Química Experimetal 1

Química Experimetal 1

(Parte 3 de 14)

Todas as medidas de uma propriedade físico-química estão afetadas por uma incerteza, chamada em geral erro, desvio ou imprecisão da medida. Por isso, os resultados das medidas devem ser expressos de modo tal que se possa avaliar a precisão com que elas foram feitas (ou calculadas). Portanto, o número que representa a medida de uma propriedade não pode ter uma quantidade qualquer de algarismos, ele deve conter apenas algarismos que representem realmente a precisão com que a medida foi feita, ou seja, todos os

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Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Química algarismos devem ter um significado. Introduzimos assim o conceito de algarismos significativos, procurando indicar que nem todos os algarismos que aparecem na representação de uma medida ou no resultado de uma operação matemática tem significado científico.

Quando se escreve, 6,41mL, quer-se dizer que a imprecisão (a dúvida da medida de volume) está no último algarismo "1". É errado escrever que 6,41mL= 6,410 mL, pois neste último caso a dúvida está no milésimo de centímetro e não em centésimo como no primeiro caso. A situação se complica um pouco se aparecem zeros no início ou no fim do número. Os zeros que aparecem no início não são significativos pois indicam simplesmente a posição da vírgula. Assim, 0,003702 e 0,3702 têm o mesmo número de algarismos significativos (4): 3, 7, 0 e 2. Às vezes (não é sempre), os zeros que aparecem como últimas cifras indicam apenas a ordem de grandeza. Por exemplo, 74000 poderia ter apenas dois algarismos significativos (7 e 4) e os três zeros indicam o milhar. Ou então, temos de fato cinco algarismos significativos: 7, 4, 0, 0 e 0. Para evitar confusões, costumase escrever o número em potências de 10: 74x103 significa que temos dois algarismos significativos. Se os algarismos significativos fossem cinco, deverse-ia escrever: 74000. O uso de potência de 10 é indispensável quando tratamos com grandezas muito pequenas ou muito grandes: 6,022x1023, 6,63x10-34 j.s. etc. Portanto, quando se escreve um número em potência de 10, o primeiro fator deve indicar os algarismos significativos e o segundo nos diz de quantos zeros se deve deslocar a vírgula.

Para se saber quantos algarismos significativos existem em um número que expressa a medida de uma propriedade, deve-se proceder assim:

i. O algarismo que fica mais à esquerda, diferente de zero, é o mais significativo, i. Se não há vírgula, o algarismo que fica mais à direita, diferente de zero, é o algarismo menos significativo, i. Se há vírgula, o último algarismo da direita é o menos significativo, mesmo que ele seja zero, iv. Todos os algarismos entre o mais e o menos significativo são significativos.

Durante os cálculos, pode-se trabalhar com um algarismo a mais, mas ao se apresentar o resultado final, deve-se usar o número correto de algarismos significativos, obedecendo às seguintes regras:

- se o algarismo a ser cortado for maior que 5, soma-se 1 ao algarismo anterior; - se o algarismo a ser cortado for menor que 5, o algarismo anterior mantém-se inalterado; - se o algarismo a ser cortado for igual a 5, soma-se 1 ao anterior se ele for ímpar, mantendo-o inalterado se for par.

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1.2.1. Algarismos significativos em cálculo numérico

Determinar o número de algarismos significativos apropriados em um resultado de uma combinação aritmética de dois ou mais números requer cuidado. Desta forma, deve-se fazer as contas com todos os algarismos e no final eliminar os não significativos, conforme as regras abaixo:

Tabela 1.1. Exemplos da determinação dos algarismos significativos.

Seguem algumas dicas:

- Expresse os dados em notação científica para evitar confusão quanto aos zeros terminais serem ou não significativos. - Para expressar a regra prática ou empírica, para adição e subtração, o resultado deve conter o mesmo o mesmo número de casas decimais do número com menor número de casas decimais. - Para somar e subtrair números descritos em notação científica expresse os números na mesma potência de 10.

As experiências de laboratório em química, assim como em outras ciências quantitativas, envolvem muito freqüentemente medidas de massa e volume, que são posteriormente utilizadas em cálculos.

Sempre que uma medida é efetuada, deve-se levar em consideração uma incerteza a ela inerente. A incerteza de uma medida é muitas vezes limitada pelo equipamento que é utilizado na sua obtenção. Por exemplo: a massa de um objeto medida em uma balança auxiliar é 2,31 g (a incerteza encontra-se na segunda casa decimal) e a massa deste objeto medida em uma balança analítica é 2,3145 g (a incerteza encontra-se na quarta casa decimal).

