Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Profa Claudia de Figueiredo Braga
Glaucio Jefferson de Araújo Gomes
(Diagramação)
Índice
1. Hardware ................................................................................................................................... 3
1.1 Placa Mãe ............................................................................................................................ 3
1.2 Processador ......................................................................................................................... 3
1.3 Tipos de Memória ............................................................................................................... 3
1.4 BIOS ..................................................................................................................................... 6
1.5 Chipset................................................................................................................................. 6
1.6 Clock .................................................................................................................................... 7
1.7 Acesso direto a memória (DMA) ......................................................................................... 7
1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ....................................................... 7
1.9 Esquema de uma Placa Mãe ............................................................................................... 8
1.10 Sistemas Operacionais e Softwares .................................................................................. 9
1.11 Windows Funcionamento e Dicas – Cuidados básicos ao manusear computadores. .... 14
2. Internet.................................................................................................................................... 18
2.1 A Internet no Brasil e a RNP .............................................................................................. 18
2.2 Internet para Química ....................................................................................................... 18
2.2.1 Outros Sítios Nacionais .................................................................................................. 20
2.2.2 Outros Sítios Internacionais ........................................................................................... 20
3. - Laboratório Virtual ................................................................................................................ 21
3.1 Montando um experimento .............................................................................................. 23
3.2 Observando reações.......................................................................................................... 25
3.3 Exercícios ........................................................................................................................... 26
3.3.1 Exercício 01 – Cinética Química ..................................................................................... 26
3.3.2 Exercício 02 - Destilação................................................................................................. 28
3.3.3 Exercício 03. - Formação de precipitado. ....................................................................... 29
3.3.4 Exercício 04 – Tutorial de reação ................................................................................... 30
3.3.5 Exercício 05 - Eletrólise .................................................................................................. 31
3.3.6 Exercício 06 - Titulação................................................................................................... 32
3.4 Desafio - Criação de um roteiro de prática ....................................................................... 33
4. - ACD/ChemSketch .................................................................................................................. 34
4.1 Barra de Ferramentas........................................................................................................ 34
4.2 Desenhando Moléculas no ChemSketch ........................................................................... 36
4.3 Forma 3D ........................................................................................................................... 39
4.4 Verificando Tautomeria em Moléculas ............................................................................. 41
4.5 Imagens ............................................................................................................................. 42
5. Planilha Eletrônica ................................................................................................................... 45
5.1 Digitando fórmulas ............................................................................................................ 46
5.2 Construindo um gráfico..................................................................................................... 47
5.3 Aplicação em Cinética Química ......................................................................................... 50
5.4 Assistente de Função......................................................................................................... 52
5.5 Desafios ............................................................................................................................. 54
5.5.1 Ajuste de funções ........................................................................................................... 54
5.5.2 Construção de Orbitais Atômicos................................................................................... 55
5.5.3 Cinética – Cálculo da velocidade média ......................................................................... 57
5.5.4 Cálculo de absorbâncias e concentrações ..................................................................... 58
6. - Modelagem Molecular .......................................................................................................... 60
6.1 Abrindo o HyperChem ....................................................................................................... 60
6.2 Utilizando modelos prontos do Hyper .............................................................................. 62
6.3 Adicionando mais de uma estrutura ................................................................................. 63
6.4 Desenhando Estruturas ..................................................................................................... 63
6.5 Otimização de Geometria – Escolha do Método .............................................................. 65
6.6 Ligações Químicas e Estrutura Molecular ......................................................................... 66
6.7 Espectroscopia molecular: espectros de vibração ............................................................ 67
6.8 Desafio: Aquecimento Global............................................................................................ 69
6.9 Análise Conformacional .................................................................................................... 70
7. - Referências ............................................................................................................................ 73
Computação para Química
1. Hardware
O Hardware é a parte física do computador (conjunto de componentes
eletrônicos juntamente com os circuitos integrados e placas). Dessa forma, Vamos
inicialmente conhecer um pouco dos componentes de um computador e suas
principais funções.1
1.1 Placa Mãe
Este componente, também é conhecido como
MotherBoard. É o elemento principal do computador,
pois nela encontra-se o processador e os componentes
que fazem a comunicação dele com os demais
periféricos. O tipo de placa a escolher, depende de
como irá trabalhará o usuário do computador. (Se
precisará de grande qualidade de vídeo, áudio, o tipo
de processador e etc.)
Os componentes on-board (vem incorporados a
Figura 1 MotherBoard
placa) em geral são modems, placas de rede, placas de
som e etc. Eles reduzem o custo final da placa-mãe,
porém estes componentes diminuem a desempenho do computador uma vez que eles
utilizam recursos da própria placa.
1.2 Processador
É considerado o cérebro do computador, pois é responsável
por “tomar as decisões” do mesmo. Além disso, realiza os cálculos,
tem acesso à memória RAM e controla todos os chips do
computador. Também conhecido como Unidade Central de
Processamento (Central Processing Unit – CPU) Antigamente os
Figura 2 - Processador
processadores
ocupavam
grandes
espaços
físicos.
os
microprocessadores surgiram com o advento da microeletrônica,
quando a válvula foi substituída pelo transistor.
1.3 Tipos de Memória
Memórias primárias
São memórias sem as quais o computador não pode funcionar. Também são
chamadas de Memória Real, e podem ser endereçadas diretamente pelo processador.
Estas fornecem geralmente uma ponte para as secundárias. Sua principal função é
conter a informação necessária para o processador num determinado momento (por
exemplo, dados dos programas em execução). Nesta categoria insere-se a memória
RAM (volátil), memória ROM (não volátil), registradores e memórias cache.
1
Fundação IDEPAC. Apostila de hardware.
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4
DQ/CCEN/UFPB
Memória ROM
A memória ROM (Read Only Memory) permite apenas a leitura, ou seja, as
suas informações são gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso não podem
ser alteradas ou apagadas, somente acessadas. São memórias cujo conteúdo é
gravado permanentemente.
Memória RAM
É nela onde são gravados grande parte dos dados
que serão posteriormente processados. Os dados
gravados na RAM são perdidos quando o computador é
desligado por isso é chamada volátil. Na linguagem de
informática, quando falamos de memória nos referimos a
memória RAM, ou seja, memória em que se pode ler e
gravar informações.
Figura 3 - Memória RAM
Para que se execute o processamento dos dados
é necessário buscar as informações na memória RAM ou em memórias secundárias
de massa tais como os discos rígidos, Cds, disquetes e etc. Quanto mais memória
RAM tem um computador, mas espaço ele tem para armazenar as informações que
precisam ser acessadas rapidamente pelo processador logo mais rápido será o
processamento de informações.
Cache
O processador tem uma velocidade muito superior a memória, assim
inicialmente o processador ficava ocioso a maioria do tempo esperando que a
memória ficasse pronta para receber ou enviar os dados para serem processados, (a
este processo dá-se o nome de WAIT STAITS), tornando baixo o desempenho dos
computadores.
Dessa forma, criou-se um tipo de memória (Cache), chamada de memória
Estática (ao contrario da memória RAM, que é chamada de memória Dinâmica),onde
um circuito controlador de cache geralmente embutido no chipset da placa mãe) lê os
dados da memória RAM que provavelmente serão utilizados pelo processador,
liberando a RAM e acelerando o acesso aos dados.
Memórias secundárias
Estas memórias são geralmente não-voláteis e não pode ser endereçada
diretamente, a informação precisa ser carregada em memória primária antes de poder
ser tratada pelo processador. Não são estritamente necessárias para a operação do
computador. Nesta categoria, estão os discos rígidos, Pen-Drivers, CDs, DVDs e
disquetes ou no próprio HD (Hard Disk) do computador.
Computação para Química
Disco Rígido
O Hard Disk (HD) ou Disco Rígido de um computador é formado por um
conjunto de placas metálicas onde os dados são gravados por um braço mecânico que
também tem a função de ler os dados já gravados.
O HD é dividido por trilhas e setores no ato da formatação. O motor deste
componente trabalha a altíssimas velocidades como 3.600, 4.800 e 7.200 rpm (ou até
mais dependendo do tipo de disco), por este motivo é um dispositivo lacrado e que
não tem contato com o meio externo, pois uma partícula de poeira poderia causar
grande dano a superfície do mesmo danificando os dados nele gravados. Por estar
girando a uma velocidade tão grande durante o movimento da cabeça de leitura criase um colchão de ar entre a superfície do disco e as cabeças de leitura/gravação.
Ele é formado pelo número de faces (ou cabeças), número de trilhas por face
(ou cilindros), e o número de setores por trilha.
Multiplicando-se esses três valores, teremos o
número total de setores do disco. Multiplicandose o resultado por 512 (cada setor ainda
comporta 512 bytes), teremos a capacidade total
do disco rígido em bytes. Para sabermos o
resultado em GB, deveremos dividir o resultado
encontrado por 1.073.741.824, que é o valor em
decimal de 1 GB.
Figura 4 - Esquema de um HD
Cd’s
Mesmo com a popularização dos
Pendrivers os CDs e DVDs ainda são
muito utilizados pela população em geral
devido a facilidade com que podem ser
gravados e terem um baixo custo.
Os CDs e DVDs são peças de
policarbonato transparente que durante a
fabricação foi impresso com sulcos
microscópicos dispostos em uma trila de
dados
em
espiral
continua
e
extremamente longa. Uma vez formada a
peça de policarbonato uma fina camada
refletora de alumínio é micropulverizada
sobre o disco cobrindo os sulcos e em
seguida é coberta por uma fina camada de
acrílico para protegê-la.
Figura 5 - Camadas de um CD
5
6
DQ/CCEN/UFPB
Funcionamento de um drive de CD/DVD
Os leitores de CD/DVD são
equipados com uma lente que em seu
interior possui geralmente duas outras:
uma lente geradora de laser e uma
lente receptora de laser.
A lente geradora produz um
feixe contínuo de laser capaz de
ultrapassar a camada de policarbonato
que compõe os CDs e DVDs
comerciais. Já a lente receptora capta o
feixe proveniente do disco uma vez que
a camada de alumínio o reflete com
desvios
causados
pelos
sulcos
microscópicos com a trilha de dados
contidos no policarbonato. Os desvios
são lidos e transformados em bits que
formarão os bytes. Os softwares
Figura 6 - Drive de CD/DVD
reprodutores de áudio por exemplo
convertem esses bytes em informação sonora gerando neste caso o som de uma
música.
1.4 BIOS
O Sistema Básico de Entrada/Saída (Basic Input/Output System BIOS) é o primeiro programa executado pelo computador ao ser ligado.
Sua função primária é preparar a máquina para que o sistema operacional
(que pode estar armazenado em discos rígidos, disquetes, CDs, etc)
possa ser executado. O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only
Memory) localizado na placa mãe, chamado ROM BIOS.
Figura 7 - BIOS
1.5 Chipset
É o chip responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída
como o barramento, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos
on-board e off-board, comunicação do processador com a memória
RAM e entre outros componentes da placa-mãe.
O chipset sul (south Bridge) geralmente é responsável pelo
controle de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces
IDE que ligam os HDs, drives de disquete, e drives de CD/DVD-ROM ao
processador. Controlam também as interfaces Serial ATA. Geralmente
cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som. O Figura 8 - Chipset
chipset norte (north Bridge) faz o trabalho mais pesado (o que gera
mais calor) e por isso geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu elevado
aquecimento.
Computação para Química
1.6 Clock
O Clock faz o sincronismo entre todos os circuitos que constituem o
computador, ou seja,faz com que todos os dispositivos (placa de vídeo, memória RAM,
HD) trabalhem em harmonia, não havendo assim conflito. E também, é capaz de dar
velocidade ao processador. Este sincronismo se dá no CHIPSET. Seria impossível
para o microcomputador trabalhar de forma organizada se não fosse o clock. Não
havendo um momento certo para cada informação ser processada e armazenada,
haveria um grande congestionamento de informações nos barramentos.
1.7 Acesso direto a memória (DMA)
Somente o processador tem acesso a memória RAM, portanto qualquer outro
dispositivo que queira acessar a memória deverá fazê-lo através do processador,
contudo se isto acontecesse o desempenho do computador cairia acentuadamente.
Para que estes dispositivos tenham acesso à memória, contam com a ajuda de
circuitos de apoio para acesso a memória, este controlador é chamado de DMA, no
caso do periférico ter acesso a memória o DMA faz o controle sem que o processador
tome conhecimento, dessa forma o processador executa outras tarefas sem causa
perda de desempenho.
1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Esta memória é como uma memória RAM, pois permite que os dados sejam
lidos e gravados, para que os dados gravados nela não sejam apagados, a bateria que
fica na placa mãe alimenta essa memória mesmo depois que o computador é
desligado.
Para mudar as configurações utilizamos o Setup (programa que guarda e
modifica as configurações da CMOS). Na identificação das configurações instaladas
são executados alguns testes que conforme os erros que ocorram podem gerar
algumas mensagens.
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8
DQ/CCEN/UFPB
1.9 Esquema de uma Placa Mãe
A: Processador
C: Slots de Expansão
E: Placa de Son On-Board
F2 : Conector Drive de Disquete
H: Bios
J: ChipSet Norte e Sul
L: Conectores On-Board para monitor,
teclado, mouse, impressora e portas
USB traseiras.
C
F2
J
G
H
D
I
B
B: Slots Para Memória RAM
D: Slot de Placa para Expansão de Vídeo
(Off-Board)
F1 : Conectores IDE
G: Conectores SATA
I: Bateria
K: Plug de Alimentação (força que vem da
fonte de alimentação)
L
E
F1
K
A
Computação para Química
1.10 Sistemas Operacionais e Softwares
Software: É a parte lógica do computador (ao contrário do Hardware que é a
parte física) ex: música, fotografias, arquivos e programas.
Arquivos: são todos os dados digitais salvos (gravados) com um nome e que
recebem uma extensão do programa que o originou.
Extensão: é a terminação do nome de um arquivo após o ponto que identificam
o tipo de arquivo.Exemplos:
DOC: Documento gerado pelo word
XLS: pasta de trabalho do Excel
EXE: Arquivo executável (um programa)
TXT: Arquivo de texto simples gerado pelo bloco de nota;
PDF: arquivo no formato PDF (protegido) que só pode ser lido pelo programa
ADOBE ACROBAT READER
HTM ou HTML: São páginas da Internet –Web
ZIP/RAR: Arquivo compactado (Winzip ou WinRar)
MDB: arquivo de banco de dados gerado pelo programa Access
RTF: Arquivo de texto, não permite figuras, bordas e tabelas.
JPEG ou JPG: arquivos de imagem
PPT: arquivos de slides gerados pelo power point
GIF: pequenos arquivos de animações da internet
SWF: Arquivos do programa Flash. Utilizados como animação de pequenas figuras
ou de páginas da internet.
BMP: arquivos gerados pelo programa Paint
SCR: arquivos de proteção de tela ou vírus.
Pastas: locais virtuais condicionados nas unidades para armazenar os arquivos
para uma melhor organização dos dados no computador. Também conhecido como
diretório.
Unidade é a representação das partições ou drives presentes no computador
através de letras do nosso alfabeto.
A: Drive de Disquete
C: Disco Rígido (1ª partição)
D: Disco Rígido (2ª partição)
E: unidade camaleão, ou seja,
dependendo de qual drive tenhamos
instalado,
poderá
ser:
CDROM,
DVDROM, CDRW. DVDRW ou uma
parte
do
disco
rígido
quando
Figura 9 - Unidades de um Computador
particionado.
