Apostila do aluno QGE - 1-2020 (1).pdf - Q Universidade de...

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Unformatted text preview: Q Universidade de Brasília Instituto de Química Química Geral Experimental ROTEIRO DE EXPERIMENTOS 1º/ 2020 0 Laboratório de Ensino de Química Geral Código da Disciplina: 114634 Coordenadora: Profa. Dra. Ingrid Távora Weber Revisão para o 1º/2020: Dra. Luciana Diniz Borges Apoio Técnico (Servidores do Laboratório): Química Responsável: Dra. Luciana Diniz Borges Técnicos: Dr. David Mark Mendes Pinho Elton Jhon Almeida de Souza Lilian Lopes de Almeida Sergio Rubens Ribeiro 1 Química Geral Experimental Instituto de Química (UnB) Calendário QGE – 1º/2020 Semana Atividade 09/03/20 – 13/03/20 04/05/20 – 08/05/20 Entrega da Ementa Normas de Segurança e Vidraria Experimento 1: Densidade e Viscosidade Experimento 2: Preparo e Diluição de Soluções Experimento 3: Síntese do Sulfato de Cobre, para as turmas: A,C,D,F,G,I,J,N,P,Q,S,U,W. Experimento 4: Estudo de Detergentes, para as turmas: B,E,H,K,L,M,O,R,T,V. Semana sem Atividades / Reposição* (Feriado 10/04, sexta-feira – Paixão de Cristo) Experimento 3: Síntese do Sulfato de Cobre, para as turmas: B,E,H,K,L,M,O,R,T,V. Experimento 4: Estudo de Detergentes, para as turmas: A,C,D,F,G,I,J,N,P,Q,S,U,W. Semana sem Atividades / Reposição* (Feriado 21/04, terça-feira – Tiradentes) Semana sem Atividades / Reposição* (Feriado 01/05, sexta-feira – Dia do Trabalho) Experimento 5: Estudo de Termoquímica 11/05/20 – 15/05/20 PROVA 1: sobre os cinco primeiros experimentos 18/05/20 – 22/05/20 Experimento 6: Estudo Qualitativo do Equilíbrio Químico 25/05/20 – 29/05/20 01/06/20 – 05/06/20 Experimento 7: Estudo de Ácidos e Bases em Meio Aquoso Experimento 8: Estudo da Velocidade de Reações Químicas 08/06/20 – 12/06/20 Semana sem Atividades / Reposição* (Feriado 11/06, quinta-feira – Corpus Christi) Experimento 9: Reatividade de Metais, para as turmas: A,C,D,F,G,I,J,N,P,Q,S,U,W. 16/03/20 – 20/03/20 23/03/20 – 27/03/20 30/03/20 – 03/04/20 06/04/20 – 10/04/20 13/04/20 – 17/04/20 20/04/20 – 24/04/20 27/04/20 – 01/05/20 15/06/20 – 19/06/20 22/06/20 – 26/06/20 29/06/20 – 03/07/20 06/07/20 – 10/07/20 Experimento 10: Pilhas Eletroquímicas e Processos Eletrolíticos, para as turmas: B,E,H,K,L,M,O,R,T,V. Experimento 9: Reatividade de Metais, para as turmas: B,E,H,K,L,M,O,R,T,V. Experimento 10: Pilhas Eletroquímicas e Processos Eletrolíticos, para as turmas: A,C,D,F,G,I,J,N,P,Q,S,U,W. PROVA 2: sobre os cinco experimentos finais Revisão de Notas e Entrega de Menções * As datas de reposição previstas no calendário são para as TURMAS que perderam a prática por razão justificável, e não para poucos alunos. Caso algum aluno, por motivo justificável, perca uma prática, ele poderá, em casos excepcionais e com a anuência de seu professor, repor o experimento em outra turma ao longo da semana vigente. A reposição poderá será feita em turmas que não comprometam a segurança do laboratório e com a autorização do docente que ministrará a aula do dia em que o aluno puder fazer a reposição. 2 Estratégias utilizadas para o controle organizacional do LEQG: Para que o Laboratório de Química Geral esteja sempre organizado, algumas regras são adotadas, semestralmente, de forma a facilitar o controle e a limpeza de bancadas e vidrarias. Dessa forma, todas as turmas poderão estudar em um ambiente mais limpo e mais seguro: 1- Nas primeiras aulas, serão formados os grupos de alunos, os quais deverão ser FIXOS, isto é, deverão trabalhar juntos ao longo de todo o semestre, salvo em circunstâncias excepcionais. Isso facilitará o controle organizacional do laboratório, que será feito pelo professor e pelo técnico, no caso de haver eventuais problemas, como quebra de vidraria ou existência de materiais sujos e/ou fora das gavetas e armários. Cada professor deverá tomar as providências necessárias, de acordo com seu critério de avaliação, se forem detectadas situações como as supracitadas. Isso evitará que os problemas encontrados se repitam. 