Universidade Federal do Pará

Instituto de Tecnologia

Faculdade de Engenharia Elétrica

Carlos Eduardo Moreira Rodrigues

Orlando Júnior Nascimento Ferreira

Valdely Lopes de Melo Júnior

Zaire de Assis Ferreira Souza

Propriedades físicas

Belém

2011

Carlos Eduardo Moreira Rodrigues

Orlando Júnior Nascimento Ferreira

Valdely Lopes de Melo Júnior

Zaire de Assis Ferreira Souza

Propriedades físicas

Relatório para obtenção de nota referente à disciplina de Química Experimental I no Centro de Ciências Exatas e Naturais no Departamento de Química da Universidade Federal do Pará.Profª. Drª Elizabeth M. S. Rodrigues

Belém

2011

RESUMO

Este relatório aborda alguns dos principais tópicos referentes às

propriedades físicas dos materiais, destacando algumas das propriedades

intensivas e extensivas da matéria como densidade, pontos de fusão e

ebulição, bem como suas implicações na determinação da substância.

Palavras-chave: Fenômenos físicos. Propriedades da matéria.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 04

2. OBJETIVO GERAL 07

2.1. Objetivos específicos 07

3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 08

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 11

5. CONCLUSÃO 16

6. REFERÊNCIAS 17

4

1 INTRODUÇÃO

Toda espécie de matéria, independente da fase de agregação em que se

encontra, apresenta uma série de propriedades ou características que, em

conjunto, permitem diferenciá-la e identificá-la das demais (FONSECA, 2003).

Propriedades físicas são certos valores obtidos experimentalmente

mediante o comportamento de materiais específicos quando submetidos a

determinadas condições de temperatura e pressão, como os pontos de fusão e

de ebulição, a densidade e a solubilidade. As propriedades físicas da matéria

dividem-se em duas categorias as intensivas e as extensivas.

Uma propriedade intensiva independe da amostra e a extensiva é uma

propriedade que depende da massa (“extensão”) da amostra. Tanto a massa

como o volume são duas grandezas extensivas. Isto significa que seu valor

depende do tamanho do corpo. Por exemplo, um litro de água irá ter a massa e

o volume bem menores que toda a água de uma piscina olímpica. Contudo, a

razão entre estas duas propriedades extensivas, massa e volume, resulta em

uma propriedade intensiva, ou seja, que independe do tamanho da amostra.

Considerando o mesmo exemplo da água, tanto um pequeno copo de água

como uma piscina cheia, nas mesmas condições de temperatura, terão

densidades equivalentes.

A massa é uma propriedade fundamental e intrínseca de qualquer

amostra de matéria. Ela é uma medida direta de quanta matéria há na amostra.

O volume de uma amostra de matéria é o seu tamanho ou extensão

tridimensional, isto é o volume de uma amostra de matéria nada mais é do que

quanto de espaço que ela ocupa. A determinação do volume de uma amostra

de matéria nem sempre é simples. Se a amostra for sólida e possuir uma

geometria bem definida, basta conhecer os parâmetros necessários para o

cálculo do volume. Como o volume de uma amostra varia com a temperatura, a

maioria das medidas volumétricas é feita à temperatura ambiente; assim, a

maioria dos equipamentos volumétricos é calibrada para a temperatura de

20°C. Portanto, sempre que se utiliza um equipamento volumétrico deve-se

observar o valor da temperatura de calibração, que vem escrito no

equipamento. Isto é necessário, pois, se a temperatura ambiente for diferente

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da temperatura na qual o equipamento foi calibrado, haverá um erro adicional

no volume medido.

As propriedades independem da quantidade de matéria e sim da

natureza da substância. Essas propriedades físicas são propriedades

características de uma substância sendo úteis para a determinação da pureza

de uma substância, como por exemplo, o ponto de ebulição, na ebulição uma

substância pura mantém constante sua temperatura durante a mudança de

fase, mas numa mistura esta temperatura varia.

Algumas dessas propriedades estão listadas a seguir:

A densidade é umas das propriedades que caracterizam uma

substância, onde é uma característica própria de cada material, por isso é

classificada como sendo uma propriedade específica. A densidade é a razão

da massa pelo volume de um corpo. Trata-se de uma propriedade física

intensiva que permite a identificação de uma substância ou material.

Densidade =

massavolume

(1)

m = massa da substância em gramas

v = volume da substância em cm³ ou mL

d = densidade em g/cm³ ou g/mL

A densidade de um material no estado sólido é diferente da densidade

do mesmo material nos estados líquido ou gasoso. Ou seja, para a medição da

densidade de um objeto qualquer precisamos saber a sua massa e volume, em

uma determinada temperatura. Os sólidos contém consistência muito alta na

qual vai resultar uma grande quantidade de massa num volume pequeno, pois

suas moléculas se encontram muito unidas umas as outras. E se as

densidades forem diferentes com o mesmo nível de água a maior densidade

desloca no menor volume, pois tem mais massa em um volume pequeno. A

densidade dos líquidos pode ser medida, diretamente, através de densímetros,

como os existentes em postos de gasolina ou pela medida da massa de líquido

ocupando um volume conhecido (picnômetro).

