Módulo 4 — Fenômenos físicos e químicos

Módulo 4 — Fenômenos físicos e químicos (I e II)

Características do bico de Bunsen

Características:

• Com ar fechado (pouca entrada de ar): chama amarela, luminosa, menos calorífica (≈ 700 °C), tende a produzir fuligem.
• Com ar aberto (muita entrada de ar): chama azul, não luminosa, mais calorífica (≈ 1 200 °C), transmite mais calor e é estável.

O sal e areia

1 - Lista de utensílios necessários

• Colher / espátula
• Almofariz
• Sonda
• Vaso de 250 mL
• Vareta de vidro
• Funil comum
• Erlenmeyer
• Cápsula de porcelana
• Suporte com base, porca e barra
• Lavador / material para lavagem
• Tela de amianto metálica
• Isqueiro

2 - Descrição da prática de separação (sal e areia)

1. Levar duas colheres de sopa de sal e duas de areia.
2. Colocar a mistura no almofariz e triturar até obter partículas finas.
3. Tomar um tubo de ensaio ou copo e preenchê-lo com água até 60 mL.
4. Adicionar cerca de 40 mL de água à mistura triturada para dissolver o sal.
5. Agitar para dissolver; deixar decantar se necessário.
6. Montar filtração com funil e papel filtro; iniciar a filtração para separar a areia.
7. Os grãos de areia, tendo diâmetro maior que os poros do papel, permanecerão no filtro; o sal passa com a solução.
8. Obter a solução salina filtrada (filtrado).
9. Deixar a areia retida no filtro secar.
10. Evaporar a água do filtrado: colocar a solução salina na cápsula de porcelana.
11. Colocar a cápsula sobre a tela de amianto e aquecer com o bico de Bunsen.
12. A água evapora e o sal permanece na cápsula de porcelana.

3 - Perdas de sal durante a prática

Durante o aquecimento da solução, pode haver projeção ou respingo de gotas quentes, levando à perda de sal. Enquanto a água ferve vigorosamente, ouve-se um ruído semelhante ao crepitar.

4 - Preparação do papel-filtro para o funil

1. Umedecer levemente o papel-filtro (com gotas de água).
2. Aplicar o papel no funil, pressionando contra as paredes para adquirir a forma cônica e evitar deslocamento.

Cristalização de sulfato de cobre

7 - Fórmula do sulfato de cobre penta

Fórmula: CuSO₄·5H₂O

8 - Forma das faces dos cristais de sulfato de cobre

Os cristais apresentam forma romboédrica (rhomboidal).

9 - Uso importante do CuSO₄

É utilizado para combater fungos (fungicida) em campos e plantações.

11 - Descrição da prática de cristalização

1. Colocar o sulfato de cobre em um almofariz.
2. Triturar o sal de sulfato de cobre até obter fragmentos finos, se possível.
3. Encher um copo de 500 mL com água adequada para a preparação da solução.
4. Aquecê-lo ao calor e adicionar o sulfato de cobre ao líquido.
5. Observar a solução adquirindo cor azul intensa; aquecer até cerca de 75 °C (conforme procedimento do grupo).
6. Filtrar a solução quente para remover impurezas.
7. Deixar a solução repousar; cristalização e formação de cristais ocorre em 2 a 3 semanas.

12 - Diferença visual entre sulfato de cobre hidratado e anidro

O sulfato de cobre anidro é branco (ou cinza-esbranquiçado). Quando cristaliza a partir de solução aquosa, forma-se o sulfato de cobre penta-hidratado, de cor azul intensa: CuSO₄·5H₂O, que incorpora moléculas de água na estrutura cristalina.

13 - O que é um hidrato?

Um hidrato é um composto sólido que incorpora moléculas de água em sua estrutura cristalina.

14 - Exemplos de dois hidratos

• Sulfato de cobre pentahidratado: CuSO₄·5H₂O
• Cloreto férrico hexahidratado: FeCl₃·6H₂O

31 - O que diz a lei de Mitscherlich?

A lei de Mitscherlich refere-se à isomorfia: compostos isomorfos apresentam composição química semelhante e podem cristalizar em formas semelhantes.