2- Cada grupo de alunos terá 2 gavetas e 1 armário com os devidos materiais para trabalhar ao longo do semestre, que deverão estar sempre limpos e organizados. O aluno deverá zelar por seus materiais! 3- O grupo deverá guardar sempre sua vidraria, mesmo molhada, de volta ao local de onde ela foi retirada. Cada gaveta e cada armário possuem etiquetas indicando o local exato desses materiais. 4- Os alunos deverão limpar seus materiais de trabalho ANTES e DEPOIS de realizar o experimento. Não é recomendável confiar na lavagem de outras pessoas. Qualquer contaminação existente poderá comprometer o resultado da prática. 5- Caso sejam encontrados problemas, como falta/quebra de vidraria, falta de reagentes, dúvidas com respeito a algum equipamento, etc., o técnico ou o professor deve ser chamado. 6- Os materiais NUNCA devem ser retirados de outros grupos, mesmo daqueles em que não houver alunos trabalhando, sem consulta prévia ao técnico. Isso evitará que outras turmas encontrem as gavetas desorganizadas. 7- Quando terminar o experimento, antes de ir embora do laboratório, o aluno deverá chamar o técnico para que este verifique se todo o material foi corretamente guardado e limpo em suas devidas gavetas e/ou armário. 3 INSTRUÇÕES DE SEGURANÇA O laboratório é um dos principais locais de trabalho do químico. Existe certo risco associado ao trabalho em laboratórios de química de um modo geral, uma vez que os indivíduos ficam mais frequentemente expostos a situações potencialmente perigosas. Os principais acidentes em laboratórios de química se devem a ferimentos provocados pela quebra de peças de vidro ou por contatos com substâncias cáusticas, incêndios com líquidos inflamáveis. É preciso, então, planejar cuidadosamente o trabalho a ser realizado e proceder adequadamente no laboratório a fim de minimizar riscos. Também, deve-se sempre procurar conhecer as propriedades toxicológicas das substâncias com que se trabalha, em termos agudos e crônicos, e, caso as substâncias sejam desconhecidas, deve-se tomar os cuidados necessários para evitar eventuais intoxicações. Dentro dos limites do bom senso, ao se trabalhar no laboratório, deve-se considerar toda substância como potencialmente perigosa e evitar contatos diretos, seja por inalação, por ingestão ou por contato com a pele. Além da redução dos riscos de acidentes e intoxicação, é necessário ainda estar atento à possibilidade de contaminações por substâncias que possam interferir nos resultados. Uma maneira para reduzir essas contaminações é manter vestuário, bancadas e materiais rigorosamente limpos. Neste contexto, regras elementares de segurança e conduta devem ser observadas no trabalho de laboratório, a fim de reduzir os riscos de acidentes, tais como: • • • • • • Cortes por manejo inadequado de vidraria; Espalhamento de substâncias corrosivas ou cáusticas; Incêndios; Explosões; Inalação de gases ou vapores nocivos; Contato de produtos químicos com a pele ou mucosa. Regras Gerais de Segurança e Conduta no Laboratorio Químico 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Verifique o local e o funcionamento dos dispositivos de segurança no laboratório (extintores de incêndios, chuveiros de emergência, saída de emergência, etc.). Trabalhe com atenção, calma e prudência. Realize somente experimentos autorizados pelo professor responsável. Leia com atenção e previamente os roteiros das experiências a serem realizadas. Vista roupa e calçados adequados e use óculos de segurança. Se tiver cabelos compridos, mantenhaos presos atrás da cabeça. Todas as substâncias, de certo modo, podem ser nocivas ou perigosas e, portanto, devem ser tratadas com cautela e respeito. Evite o contato direto com as substâncias do laboratório. Lave as mãos após o eventual contato com as substâncias e ao sair do laboratório. Não coma, não beba e não fume dentro do laboratório (não fume em lugar nenhum). Utilize somente reagentes disponíveis na sua bancada de trabalho ou aqueles eventualmente fornecidos pelo instrutor. Não utilize reagentes de identidade desconhecida ou duvidosa. Mantenha sua bancada de trabalho organizada e limpa. Não despeje as substâncias indiscriminadamente na pia. Informe-se sobre como proceder a remoção ou o descarte adequado. Não jogue na pia papéis, palitos de fósforo ou outros materiais que possam provocar entupimento. Trabalhos que envolvem a utilização ou formação de gases, vapores ou poeiras nocivas devem ser realizados dentro de uma capela de exaustão. 