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Ponto de fusão: é a temperatura na qual uma substância sólida, em

condições de equilíbrio, passa para o estado líquido. No caso de uma

“substância pura” o intervalo de temperatura do momento inicial da fusão

(aparência de uma fase líquida) a sua completa fusão não deve exceder 0,5ºC.

Substâncias contendo impurezas, não possuem um ponto de fusão definido;

elas possuem um intervalo com vários graus de temperatura.

Ponto de ebulição: é a temperatura na qual a pressão de vapor de um

líquido torna-se igual à pressão atmosférica (isto é, 760 mm Hg).

7

2 OBJETIVO GERAL

Analisar as propriedades físicas da matéria discutindo a importância da sua descrição, analisando também os procedimentos utilizados para a observação de dessas propriedades.

2.1 Objetivos específicos

Determinar a densidade de um sólido usando os materiais do laboratório.

Determinar o ponto de fusão de uma substância utilizando um capilar e um tubo de Thiéle, identificando-o utilizando a tabela do ponto de ebulição de substâncias puras.

Analisar a tabela de propriedades físicas verificando a partir da propriedade qual o composto de determinado experimento.

Observar o ponto de ebulição de um líquido utilizando o processo de destilação simples e analisando se o composto é puro ou uma mistura.

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3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.1 Experimento 1

3.1.1 Pesou-se um picnômetro limpo e seco, obtendo a marca de 10, 62

g. Em seguida, o mesmo recipiente foi preenchido com água destilada até o

ponto de aferição e efetuou-se a pesagem do picnômetro cheio. Os dados

obtidos foram usados para o cálculo da densidade da água destilada.

3.1.2 Colocou-se cerca de 370 mL de álcool etílico (C2H6) em uma

proveta de 500 mL. O densímetro foi então introduzido no recipiente, sendo

possível o cálculo da densidade do líquido.

3.1.3 Inicialmente uma proveta de 500 mL foi preenchida com 250 mL de

água destilada. Um sólido de massa igual a 75.89 g foi mergulhado no

recipiente, aumentando o volume para 275,5 mL. Em seguida foram efetuados

os cálculos da densidade do sólido.

Fotografia 1 : Sólido inserido na proveta para descobrir seu volume¹

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3.2 Experimento 2

Para esta experiência foi utilizado os seguintes materiais: bico de Bunsen, capilar, tubo de Thiéle, papel laminado, anel de borracha, suporte universal, uma rolha com um furo central, e um termômetro.

Primeiramente para este procedimento deve-se vedar uma das seções transversais do capilar para isso leva-se o capilar ao bico de Bunsen. Ao mesmo tempo usa-se um almofariz e um pistilo para triturar um composto sólido que será colocado no capilar. Usando um anel de borracha amarra-se o capilar ao termômetro, logo depois foi introduzida glicerina ao tubo de Thiéle que foi escolhida por ser um líquido que apresenta ponto de ebulição elevado e por apresentar uma elevada constante de condutibilidade, com a rolha prende-se o termômetro com o capilar ao tubo, acoplam-se os aparelhos ao bico de Bunsen e a Mufa. Devendo-se verificar que a rolha não deve vedar completamente para evitar o aumento de pressão e consequentemente uma explosão.

3.3 Experimento 3

A determinação do ponto de ebulição de um líquido puro pode ser

determinada através da destilação simples de um composto, no qual a

substância mais volátil sofre a ebulição.

Os materiais utilizados para o processo de destilação simples

foram o balão de destilação com fundo redondo com saída lateral,

condensador de Liebig, pérolas de vidro, conexões, mangueiras de

borracha, garra metálica e suporte universal, manta aquecedora e

uma determinada solução aquosa. A montagem se deu de forma

semelhante à figura:

Figura 1: Aparelho de destilação simples²

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Um termômetro é usado para aferir a temperatura do material que foi destilado. O condensador consiste de um tubo, envolvido por uma capa de vidro oca contendo água fria. Para se evitar o aquecimento da água que envolve o tubo, esta é trocada continuamente, através de uma abertura ligada à torneira e outra ligada a pia. É importante lembrar que toda a aparelhagem para a destilação deve estar aberta para a atmosfera, a fim de evitar aumento da pressão do sistema com o aquecimento.

Quando houver necessidade de proteger o sistema da umidade

do ar, é aconselhável adaptar à saída lateral, um tubo de secagem.

Um detalhe a ser observado na condução do processo é a adequação

da aparelhagem à quantidade de material a ser destilado. Um balão

muito cheio pode resultar em arraste mecânico do líquido a destilar e

um balão excessivamente grande causa das perdas decorrentes do

grande volume vapor necessárias para enchê-lo.