32 - O que constitui as isoformas (isomorfos)?

São diferentes compostos químicos, mas de composição e estrutura semelhantes, que podem cristalizar na mesma forma cristalina, com ângulos interfaciais e relações axiais similares.

Fenômenos físicos e químicos (II) — Vidro

1 - Por que não descrever o vidro como sólido cristalino?

Porque o vidro não apresenta um ponto de fusão definido; ao aquecer-se torna-se plástico e comporta-se como um líquido viscoso. Por isso muitas vezes não é classificado como sólido cristalino.

2 - Segredo para bom trabalho com vidro

Trabalhar com o vidro bem aquecido (temperatura adequada) facilita a conformação sem fraturas.

3 - Cuidados ao manusear vidro quente

Não distinguir visualmente vidro frio de vidro quente pode provocar queimaduras; manusear com proteção adequada.

4 - Primeiro passo para cortar um tubo de vidro usando uma lima triangular

Deixar o tubo sobre a mesa; com a mão que o segura (mão esquerda se destro) estabilizar o tubo. Com a outra mão fazer uma ranhura transversal com a lima. A ranhura não deve envolver toda a circunferência do tubo.

5 - Movimento correto da lima ao recortar

Não usar movimento de gangorra (vai e vem). Deve-se limar em um só sentido para evitar fissuras e estilhaçamento.

6 - Como posicionar as mãos para quebrar o tubo após o entalhe

Colocar as mãos nos lados opostos ao entalhe: ambos os polegares de um lado e os demais dedos do outro, aplicando força controlada até romper. (Faça um desenho explicativo conforme solicitado.)

7 - Sentido das forças ao dobrar um tubo

Aplicar força como se fosse dobrar o tubo, mantendo a ranhura no lado convexo. (Faça um desenho explicativo conforme solicitado.)

8 - Se o tubo não se quebra com força moderada

Fazer uma ranhura mais profunda com a lima, sem forçar excessivamente o vidro.

9 - Como cortar um tubo de vidro

Seguir os passos descritos nas perguntas 4 a 8.

10 - O que é o "annealing" (matar estrias)?

Envolve aquecer a extremidade recém-cortada com o bico de Bunsen para arredondar e alisar o acabamento.

11 - Por que aplicar calor com cuidado na extremidade cortada?

Se aquecido de forma inadequada, a extremidade pode fechar-se, alterando o diâmetro do tubo.

12 - Por que efetuar o acabamento (matar estrias)?

• Evitar cortes à pessoa que manipula o vidro (extremidade afiada).
• Quando o tubo for usado com rolhas de borracha, evita que o vidro cause rasgos nas rolhas.

13 - O que fazer com o tubo enquanto se aplicam operações que exigem calor?

Girar o tubo continuamente para aquecimento uniforme.

14 - Como dobrar um tubo de vidro

Aqueça não apenas um ponto, mas uma área de aproximadamente 3 cm. Puxe levemente as extremidades para obter o ângulo desejado.

15 - Indicadores de que o tubo está pronto para dobragem

• A chama tem uma coloração amarelada devido ao vidro aquecido.
• A região aquecida fica maleável (flácida) na área de aquecimento.

16 - Como estirar (alongar) um tubo de vidro

Aqueça uma área de cerca de 3 cm e puxe as extremidades; a seção central ficará cada vez mais estreita e alongada. Formar-se-á uma região estreitada, o chamado "estreitamento" ou "cabelinho".

Determinação do ponto de fusão

17 - O que é uma fórmula química?

É uma maneira de expressar a composição de uma substância, indicando os elementos presentes e suas proporções.

18 - Fórmula condensada do p-diclorobenzeno

Fórmula condensada: C₆H₄Cl₂

19 - Por que o p-diclorobenzeno também é nomeado 1,4-diclorobenzeno?

Porque a fórmula estrutural mostra que os átomos de cloro estão nas posições 1 e 4 do anel benzênico (posição para), daí o nome 1,4-diclorobenzeno.

20 - Propriedades do p-diclorobenzeno

• É um sólido branco.
• Pode ser usado como inseticida (por exemplo, na fabricação de blocos anti-traça).