9
10
DQ/CCEN/UFPB
Sistemas Operacionais: são programas que gerenciam o hardware (parte
física) e o software (parte lógica) do computador.
Exemplos:MS-DOS, Microsoft Windows, Linux, OS/2, UNIX
Linguagem de programação: é uma linguagem artificial criada pelo homem
para informar ao computador o que fazer.
Exemplos: Fortran, COBOL, Pascal, C e C++, Java e Java script.
Tradutores – são os interpretadores e os compiladores que traduzem a
linguagem de programação para linguagem de máquina.
Software Aplicativo: são programas desenvolvidos para trabalhos específicos
como o Microsoft Excel (planilha eletrônica) ou o Microsoft Word (editor de texto)
Software Utilitário são programas que fazem a manutenção do computador e
das unidades, a segurança do computador ajudam a aumentar o desempenho da
máquina.
Exemplos: Antivírus, desfragmentador , scandisk e etc.
Ferramentas do Sistema (apenas Windows) - São programas utilitários que
visam “melhorar”o desempenho do computador e “corrigir” possíveis defeitos nas
unidades.
Scandisk - Permite a correção de falhas nas gravações dos arquivos e/ou
setores defeituosos quando for possível, pois da “lesão” na superfície das unidades
magnéticas o mesmo poderá ou não “consertar”. (verificação de disco).
Desfragmentador - Uma gravação de dados nas unidades é feita de forma
fragmentada. A desorganização (fragmentação) gera nas unidades uma certa lentidão
quando solicitamos a abertura de um arquivo. Por isso temos que desframentá-las
para não ocasionar “sonolência” ao computador. Possui a finalidade de organizar os
dados nas unidades magnéticas entre as trilhas e os setores, deixando assim, todos
os dados de forma linear.
Assistente de Backup – Define-se backup como a cópia de arquivos para a
segurança/manutenção do computador.
Computação para Química
Evolução do sistemas operacionais
MS DOS
DOS 1.0 Lançado em 1981 para IBM-PC.
Suportava 16kB de RAM, e drives de disquete de 5 ¼ “
de 160kB.
DOS 1.1 Com os problemas da versão anterior
corrigidos passa a suportar drives de disquetes de 3 ½
“ de 320 KB
DOS 2.0 Foi suporte para o lançamento do IBM
XT em 1983. Possuia o dobro de comandos da versão
anterior, suportava HDs de até 5MB
Figura 10 – Logo MS DOS
DOS 2.1 Foi suporte para o lançamento do IBM PCjr. Poucas melhorias DOS
3.0Concebido para suportar o “novo” hardware IBM-AT. Alguns comandos de rede
foram adicionados
DOS 3.1 Mais comandos de rede
adicionados
DOS 3.2 Passa a suportar drives de
disquetes de 3 ½ “ de 720KB
DOS 3.3 Passa a suportar IBM PS/2 e o
novo drive drives de disquetes de 3 ½ “ de
1440KB. Novos caracteres internacionais foram
adicionados (suporte para 17 países).
Figura 11 - Tela MS DOS
DOS 4.0 DOS Shell adicionado, corrigidos alguns problemas da versão
anterior.
DOS 5.0 Implementado em 1991, incluía gerenciamento de memória superior e
f d M12 ferramentas de Macro
DOS 6.x Suporte para Microsoft Windows,
disco,compressão de arquivos, backups, anti-virus, etc.
desfragmentador
de
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DQ/CCEN/UFPB
Windows
Windows 3.x - Foi a primeira versão do Windows que
permitiu aos usuários utilizarem os processadores de 32 bits
da Intel (o DOS só opera 16 bits) A partir desse momento
veio a grande utilização da GUI (Interface Gráfica do
Usuário) que revolucionou o mercado da Informática. As
versões do Microsoft Windows (3.0, 3.11, Groups 3.1) não
são sistemas operacionais, na realidade são aplicativos do
DOS. Essas versões não possibilitam a multitarefa
preemptiva (utilização de vários programas ao mesmo
tempo pelo processador)
Figura 14 - Windows 1.0 1985
Figura 13 - Windows 2.0 - 1987
Figura 12 - Logo Windows
Figura 15 - Windows 3.0 - 1990 Windows for Workgroups 3.11 1993
Windows 9.x
O Windows 95 é de fato um sistema operacional que permitia o processamento
de dados de 16 bits e também programas de 32 bits.O Windows 98 foi lançado em
1998, sendo uma versão melhorada do W95, oferecendo melhor estabilidade,
conectividade com a Internet e atualizações de drivers, ou seja, houve um
melhoramento no Plug and Play. O Windows ME – Milênio foi lançado em 2000 e
trouxe “dores de cabeça” para os usuários, pois o mesmo veio com várias falhas
(bugs) o que tornava o sistema instável.
O Windows NT foi projetado para computadores de 32 bits especificamente
para computadores cliente/servidor, o mesmo é formador por dois componentes o
Windows NT Workstation e Windows NT Server.
O Windows NT work é utilizado nos computadores do tipo desktop individuais
que estão conectados a uma rede no qual existe um servidor com WinNT Server
instalado.
Windows XP -É o mais utilizado atualmente.
Em 2005 foi lançado o Windows Vista. Provavelmente em 2009 será lançado o
Windows Seven.
Computação para Química
1995: Windows 95
1996: Windows NT Workstation 4.0
1998: Windows 98
1999: Windows 98 SE
2000: Windows
Millennium Edition (Windows Me)
2000: Windows 2000 Professional
2001: Windows XP
2001: Windows XP 64-Bits
Pressionando-se no
teclado
+E
+F
+R
+D
+M
+L
Abrir o Windows Explorer
Abrir a ferramenta Pesquisar
Abrir o comando Executar
Abrir o Desktop
Minimizar todas as janelas
Bloquear o computador (para o
WXP Professional e 2003 server)
Linux
O aparecimento do SistemaOperacional LINUX foi
originado a partir do Sistemas Unix. O LINUX começou a ter
vida em 01/01/1991 nas mãos de Linus Torvalds um
finlandês que a princípio tinha a criação do Sistema com
passatempo. Em 16/01/1992 o Linux é oficialmente
licenciado de acordo com a GNU (General Public License).
Esse sistema ganhou força na comunidade acadêmica por
ser um software (gratuito) e de código aberto. Atualmente, é
o único Sistema Operacional grátis do mundo.
Figura 16 - Logo Linux
Uma das difernças do Linux é o fato de ter vários desktops (áreas de trabalho)
– KDE, GNOME e Window maker. O “Office” do Linux chama-se Open Office. Além
disso o Linux tem Compatibilidade ‐Vmware e permite ao usuário rodar todo Windows
dentro nele sem que seja necessário reiniciar o computador.
Versões do Linux e sua estrutura de diretórios:
Figura 18 - Versões do Linux
Figura 17 - Estrutura de diretórios
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DQ/CCEN/UFPB
1.11 Windows Funcionamento e Dicas – Cuidados básicos ao manusear
computadores.
Gravação de CDs
A gravação de CDs de dados (aqueles que são lidos pelos computadores)
pode ser feita basicamente de duas formas:
Uma delas é “fechando o disco”. Neste caso mesmo que haja uma parte do CD
não preenchida essa parte é “queimada” para que não seja possível adicionar novos
dados.
A outra é criando uma multisessão onde apenas uma parte do CD é utilizada e
o restante não ocupado ainda fica livre para receber novos dados. Cada vez que
adiciona-se novos dados a um CD cria-se uma nova seção do CD. Ou seja cada
gravação corresponde a uma seção.
Geralmente
os
programas de gravação
de CDs/DVDs como o
Nero (mais conhecido)
mostram
antes
de
começar a queima de um
cd a opção de fazer ou
não multisessão no disco
Figura 19 – Nero: Gravação em multisessão
ATENÇÃO: A opção de multisessão apesar de muito prática apresenta alguns riscos
se não forem tomados alguns cuidados. Sempre que for adicionar dados a um CD já
gravado deve-se observar se os dados já existentes estão sendo reconhecidos pelo
programa gravador, ou seja, se os mesmos aparecem junto com os dados novos
adicionados. Caso isso não ocorra, não se deve proceder com a gravação, pois o
programa pode reconhecer o disco como limpo e criar uma seção como sendo a
primeira, fazendo com que as seções anteriores não sejam lidas posteriormente.
Desta forma os dados estarão no CD, mas não serão lidos pela unidade pois serão
ignorados pela mesma. Para evitar isso evite tentar criar uma nova seção em um disco
com um programa diferente do que foi utilizado para criar a primeira. Às vezes até
mesmo versões diferentes de um mesmo programa podem não reconhecer seções
anteriores no disco. Portanto CUIDADO na hora de fazer um disco com várias seções.
Dica: Sempre que possível tenha mais de uma cópia dos dados importantes
para evitar transtornos devido a perda de dados por qualquer motivo.
Computação para Química
Vírus de computador
Em 1923 Len Eidelmen apresentou em
um seminário sobre segurança computacional um
programa auto-replicante. No ano seguinte na 7th
Annual Information Security Conference foi
mostrado que tal programa podia também
modificar outros programas para que seja
possível instalar cópias de si mesmo.
Em 1986 tais programar passaram a ser
chamados de “Vírus de Computador”, o primeiro
deles o “Brain” , um vírus de boot, era transmitido
Figura 20
por um disquete contaminado. Daí surgiram
muitos outros como o Elk Cloner Criado por Richard Skrenta ou o “I LOVE YOU” um
vírus considerado bastante pesado pois deletava dados importantes para o bom
funcionamento do sistema operacional.
Até 1995 eram conhecidos cerca de 5 mil
vírus de computador.
Até 1999 esse numero sobe para mais 20
500.
Até 2000 já eram conhecidos 49 000 vírus
diferentes.
Em 2001 conheciam 58 000, até 2005 já
eram 72 010 vírus catalogados.
Até que em 2007 o número de vírus
conhecidos já era superior a 150000.
Figura 21 - Evolução dos vírus de computador
Hoje existem vários tipos de vírus vamos ver os mais conhecidos:
Vírus de Boot (inicialização): São vírus que iniciam antes mesmo de carregar o
sistema operacional eles podem causar danos graves ao computador pois podem
apagar arquivos essenciais ao inicialização sistema operacional.
Time Bomb (bomba de tempo): São aqueles que permanecem “adormecidos”
por um intervalo de tempo (definido pelo desenvolvedor que o programou). Quando tal
tempo é esgotado eles agem geralmente tornando o computador incapaz de iniciar o
sistema operacional ou apagando dados do usuário.
Worm (minhocas ou vermes): Geralmente não causam muito dano ao sistema
operacional porém se replicam em alta velocidade e podem apagar dados do usuário
ou torna-los inelegíveis (impossíveis de ler).
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DQ/CCEN/UFPB
Trojan (cavalo de tróia): São vírus bastante perigosos pois dão espaço para
que outros vírus sejam instalados no computador. Além disso, permitem que o
computador receba comandos sem o conhecimento do usuário. Estes (assim como
muitos outros) sã colocados embutidos em transições de slides que intertem o usuário
enquanto procedem sua instalação.
Keylogger (capturador de teclas): Esses vírus trazem um risco extremamente
grande pois são capazes de armazenar as teclas digitadas pelo usuário em formulário
de internet entre INCLUSIVE SENHAS. A grande maioria das fraudes que envolvem
vírus são realizadas com o auxilio de keyloggers Tanto que hoje em dia a grande
maioria dos bancos pedem para que o usuário digite sua senha de acesso a conta em
teclados virtuais desenvolvidos por eles próprios para evitar a ação desse tipo de
vírus. Porem deve-se sempre ter muito cuidado com os dados que são digitados no
computador pois tais vírus podem reuni-los e enviá-los a seus criadores através da
internet sem o conhecimento do usuário.
Atualmente devido a grande quantidade de
pessoas que acessam sites de relacionamento como o
Orkut tem crescido o numero de vírus que são colocados
em tais páginas. Os vírus de Orkut são em sua maioria
Trojans e Keyloggers. Muitos deles enviam scraps
infectados para toda a lista de amigos do usuário como se
o próprio os enviasse. Para evitá-los nunca clique em links
ou
imagens
que
não
tenham
procedência
Figura 22
comprovadamente conhecida
Computador no estado Zumbi
Ocorre quando um computador encontra-se infectado por programas que permitem a
terceiros controlá-lo com intuito de disseminar arquivos maliciosos. O estado Zumbi é
resultado da DESATUALIZAÇAO de programas preventivos (antivírus) em
computadores.
Antivírus
USE SEMPRE ANTIVÍRUS
São programas desenvolvidos para detectar
e prevenir a presença de softwares maliciosos em
um computador. Baseiam-se em um BANCO DE
DADOS QUE PRECISA SER ATUALIZADO. Pois a
cada dia novos vírus surgem na rede. Ou seja: Não
adianta apenas ter instalado o antivírus, e
necessário atualizá-lo sempre.
Figura 23 - Nunca esquecer!
Computação para Química
Preca
cauções
De forma geral para evitar problemas causados por vírus de
computador basta tomar algumas precauções simples como:
Ter sempre um Software Antivírus atualizado no computador.
Sempre que possível escanear computador a procura de vírus que adquiridos.
Tomar cuidado com anexos contidos em emails mesmo os vindos de amigos
Ter sempre cuidado com CDs e Pendrivers de procedência duvidosa.
Não sair clicando em tudo que lhe pedirem na internet e principalmente
DESISTA: Você não ganhará nada por ser o 999999999999999º usuário a
acessar um site.
Não clicar em links de scraps suspeitos principalmente os vindos da lista de
amigos.
Nunca digitar números de conta e principalmente
principalmente senhas em computadores
desconhecidos ou suspeitos.
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DQ/CCEN/UFPB
2. Internet
2.1 A Internet no Brasil e a RNP
No Brasil, os primeiros embriões de rede surgiram em 1988 e ligavam
universidades do Brasil a instituições nos Estados Unidos. No mesmo ano, o Ibase
começou a testar o AlterNex, o primeiro serviço brasileiro de internet não-acadêmica e
não-governamental. Inicialmente o AlterNex era restrito aos membros do Ibase e
associados e só em 1992 foi aberto ao público.
O primeiro backbone brasileiro foi inaugurado em 1991, destinado
exclusivamente à comunidade acadêmica. Mais tarde, em 1995, o governo resolveu
abrir o backbone e fornecer conectividade a provedores de acesso comerciais.
A partir de 1997, iniciou-se uma nova fase na internet brasileira. O aumento de
acessos a rede e a necessidade de uma infra-estrutura mais veloz e segura levou a
investimentos em novas tecnologias. Entretanto, devido a carência de uma infraestrutura de fibra óptica que cobrisse todo o território nacional, primeiramente, optouse pela criação de redes locais de alta velocidade, aproveitando a estrutura de
algumas regiões metropolitanas. Como parte desses investimentos, em 2000, foi
implantado o backbone RNP2 com o objetivo de interligar todo o país em uma rede de
alta tecnologia.