4 14. Trabalhos que envolvem substâncias inflamáveis (geralmente solventes diversos) exigem cuidados específicos. 15. Tenha cuidado com o manuseio de vidraria. O vidro é frágil e fragmentos de peças quebradas podem causar ferimentos sérios. Tome cuidado ao aquecer material de vidro, pois a aparência deste é a mesma, quente ou frio. 16. Nunca realize reações químicas nem aqueça substâncias em recipientes fechados. 17. Tenha cuidado com a utilização de bicos de gás. Não os deixe acesos desnecessariamente. Perigo de incêndio! Evite o vazamento de gás, fechando a torneira e o registro geral ao final do trabalho. 18. Tenha cuidado com o uso de equipamentos elétricos. Verifique a voltagem antes de conectá-los. Observe os mecanismos de controle, especialmente para elementos de aquecimento (chapas, mantas, banhos, fornos, estufas, etc). 19. Ao aquecer um tubo de ensaio, não volte a extremidade do mesmo para si ou para uma pessoa próxima e nunca olhe diretamente dentro de um tubo de ensaio ou outro recipiente onde esteja ocorrendo uma reação, pois o conteúdo pode espirrar nos seus olhos. 20. Comunique imediatamente ao professor responsável qualquer acidente ocorrido durante a execução dos trabalhos de laboratório. Relação de Substâncias e Materiais Perigosos A relação de substâncias e materiais perigosos, apresentada a seguir, não pretende ser exaustiva, limitando-se apenas à indicação dos produtos mais comumente utilizados em laboratórios de Ensino de Química. • Solventes inflamáveis Muitos solventes usados no laboratório químico, como acetona, benzeno, etanol, éter etílico, éter de petróleo, hexano, metanol, tolueno etc. são inflamáveis. Regras gerais de segurança em trabalhos que envolvem o uso de solventes inflamáveis 1. Não fume no laboratório; 2. Realize a transferência de solventes distante de qualquer chama aberta (bico de Bunsen, etc.). Quando possível, realize essa operação dentro de uma capela; 3. Após retirar a quantidade necessária de solvente, feche bem a garrafa de reserva a guarde-a em lugar adequado; 4. Aquecimento de solventes inflamáveis (em operações de refluxo, destilação, extração, evaporação, etc.) deve ser efetuado com dispositivos adequados tais como banho de água ou banho de óleo; evite uso de chama aberta ou chapa elétrica direta. Em caso de incêndio com solventes, tome as seguintes providências: 1. Afaste-se das imediações do fogo e tente apagá-lo com um extintor adequado (gás carbônico ou pó químico); água não é recomendável para apagar incêndios com solventes; 2. Desligue os dispositivos elétricos através do interruptor geral; 3. Feche a torneira geral de abastecimento de gás; 4. Se a roupa de uma pessoa pegar fogo, deita-a no chão e cubra as chamas mediante um cobertor adequado; 5. Em caso de queimaduras, procure imediatamente atendimento médico (não tente medicar as queimaduras por conta própria). 5 • Gases e vapores nocivos Trabalhos que envolvem a utilização, produção, desprendimento ou emissão de gases, vapores ou poeiras tóxicos ou agressivos devem ser sempre realizados dentro de uma capela de exaustão! A seguinte relação apresenta alguns gases e vapores nocivos: • Amoníaco (NH3), gás irritante. • Benzeno (C6H6), líquido volátil (p. eb. 80 ºC), tóxico. • Brometo de hidrogênio (HBr), gás irritante e agressivo. • Bromo (Br2), líquido volátil (p. eb. 59 ºC), tóxico e irritante. • Cloreto de hidrogênio (HCl), gás irritante e agressivo. • Cloro (Cl2), gás tóxico, irritante e agressivo. • Clorofórmio ou triclorometano (CHCl3), líquido volátil (p. eb. 62 ºC), tóxico. • Diclorometano (CH2Cl2), líquido volátil (p. eb. 40 ºC), tóxico. • Dióxido