Departamento de Engenharia Química e Biológica
Laboratórios
Abertos
Polímeros e Novos Materiais
A Química do Supermercado
Investigação criminal em
câmara escura
Química Sustentável
Genes e Genomas
Como se produzem as
Proteínas Terapêuticas?
Biotecnologia das Plantas na
Protecção do Ambiente
5-16 de Fevereiro de 2007 - 10 h às 16 h
Patrocínios:
Instituto Superior Técnico - Av. Rovisco Pais - 1049-001 Lisboa
Telefone 218419184 – Fax 218417426 – [email protected] – http://dequim.ist.utl.pt/visitantes
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Laboratórios Abertos 2007
MÓDULO 1
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Química do Supermercado
Investigação Criminal na Câmara Escura
Polímeros e Novos Materiais: Como se Fazem como
se Transformam?
Química Sustentável
Experiências com Azoto Líquido (baixando a
temperatura a -196°C)
Laboratório Sensorial
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A QUÍMICA DO SUPERMERCADO
1 – Análise Sensorial
Os receptores sensoriais do paladar são as papilas gustativas, que se situam essencialmente na
língua e detectam os 4 gostos básicos (doce, amargo, ácido e salgado) em zonas distintas. Os
alunos vão testar a sua acuidade gustativa com 4 soluções não identificadas.
2 – Paleta de cores – a couve roxa
Graças às propriedades das antocianinas, é possível utilizar um extracto alcoólico de couve roxa
como indicador de pH de diversos produtos comercializados no supermercado (limão, vinagre,
lixívia, água mineral, pasta de dentes, detergente e fermento).
3 – Presença de amido e açúcares redutores em alimentos
Aplicação do teste de Benedict para identificação de açúcares redutores ou adição de tintura de
iodo para verificar a presença de amido em diversos produtos alimentares (bolachas, massas,
cereais, sumos).
4 – Reacção-relógio da vitamina C
Os alunos vão estudar a cinética da reacção de um comprimido efervescente de vitamina C com
tintura de iodo e água oxigenada na presença de Maizena (amido).
5 – Incompatibilidade das lixívias
Os alunos vão entender porque não devem nunca misturar uma lixívia com a sua correspondente
versão “Gentil”. Ao misturar as duas lixívias desencadeia-se uma reacção de oxidação-redução
com libertação de gases, um deles tóxico (cloro).
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CÂMARA ESCURA – Um pouco de investigação criminal...
1 – Triboluminescência
Explicação do fenómeno de triboluminescência e exemplificação mediante a fricção de duas
pedras entre si. Este fenómeno também é observado com alguns tipos de rebuçados.
2 – Fluorescência
Explicação do fenómeno da fluorescência mediante a incidência de luz ultravioleta numa
garrafa de água tónica ou num extracto de clorofila de espinafre.
Em termos de investigação criminal, é analisada a aplicação deste fenómeno na verificação
da validade de papel-moeda e de diversos documentos.
3 – Quimiluminescência
Exemplificação de um fenómeno de quimiluminescência através da reacção de oxidação do
luminol. Trata-se de uma reacção utilizada frequentemente em cenas de crime para detectar
vestígios de sangue.
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POLÍMEROS E NOVOS MATERIAIS:
COMO SE FAZEM COMO SE TRANSFORMAM?
Descrição das experiências laboratoriais
1. Preparação de polímeros: fio de nylon e poliuretanos.
É feita a demonstração da preparação do fio de nylon e da espuma de
poliuretano.
2. Corrosão de metais
Os alunos realizarão várias pequenas experiências que permitem
“visualizar” os processos envolvidos na corrosão de pregos de ferro e
ainda como implementar métodos de protecção.
3. Formas de carbono
“Visita” guiada às diferentes formas alotrópicas do carbono: grafite,
diamante, fulerenos e nanotubos.
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PROCESSOS QUÍMICOS SUSTENTÁVEIS
Trabalhos expostos
1.
2.
3.
4.
5.
Desenvolvimento
de
Catalisadores
para
Tratamento dos Gases de Combustão / Escape
dos Automóveis
Produção de Biodiesel a partir de Óleos de
Fritura Usados.
Processos com Membranas para Tratamento de
Águas /Efluentes
Aplicação de Polímeros Super-Absorventes para
Tratamento de Efluentes
Utilização de espumas de poliésteres de célula
aberta com características hidrofóbicas capaz de
conter e absorver derrames de petróleo no mar
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EXPERIÊNCIAS COM AZOTO LíQUIDO
(baixando a temperatura a - 196 ºC)
Esta é a temperatura de ebulição normal do azoto, N2, elemento que no estado gasoso
existe na composição do ar que respiramos. Como se obtém este gás liquefeito? O porquê
da sua utilização? Qual o efeito de temperaturas tão baixas nas substâncias que nos
rodeiam? Quais as precauções a tomar ao trabalhar em laboratório nestas condições?