Atualmente, o RNP2 conecta os 27 estados brasileiros e interliga mais de 300
instituições de ensino superior e de pesquisa no país. A partir de 2005, a comunicação
entre os Pontos de Presença (PoPs) da rede começou a ser ampliada com o uso de
tecnologia óptica, o que elevou a capacidade de operação a 11 Gbps.2
2.2 Internet para Química
A internet avançou rapidamente e abrange as várias áreas de conhecimento
científico. Vamos conhecer a partir daqui alguns sites de interesse na química.3
CNPq
O Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) é
uma agência do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) destinada ao fomento da
pesquisa científica e tecnológica e à formação de recursos humanos para a pesquisa
no país. Sua história está diretamente ligada ao desenvolvimento científico e
tecnológico do Brasil contemporâneo.
http://www.cnpq.br/
2
3
Carvalho, 2006.
Santos, 2008.
Computação para Química
CAPES
Os periódicos indexados apresentam-se como o meio de informação mais
utilizado no meio acadêmico. Eles apresentam as informações mais específicas e
detalhadas sobre um determinado assunto. Nem todo este material é disponível via
internet, mas atualmente mais de 180 instituições pertencentes a todos os estados do
país (inclusive a UFPB) possuem acesso on-line através do sítio chamado Portal
Periódicos aos serviços promovidos pela Coordenação de Aperfeiçoamento de
Pessoal de Nível Superior (CAPES):
http://www.periodicos.capes.gov.br/
QUÍMICA NOVA
Química Nova publica artigos com resultados originais de pesquisa, trabalhos
de revisão, divulgação de novos métodos ou técnicas, educação e assuntos gerais em
português, espanhol e inglês. Os artigos submetidos à revista são avaliados por
consultores (do Brasil e exterior) especialistas na área envolvida e que eventualmente
podem pertencer ao Conselho Editorial. A edição de Química Nova está a cargo de um
corpo editorial e suas linhas gerais e planejamento de longo prazo estão sob
responsabilidade dos Editores e do Conselho Editorial. Química Nova é uma
publicação bimestral, distribuída gratuitamente a todos os sócios ativos da SBQ. A
SBQ também publica a revista Química Nova na Escola e o Journal of the Brazillian
Chemical Society. Em seu site podemos encontrar grande quantidade de artigos
publicados.
http://quimicanova.sbq.org.br/
QUÍMICA NOVA NA ESCOLA
A Revista Química Nova na Escola (QNEsc), com uma periodicidade
semestral, propõe-se a subsidiar o trabalho, a formação e a atualização da
comunidade do Ensino de Química brasileiro. Química Nova na Escola é um espaço
aberto ao educador, suscitando debates e reflexões sobre o ensino e a aprendizagem
de química. Nesse sentido, a Divisão de Ensino disponibiliza neste portal, na íntegra, e
de forma totalmente gratuita, todos os artigos publicados além de Cadernos Temáticos
e também é possível realizar buscas nas as edições já publicadas da revista.
http://qnesc.sbq.org.br/
LABVIRT
O Laboratório Didático Virtual é uma iniciativa da Universidade de São Paulo USP, atualmente coordenado pela Faculdade de Educação. Nele você vai encontrar
simulações feitas pela equipe do LabVirt a partir de roteiros de alunos de ensino médio
das escolas da rede pública; links para simulações e sitios interessantes encontrados
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DQ/CCEN/UFPB
na Internet; exemplos de projetos na seção "projetos educacionais" e respostas de
especialistas para questões enviadas através do site.
http://www.labvirt.fe.usp.br/
2.2.1 Outros Sítios Nacionais
UNICAMP
http://www.chemkeys.com/
USP
http://gepeq.iq.usp.br/
HARDWARE
http://www.gdhpress.com.br
2.2.2 Outros Sítios Internacionais
VÍDEOS DE QUÍMICA
http://www.science-tube.com
Journal Chemical Education
http://jchemed.chem.wisc.edu/
CURSOS DISPONIBILIZADOS PELO MIT
http://www.ocw.cn/OcwWeb/index.htm
Para obter mais informações sobre o uso da internet no conhecimento científico
e outros sítios voltados à química acesse o artigo da revista Química Nova a seguir.
http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2008/vol31n2/44-ED07263.pdf
Computação para Química
3. - Laboratório Virtual
O laboratório virtual é um autêntico laboratório de química, em formato digital,
com o qual pode-se criar e modelar experiências e reações, de forma fácil e segura. O
software que utilizamos para estas ativiades é o Crocodile Chemistry. Este programa
pode facilitar de maneira considerável o aprendizado acerca das reações químicas.
Nele encontram-se diversos reagentes químicos, vidrarias, equipamentos e
instrumentpos que podem ser utilizados e combinados conforme desejado. Daí as
reações são modeladas à medida que os reagentes são adcionados. Pode-se ainda
criar simultaneamente os gráficos de dados relativos a experiência, e visualizar os
diversos mecanismos através de animações.
Assim como o ChemSketch, ele encontra-se na versão em inglês, porém este
fato não dificultará o aprendizado acerca do programa, tendo em vista o seu alto teor
ilustrativo durante o uso. Já existe uma versão em português (de Portugal) para este
programa e em 2008 este foi substituído por duas novas versões Yenka Inorganic
Chemistry e Yenka Electrochemistry. Todos esses programas necessitam de licença
para que funcionem (o Crocodile custa entre 400 e 800 Euros dependendo do tipo de
licença).
O Crocodile Chemistry apresenta-se da seguinte
forma:
Ao ser iniciado o programa mostra em nome de
quem encontra-se licenciado no momento, seguido da
janela de boas vindas (ao lado). Nela tem-se a opção de
visualizar uma série de tutoriais (em inglês) fornecidos pelo
programa, caso não queira vê-los, basta fechar a janela.
Uma vez encerrada a janela de Boas Vindas tem-se
Figura 24 - Crocodile Chemistry
a seguinte:
A Área de Trabalho é o local onde são
realizados os experimentos.
Na barra de ferramentas encontramos
todas as opções que o programa oferece.
Nos materiais e reagentes encontramos
tudo aquilo que pode ser utilizado no experimento,
reagentes, vidrarias, gráficos e imagens além de
tutoriais com experimentos já prontos.
Cada guia corresponde a uma nova área
de trabalho – Para o caso de experimentos
simultâneos.
Figura 25 - Janela geral do Crocodile
Barra de Ferramentas do Crocodile Chemistry
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DQ/CCEN/UFPB
Figura 26 - Barra de ferramentas do Crocodile
A utilização do Crocodile Chemistry é muito simples. Por conter uma interface
gráfica de fácil entendimento, ele utiliza conceitos como arrastar e soltar para adicionar
materiais e reagentes a área de trabalho.
Imagine a barra lateral sendo uma grande estante onde podemos encontrar
reagentes, materiais, gráficos e etc. Assim, para trazer qualquer material reagente ou
outra coisa da barra, basta clicar sobre o item desejado,segurar o clique e arrastar
para a área de trabalho.
Para acessar a qualquer parte dos materiais basta clicar sobre o nome do
grupo que deseja e a barra se expandirá mostrando os subgrupos.
Na Barra “Contents” encontramos uma biblioteca de
experimentos montados onde o usuário avança conforme as
instruções (em inglês).
La pode-se realiza
Os modelos deste grupo não podem ser modificados, apenas
seguidos.
Em “Parts Library” encontramos tudo que será utilizado em um
experimento que será totalmente criado pelo usuário do
programa. Neste grupo encontramos vidraria, equipamentos,
ilustrações (gráficos imagens, botões, texto e etc), reagentes e
indicadores. Para adicionar um item a área de trabalho, clique
sobre o mesmo, segure e arraste para o local desejado.
Aqui são mostradas e podem ser modificadas as propriedades
de um determinado item selecionado. No caso de vidrarias, por
exemplo, a cor, escala, espessura da linha e etc. Pode-se
alterar as propriedades químicas relacionadas a aquela
vidraria e opções de reação.
Figura 27
Ao se passar o ponteiro do mouse próximo a uma vidraria qualquer aparece a minijanela ao lado.
Computação para Química
Informação - Mostra os detalhes da reação como reação global efetiva, as
concentrações dos materiais envolvidos e etc.
Visualização - mostra (quando possível) uma janela cúbica onde aparece o que está
ocorrendo naquele recipiente em 3D.
Esvaziar - limpa o recipiente a que ele está vinculado
Nomear – Dá nome ao que está ao frasco
3.1 Montando um experimento
Vamos começar montando um experimento simples que envolve reações de ÁcidoBase, para explorar o caráter ilustrativo do programa.
Vá em “Parts Library” > “Glassware” e pegue 6 “Beaker (100mL)” arrastando-o para a
área de trabalho.
Figura 29
Figura 28
Neste experimento faremos um teste rápido de pH de
soluções através do uso de indicadores Ácido-Base.
Figura 30
Indicadores de pH são substâncias que em contato com soluções ácidas
apresentam uma coloração (ou mesmo, ausência de cor), e outra em contato com
soluções básicas ou neutras. Existem ainda indicadores que apresentam uma cor para
cada faixa da escala de pH (0-14). Os indicadores não reagem com a solução tendo
papel apenas de mostrar a variação no pH da mesma. Cada indicador possui a sua
coloração específica para determinado pH.
Para este experimento necessitaremos do Indicador Universal - “Universal”:
Vá em “Parts Library” > “Indicators” > “Solutions” > “Universal”
Agora, em “Parts Library” > “Indicators” > “Charts” e pegue a respectiva escala de cor.
No Crocodile Chemistry pode-se encontrar reagentes em qualquer dos três estados
físicos
Os líquidos são mostrados em frascos semelhantes a esse.
Nos frascos encontramos algumas informações como:
Figura 31
Ao clicar sobre a unidade de qualquer uma das grandezas,
aparecem as opções por exemplo, ao clicar sobre mL:
Volume pode ser mostrado em mililitros, centímetros cúbicos ou Litros.
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Já as substâncias sólidas podem aparecer em forma de
pedras “Lumps” ou em um recipiente similar a um pote.
Neles também há informações sobre o composto:
A granulometria de um composto pode ser fina, média ou
grossa.
Figura 32
Vamos utilizar as seguintes soluções:
Em:
“Parts Library” > “Chemicals” > “Acids” > “Hydrochloric Acid” (Ácido Clorídrico).
“Parts Library” > “Chemicals” > “Alkalis” > “Sodium Hydroxide” (Hidróxido de Sódio).
“Parts Library” > “Chemicals” > “Miscellaneous” > “Liquids & Solutions” > “water”
(Água)
Antes de iniciar qualquer experimento (começar a adicionar um reagente a
outro) deve-se primeiro pausar a reação (Botão na parte superior da barra de
ferramentas) para evitar que o tempo gasto por exemplo procurando algum reagente
exerça alguma influencia nos produtos da reação.
1 – Copie e cole os frascos
do Ácido Clorídrico e
Hidróxido de Sódio até que
hajam 3 de cada.
Modifique as concentrações
para 0,01 M – 0,5 M – 1,0
M e o volume para 20 mL
de ambos.
Figura 33
2 – Adicione a cada Becker, 50 mL de água (basta clicar/segurar sobre o frasco da
água, arrastar por sobre o Becker até que apareça um ícone de um pequeno Becker
derramando e soltar. Repetir sobre os demais beckers.
3 – Adicione aleatoriamente os ácidos com suas
concentrações aos três primeiros beckers.
4 – Faça o mesmo com as bases e adicione o
indicador universal a todos os beckers.
5 – Agora, através da mudança de coloração
identifique as concentrações adicionadas
Figura 34
Como a mesma quantidade de água foi adicionada a todos, o que tornará essas
soluções mais ácida ou básica, será a concentração da solução adicionada. Assim,
por exemplo quanto mais concentrada for a solução de HCl utilizada mais escuro será
o vermelho da solução.
Computação para Química
Exercício:
Pause a Reação, pegue um becker de 250 mL e adicione 12,5 mL de
HCl 9,6 M , 100 mL de NaOH 1,2 M e adicione 50 mL de água. Adicione
o indicador universal. Antes de iniciar a reação responda:
Qual o pH que solução final vai apresentar ? Por quê ?
Equacione essa reação.
3.2 Observando reações
O Crocodile Chemistry permite ao usuário visualizar o que ocorre em uma
reação em escala molecular. No exemplo acima temo uma reação Ácido-Base.
Conforme sabemos:
ACIDO + BASE → SAL + ÁGUA.
Porém, nem sempre as reações são tão simples de serem equacionadas, desta
forma podemos o programa mostra as reações que ocorrem em determinado
momento.
Então voltando ao experimento acima: Inicie a reação (retire-a de pausa).
Para visualizar não apenas as equações, mais uma grande quantidade de
informações acerca do becker que adcionou-se 12,5 mL de HCl 9,6 M , 100 mL de
NaOH 1,2 M e 50 mL de água, (conforme dito anteriormente) passe o ponteiro do
mouse sobre o becker e aparecerá esta barra opções. Clique sobre o botão “Reaction
Details” e aparecerá uma caixa semelhante a
esta (ao aproximar o ponteiro do mouse):
Figura 35
Nela temos uma reação do que ocorre no
becker atualmente. Porem ela mostra não a fórmula mas o nome dos compostos. Para
visualizar a reação na forma como estamos acostumados clique sobre “word” e
selecione “simbolic”. A reaçã será mostrada com as fórmulas dos compostos. Tem-se
ainda a opção para mostrar a equação iônica basta clicar sobre “Ionic”.
Atualmente a caixa mostra apenas a reação que
ocorre. Para visualizar o restante dos dados disponíveis
clique sobre o botão,
a janela se expandirá
mostrando os detalhes da reação.
Esta caixa mostra uma série de características
físicas e químicas como temperatura, volume total da
solução, líquidos presentes, massa total, os gases
presentes e seus respectivos volumes, os indicadores
presentes na reação o pHe etc.
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DQ/CCEN/UFPB
Outra opção é a visualização 3D (que não pode ser
mostrada em todos os casos. Clique sobre o botão
“Atom
Viewer” e será mostrada a caixa lado
Ela possui uma barra de opções que permite adicionar ou
não, Água a visualização, modificar a forma como são mostrados
os compostos (formula ou nome) e mostrar ou ocultar o cubo e os
compostos presentes.
3.3 Exercícios
Figura 36
Nesta seção serão apresentados vários exercícios que vão se tornando
menos detalhados, pois tem a finalidade fazer com que você desenvolva
uma familiaridade com o programa.
3.3.1 Exercício 01 – Cinética Química
Este exemplo demonstra como fazer um experimento simples para observar o efeito
da temperatura e superfície de contato sobre a velocidade de uma reação. Lembre-se
sempre de Pausar a Reação antes de começá-la. Algumas reações duram apenas
alguns segundos ou minutos e podem ser perdidas enquanto é montado o
experimento.
1. Vá para Parts library > Glassware > Standard e escolha um Erlenmeyer, em
seguida coloque outro erlenmeyer ao lado do primeiro.
2. Agora vá para pasta Parts library > Glassware >Measuring e adcione duas
seringas a tela de trabalho, colocando uma sobre cada frasco.
3. Vá para Parts Library > Equipment > Stoppers > Large e peque duas rolhas (de
um furo – One tube), uma para cada frasco ajustando-as.
4. Em Parts Library > Equipment >Aparatus, adcione um Electric heater (aquecedor
elétrico) a um dos frascos e marque 60°C.
