se horizontalmente. Quando a cromatografia é realizada em papel circular a amostra é aplicada na zona central do papel, sobre uma circunferência desenhada ao centro (cerca de 1 cm do centro) e o eluente está em contacto com o papel através de uma torcida, colocada entre o centro do papel de filtro e o reservatório contendo o eluente. No final, traça-se uma circunferência a marcar a linha de frente do solvente, tal como na cromatografia ascendente. A mistura a analisar é, geralmente, aplicada como um pequeno ponto (1 a 2 mm de diâmetro) no papel de filtro. Se houver mais do que uma aplicação, as gotas devem estar afastadas umas das outras, para que durante a cromatografia as manchas não se combinem. À medida que o eluente percorre o papel, a amostra é separada nos seus diversos componentes, obtendo-se manchas ao longo do percurso do eluente. Após a obtenção do cromatograma, procede-se à determinação do factor de retardação. Com base na descrição anterior, pode-se determinar o factor de retardação de cada amostra usando a expressão: distância desde o ponto de aplicação das amostras até ao centro da mancha = distância desde o ponto de aplicação linha de base até à linha de frente do solvente Geralmente, para além de aplicar a amostra, aplicam-se também substâncias-padrão e sujeita-se a amostra e as substâncias-padrão a um desenvolvimento cromatográfico e determina-se o factor de retardação de todas as aplicações, permitindo identificar os componentes de uma amostra. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 34
  36. 36. Química Espectacular 2009 Material:  Caixa de petri  Papel de filtro  Vareta de vidro  Espátula  Gobelé  Pipeta conta-gotas Reagentes:  smarties  Água desionizada  Álcool etílico Procedimento experimental:  Colocar numa caixa de petri um smartie.  Molhar ligeiramente um smartie.  Raspar a superfície do smartie.  Preparar uma mistura de álcool etílico e de água na proporção de 4:1.  Cortar uma tira de papel de filtro e traçar a linha de base.  Colocar uma gota do smartie a cerca de 1,5 cm de uma das extremidades da tira de papel.  Colocar a tira de papel num gobelé, de modo que esta mergulhe na mistura de água e etanol, sem cobrir a amostra aplicada.  Aguardar que o solvente suba até 2 cm da outra extremidade da tira de papel.  Retirar a tira de papel do copo e traçar a linha de frente do solvente.  Deixar secar a tira de papel de filtro.  Calcular os valores de Rf para todos os componentes da amostra. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 35
  37. 37. Química Espectacular 2009 E.2 – Distinção entre álcool metílico e álcool etílico Notas introdutórias: ()3 + 33 → (3 )3 + 32 O ácido bórico na presença dos álcoois (metanol e etanol) reage com o álcool respectivo e origina os ésteres bóricos que são ligeiramente voláteis e produzem uma cor verde na chama. A reacção de formação dos ésteres metílicos do ácido bórico é mais completa do que a reacção do ácido bórico com o etanol. Fig. E.2.1 – (a) Cor obtida durante a combustão do álcool metílico na presença de ácido bórico. (b) Cor obtida durante a combustão do álcool etílico na presença de ácido bórico. Material:  Cadinho de porcelana  Vareta de vidro  Espátula  Fósforos  Pipeta graduada  Balança Reagentes:  Ácido bórico  Metanol  Etanol Esquema de montagem: Fig. E.2.2 – Etapas para a observação de cor. Procedimento experimental:  Colocar 0,5g de ácido bórico no cadinho de porcelana A.  Colocar 0,5g de ácido bórico no cadinho de porcelana B.  Adicionar 5mL de metanol ao cadinho de porcelana A.  Adicionar 5mL de etanol ao cadinho de porcelana B.  Agitar o conteúdo de cada um dos cadinhos, de modo a dissolver o ácido bórico.  Acender fósforos e colocar um fósforo no interior de cada um dos cadinhos, de modo a observar a coloração da chama em cada um dos cadinhos (a chama do cadinho que contém o metanol é verde na fase final da combustão e a chama do cadinho que contém o etanol é amarela). Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 36
  38. 38. Química Espectacular 2009 SECÇÃO F – Cores Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 37