Responder a estas questões é um dos objectivos desta série de experiências tão populares,
embora pouco acessíveis nas escolas.
1- O estado gasoso: a equação dos gases perfeitos
Balões cheios de ar, mergulhados em N2 (l), contraem-se. Retiram-se do azoto, o ar
expande-se e voltam ao seu volume original. A repetição destes ciclos origina o
rebentamento do balão.
2- Congelação rápida
(a) Mergulham-se em N2 (l), flores, folhas, frutos, pedaços de borracha, tornando-os rígidos
e quebradiços. (b) Prega-se um prego numa tábua com uma banana congelada. (c) Observase a condensação de água nas paredes do recipiente que contém N2 (l) seguindo-se a
formação de gelo. (d) Nuvens frias espalham-se no ar.
3- A chaleira ruidosa
Ao passar ao estado gasoso dentro de uma chaleira, o azoto provoca o seu apito estridente.
4- Benfica, Porto e Sporting: Qual rebenta primeiro?
O azoto líquido contido em Kitasatos ligados a balões coloridos passa ao estado gasoso,
expande-se e rebenta os balões proporcionando uma brincadeira divertida.
5- Apoteose final
Misturam-se N2 (l), água quente, um pouco de detergente e um corante. Formam-se bolhas e
espumas libertando espessas nuvens brancas.
Lança-se azoto líquido para o chão, provocando a formação de nuvens frias.
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VIAGEM AO INTERIOR DA MATÉRIA
Podemos continuar a apreciar a Natureza tal como ela se nos apresenta.
Isso não custa muito a fazer, basta manter os olhos bem abertos.
Porém, graças ao desenvolvimento científico e tecnológico, podemos fazer muito mais...
Com uma lupa esteroscópica comum, a nossa visão dos objectos é ampliada até cem vezes
o seu tamanho. Se usarmos um simples microscópio, chegamos facilmente a ampliações
superiores a 400 vezes e assim, sucessivamente, à medida que o nosso método
de observação se torna mais sofisticado.
Se formos mais ambiciosos, a nossa curiosidade levar–nos-á muito mais longe!
Podemos penetrar nos puzzles das redes cristalinas dos cristais, ampliando-as 108 vezes,
passando do angström ao centímetro.
Nesta exposição iremos observar amostras coloridas de cristais que facilmente poderás
aprender a fazer no teu Laboratório de Química, usando rochas e conchas para estimular
o seu crescimento. Mas poderás também observar os modelos rigorosos das suas redes
cristalinas, construídas por cientistas a partir de estudos de cristalografia por difracção
de raios X.
Vem, junta-te a nós, para aprenderes a observar pelos olhos de um químico e descobrir
segredos guardados nas estruturas dos complexos...
Alguns cristais de compostos de coordenação
e outros, que vais observar:
Sufato de cobre penta-hidratado, acetato de cobre e cálcio hexa-hidratado, ferricianeto
de potássio, alúmen de potássio (figura de cima, estrutura em baixo), sulfato duplo de cobre e potássio hexa-hidratado,
tartarato de sódio e potássio tetra-hidratado, di-hidrogenofosfato de potássio (lupa), enxofre, glicina, etc.
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CONSULTÓRIO DE QUÍMICA
Pretende-se, com este consultório, fomentar a colaboração com os professores de Química do ensino básico ao secundário,
com o objectivo de desenvolver parcerias para a realização de acções de formação, colaboração em projectos, organização
de exposições, feiras, clubes de Ciência e outras actividades dirigidas para os novos conteúdos programáticos das cadeiras
de Química.
Este primeiro consutório será orientado para o ensino da Química Inorgânica, Analítica, Química dos Elementos, QuímicaFísica e Termodinâmica. Os utentes poderão consultar bibliografia e Bancos de Imagem relativos a experiências
desenvolvidas no âmbito de projectos FOCO, Ciência Viva e outros que fazem parte do programa de laboratório de
algumas disciplinas do DEQB.
Listagem de algumas experiências
Estado sólido:
Crescimento de cristais sobre suportes rugosos (nucleação heterogénea) e
outros métodos de crescimento de cristais envolvendo compostos de coordenação
de metais, outros compostos e elementos.
Estruturas de redes cristalinas de compostos de coordenação, metais,
outros elementos e compostos
Jardins de sílica
Preparação de polímeros
Estado líquido : Bolas de sabão gigantes, poliedros de sabão, reacções em solução aquosa:
redox, aplicação de potenciais de redução, previsão da reactividade de pares redox,
série electroquímica, pilhas galvânicas
ácido –base, precipitação e complexação
Estado gasoso: mudanças de estado, experiências com neve carbónica e azoto líquido
sua interpretação termodinâmica, fogos químicos, etc.