5. Passe o cursor sob a rolha em um dos frascos. Uma pequena conexão (quadro
branco) irá aparecer. Clique/segure neste e mova o cursor para o bico da seringa
e solte para ligar o bico da seringa à rolha. Faça o mesmo para o segundo
frasco.
6. Esvazie a seringa, clicando sobre o botão “Empty” para retirar qualquer ar da
mesma.
7. Reagentes. Vá para Parts Library > Chemicals > Acids. Arraste um frasco de
(HCl) para tela de trabalho, mude a molaridade para 2 mol/L e o volume para 50
cm3 . Adicione este reagente a cada erlenmeyer.
8. Agora em Parts Library >Chemicals> Carbonates> Powders. Adicione CaCO3 ,
modifique (se necessário) a massa para 10 g e adicione a cada frasco.
9. Verifique se o marcador de velocidade está marcado ao meio (para evitar que a
reação ocorra muito rapidamente ou lentamente demais)
10. Inicie a Reação observando a velocidade de deslocamento do pistão.
Computação para Química
Agora responda:
1. Por que o sistema com aquecimento foi mais rápido?
2. Equacione a reação. Qual o gás formado e preso na seringa?
3. Monte um novo experimento similar a este. Desta vez não utilize aquecedor.
Em um erlenmeyer utilize o CaCO3 Fino (Fine) e outra utilize o Grosso (Coarse)
e responda:
a. Qual seringa enche mais rapidamente? Por quê?
b. O que você conclui após a realização dos experimentos?
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DQ/CCEN/UFPB
3.3.2 Exercício 02 - Destilação
Neste exemplo iremos separar uma mistura de dois líquidos (água e etanol) pelo
processo de destilação.
1. No índice Parts library > Glassware > Standard pegue um Erlenmeyer, um
becker e um condensador.
2. Em Parts library > Equipment > Standard pegue um heater (aquecedor).
Coloque o erlenmeyer sobre este.
3. Pegue uma rolha de um tubo (Stoppers> large > one-tube stopper) e tampe o
frasco.
4. Coloque o condensador a esquerda do frasco num ângulo em torno de 60ºC.
5. Mova o cursor em cima da rolha e clique sob o conector que aparece. Faça o
mesmo sob o condensador. Uma mangueira irá se formar, leve-a ate o topo
do erlenmeyer.
6. Mova o béquer para baixo do condensador.
7. O condensador já possui uma conexões para entrada e saída de água de
refrigeração que encontram-se ocultas.
8. Em Parts library > Chemicals > Miscellaneous > Liquids & Solutions pegue
um frasco de água e outro de etanol (water e ethanol). Adcione ambos ao
erlenmeyer.
9. O Etanol evapora a 78°C enquanto a água a 100°C. Se você aquecer a
mistura acima de 78°C, mas abaixo de 100°C, apenas o etanol irá evaporar.
O condensador resfriar o vapor de etanol que condensará voltando ao estado
liquido.
10. Marque a temperatura do aquecedor.
11. O etanol irá ser coletado no becker.
NOTA: Este experimento exige um pouco de atenção durante a sua execução, pois
se a mistura ficar tempo demais em contato com o aquecedor corre-se o risco de
que evaporar a água, portanto deve-se monitorar o conteúdo do erlenmeyr, do
condensador e do béquer.
Responda:
1- Qual o princípio envolvido no processo de separação de substâncias através
da destilação.
2- A destilação serve para separar qualquer mistura de líquidos? Explique.
Computação para Química
3.3.3 Exercício 03. - Formação de precipitado.
Quando duas soluções aquosas são misturadas podem reagir formando um sólido
insolúvel. Este sólido é chamado precipitado. Este experimento mostra o precipitado
formado quando soluções de nitrato de prata e cloreto de potássio são misturadas.
1. Vá em ... > Nitrates > Solutions pegue um frasco de Silver nitrate (AgNO3).
Agora em ... > Halides >Solutions pegue o potassium chloride (KCl).
(KCl)
Modifique as molaridades de ambas as soluções para 2M.
2. Mova seu cursor sobre o becker e pressione o botão “Atom
“Atom viewer” para
ativar a visualização 3D. E em seguida em “Reation
“
Detals”.
3. Pegue um becker e adicione a ele as soluções de AgNO3 e o KCl.
4. A reação de precipitação procederá rapidamente com o precipitado formando
logo que as duas soluções são misturadas. O sólido é inicialmente
dispersado através da solução e irá decantar por gravidade.
5. Usando o Atom viewer,veja os íons Cloreto e prata se aproximando para
formar o sal que decantará no fundo do recipiente.
Responda
a) Qual o precipitado formado? Equacione a reação (Global
(
e Iônica).
b) A partir da equação calcule a massa de AgCl formada. Qual o volume das mesmas
soluções que precisaríamos para formar 34,4 g de precipitado?
Considere, MAg = 108 g/mol e MCl = 35,5 g/mol
Agora partindo do mesmo becker com a solução e o precipitado continue:
1. Pause a Reação e adicione a área de trabalho outro becker, um funil (Funnel),
(
um papel filtro (Filter
Filter Paper) e um vidro de relógio (Evaporating
Evaporating Disth).
Disth)
2. Em Parts library > Equipment > Meters and Probes pegue uma balança
bal
(Balance).
3. Posicione o Papel filtro dentro do funil.
funil. Tare o vidro de relógio, pondo ele sobre
a balança e clicando sobre o botão “T” (Tare).
(
Isso é necessário devido ao fato
de estarmos interessados apenas na massa do precipitado que será
posteriormente
te pesada (se isso não fosse feito, o peso do vidro de relógio
também seria contado).
4. Posicione o becker abaixo do funil com o papel filtro. Adicione a solução de
AgNO3 e KCl ao papel CUIDADOSAMENTE (para que não caia precipitado
fora do papel). Retire a reação de pausa para que a filtração inicie.
5. Transfira CUIDADOSAMENTE o precipitado para o vidro de relógio e pese-o.
pese
Compare o valor obtido com o calculado anteriormente.
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DQ/CCEN/UFPB
3.3.4 Exercício 04 – Tutorial de reação
Conforme foi dito anteriormente, o Crocodile Chemistry possui uma biblioteca de
reações que já estão prontas. Vamos neste exercício observaremos um desses
exemplos.
Vá em Contents > Equations and Amounts > Balanced Reactions.
Obviamente todo o tutorial que explica como proceder na reação, está em inglês,
assim como todos os demais. Porém esse fato não torna muito difícil o entendimento
do experimento uma vez que o programa é bastante ilustrativo.
Como ainda estamos iniciando o contato com o Crocodile, a tradução deste tutorial
está descrita abaixo com alguns acréscimos que ajudarão entendimento do
experimento. Cada parágrafo mostra a tradução do texto conforme avança-se clicando
sobre
Reações balanceadas
1 - Neste kit você aprenderá sobre equilíbrio e balanceamento de reações.
Obs: Pause a reação.
2 - Escolha um dos metais alcalinos (abaixo) e arraste para o frasco para reagir.
Certifique-se que todo o ar foi removido para o metal não oxidar (clicando em “Empty”
no erlenmeyer).
A. Lítio.
B. Sódio
C. Potássio
3 - Ligue o cilindro de gás de cloro, arrastando o controle deslizante para cima. Você
verá o erlenmeyer encher-se de um gás amarelado.
4 - Aproxime o cursor da caixa na parte superior e clique sobre “Word” (abaixo) da
caixa de detalhes da reação e selecione "symbolic" a partir da lista para alterar a forma
como os nomes químicos são exibidos.
Compare como eles são exibidos em símbolos e palavras. Deve haver o mesmo
número de moléculas de cada lado da equação, para que ela seja equilibrada em
forma simbólica.
5 - Desligue o gás, esvazie o erlenmeyer e teste outros metais.
Computação para Química
3.3.5 Exercício 05 - Eletrólise
Neste exercício montaremos um experimento simples de eletrólise, onde uma peça de
carbono é recoberto com prata (prateado). Processo este, denominado galvanização.
1. Inicialmente, vá em ...Glassware > Standard e pegue um “bath“ (banho).
2. Agora em ...Electrochemistry > Electrodes pegue um eletrodo “silver” (prata) e
outro de “carbon” (carbono).
3.
...Chemicals > Nitrates > Solutions e pegue um frasco de AgNO3 ( “silver
nitrate”). Altere seu o volume para 200 cm3 e adicione a “Bath”.
4.
Coloque o eletrodo de prata do lado esquerdo do banho. A ponta do eletrodo
deverá estar submergida na solução.
5.
Coloque o eletrodo de carbono no lado oposto.
6.
Vá em ...Electrochemistry > Equipment pegue uma bateria. Coloque-a acima
do banho, entre os dois eletrodos. Rotacione a bateria 180° anti-horario. (para
que fique com a ordem das cargas +/-).
7.
Mova seu mouse sobre o polo positivo da bateria (+). Uma conexão irá
aparecer, clique/segure e arraste o fio até o eletrodo de prata (solte para
conectar). O eletrodo de prata é agora o ânodo na sua cela eletroquímica. Na
galvanoplastia o material de sacrifício deve ser sempre o ânodo.
8.
Conecte o outro pólo da bateria ao eletrodo de carbono. Este agora é o
cátodo.
9. Inicie a reação e veja como a peça de carbono é lentamente galvanizada com
a prata. Observe todos os detalhes da reação.
Questões:
1. Faça um desenho esquemático do sistema proposto.
2. Descreva as semi-reações que ocorrem no catodo e no anodo.
3. O que eletrodo de sacrifício?
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DQ/CCEN/UFPB
3.3.6 Exercício 06 - Titulação
Agora, vamos realizar uma titulação. Processo muito comum no estudo da química
Analítica. Neste caso realizaremos uma tilulação Ácido-Base.
1- Arraste uma bureta e um becker para a área de trabalho.
2- Adicionar 25cm3 (1cm3 = 1 mL) de hidróxido de sódio para o becker e 50cm3
de ácido clorídrico para a bureta.
3- Pressione o botão de encher a nível da bureta para trazer a quantidade de
ácido na bureta para a marca zero.
4- Adicionar indicador Fenolftaleina ao becker.
5- Vá ao painel ...> Presentation e arraste um gráfico para a área de trabalho.
6- Clique e arraste o marcador ao lado do traço vermelho no gráfico de modo a
que uma linha ligue-se ao becker.
7- Clique sobre “Property...” (pouco acima do eixo y) e escolha o “pH” a partir da
lista que aparece. Assim o eixo y mostrará a medida do pH do conteúdo do
becker.
8- Clique na seta para baixo (abaixo do eixo x) e selecione “Specific Part
Property” e um segundo marcador irá aparecer. Conecte-o a bureta.
9- Agora, clique em “Property...” (à direita do botão) e escolha “Burette Level” na
lista que aparece. Assim o eixo x mostrará o nível de líquido que tenha sido
liberado a partir da bureta.
10- Selecione o gráfico com o botão direito do mouse e abra o painel Propriedades.
Clique na guia “Y-axis”. Na seção definia o Min. e Max. modifique os valores
para 0 e 14. Em “GridLines > Major, every” defina aparecer cada 2 unidades.
11- Na guia “X-axis” defina o Min. e máx. para 0 e 50 cm3. O gráfico foi agora
totalmente configurado para medir o pH da solução no becker, e o volume de
solução liberada a partir da bureta.
12- Adicione vagarosamente o HCl da bureta ao becker até que seja atingido o
ponto de equivalência (que a solução no erlenmeyer mude de cor).
13- Observe como varia o pH no gráfico.
Computação para Química
3.4 Desafio - Criação de um roteiro de prática
Até agora todos os experimentos realizados já possuíam um roteiro pré-definido. Para
mostrar a versatilidade do programa Crocodile Chemistry, crie um roteiro de
experiência no Crocodile Chemistry. Você pode utilizar livros e apostilas de aulas
experimentais ou buscar na internet algum experimento legal. Porém atente-se para
alguns detalhes ao escolher um procedimento.
1. Verifique se os reagentes e equipamentos exigidos pelo roteiro estão disponíveis
no Crocodile Chemistry. O sucesso de um procedimento experimental depende da
disponibilidade de reagentes. Assim, preste atenção e procure atentamente por
todos os equipamentos e reagentes exigidos. Caso não encontre algum, procure
saber se o mesmo pode ser substituído por outro existente no programa.
2. Crie um roteiro. Em todas as disciplinas experimentais existem apostilas ou livros
que possuem o procedimento da aula prática. Desta forma, quando escolher a sua
experiência, teste-a e procure fazer um roteiro do desenvolvimento da mesma.
Você pode se basear nos roteiros dos exercícios, nos tutoriais (em inglês) do
próprio programa ou adaptando roteiro que você pesquisou ao Crocodile.
3. Se preferir, adicione ao roteiro um esquema (imagem) de como o experimento
deve ser organizado para que funcione da melhor forma possível.
4. Por fim, monte um pequeno questionário a ser respondido por aqueles que
realizarão o experimento. Assim você o tornará mais atrativo. Inclua no
questionário curiosidades ou perguntas que podem ser respondidas e explicadas
através do bom entendimento do procedimento.
33
34
DQ/CCEN/UFPB
4. - ACD/ChemSketch
O ChemSketch é um programa que atende as mais diversas necessidades no
campo da química. Com ele podemos fazer cálculos de massa molecular, peso
molecular, distância entre ligações além de tornar possível desenhar, visualizar em 3D
e até nomear alguns compostos. Ele se encontra em duas versões, uma gratuita e de
livre download na página do programa (mediante cadastramento) essa possui algumas
restrições quanto a nomenclatura e alguns outros recursos. E uma versão paga onde
é possível a execução de todas as restrições da primeira versão.
Essa é a pagina que encontramos ao
abrir o programa que se encontra dentro da
pasta ACDLABS 10.0 > ChemSketch.
É ela que utilizamos para fazer os
desenhos das moléculas e onde se encontram a
grande parte das ferramentas oferecidas pelo
programa.
Devemos perceber inicialmente os botões
que alternam entre as paginas de
Criação/Edição
de
moleculas
e
desenho, no
ferramentas.
canto
superior
da
barra
de
Figura 37 - Janela do ACD ChemSketch
4.1 Barra de Ferramentas
Vamos agora conhecer melhor a barra de ferramentas do ChemSketch.
Figura 38 - Barra de ferramentas do ChemSketch
1 – Tabela periódica. Para adicionar elementos que não estao disponíveis na barra de
elementos (a esquerda), basta clicar sobre esse botão, selecionar o elemento
desejado e clicar onde se desejar inserir.
2 – Botões de Seleção e Movimento
2A – Selecionar/Mover: Serve para mover parte de uma estrutura (elemento ou
ligação). Nos permite deslocar um fragmento da molécula deixanto intacto todo resto
Computação para Química
2B – Rotação Plano: Rotaciona a estrutura (ou parte dela) no plano da area de
trabalho.
3B – Rotacionar 3D: Rotaciona a estrutura em qualquer plano
3 – Seleção: Permite selecionar várias estruturas da área de trabalho.
4 – Desenho: Servem para desenhar manualmente ligações ou para transformar uma
ligação simples em ligação dupla ou tripla.
5 – Desenhar/Alterar formato ligação: Permite desenhar ligações especiais como
ligações dentro e fora do plano ou ligações coordenadas.
6 – Botões de edição: Funções basicas como apagar, recortar, colar etc.