de enxofre (SO2), gás tóxico e irritante. • Dióxido de nitrogênio (NO2), gás tóxico e irritante. • Formaldeído (CH2O), gás irritante. • Hexano (C6H12), líquido volátil (p. eb. 69 ºC), tóxico. • Metanol (CH3OH), líquido volátil (p. eb. 65 ºC), tóxico. • Monóxido de carbono (CO), gás tóxico. • Monóxido de nitrogênio (NO), gás tóxico. • Sulfeto de hidrogênio (H2S), gás tóxico. • Tetracloreto de carbono ou tetraclorometano (CCl4), líquido volátil (p. eb. 77 ºC), tóxico. Vapores de mercúrio são tóxicos. Portanto, deve-se evitar o derramamento de mercúrio no laboratório. Em caso de quebra de termômetros, o mercúrio deve ser recolhido conforme indicações do instrutor. • Substâncias cáusticas Muitas substâncias são cáusticas e podem causar sérias sequelas na pele ou nos olhos. Portanto, o contato das mesmas com a pele deve ser terminantemente evitado. Alguns exemplos de substâncias muito cáusticas: 1. Todos os ácidos concentrados, especialmente flourídrico, perclórico, sulfúrico, sulfocrômico, clorídrico, nítrico e outros; 2. Todas as bases concentradas tais como hidróxido de sódio ou de potássio, carbonato de sódio ou de potássio, amônia, aminas e outras; 3. Oxidantes fortes concentrados, tais como água oxigenada, e outros; 4. Outras substâncias cáusticas: bromo, metais alcalinos, pentóxido de fósforo, formaldeído, fenol, etc. • Substâncias explosivas Certas substâncias químicas, tais como hidrazina, hidroxilamina, certos peróxidos, etc., podem sofrer decomposição espontânea de forma explosiva, induzida por aquecimento, catalisadores ou um simples toque mecânico. Tais substâncias não devem ser utilizadas ou produzidas em forma pura ou concentrada no laboratório de ensino. 6 • Misturas explosivas de gases e vapores combustíveis Todos os gases combustíveis, como gás liquefeito de petróleo (GLP), hidrogênio, metano, monóxido de carbono, propano, sulfeto de hidrogênio etc, assim como vapores de líquidos inflamáveis, podem formar misturas explosivas com oxigênio. • Reações químicas violentas Certas reações químicas exotérmicas (que liberam calor) podem ocorrer de forma violenta ou até explosiva, caso sejam realizadas com substâncias concentradas e sem as devidas precauções: 1. Reações de neutralização entre ácidos e bases concentrados; 2. Reações de substâncias oxidáveis (compostos orgânicos em geral, metais em pó, enxofre e fósforo elementar) com oxidantes fortes, tais como: • Ácido nítrico e nitratos • Cromatos e dicromatos • Ácido perclórico e percloratos • Permanganatos • Ácido sulfúrico concentrado • Peróxido de hidrogênio e outros peróxidos • Cloratos 3. Certas substâncias reagem violentamente com água: • Sódio e potássio metálicos (reação com evolução de hidrogênio. Cuidado: perigo de incêndio!) • Ácido sulfúrico concentrado (calor de hidratação, espirramento de ácido). Orientações para Mistura Segura de Substâncias • Nunca misture ácidos concentrados com bases concentradas! • Nunca misture oxidantes fortes com substâncias oxidáveis! • Para diluir ácidos concentrados, nunca adicione água ao ácido concentrado, mas, sim, acrescente o ácido lentamente à água, sob agitação! Veja Artigo de D. Todd na revista Journal of Chemical Education vol. 70, pág. 1022 (1993). Referências Esse texto foi retirado e modificado da referência: • Bessler, K. E.; Neder, A. V. F. Química em Tubos de Ensaio: uma abordagem para principiantes. Blucher, 2004. Informações detalhadas sobre produtos químicos perigosos podem ser encontradas nas seguintes obras: 1. The Merck Index – an Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. Merck & Co. Inc., 11th Edition (1989). 2. M. Sittig: Handbook of Toxic and Hazardous Chemical and Carcinogens. Noyes Publications, Park Ridge, N. J., 2nd Edition (1985). 3. G.Weiss: Hazardous Chemical Data Book Data Book. Noyes Data Corporation, Park Ridge N. J. (1986). 