Apostila Fundamentos de quimica geral

Apostila Fundamentos de quimica geral

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Fundamentos de Química Experimental

Mauricio Gomes Constantino

Gil Valdo José da Silva Paulo Marcos Donate

Autores:

Mauricio Gomes Constantino

Professor Associado do Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo

Gil Valdo José da Silva

Professor Associado do Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo

Paulo Marcos Donate

Professor Associado do Departamento de Química da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo

Agradecimentos

Os autores agradecem a todos os colegas, professores do Departamento e ex-docentes do curso, que prestaram inestimável colaboração para elaborar e garantir a qualidade do texto.

Prefácio

Este texto é o conteúdo de um curso com o mesmo título, ministrado a estudantes do primeiro ano do curso de Química em nosso Departamento. Trata-se de um curso teórico e prático de Química Experimental, onde o objetivo principal é ensinar ao estudante os princípios e técnicas do trabalho experimental em Química, com ênfase nos aspectos científicos mas sem perder de vista a objetividade e eficiência das técnicas.

O texto é dividido em 16 “Experimentos” e organizado de forma a produzir uma seqüência apropriada para o aprendizado dos métodos experimentais; esta seqüência difere muito das seqüências geralmente preferidas pelos professores para ensinar os aspectos teóricos da Química. Por isso nosso texto traz, antes de cada experimento, uma fundamentação teórica adequada para a boa compreensão do experimento propriamente dito; atinge-se assim uma eficiência muito maior na consecução dos objetivos pretendidos, e o curso fica independente dos cursos teóricos, removendo o caráter meramente ilustrativo associado a muitos cursos experimentais, caráter este que muitas vezes tende a sugerir, na mente do estudante, uma errônea diminuição da importância da experimentação em uma Ciência como a Química. Textos de Química Experimental são, comumente, coleções de grande número de experimentos, em grande variedade, presumivelmente para oferecer ao professor uma ampla possibilidade de escolha de experimentos que sejam adequados a seus objetivos específicos. Este não é, e nem poderia ser, o caso aqui. A fundamentação teórica que acompanha os experimentos associa-os uns aos outros para ajudar tanto na fixação do conhecimento adquirido quanto na compreensão do conjunto dos fenômenos e técnicas. Não é possível, num texto com essa natureza, oferecer alternativas sem causar grande confusão. Um professor que queira utilizar parte do texto e substituir outra parte para atender a seus objetivos específicos deverá elaborar, para maior eficiência, textos apropriados para as substituições.

Em suma, este texto oferece um conjunto completo e relativamente fechado de experimentos, destinados a dar ao estudante um conhecimento básico sobre os métodos experimentais praticados nas várias áreas da Química. Tendo aprendido este conteúdo, o estudante estará preparado para aproveitar muito melhor seus futuros cursos das áreas clássicas da Química, e para desfazer em sua mente as fronteiras tão artificiais que existem entre essas áreas e que tanto prejudicam a verdadeira compreensão da Química.

Os autores

Fundamentos de Química Experimental Índice Geral

Índice Geral

Página

Experimento 1: Introdução ao Laboratório Químico 1. Introdução 2. O método científico em ciências experimentais

Experimento (a): as “caixas pretas” 3. Erros de medida – algarismos significativos

Algarismos significativos Operações aritméticas com resultados experimentais Instrumentos de medida Experimento (b): medidas experimentais 4. Segurança no laboratório

Regras para trabalhar em laboratório Observações Gerais 5. Caderno de anotações e relatórios

Relatórios 6. Leitura Complementar: precisão, exatidão e erro sistemático

Experimento 2: Densidade de Líquidos 1. Densidade 2. Limpeza de material volumétrico 3. Secagem do material volumétrico (após lavar)

Como secar 4. Medidas de volumes 5. Medidas de massa 6. Medidas de temperatura 7. Gráficos

Como traçar bons gráficos Inclinação de retas em gráficos de dados experimentais 8. Parte experimental 9. Adendo

Experimento 3: Dissociação Eletrolítica 1. Introdução 2. O experimento 3. Crioscopia 4. As técnicas experimentais

Pipetas Escoamento e retenção Bureta Bico de Bunsen 5. Parte Experimental 6. Elaboração dos resultados 7. Apêndice

Fundamentos de Química Experimental Índice Geral

Experimento 4: Técnicas de Volumetria 1. Soluções – concentração

Conversão de unidades Unidades de concentração menos comuns 2. Equivalente grama 3. Análise volumétrica - titulação

Exemplo 1 – Ácido forte com base forte Exemplo 2 – Ácido forte com base fraca Padrões primários Como varia o pH durante a titulação 4. Operação de equipamento volumétrico 5. Parte experimental

Experimento 5: pH - Indicadores e Tampões 1. Determinação de pH pHmetro Cuidados com o manejo do pHmetro Indicadores 2. Solução tampão

Ácido fraco + sal do ácido Base fraca + sal da base Como calcular o pH da solução tampão 3. Parte experimental

A. Soluções de pH conhecido e indicadores B. Solução tampão C. Determinação do pK de amostra desconhecida

Experimento 6: Cristalização e Recristalização 1. Introdução

Solubilidade Equilíbrio dinâmico Curvas de solubilidade Cristalização Separação de misturas e purificação 2. A teoria da cristalização seletiva

1. Curvas que não se cruzam
2. Curvas que se cruzam
Lavar o sólido
Desligar o sistema de vácuo
Transferência eficiente do sólido
Secagem do sólido

Temperatura Quantidade de solvente É possível separar ambos os sólidos em estado puro? 3. A teoria da recristalização 4. As técnicas experimentais 4.1. Filtração 4.2. Recristalização 5. Parte experimental 5.1. Cristalização seletiva 5.2. Recristalização do ácido benzóico 5.3. Solubilidade de amostra desconhecida

Fundamentos de Química Experimental Índice Geral

Experimento 7: Síntese de Aspirina 1. Introdução 2. Preparações ou sínteses a) Solvente b) Catalisador c) Velocidade das reações d) Reações secundárias e) Excesso de um reagente f) Rendimento 3. Ponto de fusão 4. Solubilidade 5. Técnicas experimentais

Capilares O aparelho 6. Parte experimental 6.1. Preparação da aspirina 6.2. Teste de solubilidade 6.3. Determinação do ponto de fusão 6.4. Amostra desconhecida

Experimento 8: Ponto de Ebulição - Destilação 1. Introdução 2. A teoria da destilação

Pressão de vapor Ponto de ebulição Superaquecimento – ebulição tumultuosa Destilação fracionada Misturas azeotrópicas 3. Técnicas experimentais

Destilação simples Destilação fracionada 4. Parte experimental

Experimento 9: Destilação a Vapor 1. Introdução 2. Teoria da destilação a vapor

Exemplo 1 Aspectos práticos da destilação a vapor Exemplo 2 Simplificação dos cálculos Exemplo 3 3. Técnicas experimentais

Método indireto Método direto Uso de separadores Extração Escolha do material a ser destilado 4. Parte experimental

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