7 – Sinal +: Insere o sinal gráfico de soma em reações.
ATENÇÃO: Esse botão serve apenas como sinal grafico não funcionando como sinal
de carga em um elemento ou composto. Para isso utilize as cargas que estão na barra
abaixo da barra de elementos (a esquerda).
8 – Seta de Reação: Insere/apaga setas dos mais diversos tipos e formatos.
9 – Legenda Seta: Insere legenda abaixo ou acima da seta de reação.
10 – Comandos e Calculos de reação.
11 – Polimero: Mutiplica uma estrutura por número.
Ex: Caso queira mutiplcar esse Ácido
acético por 4, basta clicar no botão
polimero, digitar o valor em “index” (4,
no caso), aplicar e selecioná-lo.
Figura 39
12 – Posição: Altera a posição de uma ligação ou elemento a ser selecionado
13 – Botões de rotação de ligação: Rotaciona uma ligação segundo o eixo
selecionado.
14 – Espelha elemento ou ligação selecionado no plano vertical ou horizontal.
15 – Oferece uma opção de desenho automático ao se aproximar de um elemento em
uma estrutura.
16 – Adapta a estrutura para que seja vista no plano da área de trabalho.
17 – Verifica se a estrutura selecionada possui forma tautomérica.
18 – Otimização 3D: Otimiza a estrutura desenhada para a melhor forma reconhecida
pelo programa (Angulos e distancias de ligação).
19 – Ajustes de Tela: Opções de zoon da pagina da área de trabalho.
20 – Abrir modelos: Abre o acervo de moleculas, equipamentos de laboratorio, orbitais,
desenhos que já vem prontos do programa.
21 – Gerar Nome: Gera o nome da estrutura selecionada. (restrições na versão free)
22 – Leva a estrura desenhada para a forma 3D.
35
36
DQ/CCEN/UFPB
4.2 Desenhando Moléculas
culas no ChemSketch
Na pagina de criação de moleculas (Structure),, geralmente o Carbono aparecerá
selecionado na área dos elementos, caso não, basta clicar sobre ele.
Figura 40
Isso significa que cada vez que um clique for dado
na área de trabalho, um átomo de carbono sera
adicionado com suas 4 ligações completadas com
hidrogênio (CH4). Se uma linha for desenhada
(clicando sobre um ponto, arrastando o ponteiro e
soltando o clique) em cada extremidade será
adicionado
do um C e as ligações restantes
completadas com H (C2H6)
Figura 41 - Desenhando
estruturas
O Naftaleno tem fórmula (C10H8) e é um hidrocarboneto aromático derivado do
petróleo e é constituído de dois anéis benzênicos saturados.
Apesar de já termos o anel benzênico pronto na barra da direita é interessante que por
enquanto desenhemos sua estrutura manualmente, para que aprendamos como
melhorar moléculas feitas manualmente.
Perceba que não é
necessário que o
1 - Então, com o
desenho
esteja
carbono selecionado,
alinhado
clique sobre o botão
perfeitamente
lápis
desenhe
o Figura 42 - Naftaleno 2
Figura 43 – Naftaleno 1
Naftaleno.
2 – Agora selecione a molécula e clique no botão 3D Optimization [18].
Note que além de alinhar perfeitamente a molécula, a
otimização adicionou os hidrogênios que faltavam. Caso não
queira que os H apareçam, basta ir sobre o botão “Tools”
“
e
clicar sobre “Remove
“
Explicit Hydrogens”
Figura 44 - Naftaleno 3
Para facilitar o entendimento vamos numerar os carbonos do Naftaleno. Para
isso,clique sobre “Tools” e em seguida “Auto Renumbering”.
Adicione um grupo metil
(CH3) no carbono 5.
Figura 45
Note que o grupo continua no carbono 5, embora
que agora esse carbono tem prioridade na numeração.
Figura 46
saibamos
Computação para Química
Vamos agora gerar o nome dessa estrutura clicando no botão [21].
Figura 47
Mesmo inicialmente com o grupo no carbono 5 da
estrutura o nome foi gerado no carbono 1. Perceba
que o grupo o C do grupo ainda não foi numerado.
Para organizar a numeração dos carbonos basta
renumerar a molécula.
Figura 48
Para saber a fórmula molecular, clique sobre Tools > Calculate >
Molecular Formula. Aparecerá uma janela com a respectiva
fórmula do composto
Figura 49
Para calcular massa molecular, clique sobre Tools > Calculate >
Formula Weight. Aparecerá uma janela com a respectiva massa
do composto
Para calcular composição, clique sobre Tools > Calculate >
Composition. Aparecerá uma janela com a respectiva massa do
composto
Figura 50
Para copiar para a área de trabalho qualquer desses
valores, clique sobre o botão “Copy To Editor”.
Figura 51
ATENÇÃO: na opção “...Calculate” existem outros cálculos que são conhecidos por
nós como volume molar, densidade e etc.
Exercício
1. Desenhe as estruturas ao lado no
ChemSketch.
2. Gere o nome delas.
3. Calcule a fórmula molecular
4. Calcule a massa molecular
5. Calcule a composição
6. Qual o nome usual do composto
(e)?
Figura 52
37
38
DQ/CCEN/UFPB
Desafio 1 - EDTA
EDTA é o acrônimo em inglês para
Ethylenediamine
tetraacetic
acid.(ácido
etilenodiamino tetra-acético). Ele é um composto
orgânico que age como agente quelante,
formando complexos muito estáveis com diversos
íons metálicos. Usado como descolorante para
cabelos, pode ser também utilizado na fabricação
de pães e derivados na indústria alimentícia.
Também é usado durante tratamento endodôntico
por ter uma função quelante e retirar íons cálcio
(Ca2+). Essa afinidade com o cálcio confere-o
propriedade de anticoagulante.
Figura 53
Pesquise sobre o que são compostos quelantes, quelatos e como o EDTA se
liga a metais. Agora, no chemsketch:
a) Desenhe a estrutura do EDTA livre e complexado com Ca. Otimize.
b) Calcule as composições, fórmulas e massas moleculares das duas
estruturas.
c) Gere o nome da estrutura livre.
d) Gere a estrutura 3D (ver próxima seção).
e) Mude o metal (Cu, Fe) e o numero de ligações no complexo.
Desafio 2
Pesquise na internet a estrutura do principio ativo da maconha e da cocaína e
desenhe-as no chemsketch.
Computação para Química
4.3 Forma 3D
Conforme já foi dito, uma das maiores vantagens do ChemSketch com relação
a alguns programas é a possibilidade de visualizar as moléculas desenhadas em três
dimensões. Mesmo com algumas restrições a versão free consegue levar para 3D
grande parte das moléculas desenhadas.
Para visualizar uma estrutura na forma
3D basta clicar sobre o botão “3d Viewer”
na parte superior da barra de
ferramentas.
A janela mudará completamente de
visual. O plano de fundo que antes era branco
agora passa a ser preto e as ligações ganham
cores dependendo de que elemento são
Figura 54 - Forma 3D ChemSketch
formadas.
A barra de ferramentas também é modificada:
Figura 55 - Barra de ferramentas do 3D viewer
1 – Botões padrão de Abrir, Salvar, Desfazer e Refazer.
2 – Botões Selecionar Átomos, Rotação 3D, Fixar um ângulo de Rotação, Rotacionar e
Mover.
3 – Opções de estilo das moléculas
Estrutura de Linhas, Cilindros, Bolas e Cilindros, de Bolas, Nuvem Eletrônica e de
Bolas 2D.
4 – Quando ativo, este botão mostra a nuvem eletrônica independente do estilo que
está ativo.
5 – Botões de Aumentar e Diminuir o tamanho das esferas em relação aos cilindros.
6 – Calcular a Distancia da Ligação (entre dois átomos).
7 – Calcula o Ângulo de Ligação (entre três átomos).
8 – Calcula o Ângulo de Torção da ligação (entre quatro átomos).
9 – Espelhar e Inverter Centro (quando possível)
10 – Alterar a cor dos Átomos.
11 – Rotação Automática
12 – Rotação Automática juntamente com mudança de estilo.
13 – Otimização 3D (mesma função que na versão simples – encontra os melhores
ângulos e distâncias entre átomos).
14 - Opções de Criação de Gifs.
39
40
DQ/CCEN/UFPB
Distância de Ligação, Ângulo de Ligação e Ângulo de Torção
Na visualização 3D é possível calcular a distância de ligação, o ângulo de
ligação e torção de uma estrutura. Obviamente, esses valores devem ser calculados
com a estrutura em sua forma mais estável, ou seja, antes de fazer tais cálculos
devemos primeiro deixar a estrutura estabilizada. Para isso deve-se clicar sobre o
botão otimização 3D assim o programa procurara a forma mais estável da molécula.
Calculando a distância de Ligação
Para calcular a distância de ligação deve-se ativar o botão “Bond
Length” e selecionar os dois átomos
cuja a distância quer se saber. Para
selecionar um átomo, clique sobre
(Select
Atoms),
porém
ele
é
automaticamente é ativado quando
clica-se sobre “Bond Length”
Ex: Calcular a distancia entre esses dois elementos
Clica-se sobre o botão de calculo de
distancia e seleciona-os
Surge uma janela com a distancia entre os
Figura 57
átomos selecionados (atenção para a unidade).
Figura 56
Calculando angulo de Ligação
Processo similar ao calculo de distância as únicas
diferenças são o botão a ativar que agora é o de ângulo de
ligação (Angle) e o numero de átomos a selecionar (agora
são três). Valor surge (em graus).
Calculando angulo de Torção
Figura 58
O ângulo de torção é aquele entre um determinado átomo e um plano formado
por três outros átomos. Para calcular o ângulo de torção basta ativar o botão
(Torsion Angle) e selecionar quatro átomos. Surgirá a janela contendo o valor
do ângulo de torção (em graus).
Figura 59
Figura 60 - Angulo de torção
Computação para Química
4.4 Verificando Tautomeria em Moléculas
O ChemSketch permite verificar se uma estrutura
possui formas tautoméricas. Uma vez desenhada a estrutura,
clique sobre o botão Tools” na parte superior da barra de
ferramentas e em seguida sobre “Check Tautomeric Forms” e
o programa informará se a estrutura apresenta (número de
formas) ou não
Figura 61
IMPORTANTE: Lembre-se que para adicionar cargas a estruturas deve-se
utilizar o botão na barra lateral esquerda (abaixo do botão com o R maiúsculo). Se o
sinal mostrado não for o desejado, clique sobre a ponta branca do botão (canto direito
inferior) e aparecerão as opções disponíveis.
Verifique se essa estrutura possui formas tautoméricas. Nesse caso teremos 2.
Como essa estrutura possui duas formas, cópia 1ª. para área de trabalho.
Seleciona-se a segunda estrutura (essa será modificada) e clica-se sobre
“Tools>Check Tautomeric Forms”. Aparecerá a janela mostrando a primeira forma
(atual) clique sobre o botão “Next” e é mostrada a segunda forma. Uma vez
apresentada a segunda forma clique sobre o botão “Replace” e a forma selecionada
inicialmente será substituída pela forma tautomérica. Agora basta adicionar a seta
dupla.
Exercício:
Verifique a existência de Formas Tautoméricas na seguinte estrutura:
Faça um esquema mostrando todas as formas
tautoméricas.
Figura 62
41
42
DQ/CCEN/UFPB
4.5 Imagens
Durante o desenvolvimento de aulas práticas geralmente fazemos uso de
equipamentos que são formados por varias vidrarias unidas entre si. Desta forma, ao
descrever um procedimento experimental às vezes necessitamos de uma imagem que
ilustre a aparelhagem utilizada e nem sempre é fácil ou possível encontrar uma
imagem de tal completa. Por exemplo, no caso de uma destilação.
As duas imagens abaixo mostram esquemas de condensadores. Um é
resultado da soma de várias imagens da internet de diferentes sites e o outro foi feito
no ACD ChemSketch. Você consegue imaginar qual foi o da internet e qual o do
programa? E ainda, qual das duas imagens é mais conveniente a por exemplo um
relatório de uma prática ou mesmo em uma publicação?
Figura 64
Figura 63
Claro que é perfeitamente possível encontrar a imagem de um destilador
pronto na internet já que este é um aparelho relativamente simples, mas o mesmo não
se pode dizer de aparelhos de extração por exemplo que são bem mais raros na rede
por serem pouco conhecidos. Assim, um recurso muito útil no ACD ChemSketch é
uma coleção de imagens de vidrarias e kits de laboratório que podem ser utilizados
para montar os mais diversos aparelhos, tornando muito mais simples e rápido a
criação de imagens desses equipamentos.
Utilizando o “Template Window”
O “Template Window” (janela de modelos) nada mais é que um conjunto de
imagens que são adicionadas ao computador durante a instalação do ChemSketch. Lá
pode-se encontrar não apenas vidrarias mas uma enorme quantidade de moléculas,
modelos de orbitais, desenhos de estruturas, projeções e etc.
Computação para Química
Para acessar a coleção vá em “Template” na parte superior da barra de
ferramentas e em seguida em “Template Window” ou clique sobre o atalho
na barra de ferramentas.
A janela será exibida. Os
arquivos estão organizados em grupos e
subgrupos. Seleciona-se primeiro o
grupo no lado esquerdo do vídeo e em
seguida o sub grupo na parte superior.
Para selecionar qualquer peça da janela
basta clicar sobre a mesma daí a cada
clique que for dado na área de trabalho
Figura 65
do programa um objeto será adicionado.
Para reverter a seleção basta pressionar a tecla “Esc” do teclado.
No caso do material de laboratório, algumas peças já vem montadas caso
queira utilizar apenas parte dessas peças, selecione a peça completa, adicione-a a
área de trabalho do programa. Com o objeto selecionado, vá em “Object” na parte
superior da barra de ferramentas e em seguida clique em “Ungroup”, daí retire as
peças que não interessarem e adicione as desejadas. Ao terminar, vá novamente em
“Object” e em “Group” para agrupar os objetos desejados.
Figura 67
Figura 66
Figura 68
Faça o desenho do destilador mostrado anteriormente no ACD ChemSketch
utilizando os materiais disponíveis no “Template Window” do programa.
Exercícios
Encontre no Template Window do ChemSketch e traga para a área de trabalho os
seguintes compostos:
a) Cholestane
b) D-Ribulose (Forma estérica)
c) Bufanolide (Forma estérica)
d) α-D-Psicopyranose (Forma estérica)
e) O símbolo de Radioativo e Corrosivo
f) Modelo de estrutura cúbica de face centrada (CFC)
43
44
DQ/CCEN/UFPB
Desafio 2 – Diagrama de Reação
1. Desenhe o seguinte esquema: estabilidade do radical alil
2. Faça o seguinte esquema de reação e o diagrama abaixo.
Figura 69 - Diagrama esquemático da energia livre versus coordenada de reação para adição 1,2 e
1,4 do HBr ao butadieno 1,3.
Dica: Para Desenhar o gráfico acima, você pode utilizar tanto fragmentos de
curvas que são posteriormente agregados ou a ferramenta “Polyline” na seção
“Draw”.
Computação para Química
45
5. Planilha Eletrônica
O Microsoft Excel é um programa de planilha eletrônica, que permite ao usuário
realizar rapidamente cálculos que seriam demorados se feitos ao método tradicional.