7 PRINCIPAIS MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM LABORATÓRIOS QUÍMICOS No laboratório químico, diversos utensílios e equipamentos são feitos dos mais diversos materiais: vidros, metal, cerâmica, plástico etc. Cada material tem suas limitações físicas e químicas e cada utensílio de laboratório possui determinada finalidade. O uso inadequado de materiais no laboratório, desrespeitando suas peculiaridades, pode resultar não somente num fracasso do experimento, gerando perda parcial ou total do material, como, também, em acidentes desagradáveis com danos pessoais. Vidraria O material mais utilizado em laboratórios químicos é o vidro. O vidro comum é basicamente um silicato sintético de cálcio e de sódio em estado não cristalino (estado vítreo), obtido por fusão de uma mistura de sílica (SiO2), carbonato de sódio (Na2CO3) e calcário (CaCO3) em proporções variáveis. Já o vidro usado no laboratório (borossilicato) contém alguns outros componentes (óxidos de boro e de alumínio) que proporcionam maior resistência química, mecânica e térmica. Um vidro de composição parecida é o chamado vidro Pyrex, também de uso doméstico. As propriedades mais apreciadas do vidro são as seguintes: • Transparência perfeita, o que facilita a observação através das paredes dos recipientes; • Boa resistência química, sendo apenas corroído por ácido fluorídrico e bases concentradas; • Resistência térmica razoável (até 300 ºC). O vidro tem as seguintes limitações de utilidade: • Fragilidade (sensível a impacto mecânico); • Sensibilidade a choques térmicos; • Deformação, amolecimento ou derretimento a temperaturas mais elevadas (acima de 400 ºC). Principais peças de vidro utilizadas em nossos experimentos Tubos de ensaio Placa de Petri Usados para efetuar reações em pequena escala, como testes de reações. Béquer Mais utilizada para fins biológicos. No laboratório químico, é também usada para observação de algum fenômeno. Utilizado no preparo e diluição de soluções com volumes precisos. O menisco2 indica o volume final a ser medido. Balão Volumétrico1 Utilizado para dissolver, misturar, aquecer, verter líquidos, realizar reações etc. Não deve ser usado para medir volumes, já que sua medida é bastante imprecisa. Sua forma peculiar facilita a agitação do conteúdo. Utilizado em dissoluções, aquecimentos e titulações. Frascos de Erlenmeyer Termômetro Destinados exclusivamente para medir temperaturas (escalas de -10 a 300 oC) e não para agitar misturas, etc. Utilizado no processo de filtração a vácuo e em reações de obtenção de gases. Kitassato Pipeta Volumétrica1 Pipeta graduada1 Destinadas exclusivamente à medição de volumes de líquidos (maior precisão que as provetas). Pode-se medir diferentes volumes. Destinadas exclusivamente à medição de volumes de líquidos (maior precisão que as provetas). Medição de apenas um volume, indicado pelo menisco2. 8 Com escala graduada rigorosa e torneira de precisão, é utilizada para titulação de soluções e, também, para escoar volumes variáveis. Destinada exclusivamente à medição de volumes de líquidos. Funil simples (de vidro ou de plástico) Para filtração (separação líquido-sólido) ou adição. Proveta graduada1 (de vidro ou de plástico) Bureta1 Bastão de Vidro Vidro-relógio Utilizado para misturar/agitar misturas e Utilizado para pesagens em geral e para cobrir béqueres. auxiliar na transferência de um líquido. 1 – Esse material não deve ser aquecido para não perder a calibração. 2 – Nas análises volumétricas, em que se utiliza, por exemplo, proveta, pipeta e bureta, a medição exata de um determinado volume implica na formação do menisco, isto é, da curva formada na superfície do líquido, acima (menisco côncavo – Figura 1A) ou abaixo (menisco convexo – Figura 1B) da marcação horizontal da vidraria a depender do tipo de líquido que está sendo medido. Veja a forma correta da leitura do menisco na Figura 2. Figura 1: Formas do menisco: (A) menisco côncavo; (B), menisco convexo. Figura 2: Forma correta da leitura do menisco: linha de visão no mesmo nível da superfície do líquido Materiais Plásticos Alguns utensílios de laboratório podem ser feitos de materiais plásticos como, por exemplo, polietile...
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