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Endereços de Química para consulta
http://neon.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/
http://neon.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/complex/default.html
http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/livechem/transitionmetals_content.html
http://resources.schoolscience.co.uk/Exxonmobil/infobank/4/flash/distillation.html
http://www.greener-industry.org/
http://www.chem.uiuc.edu/kelterdemos/demos.htm
http://chemed.chem.purdue.edu/demos/#Ch5
http://www.chem.uiuc.edu/clcwebsite/demos.html
http://www.ciec.org.uk/industry/index.htm
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MÓDULO 2
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Genes e Genomas
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Como se Produzem as Proteínas Terapêuticas?
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A Biotecnologia das Plantas na Protecção do
Ambiente
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A MICROBIOLOGIA E A SEQUENCIAÇÃO DE GENOMAS
Descrição das experiências laboratoriais
1 - Coloração e observação microscópica de bactérias do iogurte
Os alunos aplicarão a técnica de coloração de Gram a uma amostra de iogurte e farão a
observação em microscópio óptico.
2 - Produção de um polissacárido extracelular de interesse industrial
Os alunos tomarão contacto com culturas bacterianas em diferentes fases do crescimento e
observarão a alteração da viscosidade do meio de cultura devido à produção de gelano, um
polissacárido extracelular com várias aplicações na indústria alimentar e farmacêutica. Procederão
ainda à extracção do polímero do meio de fermentação por precipitação com etanol.
3 – Extracção e visualização de moléculas de DNA em gel de agarose
Será feita pelos alunos uma extracção rápida de DNA a partir de uma cultura de Escherichia coli.
Será fornecida informação sobre a utilização de enzimas de restrição na análise de moléculas de
DNA. Serão observadas moléculas de DNA, previamente separadas por electroforese em gel de
agarose.
4 – A sequenciação de genomas e sua anotação
Os alunos tomarão contacto, por recurso a bases de dados e programas computacionais disponíveis
na web, à sequencia completa de genomas (material genético total de um organismo), composto
por um alfabeto de 4 letras (A, T, G, C). Estas representam as 4 bases azotadas (adenina-A,
timina-T, citosina-C e guanina-G) que integram os 4 nucleotídeos, que são as unidades constituintes
de cada uma das duas cadeia polinucleotídicas da molécula de DNA (DeoxyriboNucleicAcid),
a qual funciona como o repositório de toda informação necessária ao funcionamento do organismo.
T
A
C
G
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PRODUÇÃO E PURIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS TERAPÊUTICAS
Descrição das experiências laboratoriais
A produção de grandes quantidades de proteínas com aplicações terapêuticas
(p. ex. insulina, vacina da hepatite B, etc...) é uma realidade actual graças aos
desenvolvimentos da Biotecnologia Moderna. Utilizando técnicas de recombinação
de DNA, é possível modificar microrganismos (p. ex. bactérias, leveduras, etc...)
de forma a “programá-los” para produzir uma proteína específica. No Sub-Módulo 2
da demonstração pretende-se ilustrar o processo de produção de uma proteína
terapêutica.
Como exemplo será mostrada a estrutura molecular da proteína INSULINA e o
esquema de um PROCESSO completo para a sua produção. Seguidamente, será
Ilustrado à escala laboratorial um processo de PRODUÇÃO de uma proteína
terapêutica por cultivo celular de um microrganismo (levedura), a SEPARAÇÃO
da proteína (extracelular) das células obtidas, por microfiltração, e a sua
PURIFICAÇÃO e CONCENTRAÇÃO por precipitação.
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INSULINA
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A BIOTECNOLOGIA NA PROTECÇÃO DO AMBIENTE
Descrição das experiências laboratoriais
Operação de um modelo laboratorial de um biorreactor de
despoluição de águas residuais
1 – O biorreactor no seu contexto de aplicação
Uma ETAR e o lugar do biorreactor; o que são lamas activadas; a operação em contínuo e por
ciclos; o consórcio microbiano activo - bactérias em flocos/filamentos e protozoários (apresentação
com auxílio de diagramas, fotografias e animações – poster e computador).
2 – O modelo laboratorial de biorreactor
Apresentação do modelo reduzido em operação na bancada; observação de pequenos
filmes, em computador, com as várias fases do ciclo de operação; paragem da operação para
sedimentação das lamas; observação, no computador, do decréscimo do valor de potencial de
oxidação-redução, que indica a redução de disponibilidade de oxigénio no reactor.
3 – Observação das lamas – os microrganismos que despoluem
Colheita de amostras de lamas e observação ao microscópio; identificação de flocos,
filamentos e protozoários por comparação com desenhos e fotografias (poster/computador).
4 – Medida da concentração de açúcares no biorreactor – verificar a despoluição
Colheita de amostras do líquido e aplicação de um teste químico para detecção de açúcares;
explicação do teste e exibição dos resultados obtidos ao longo do ciclo do biorreactor; verificação
do resultado da análise às amostras colhidas e identificação da fase do ciclo em que o biorreactor está.