Ass planilhas são usadas quando se necessita fazer cálculos, operações matemáticas,
projeções, análise de tendências, gráficos ou qualquer tipo de operação que envolva
números. Uma das maiores vantagens da planilha é que você pode tratar uma grande
quantidade de informações, de forma fácil e rápida.4
Vamos agora nos familiarizar
fam
com a janela do Excel. Na parte superior da
janela encontramos a barra de ferramentas onde estão os botões e atalhos para os
recursos oferecidos. Ela pode variar de acordo com a versão do programa.
Figura 70 - Barra de tarefas Microsoft Excel 7.0
Figura 71 - Barra de tarefas Microsoft Excel 2005
Figura 72 - Barra de tarefas Microsof Excel 2007
Abaixo da barra de ferramentas encontramos
encontramos a área comum a todas as
versões.
Barra de Fórmula
Mostra Fórmula inserida na célula selecionada
Caixa de Nome
Mostra o endereço da célula selecionada
Cabeçalho de Linha
Referência a linha da célula selecionada
Cabeçalho de Coluna
Referência a coluna da célula selecionada
Célula Ativa (selecionada)
Espaço para adição de formulas ou valores
Guias de Planilha
Seleciona a planilha ativa da pasta de trabalho
4
Billo, 2001.
Planilha 1
46
DQ/CCEN/UFPB
Para inserir valores nas células, basta clicar sobre a mesma digitar o número.
Para Fórmulas, seleciona-se a célula e insere-se o sinal de igual (=) seguido
da respectiva fórmula. O sinal de igual condicionará ao programa que em
seguida será digitado um mecanismo de cálculo (fórmula) e não um valor.
5.1 Digitando fórmulas
Cálculo de concentração.
Neste exemplo, pretende-se calcular a concentração (mol/L) de diversos
químicos. Crie uma
Planilha 2 compostos
planilha, de acordo com a planilha 2
e siga o procedimento apresentado
Dados os elementos e suas
respectivas
massas
atômicas,
pretende-se calcular a massa
molecular (g/mol) dos compostos e a
concentração de uma solução
contendo 100g de soluto em 500 mL
de água.
Planilha 3
Como sabemos, para calcular a massa
molecular do Cloreto de sódio, basta somar
as massas atômicas do Na e do Cl.
Ao realizar a soma na planilha, inserimos o
endereço da célula contendo as massas
atômicas dos elementos Na e Cl.
A concentração em mol/L de uma solução tem a seguinte expressão:
C = n/V
n=número de mol n=m/M
V=Volume da solução (L)
m=massa do soluto (g)
M=massa molar do soluto (g/mol)
Planilha 4
Computação para Química
Responda: Qual a concentração de uma solução contendo 100g de cloreto de sódio
em 500 mL de água?
Como no nosso caso a massa é 100g e o volume é 500 mL (0,5 L), temos na célula
2E, a seguinte expressão:
=(100/D2)/0,5
m (g)
M (g/mol)
V (L)
Agora, complete as células que faltam na planilha.
Formate os números com duas casas decimais.
5.2 Construindo um gráfico
Na química os gráficos desempenham um importante papel na análise dos
resultados obtidos em um experimento. Raros são os casos de publicações na área
química que não possuam ao menos um gráfico. Desta forma a construção de gráficos
é algo importante a se aprender.
Vamos inicialmente aprender a criar um gráfico através do Assistente de
Gráfico oferecido pelo Microsoft Excel. Utilizaremos como exemplo a planilha 5.
Planilha 5
a. Construa a planilha 5.
b. Na Barra de ferramentas clique no botão
Inserir em seguida em Gráfico.
(O botão-atalho na barra de ferramentas leva
ao mesmo assistente)
Aparecerá a janela do assistente de gráfico.
Figura 73 - Assistente de Gráfico do Office – Etapa1
Na primeira etapa deve-se escolher o tipo e o subtipo de gráfico desejado.
Para facilitar, o programa mostra um modelo do tipo de gráfico selecionado. No caso,
escolha o tipo “Dispersão” e o subtipo “Dispersão com pontos de pontos conectados
por linhas”. Clique em Avançar.
Na segunda etapa selecionam-se os dados que formarão o gráfico. Nessa,
existem duas guias de opção: A de Intervalo de Dados e a de Serie.
47
48
DQ/CCEN/UFPB
Na guia Intervalo de dados, Clique no botão de
inserção de dados e selecione as duas colunas de dados
que formarão o gráfico. No caso, os valores de tempo e
temperatura e clique novamente no botão de inserção de
dados para concluir.
O assistente atribuirá automaticamente cada coluna
a seu respectivo eixo.
Figura 74 - Etapa 2
ATENÇÃO: Essa opção apesar de muito prática pode apresentar erros
principalmente quanto a escolha dos eixos, portanto verifique se os dados estão nos
eixos corretos ao utilizá-la.
A guia Série é mais recomendável pelo fato de se
escolher os dados que formarão cada eixo manualmente.
Clique em Adicionar, daí basta clicar no botão de inserção de
dados de cada eixo e selecionar ao invés das duas colunas,
uma de cada vez em seu respectivo eixo.
Essa guia também oferece uma opção para adicionar o
nome do gráfico tornando mais prática sua posterior
formatação. >Avançar
Figura 75 - Etapa 3
Na terceira etapa adicionam-se as
legendas e titulo do gráfico. Além disso, temos
uma visão antecipada de como o gráfico ficará
quando concluído.
As demais guias desta etapa oferecem
opções como adição de linhas de grade e
posição das legendas do gráfico. > Avançar
Figura 76 - Etapa 4
A última etapa seleciona-se se onde o gráfico
será adicionado. Se em uma nova planilha ou se como
um objeto na planilha atual. Neste caso (e quase
sempre) adicione como objeto na planilha e clique em
Concluir.
Figura 77 - Etapa 5
Computação para Química
Vamos seguir avançando nossos conhecimentos no Excel, resolvendo o
exercício a seguir:
Planilha 6
Variação do estado de agregação de
uma solução (100 mL) de NaCl
(100g/L) durante aquecimento
Tempo
Temperatura
Estado de
(min.)
(°C)
Agregação
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
-5,5
-1,0
7,0
18,0
27,5
35,0
42,0
49,5
56,0
64,0
69,0
76,0
80,0
84,0
88,0
91,0
93,0
94,5
95,5
97,0
98,0
98,0
Sólido
Sol. e Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido
Líquido e Gás
Líquido e Gás
Líquido e Gás
Exercício
A planilha 6 mostra o comportamento do
estado de agregação de uma solução de
cloreto de sódio durante o aquecimento.
a) Construa
a
planilha,
acrescentando duas colunas com as
temperaturas em Kelvin e Fahrenheit ( T
K e T ºF).
b) Faça uma transformação de
temperatura para as unidades de medida
Kelvin e Fahrenheit, sabendo que:
T°C = T°F - 32 = TK - 273
5
9
5
c) Construa
o
gráfico
de
Temperatura (°C) x Tempo (minuto).
Formate o gráfico, coloque título do
gráfico, título dos eixos.
d) Analise
os
gráficos
do
aquecimento da água destilada (feito
anteriormente – Planilha 03) e da solução
de cloreto de sódio. Qual a principal
diferença entre as duas curvas (água
destilada e solução de NaCl) e como essa diferença pode ser explicada?
49
50
DQ/CCEN/UFPB
5.3 Aplicação em Cinética Química
Dada a reação A → P, é possível que a velocidade de reação seja proporcional
a concentração dos reagentes. 5
Velocidade de Reação = k [A]n
Sendo, coeficiente k=constante de velocidade, [A] é a concentração molar de A e n é a
ordem da reação.
Uma equação desse tipo, determinada experimentalmente, é chamada de “lei
de velocidade”. Algumas equações são deduzidas para caracterizar a ordem das
reações, e podem nos auxiliar na manipulação dos dados experimentais. As
velocidades de reação de reações de 1a e 2a ordem podem ser ajustadas as seguintes
equações:
1a ordem → ln[A] = ln[A0] + k t
(1)
2a ordem → 1/[A] = 1/[A0] + k t
(2)
Estas equações podem ser relacionadas à equação da reta:
y = a + bx
Comparativamente tem-se y(t), k o coeficiente angular, e o termo independente
é ln[A0] para eq.1 ou 1/[A0] para eq.2.
Exercício
A planilha 7 contém dados referentes a reação
decomposição a decomposição do iodeto de hidrogênio, a 508 °C.
de
Planilha 7
2HI(g) →H2(g) + I2(g)
Concentração de
HI (mol/L)
Tempo
(s)
0,1000
0,0716
0,0558
0,0457
0,0387
0,0336
0,0296
0,0265
0
50
100
150
200
250
300
350
Considerando os dados fornecidos, faça uma
planilha no Excel para encontrar as curvas
correspondentes às equações 1 e 2.
Dica: Crie duas colunas ln[A] e 1/[A].
Agora faça os gráficos, ln[A] x t e 1/[A] x t
(ATENÇÃO: tempo no eixo x).
Utilize o tipo “Dispersão” e o subtipo
“Dispersão com pontos de dados conectados
por linhas suaves”.
Adicione a linha de tendência aos gráficos. É só clicar com a tecla da direita do
mouse sobre a curva e escolha adicionar linha de tendência – linear. Marcar as
opções exibir equação no gráfico, exibir valor de R-quadrado no gráfico.
5
Atkins, P., 2001.
Computação para Química
0
40
y = -0.003x - 2.446
R² = 0.965
-2
-3
1/[HI]
ln [HI]
-1
30
20
y = 0.079x + 9.998
R² = 1
10
0
-4
0
50 100 150 200 250 300 350 400
tempo (s)
Figura 78 - Linha de Tendência 1
0
100
200
tempo (s)
300
400
Figura 79 - Linha de Tendência 2
Com os gráficoss correspondentes aos ajustes da velocidade da reação para
cinética de 1ª e 2ª ordem,, realizou-se a linearização dos pontos do gráfico a fim de
obter a reta que melhor se ajusta
ajust aos dados experimentais.. No Excel isto se faz
adicionando uma linha de tendência e através do coeficiente de determinação (R2)
podemos avaliar a qualidade do ajuste.
ajuste Quanto melhor for o ajuste, ou seja, quanto
mais os pontos se aproximarem da reta de tendência, mais o R2 se aproximará
apro
de 1. A
2
curva que apresentar o melhor R corresponderá a ordem dessa reação. Neste
exemplo, temos uma reação de 2ª ordem.
Exercícios:
1. A planilha 8 apresenta os dados experimentais da reação de
decomposição de N2O5.
Planilha 8
2 N2O5 (g) → 4 NO2 (g) + O2 (g)
N2O5 (mol/L)
Tempo (s)
0,10000
0,07070
0,050000
0,02500
0,01250
0,00625
0
50
100
200
300
400
a)
Determine a ordem da reação.
b)
Determine o valor da constante
constant
velocidade “k”, coloque a unidade.
de
Planilha 9
C3H6 (mol/L)
1,5x10-3
1,24x10-3
1,00x10-3
0,83x10-3
Tempo
(min
(min)
0
5
10
15
2. Quando o ciclopropano (C3H6) é aquecido a
500°C, ele se transforma em um isômero
(propeno).
). A reação foi acompanhada a partir da
concentração de ciclopropano, planilha 9.
a) Determine a ordem da reação e valor da
constante de velocidade “k”, coloque a
unidade.
51
52
DQ/CCEN/UFPB
5.4 Assistente de Função
Pode-se adicionar uma função a uma determinada célula é utilizando o
assistente de função. Ele faz uso de um banco de dados que contém inúmeras
funções que podem fazer os mais diversos tipos de calculo. As funções estão
agrupadas de acordo com sua área de uso financeira, matemática e trigonométrica,
estatística e etc.
Para inserir uma função através do assistente, selecione uma célula vazia e
clique sobre o “fx” que está entre a barra de fórmula e a caixa de nome (ou vá em
Inserir> Função...).
Caso não saiba ao certo qual função utilizar, faça uma busca geral sobre o
banco de dados e o assistente lhe dará algumas opções de função para que julgue a
que mais se encaixa.
Por exemplo caso queira calcular o Seno de um valor (ângulo) para saber qual
a referência correta a digitar na caixa de fórmula digite “Seno” na caixa de busca e o
assitente lhe trará varias opções das quais neste caso, provavelmente a ultima delas é
a desejada (SEN).
Exemplo: Construa e complete a planilha 10 utilizando o assistente de fórmula.
Planilha 10
Graus
0
30
60
...
330
360
Radianos
Seno de θ
(radianos)
Coseno de θ
(radianos)
Tangente de θ
(radianos)
...
...
...
...
Exercícios:
Construa a planilha 11, considerando as seguintes informações:
Para calcular as médias dos alunos utilize o assistente para encontrar a
função “Média”.
A Média Final pode ser calculada como a média das medias semestrais.
Considere a situação do aluno como “Aprovado” ou “Reprovado”. Para tal, utilize a
função “SE”. Pode se utilizar, por exemplo, como teste lógico se o aluno obteve
média final menor que 7,0 ele esta reprovado logo:
TESTE LÓGICO
VALOR SE VERDADEIRO
VALOR SE FALSO
“MEDIA FINAL”< 7,0
Reprovado
Aprovado
Computação para Química
Faça um gráfico de Pizza do número de alunos que foram aprovados e
reprovados. Para isso, use a função “CONT.SE” ela pode contar por exemplo da
turma quantos alunos apareceu o termo “Aprovado”. No intervalo selecione a
coluna onde deseja contar e como critério pode utilizar “Aprovado” ou “Reprovado”
(NO SINGULAR – DA MESMA FORMA COMO APARECE NA CELULA, CASO
CONTRÁRIO NÃO SERÁ CONTADO)
Planilha 11
1ª Série do Ensino Médio da Escola Rutherford
1º Semestre
2 º Semestre
1º Nota
2º Nota
3º Nota
7,0
7,0
2,0
4,0
7,0
Adriano Inacio
10,0
10,0
8,0
8,0
9,0
8,0
Aline Alves
8,0
7,0
8,0
7,5
8,0
8,0
Alisson Fernando
8,0
8,0
7,0
8,0
7,0
8,0
Ana Lucia da Silva
9,0
9,0
8,0
3,0
3,0
8,5
Ana Rodrigues
9,5
8,5
8,0
8,0
7,5
7,5
Benevaldo Pereira
10,0
8,0
7,0
9,5
9,0
9,0
Chales de Araújo
8,0
10,0
8,0
9,9
9,0
9,0
Danielle de Araujo
9,0
9,0
10,0
9,0
8,5
9,0
Diêgo Juvencio
7,0
7,0
5,0
5,0
5,0
4,0
Edson de Oliveira
4,0
6,0
7,0
6,0
7,5
6,0
Eduardo Barbosa
8,0
7,5
10,0
8,0
7,0
8,0
Erenilda Pontes
8,0
9,5
8,0
5,0
8,0
7,0
Eliano Nascimento
7,0
5,0
5,5
5,0
5,5
8,0
Jefferson Melo
5,0
3,0
5,0
5,0
7,0
6,0
José Pereira
8,0
7,0
9,0
8,0
8,0
7,5
Joseiton Silva
9,0
9,0
8,0
8,5
7,5
8,0
Josenilda Batista
8,0
8,5
7,0
8,0
7,5
7,5
Josilene Silva
8,5
8,0
8,0
7,0
7,5
7,5
N° DE ALUNOS
APROVADOS
MÉDIA DA
TURMA
N° DE ALUNOS
REPROVADOS
Situação
3º Nota
7,0
Média
Final
2º Nota
Adaiton Francisco
2ª Média
1º Nota
1ª Média
Aluno (a)
53
54
DQ/CCEN/UFPB
5.5 Desafios
5.5.1 Ajuste de funções
Abra uma planilha e entre com seguintes dados:
Planilha 12
1. Formate a coluna A para 2 casas decimais, formate as colunas B e C para 4
casas decimais.