21 - Por que não importa se o tubo do produto está totalmente submerso na água ao determinar o ponto de fusão do p-diclorobenzeno?

Porque o p-diclorobenzeno não se dissolve na água.

22 - Valor do ponto de fusão obtido pelo grupo

62 °C.

Reação de ácido clorídrico com amônia

23 - Princípio dos vasos comunicantes

No exemplo: no nº 1 apenas água é colocada no recipiente A com a torneira fechada; o B está vazio. No nº 2, abrindo a torneira, a água flui para o recipiente B até que os níveis se igualem — princípio dos vasos comunicantes.

24 - Uso de pipetas na prática

Durante a prática, as pipetas foram identificadas por cor e associadas a cada substância para evitar confusão.

25 - Como recolher amostras sem risco

HCl: utilizar sonda; NH₃: pipetar. Identificar claramente os recipientes/embalagens.

26 - Equação química da reação HCl + NH₃

HCl + NH₃ → NH₄Cl

27 - Peso molecular (massa molar) das substâncias

Pesos atômicos usados: H = 1; Cl = 35,5; N = 14.

• Pm HCl: 1 + 35,5 = 36,5 g·mol⁻¹
• Pm NH₃: 14 + (1 × 3) = 17 g·mol⁻¹
• Pm NH₄Cl: 14 + (1 × 4) + 35,5 = 53,5 g·mol⁻¹

28 - Como calcular o peso molecular

Somando os pesos atômicos dos elementos que constituem a substância.

29 - Quantidade de um mol (g·mol⁻¹)

• HCl: 36,5 g (1 mol)
• NH₃: 17 g (1 mol)
• NH₄Cl: 53,5 g (1 mol)

30 - O que é uma molécula-grama (mol)?

É o número de gramas de uma substância igual à sua massa molar (peso molecular).

32 - Estequiometria da reação HCl + NH₃

Estequiometria: as quantidades de substâncias na reação. Exemplo: 36,5 g de HCl reagem com 17 g de NH₃ para dar 53,5 g de NH₄Cl.

33 - Por que o anel branco se forma próximo ao papel impregnado de amônia?

O anel branco (NH₄Cl) forma-se mais próximo da fonte de amônia porque as moléculas de HCl são mais pesadas e, portanto, movem-se mais lentamente que as moléculas de NH₃; a reação ocorre no ponto de encontro das duas correntes de vapor/gás.

34 - Comparação das velocidades das moléculas (NH₃ vs HCl)

A velocidade média de difusão das moléculas é aproximadamente inversamente proporcional à raiz quadrada da massa molar. Assim:

v_NH3 / v_HCl = √(M_HCl / M_NH3) = √(36,5 / 17) ≈ 1,47.

Portanto, as moléculas de amônia movem-se cerca de 1,47 vezes mais rápido que as de ácido clorídrico nas mesmas condições.

35 - Discussão dos cálculos realizados na prática

Os cálculos referem-se às massas molares, ao conceito de mol e à estequiometria já apresentados nas perguntas anteriores.

Reação de ácido clorídrico com vários metais

36 - Efeito da adição de água aos tubos contendo metais

A adição de água dilui o ácido clorídrico, reduzindo sua concentração; o hidrogênio produzido forma-se em bolhas visíveis durante a reação.

37 - Metais que reagiram na prática

Na prática reagiram: zinco, alumínio e ferro.

38 - Equações químicas das reações observadas

• Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂
• 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂
• Fe + 2 HCl → FeCl₂ + H₂

39 - Metais que não reagiram

• Chumbo (Pb)
• Cobre (Cu)

40 - O que são reações exotérmicas?

Reações exotérmicas são aquelas em que o calor é liberado para o ambiente.

41 - Algumas reações HCl + metal são exotérmicas?

Sim. As reações com alumínio, zinco e ferro observadas na prática liberam calor (são exotérmicas).

O ácido clorídrico

48 - Relação entre ácido clorídrico e cloreto de hidrogênio

O termo "ácido clorídrico" refere-se à solução aquosa do gás cloreto de hidrogênio (HCl(g)). Ou seja, HCl(g) em água forma HCl(aq), chamado de ácido clorídrico.