  39. 39. Química Espectacular 2009 F.1 – Mistura de cores Material:  Gobelé  Pipeta conta-gotas Reagentes:  Solução aquosa de azul-de-metileno (1mg/mL)  Solução aquosa de carmim índigo (1mg/mL)  Solução aquosa de vermelho do congo (1mg/mL)  Solução aquosa de fluoresceína (1mg/mL)  Água desionizada Esquema de montagem: Fig. F.1.1 – Composição de cores. Procedimento experimental:  Colocar água desionizada num gobelé.  Adicionar gota a gota as seguintes soluções de corantes ao gobelé contendo água desionizada: solução aquosa de fluoresceína, solução aquosa de vermelho do congo, solução aquosa de azul-de- metileno e solução aquosa de carmim índigo.  Observar o que acontece.  Fotografar e seleccionar as melhores fotografias. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 38
  40. 40. Química Espectacular 2009 F.2 – Dança subaquática Material:  Gobelé  Pipeta conta-gotas Reagentes:  Solução aquosa de azul-de-metileno (1mg/mL)  Água desionizada Esquema de montagem: Fig. F.2.1 – Azul-de-metileno em água. Procedimento experimental:  Colocar água desionizada num gobelé.  Adicionar uma pequena quantidade da solução aquosa de azul-de-metileno, com o auxílio de uma pipeta de uma única vez.  Observar o que acontece.  Fotografar e seleccionar as melhores fotografias. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 39
  41. 41. Química Espectacular 2009 F.3 – Nevoeiro azul Material:  Gobelé  Pipeta conta-gotas Reagentes:  Solução aquosa de sulfato de cobre 0,1mol/dm 3  Amoníaco concentrado a 25% Esquema de montagem: Fig. F.3.1 – Solução de cobre(II) (aq) após a adição de quantidades variáveis de solução aquosa de amoníaco. Procedimento experimental:  Colocar num gobelé uma solução aquosa de sulfato de cobre 0,1mol/dm 3.  Adicionar algumas gotas de amoníaco concentrado a 25%.  Observar a formação de nuvens.  Fotografar e seleccionar as melhores fotografias. Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 40
  42. 42. Química Espectacular 2009 Visita a Serralves Procurar demonstrações de Química Espectacular no contexto artístico. Blogue O blogue do projecto já está criado. Os participantes podem incluir textos, fotografias, desenhos, vídeos, apresentações e outros documentos. Endereço do blogue http://quimicaespectacular.blogspot.com/ Bibliografia  Roesky, Herbert W.; Spectacular Chemical Experiments; Wiley-VCH; Weinheim; 2007.  Rocha, Sónia J.; Combustíveis Fósseis no ensino da Química; Tese de Mestrado em Química para o Ensino; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2007.  Rocha, Sónia J., Esteves da Silva, J. C. G.; Vidro, Novos Materiais e Plásticos; Manual da componente prática dos cursos de formação de professores; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2006.  Rocha, Sónia J., Esteves da Silva, J. C. G.; Ambiente: Combustíveis e Energia; Manual da componente prática dos cursos de formação de professores; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2005.  Rocha, Sónia J., Esteves da Silva, J. C. G.; Metais e Ligas Metálicas; Manual da componente prática dos cursos de formação de professores; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2005.  Rocha, Sónia J., Esteves da Silva, J. C. G.; Qualidade da água; Manual da componente prática dos cursos de formação de professores; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2008.  Rocha, Sónia J., Esteves da Silva, J. C. G.; Gestão Sustentável dos Recursos; Manual da componente prática dos cursos de formação de professores; Faculdade de Ciências da Universidade do Porto; 2009.  Simões, Teresa S. e outras; Técnicas Laboratoriais de Química – bloco I; Porto Editora; Porto, 2002.  Pombeiro, Armando J. L.; Técnicas e Operações Unitárias em Química Laboratorial; 3ª edição; Fundação Calouste Gulbenkian; Lisboa; 1998.  Morrison, R; Boyd, R.; Química Orgânica; 13ª edição; Fundação Calouste Gulbenkian; Lisboa; 1996.  Andrade, Cristina T.; Coutinho, Fernanda M. B.; Dias, Marcos L.; Lucas, Elizabete F.; Oliveira, Clara M. F.; Tabak, David; Dicionário de Polímeros; Editora Interciência; Rio de Janeiro; 2001.  Davim, J. P.; Tecnologias dos materiais plásticos; Universidade Aberta; Lisboa; 1998.  http://www.ipef.br/publicacoes/docflorestais/df17.pdf (24/06/2009)  http://www.infopedia.pt/$alginato (26-06-2009) Departamento de Química da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto 41

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