2. N célula D1,digite Temp °C. Entre com a fórmula para converter temperatura
em Fahrenheit para Temp °C.
°C=(°F-32)*5/9. Formate a coluna D para 4
casas decimais.
3. Na célula E1, escreva densidade. Entre com uma função na célula E2 para
calcular a densidade.
4. Crie um gráfico densidade x Temp °C só pontos, coloque a legenda dos eixos e
o titulo do gráfico.
5. Exclua a linha referente ao ponto que está fora da linha principal. (copie a linha
5 para linha 10 e depois delete a linha 5)
6. Na célula G1, escreva “Inclinação”. Entre com uma função na célula G2 para
calcular a inclinação da linha que melhor se ajustou aos dados. Funçãoestatística - inclinação
7. Na célula H1, escreva Interseção. Entre com um a função na célula H2 para
calcular a interseção da linha que melhor ajusta aos dados. Função-estatística
– interseção ou Intercepção.
8. Na célula I1, escreva Valores preditos para y. Entre com uma função na célula
I2 para calcular todos os valores Y dos pontos ao longo da linha de melhor
ajuste.
9. Lembre você necessita da inclinação (coeficiente angular a) e da interseção
com Y (coeficiente linear b), para obter o valor predito de y (y=ax+b).
10. Faça o gráfico densidade x valor predito de y x temp °C. Gráfico usando 3
colunas de dados. Compare os gráficos.
Computação para Química
5.5.2 Construção de Orbitais Atômicos
A compreensão dos orbitais atômicos é crucial para a química moderna, pois a
característica dos elementos depende intimamente de como os elétrons estão
distribuídos nos orbitais. A química de um elemento e de seus compostos é
determinada principalmente pelos elétrons que têm o maior valor de n, frequentemente
denominados de elétrons de valência.
A representação gráfica das probabilidades de se encontrar um elétron em
função da posição num átomo é definida como um orbital. Para tornar o conceito de
orbital mais significativo, é útil examinarmos as funções de onda que são as soluções
da equação de Schrödinger de um átomo monoeletrônico. As funções de onda podem
ser expressas como o produto de duas funções, uma das quais depende dos ângulos
θ e φ (“parte angular” χ), enquanto a outra é uma função apenas da distância eletronúcleo r (“parte radial” R). Então, temos que
Ψ (r, θ, φ) = R(r) χ(θ, φ)
De um ponto de vista matemático, cada solução da Equação de Schroedinger
(ou função de onda) corresponde a um orbital eletrônico, que define as energias
permitidas (níveis e sub-níveis) de um elétron em um orbital.
Neste exercício vamos construir a parte angular das funções de onda (orbitais)
s, px e dx2-y2 no plano x,y. Para isso precisaremos das coordenadas polares.
z
y
r
x=p cosφ
y=p senφ
θ
p
y
φ
x
φ
x
A componente angular das funções de onda no plano x,y são:
dx2-y2 => χ = (15/16π)1/2 Cos(2φ)
px => χ = |(3/4π)1/2 Cos(φ)|
s => χ = (1/4π)1/2
55
56
DQ/CCEN/UFPB
Para a transformação das coordenadas cartesianas em polares utilizaremos
p=χ e θ varia de 0° a 360°.
Atividades:
a. Construir uma tabela de acordo com modelo a seguir
Modelo de planilha para função angular do orbital px.
Planilha 13
A
1
2
3
4
5
B
C
D
E
Ângulo (°)
Ângulo (rad.)
x (coord.)
y (coord.)
0
=RADIANOS(A4)
=ABS(RAIZ(3/(4*PI()))*COS(B4))
=C4*COS(B4)
=C4*SEN(B4)
2
0,03491
0,4883
0,4880
0,0170
χ
* Modo de exibição das fórmulas
b. Em uma planilha eletrônica coloque uma sequência de números de 0 a 360
(variando de 2 em 2);
c. Numa coluna ao lado faça a transformação de graus (°) para radianos (rad.).
d. Na coluna seguinte calcule os valores de r = χ utilizando as fórmulas acima.
e. Em seguida, construa os valores das coordenadas x e y em polares, utilizando
as equações de transformação.
f. e por fim plote as coordenadas x e y nos programas Origin ou Qtiplot.
g. Repita o procedimento para as demais funções de onda angular.
Você deve gerar os seguintes gráficos:
Computação para Química
5.5.3 Cinética – Cálculo da velocidade média
Considerando a reação:
C4H9Cl (aq) + H2O (l) C4H9OH (aq) + HCl (aq)
Planilha 14
Tempo (s)
0
50
100
150
200
300
400
500
800
1000
Concentração C4H9Cl
mol/L
0,1
0,0905
0,082
0,0741
0,0671
0,0549
0,0448
0,0368
0,02
0,015
a) Construa o gráfico: Concentração x Tempo
b) Calcule a velocidade média da reação para o intervalo de tempo entre cada medida.
Usar notação científica para velocidade.
c) Considerando que seja uma reação de 1ª ordem, encontre a constante de
velocidade.
Dados:
[A] = concentração molar do reagente A
Velocidade média da reação = -∆[A]/∆t
Velocidade de Reação = - k [A]
1a ordem => ln[A] = ln[A0] - k t
57
58
DQ/CCEN/UFPB
5.5.4 Cálculo de absorbâncias e concentrações
Considerando o seguinte procedimento experimental realizado. Numere 12
balões volumétricos de 50 mL de 1 a 12 e coloque em cada um deles 15,00 mL de
NH4OH 4,0M. Adicione com aos doze balões exatamente os volumes de CuSO4
0,50M apresentados abaixo. Complete as soluções até a marca de 50 mL com água
destilada.
Planilha 15
Amostra
1
2
3
4
5
6
CuSO4 mL
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
Amostra
7
8
9
10
11
12
CuSO4 mL
3,50
4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
No comprimento de onda escolhido (580 nm) foi determinado sucessivamente
a transmitância das soluções, fazendo ao menos três leituras para cada amostra.
Também foi realizada a leitura da transmitância para uma solução com concentração
desconhecida (solução X).
1) Utilizando a relação A = log(I0/I) = εbC, explique qual é a forma do gráfico que
você espera ao representar A em função da concentração C. A partir deste
gráfico, como você poderia determinar o valor de ε se a espessura do caminho
óptico for 1 cm?
2) A transmitância de uma determinada solução é 85%. Qual é a sua
absorbância?
Transmitância: T=I/I0; Absorbância (A) = log (I0/I) = log (1/T).
3) Construa a planilha 16 no Excel e complete-a com os cálculos de absorbâncias
A1, A2 e A3; absorbância média e transmitância média.
4) Faça os cálculos para concentração.
5) Faça os gráficos:
a. Gráfico 1: Transmitância percentual média (T) em função da
concentração (C) da solução do complexo.
b. Gráfico 2: Absorbância (A) em função da concentração (C) da solução
do complexo.
6) Calcule o valor da concentração da solução X lido diretamente do gráfico e usando
o valor da tabela e do coeficiente angular (determinado no gráfico 2).
Computação para Química
-3
-1
Planilha 16 - Transmitâncias (em %), Absorbâncias e Concentrações (em 10 mol.L ) no
comprimento de onda de 580 nm
Solução
1a Leitura
A1
2a
Leitura
T2
77,5
A2
3a Leitura
1
T1
77,5
T3
77,5
2
52,5
52,0
52,5
3
44,0
44,0
44,5
4
34,5
34,5
34,5
5
27,5
27,5
27,5
6
15,5
15,5
15,5
7
12,0
12,0
12,0
8
9,5
9,5
9,5
9
7,5
7,5
7,5
10
6,0
6,0
6,0
11
5,5
5,5
5,5
12
5,0
5,0
5,0
Solução
X
53,5
53,5
53,5
A3
Transmitância
% média
Absorbância
Média
mol/L
59
60
DQ/CCEN/UFPB
6. - Modelagem Molecular
O HyperChem é um sofisticado ambiente de modelagem molecular
caracterizado pela
qualidade, flexibilidade e facilidade de utilização. Unindo
visualização 3D e animação química com cálculos quânticos, mecânica e dinâmica
molecular. O HyperChem coloca ao seu alcance vários recursos que podem ajudar o
entendimento da química, através de métodos computacionais como o da mecânica
molecular, dinâmica molecular, semi-empíricos e métodos
moleculares.
A versão mais recente, HyperChem Release 8.0, é
uma aplicação 32-bit, desenvolvida para o Windows 95,
98, NT, ME, 2000, XP, Vista e outros sistemas
operacionais. HyperChem Release 8.0 incorpora várias
ferramentas computacionais como simulações com
proteínas e moléculas em campos magnéticos.6
Em nosso curso utilizaremos a versão 7.0. Ela
conta com a grande maioria dos recursos presente na
versão mais nova. Todas as versões to HyperChem
necessitam de registros que são pagos.
6.1 Abrindo o HyperChem
Figura 80 – HyperChem
Ao abrir o Hyper uma janela similar a
apresentada ao lado é mostrada.
O modo de se trabalhar com
este programa é muito semelhante
ao já visto ChemSketch (mostrado
anteriormente) principalmente no
que diz respeito ao desenho de
estruturas.
Figura 81 - Janela HyperChem
6
HyperChem <WWW.hyperchem.com>
Computação para Química
Barra de Ferramentas
Em relação aos programas já vistos, o Hyper é um dos que tem a mais simples
barra de ferramentas. Os aplicativos estão inseridos dentro dos menus em sua
respectiva barra. Desta forma, vamos conhecer a barra de ferramentas do Hyper que
concentra seus botões na criação de estruturas e em alguns recursos de desenho
adicionais.
Figura 82 - Barra de Ferramentas do HyperChem
1 – Draw (Desenho): Botão usado para desenhar estruturas. Como apenas um botão
da barra pode ser ativado por vez, sempre que desejar criar moléculas será
necessário ativar este.
Obs. Quando este botão está ativo o botão esquerdo do mouse serve para desenhar e
o direito para apagar (borracha).
2 – Select (Selecionar): Serve para selecionar átomos ou estruturas segundo o que se
encontra marcado no menu Select na barra de menus. Assim como o botão Draw este
também tem no botão direito do mouse a função oposta, ou seja, apagar a seleção.
3 – Routate out of plane (Rotação fora do plano): Com esse botão é possível girar as
estruturas nas três dimensões conforme o desejado.
4 – Routate in Plane (Rotacionar no plano): Serve para girar a molécula apenas no
plano do monitor.
5 – Translate (mover): Mover a estrutura ou o conjunto de estruturas no plano da tela.
6 – Z-Translate (Mover no eixo Z): Serve para (quando possível) mover a estrutura no
plano perpendicular ao da tela (Z).
7 – Magnify/Shrink (Aumentar/Encolher): Com este botão pode se ajustar o zoom da
visibilidade das estruturas. Para aumetar basta selecionar este botão clicar/segurar
sobre qualquer parte da área de trabalho e arrastar para baixo. Para reduzir o zoom
executar o mesmo processo só que desta vez arrastando para cima.
8 – Z-Clipping Planes (Ver interior no eixo z): Serve para ver o interior de uma fatia da
molécula.
9 – Text Anotation (Texto): Adiciona anotações a área de trabalho. Basta clicar sobre o
botão e a janela de anotação se abrirá. Seleciona-se o estilo, tamanho, tipo e cor da
fonte desejados e insere-se o texto na parte inferior da janela.
10 – Line/Circle/Rectangle Anotation (Linha, Círculo e Retângulo): Serve para inserir
essas forma a área de trabalho.
11 – Botões Novo, Abrir e Salvar arquivo.
12 – Botões Recortar, Copiar e Colar.
13 – Botões Imprimir e Ajuda.
61
62
DQ/CCEN/UFPB
6.2 Utilizando modelos prontos do Hyper
Assim como a grande maioria dos programas da área química, esse também
conta com um banco de dados onde são encontrados arquivos de moléculas já
prontas que podem ser utilizadas. No caso do HyperChem, existem desde moléculas
simples (desenhadas em segundos) até estruturas extremamente complexas que
levariam dias para serem desenhadas manualmente. Vamos iniciar vendo alguns
exemplos.
O banco de dados do programa é instalado junto com os demais aplicativos,
logo se encontra dentro da pasta do programa no disco rígido. Geralmente este
diretório está em:
C: (ou outra unidade do PC) > Hyper 75 > Samples
Para abrir um arquivo, clique em File > Open... e encontre o diretório do banco de
dados do Hyper (mostrado anteriormente). Nele você encontra os arquivos separados
segundo os tipos de estrutura. Ao selecionar um arquivo, logo abaixo do tipo de
arquivo (nos comentários) são apresentadas algumas informações sobre a estrutura.
Por exemplo, para abrir a estrutura da cafeína vá em:
... > Hyper 75 > Simples > Organics e clique sobre o arquivo CAFFEINE
Logo após abrir uma estrutura no canto inferior esquerdo aparece o número de
átomos contidos nela.
Inicialmente as estruturas são mostradas na forma
de linhas (Sticks) para visualizá-los de outra maneira
clique na barra de menus em Display > Rendering... na
guia Rendering Method na parte Atom Rendering
(mostrada abaixo) é possível escolher o modo como são
apresentadas. Escolha preferencialmente o estilo Balls
and Cylinders. Nas demais guias podem se fazer ajustes
como tamanho das esferas e espessura dos cilindros.
Figura 83
Veja outros exemplos de moléculas:
... > Samples > Organic > ASPIRIN
... > Samples > Organic > VITAMINC
... > Samples > Organic > NICOTINE
... > Samples > Aromatic > NAPHTHAL
... > Samples > Aromatic > PYRENE
... > Samples > Aromatic > C60
... > Samples > NMR > ALLENE
Figura 84
Computação para Química
Se ao abrir uma pasta não encontrar nenhum arquivo, pode ser que a seleção
de tipo de arquivo esteja diferente. Por exemplo, para ver a estrutura da
Imunoglobulina vá em:
File > Open... > ... > Samples > PDB Provavelmente não será mostrado
nenhum arquivo. Na mesma janela, na parte inferior onde é mostrado o Tipo: do
arquivo modifique para Brookhaven PDB (*.ENT) e na janela acima selecione a
PDB1F19.ENT.
6.3 Adicionando mais de uma estrutura
Ao utilizar o comando Open > File só é possível adicionar uma estrutura por
vez à área de trabalho. Desta forma torna-se importante um comando que permita
adicionar uma molécula do banco de dados a uma estrutura já aberta ou desenhada.
Para fazer isso se utiliza o comando File>Merge, ele permite que uma estrutura seja
adicionada. Por exemplo, pretendemos relacionar a estrutura da cafeína com a da
progesterona. Assim, com a cafeína já na área de trabalho, clique em File>Merge e vá
em Samples>Organic>PROGESTE. As duas estruturas aparecerão lado a lado.