A exatidão de uma medida descreve a proximidade de um valor medido experimentalmente (xi) com do valor verdadeiro ou aceito como verdadeiro (xv) e é dada pelo erro absoluto (E): E = xi – xv

A precisão de uma medida se refere à concordância entre várias medidas de uma mesma grandeza. A precisão pode ser estimada pelo desvio padrão (s), calculado como indicado:

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Onde é o número de medidas feitas, é o valor de cada medida, é o valor médio das medidas dado:

As medidas podem ser exatas e precisas (ideal), podem ser exatas sem serem precisas, podem ser precisas sem serem exatas e podem nem ser exatas e nem precisas. Nos três últimos casos, isto ocorre devido a erros experimentais.

A precisão de uma medida pode ser melhorada aumentando-se o número de determinações de uma medida.

Figura 1.1. Ilustração da exatidão e precisão utilizando a distribuição de dardos como modelo.

Os cientistas de todos os campos de conhecimento, adotam um sistema padronizado de medidas, conhecido como Sistema Internacional de Unidades (SI). Esse sistema está baseado nas sete unidades fundamentais apresentadas na Tabela 1.2.

Para expressar quantidades pequenas e grandes, em termos de poucos dígitos, são utilizados prefixos juntamente com as unidades básicas (Tabela 1.3).

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Tabela 1.2. Unidades básicas do sistema internacional.

Quantidade física Nome da unidade Abreviação

Massa Quilograma kg Comprimento Metro m Tempo Segundo s Temperatura kelvin K Quantidade de substância Mol mol Corrente elétrica Ampère A Intensidade luminosa candela cd

Tabela 1.3. Principais prefixos utilizados nas unidades quantitativas de análise.

Prefixo Fator Decimal equivalente Abreviação

1.2.4. Medidas de Volume – Vidraria Volumétrica

A unidade do volume é o litro (L), definido como decímetro cúbico (dm3).

Para se efetuar medidas de volume, faz-se necessário a utilização de pipetas, provetas e buretas. As medidas de volume com esses instrumentos são feitas comparando-se o nível do líquido com os traços marcados na parede do recipiente. Nestes instrumentos ocorre uma concavidade com o líquido, que recebe a denominação de menisco. Para medidas pouco precisas usa-se a proveta, enquanto, para medidas precisas, devemos usar buretas, pipetas e balões volumétricos. As vidrarias precisas são calibradas pelo fabricante a uma temperatura padrão de 20° C, devendo-se, portanto, trabalhar, de preferência nesta temperatura para evitar desvios em virtude de dilatação do material que compõe a vidraria. Os vários tipos de aparelhos podem ser classificados em duas categorias: a) Aparelhos calibrados para dar escoamento a determinados volumes, indicado pelo fabricante como TD (to deliver): pipetas e buretas. b) Aparelhos calibrados para conter um volume líquido, indicado pelo fabricante como TC (to contain): balões volumétricos.

As medidas de volumes líquidos com qualquer dos referidos aparelhos estão sujeitas a uma série de erros devido às seguintes causas:

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Centro de Ciências Exatas e Tecnologia Departamento de Química a) Ação da tensão superficial. b) Dilatações e contrações provocadas pelas variações de temperatura. c) Imperfeita calibração dos aparelhos volumétricos. d) Erros de paralaxe.

A leitura de volume de líquidos claros deve ser feita pela parte inferior do menisco e a de líquidos escuros pela parte superior, como mostra a Figura 3.2, para que sejam evitados os erros de paralaxe. A leitura do nível de líquidos claros deve ser feita na parede inferior do menisco, estando a linha de visão V do operador perpendicular a escala graduada do equipamento. Já a leitura de líquidos escuros deve ser feita pela parte superior para que sejam evitados erros de paralaxe.

Figura 1.2. método apropriado para ler um menisco em instrumento graduado.

1.2.5. Medidas de Massa - Balanças

As balanças são instrumentos adequados para medir massas. As balanças de laboratório mais utilizadas são as balanças analíticas: (i) as macrobalanças tem capacidade máxima que varia entre 160 a 200 g e precisão de 0,1 mg, (i) as semimicroanalíticas tem capacidade máxima que varia entre 10 a 30 g e precisão de 0,01 mg, e as (i) as microanalíticas tem capacidade máxima que varia entre 1 a 3 g e precisão de 0,001 mg. Existem ainda balanças com menor precisão que as analíticas, são as balanças auxiliares (precisão de cerca de 1 mg). Estas balanças auxiliares devem ser usadas sempre que não for necessária uma elevada sensibilidade.

O manuseio de uma balança requer muito cuidado, pois são instrumentos delicados e caros. Quando de sua utilização, devem ser observados os seguintes cuidados gerais: * não colocar os reagentes diretamente sobre o prato da balança;

* os objetos a serem pesados devem estar limpos, secos e à temperatura ambiente;

* a balança deve ser mantida travada caso não estiver sendo utilizada;

* nas balanças analíticas, os objetos devem ser colocados e retirados com a pinça e não com as mãos;

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