Depois da montagem da aparelhagem, onde já fora colocada a solução

a ser destilada junto com as pérolas de cerâmicas (que evitam um aquecimento

turbulento da solução homogeneizando a temperatura), a conexão de água do

condensador foram acionados e posteriormente a manta aquecedora foi ligada

iniciando após alguns instantes a destilação. Após o inicio da destilação a

temperatura foi monitorada.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Experimento 1

4.1.1 Nesse primeiro experimento, objetivou-se a verificação da densidade de

um liquido, para tanto foi efetuada a sua pesagem com o intuito de usar a

proporção massa-volume.

Em um picnômetro de 5 mL e massa igual a 10,61 g, após o acréscimo

de água destilada do mesmo volume do recipiente, efetuou-se uma nova

pesagem, encontrando um novo valor de massa igual a 16,22 g, portanto a

densidade de agua destilada à pressão e temperatura ambiente, é igual a

razão entre a massa de água e o volume do líquido.

d=m (g )V (mL )

d=16,22−10,615

d=1,122g/mL

Fotografia 2: Pesagem do picnômetro

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Fotografia 3: Pesagem do picnômetro com água destilada

O mesmo experimento foi repetido três vezes, e a media dos resultados,

se manteve constante, portanto a densidade da água destilada, em condições

fora das normais é d=1,122 g/mL.

4.1.2 Para obter a densidade do álcool etílico (C2H6O), inseriu-se 370 mL do

mesmo em uma proveta de 500 mL, em seguida submergiu-se o decímetro na

proveta, o volume deslocado foi de 40 mL, no centro da proveta, o decímetro

foi observado ate parar de mover-se, ocorreu na marcação 26, como a escala

do decímetro vai de 0,800 a 0,850, sua variação total é 0,05, dividida em 10

partes iguais, cada intervalo medindo 0,005.

7,41

= x0.005

x=7,4∗0,005 (2)

x=0,037

x=0,837 g /mL

Contudo, a densidade do álcool etílico é d=0,837 g/mL.

4.1.3 Para determinar a densidade de um sólido, pesou-se com o auxilio de

uma balança, uma quantidade de 75,890 g de um sólido, em seguida, em uma

proveta de 500mL, colocou-se 250mL de agua destilada.

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Com a proveta inclinada o sólido foi inserido pausadamente, no mesmo

momento o volume da proveta deslocou para 275,5 mL, dessa forma foi

possível obter o seguinte valor numérico para a densidade:

d=m (g )v (mL )

d=75,890

275,5−250 (3)

d=2,97 g /mL

Esse resultado se mostra coerente, uma vez que o sólido afundou por

apresentar uma densidade maior que a da água.

4.2 Experimento 2:

Após a montagem dos equipamentos como está representado na figura abaixo, o tubo de Thiéle foi levado ao fogo, com o objetivo de verificar o ponto de ebulição da substância e consequentemente determinar a substância utilizada.

Figura 2: Aparelhagem pronta para uso

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Conforme a glicerina foi aumentando sua temperatura e transferindo calor, através de correntes de convecção, para o material do capilar, foi observado que o material começou a formar um líquido no interior do mesmo na faixa de temperatura de 114 a 118 °C, quando se observou a formação de um líquido o bico de Bunsen foi afastado para que pudesse ser melhor analisado a faixa em que houve a ebulição, então se concluiu que o composto era o acetanilina, pois sua temperatura de ebulição é de 114°C. Porém houve algumas falhas durante o processo, pois os capilares utilizados não foram perfeitamente vedados e consequentemente parte da glicerina vazou para o interior do mesmo. Apesar disso, ainda foi possível observar a formação do composto no estado líquido e descobrir qual era o composto analisado.

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5 CONCLUSÃO

Após a realização dos experimentos no laboratório foi possível visualizar

que o contexto teórico se aplicou a todas as experiências, sendo observado

com clareza alguns dos fenômenos relacionados às propriedades físicas dos

compostos, como a densidade, ponto de fusão e ebulição. Portanto, todos os

objetivos foram realizados com êxito, (exceto o ultimo experimento que não

pode ser observado) a prática no laboratório também tornou possível uma

visão mais ampla dos conceitos teóricos assimilados em sala de aula.

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6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FONSECA, Martha Reis da, Interatividade Química: Cidadania, participação e

transformação, volume único. São Paulo: FTD, 2003. (Coleção Delta).

DESTILAÇÃO simples. Disponível em:

<http://www.qmc.ufsc.br/qmc5230/aula02/destsimples.html>. Acesso em 12 nov. 2011.

TUBO de Thiéle. Disponível em:

<http://www.ff.ul.pt/paginas/constant/tl/tecnicas/pfusao.html>. Acesso em 12 nov.

2011.

1Todas as fotografias utilizadas neste relatório pertencem aos próprios autores.

²As figuras foram extraídas da internet.