6.4 Desenhando Estruturas
O modo como as estruturas são criadas no HyperChem é muito semelhante ao
do desenho de estruturas no ChemSketch, a principal diferença está em onde os
elementos químicos se encontram. No ChemSketch estão logo na barra lateral no
Hyper os elementos estão na tabela periódica que se encontra no menu Build>Default
Element, vá até ele e a tabela periódica se abrirá. Basta selecionar o elemento
desejado e em seguida clicar uma vez sobre uma parte não utilizada da área de
trabalho dar outro clique para iniciar o desenho, se perceber que vai precisar utilizar a
tabela brevemente não é necessário fechá-la, basta afastar quando não estiver
usando e reativá-la quando necessário.
Lembre-se que para desenhar é necessário que o botão desenho na barra de
ferramentas esteja ativo. Daí basta clicar sobre um ponto da área de trabalho e
arrastar para criar uma ligação simples entre átomos selecionados.
Assim como no ChemSketch o Hyper melhora as estruturas desenhadas de
forma imperfeita. Para isto clique em Build > Add H & Model Build. O programa irá
completar a valência com H e aperfeiçoará a geometria com método de mecânica
molecular (MM).
Distância de ligação, Ângulo de Ligação e Ângulo de Torsão
Para visualizar essas informações em uma estrutura temos que: Uma vez
desenhada e melhorada, basta ativar o botão de seleção e selecionar dois elementos
caso queira observar a distância de ligação, selecionar três elementos para saber o
seu ângulo interno e por fim selecionar quatro elementos para ver o ângulo de torsão.
Os dados são mostrados na parte inferior esquerda da janela (Linha de Status).
63
64
DQ/CCEN/UFPB
Exercícios
Desenhe as seguintes estruturas no HyperChem. Observando alguns de seus
ângulos e distâncias de ligação.
Figura 85
Computação para Química
6.5 Otimização de Geometria – Escolha do Método
O HyperChem possui vários métodos indexados, são estes: mecânica
molecular, semi-empírico, ab initio e funcional de densidade, cada um destes com
diferentes métodos, bases ou funcionais, desde os mais rápidos e simples até os mais
complexos. A escolha de um método é extremamente importante, pois quanto mais
robusto for o método escolhido, obviamente, mais tempo será gasto e mais esforço da
central de processamento do computador será exigido (existindo casos até em que o
cálculo não é possível sem um bom processador). O detalhamento sobre métodos
computacionais, não está previsto para este módulo do curso.
No Hyper para escolher um método de cálculo, vá ao menu Setup. Lá as quatro
primeiras opções referem-se a modos de cálculo cada um com seu nível de
complexidade. Na grande maioria dos cálculos realizados por nós utilizaremos o modo
AM1, que é um método bastante eficiente para otimização de geometria e rápido. Para
selecionar esse modo vá ao menu Setup > Semi Empirical e marque AM1.
Otimização de Geometria
Vamos agora ver a diferença entre uma estrutura apenas desenhada no Hyper
manualmente e uma que passou por processos de otimização. Utilizaremos aqui, a
molécula da água. Desenhe-a no Hyper e faça uma tabela semelhante a seguinte:
Planilha 17
Dado
Modo 1
(Manual)
Modo 2
(Model Build)
Modo 3
(AM1)
Literatura
Distância O-H1
Distância O-H2
Ângulo H-O-H
Uma vez desenhada a estrutura, rotacione-a de modo que não seja necessário
modificar sua posição para calcular as distâncias e ângulo. Calcule os valores a anote
na coluna “Modo 1”.
Agora apague a molécula e adicione à área de trabalho apenas um átomo de O
(oxigênio). Vá ao menu Build>Add H & Model Build. O programa transformará o
oxigênio em uma molécula de água. Calcule e anote os valores no “Modo 2”.
Agora faça uma melhora na estrutura aplicando o modo de calculo AM1. Para
isso, vá ao menu Setup > Semi –empirical > AM1. Observe se AM1 aparece no canto
inferior direito da janela. Agora vá ao menu Compute>Geometry Optimization e
aguarde até que a mensagem abaixo apareça na linha de status. “Conv=YES” indica
que o calculo foi efetuado com sucesso anote os valores de distancia e ângulo na
coluna “Modo 3”.
Finalmente, procure na literatura os parâmetros geométricos da água e
compare-os com os determinados nos três modos. O que você conclui?
65
66
DQ/CCEN/UFPB
6.6 Ligações Químicas e Estrutura Molecular
Moléculas possuem formatos tridimensionais que são determinados pelas
orientações relativas de suas ligações covalentes, e esta estrutura é mantida, não
importando se a substância está no estado sólido, líquido ou gasoso. Nessa seção
iremos explorar a geometria molecular, utilizando a Teoria VSPER (teoria da repulsão
do par eletrônico da camada de valência).
Os modelos encontram-se em File > Open > ...>Hyper 75 > Samples > VSEPR
1. Utilize os modelos de estruturas disponíveis no Hyper, complete a tabela a
seguir e compare com a literatura (Brady et al., 2002).
Planilha 18
Molécula
BF3
Número de Pares
Eletrônicos
3
No de Pares
Isolados
0
Ângulo de
ligação º
120
Estrutura
Triangular
planar
CH4
ClNO
H2O
I 3IF5
NH3
PF5
SF4
SF6
XeF4
Utilize os dados obtidos acima como referência para encontrar a geometria das
seguintes moléculas: BCl3, BeCl2, CCl4 e H2S. Lembre-se de melhorar as estruturas
após desenhá-las. Faça a otimização de geometria com AM1.
Planilha 19
Molécula
BCl3
BeCl2
CCl4
H2S
Número de
Pares
Eletrônicos
Número de
Pares Isolados
Ângulo de
ligação º
Estrutura
Computação para Química
6.7 Espectroscopia molecular: espectros de vibração
A absorção de radiações electromagnéticas por átomos ou moléculas exige
que elas tenham energia apropriada e que haja um mecanismo de interação que
permita a transferencia de energia. O mecanismo apropriado à excitação vibracional é
proporcionado pela variação periódica de dipolos elétricos na molécula durante as
vibrações; a transferencia de energia ocorre, então, por interação destes dipolos
oscilatórios com o campo elétrico oscilatório da luz (radiação infravermelha) desde que
a freqüência com que ambos variam seja a mesma.7
Denomina-se espectroscopia vibracional a técnica de análise na qual se utiliza
radiação eletromagnética para testar o comportamento vibracional de moléculas
observando-se a absorção ou espalhamento dessa radiação. Uma vez que as
energias vibracionais das moléculas encontram-se na faixa de 0 a 60 kJ/mol, a
absorção da radiação ocorre na faixa do infravermelho, entre 0 e 5000 cm-1, em uma
das autofreqüências dos grupos moleculares, se o modo vibracional modifica o
comprimento do dipolo elétrico correspondente. A observação direta da absorção de
radiação por vibrações moleculares é, portanto, um experimento de espectroscopia de
infravermelho.8 A técnica do infravermelho próximo é um método altamente eficiente
para análises quantitativas e qualitativas.
Para moléculas diatômicas só há um modo de vibração, aquele em que a
ligação se alonga e se contrai. Nas moléculas poliatômicas, são vários os modos de
vibração, pois todos os comprimentos de ligação e todos os ângulos podem se alterar.
Para uma molécula não linear, constituída por N átomos, existem 3N-6 modos
independentes de vibração. Se a molécula for linear, o número de modos de vibração
independentes é 3N-5. Os principais modos vibracionais são:
Figura 86 - Modos Vibracionais
7
8
http://www.angelfire.com/ab/prvs/infrav.html
Costa, J. A. T.B, 2002.
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68
DQ/CCEN/UFPB
Calculando o espectro vibracional
O Hyperchem calcula e gera o espectro vibracional de uma molécula, e permite
a animação correspondente ao modo vibracional mostrado no espectro.
Para calcular o espectro vibracional de uma molécula é necessário inicialmente
otimizar a geometria (Compute > Geometry Optimization...) aplicando o método de
calculo adequado as necessidades do usuário. Em seguida, o programa já
disponibiliza a opção de calculo de espectro vibracional. Utilizaremos como exemplo a
molécula da água.
Uma vez desenhada e
otimizada (AM1), clique sobre
o menu:
Compute > Vibrations e o
programa
calculará
o
espectro.
Note que a opção
Vibrational Spectrum (abaixo
de Orbitals...) ainda não está
disponível no menu. Ela só
ficará acessível quando o
cálculo estiver encerrado.
Figura 87
Quando a mensagem ao lado
aparecer na linha de status verifique
se o menu Vibrational Spectrum já está disponível caso sim, clique sobre ele.
Uma janela similar a mostrada abaixo será exibida:
Figura 88
Computação para Química
Perceba que a água, H2O, é uma molécula triatômica não-linear e tem três
modos de vibração (e três modos de rotação).
ATENÇÃO: Observe se a caixa de seleção (destacada acima com um círculo
vermelho) está marcada. Caso não esteja marque-a, pois só assim será possível ver
as animações diretamente na estrutura.
Cada linha (neste caso verde) do espectro corresponde a um modo vibracional.
Para visualizá-lo bata clicar sobre ele e em seguida sobre o botão Apply e a molécula
se movimentará conforme esse modo. Ou ainda pode-se digitar um numero de modo
no campo Normal Mode e também clicar sobre Apply para que o modo correspondente
seja mostrado
Exercício:
Planilha 20
Simule
os
espectros
vibracionais do O2, SO2, NH3.
Em seguida crie uma tabela
como a do lado, identificando
os modos vibracionais.
Molécula/
Nº modos
H2O (3)
“
Modo
Normal
1
2
3
Número de
onda cm-1
Tipo do Modo
Normal
Tesoura
Estiramento
Assimétrico
Estiramento
simétrico
6.8 Desafio: Aquecimento Global9
Parte da energia solar incidente sobre a Terra é absorvida e reemitida na forma
de radiação, sendo esta de maior intensidade na região do infravermelho, 200 a 2500
cm-1 (4-5 µm). A temperatura média da Terra é mantida por um balanço de energia
entre a radiação solar absorvida pela Terra e a radiação emitida pela Terra.
O aprisionamento da radiação infravermelha por certos gases na atmosfera é
conhecido como efeito estufa. O resultado desse efeito natural é a elevação da
temperatura média da superfície acima do ponto de congelamento da água permitindo
a existência de vida. Os principais componentes da atmosfera são o O2 e o N2, que
não contribuem para o efeito estufa, pois são moléculas diatômicas homonucleares
que não podem absorver radiação na região do infravermelho. Entretanto, os gases
atmosféricos em menor quantidade, vapor d’água e CO2, absorvem no infravermelho.
As concentrações de vapor d’água tem se mantido estáveis ao longo do tempo,
no entanto as concentrações de CO2 e de outros gases, como o CH4, vem
aumentando consideravelmente, e com isto a temperatura média da Terra vem se
elevando, e várias catástrofes ambientais vem sendo atribuídas a esse fenômeno.
Utilizando o programa HyperChem, simule o espectro vibracional do CO2 e do
CH4 e justifique porque estes gases são denominados de gases de efeito estufa?
9
Atkins,P., p. 418, 2008.
69
70
DQ/CCEN/UFPB
6.9 Análise Conformacional
A rotação em torno da ligação simples carbono-carbono, em uma molécula de
cadeia aberta, como o etano, ocorre livremente mudando constantemente a relação
geométrica dos hidrogênios sobre um carbono com aqueles sobre o outro carbono. Os
diferentes arranjos de átomos que resultam dessa rotação são chamados
conformações, e uma conformação específica é denominada confômero (isômero
conformacional). Experimentos mostram que há uma pequena (2,9 kcal mol-1) barreira
de rotação e que algumas conformações são mais estáveis que as outras. A
conformação mais estável, de energia mais baixa é aquela na qual todas as seis
ligações C-H estão tão distantes quanto possíveis uma das outras – conformação
estrela. A conformação menos estável, de energia mais alta, é aquela na qual as seis
ligações C-H estão tão próximas quanto possíveis – conformação eclipsada.10 Como
está ilustrado na figura abaixo.
Figura 89 - Energia potencial como função do ângulo de rotação para o etano
11
10
11
McMurry, J., p. 100, 2006.
Carey, F. A.& Sundberg, R. J. 2007.
10
Computação para Química
Exercício
Utilizando o HyperChem é possível simular um gráfico de energia
potencial versus rotação da ligação.
1. Construa a molécula C2H5F, otimize a geometria com o método MM. Qual a
conformação gerada? É a mais estável?
Figura 90
2. Selecione o ângulo de torção;
3. Calcule a curva de energia potencial: computepotentialpotential plot (0 a
360º) OK!
Figura 91
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DQ/CCEN/UFPB
4. A partir do gráfico gerado, identifique as conformações eclipsadas ou estreladas,
com os respectivos ângulos de torção, que correspondem aos confôrmeros de
maior e menor energia.
Figura 92
5. Faça um gráfico de energia potencial versus rotação do ângulo de ligação para o
propano.
Computação para Química
7. - Referências
Apostila de Hardware. Fundação IDEPAC. Disponível em:
<http://www.idepac.org.br/apostilas/apostilaHardware.pdf Acesso em: mar. 2009.
Atkins Peter. Atkins: Físico-Química, v.1, cap. 13/ Peter Atkins, Julio de Paula;
tradução - 8ª ed.- Rio de Janeiro: LTC, 2008.
Billo, E. J. Excel for Chemists: A Comprehensive Guide. Copyright by John Wiley &
Sons, Electrônico, 2001.
Brady, J. E.; Russell, J. W.; Holum, J. R. Química – A Matéria e Suas Transformações.
v. 1, cap. 9, 3 ª Ed. - Rio de Janeiro:LTC, 2002.
Carey, F. A.; Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. 5ª Ed. Part A: Structure
and Mechanisms, Virginia, 2007.
Carvalho, M. S. R. M. de. A trajetória da Internet no Brasil: do surgimento das redes
de computadores à instituição dos mecanismos de governança [Rio de Janeiro] 2006.
Disponível em: http://www.mci.org.br/biblioteca/internet-br-dissertacao-mestradomsavio-v1.2.pdf Acesso em: mar. 2009.
Clip Arts Utilizados. Disponível em:http://clipartguide.com.html Acesso em: Mar 2009
Costa, J. A. T. B. Espectroscopia vibracional. Disponível em:
<http://w3.ufsm.br/juca/espectroscopia.htm> set. 2002. Acesso em: mar. 2009.
Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Espectroscopia_de_infravermelho> Acesso
em: Dez. 2008.
EDTA. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/EDTA> Acesso em: Nov. 2008
Excel. Disponível em: <http://www.cm-braganca.pt/document/448112/505257.pdf>
Acesso em: Out. 2008.
História da Internet. Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_Internet> Acesso em: Set. 2008
McMurry, J. Química Orgânica, v. 1/ John McMurry; tradução técnica Nogueira, A. F. e
Bagatin, I. A., São Paulo: Pioneira Thomsom Learning, 2006.
Santos, A. R.; Firme, C. L.; Barros. J. C. A internet como fonte de informação
bibliográfica em química. Quim. Nova, v. 31 (2), p. 445-451, 2008.
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