AQUECIMENTO DE LÍQUIDO ATÉ À EBULIÇÃO
Interface:
SensorLab
Software: SlabPlus
MultiLog
Sensores: Temperatura SITAF
Área Disciplinar: Química
Nível de Ensino: Ensino Secundário
Conceitos: ponto de ebulição, mudança de estado.
Tempo de duração: 3 a 6 horas
SITUAÇÃO-PROBLEMA
A identificação de substâncias é uma questão central na nossa sociedade. Em muitas situações
de carácter legal, ambiental, de saúde pública ou de consumo é necessário proceder à identificação de
substâncias. Também a avaliação do grau de pureza de substâncias pode, em muitas ocasiões,
contribuir para identificar ou solucionar problemas de natureza diversa.
No caso particular dos líquidos, quer a identificação, quer a avaliação do seu grau de pureza,
constituem importantes problema de carácter científico e tecnológico já que, não raras vezes, o estudo
de misturas complexas (por exemplo: petróleo, resina), envolve cuidadosos processos de separação e
purificação, e implica, no final, a caracterização dos constituintes líquidos obtidos.
Nesta actividade efectuaremos uma investigação exploratória que poderá contribuir para
encontrar respostas para as seguintes questões:
COMO SE PODEM IDENTIFICAR LÍQUIDOS PUROS?
COMO SE AVALIA O GRAU DE PUREZA DE LÍQUIDOS?
Para encontrar respostas para estas questões, estudaremos a forma como varia a temperatura de
um líquido quando é sujeito a um aquecimento progressivo até à ebulição.
ESTUDO QUALITATIVO
1. Quando em química se fala num “material puro” num “produto químico puro” ou num “reagente
puro” isso significa que se trata uma substância. Uma substância é um material puro e por isso tem
certas propriedades físico-químicas bem definidas e constantes: ponto de fusão, ponto de ebulição,
massa volúmica, etc. Por exemplo, o ponto de ebulição etanol (álcool etílico) é 78 ºC, o ponto de fusão
é −114,5 ºC e a massa volúmica é 0,79 g/cm . A maioria dos materiais de uso corrente são misturas de
-3
substâncias. Em muitos casos uma das substâncias da mistura está em muito maior quantidade do que
as outras (que, nesse caso, se chamam “impurezas”), Novamente no caso do álcool etílico, ele é
vendido nas farmácias não como uma substância pura mas antes como uma mistura de substâncias
pois contém água e outras impurezas (por exemplo, a cetrimida).
2. As propriedades físico-químicas podem ser utilizadas, quer para identificar uma substância,
quer para verificar se, de facto, essa substância é pura.
Por vezes para identificar substâncias recorre-se à determinação do ponto de ebulição (também
chamado temperatura de ebulição). O ponto de ebulição é um valor característico para cada líquido
puro. Corresponde ao valor da temperatura à qual o líquido entra em ebulição, a uma determinada
pressão atmosférica.
É importante fazer esta última ressalva porque, na verdade, o ponto de ebulição é particularmente
sensível a variações da pressão atmosférica, isto é, varia consideravelmente com a pressão
atmosférica.
O ponto de ebulição pode constituir um critério de pureza de uma substância líquida pois a
dissolução de impurezas sólidas acarretará o seu aumento (elevação ebulioscópica). Quanto maior for a
concentração de impurezas maior será a elevação no ponto de ebulição.
3. Para determinar o ponto de ebulição é necessário,
naturalmente, aquecer o líquido até que ele entre em ebulição
(vaporização) e medir a temperatura do vapor.
A
figura
1
apresenta
uma
montagem
utilizada
tradicionalmente na determinação do ponto de ebulição de líquidos.
Quando se aquece um líquido a sua temperatura aumenta
progressivamente até atingir o ponto de ebulição. Durante a
ebulição a energia fornecida através do aquecimento é utilizada na
vaporização do líquido e por isso a temperatura não aumentará. A temperatura manter-se-á constante
até que todo o líquido tenha evaporado. Esta temperatura corresponde, portanto, ao ponto de ebulição.
A determinação do ponto de ebulição será facilitado se for possível efectuar um registo automático da
variação de temperatura à medida que se faz o aquecimento (como será isso possível?).
Em algumas circunstâncias poderá acontecer que o líquido atinja uma temperatura superior ao
ponto de ebulição sem que contudo ocorra ebulição. A este fenómeno chamado sobreaquecimento.
Nestas circunstâncias, qualquer pequena perturbação no sistema sobreaquecido pode desencadear
uma ebulição bastante violenta que poderá provocar acidentes! Para evitar o sobreaquecimento é
costume adicionar pequenos pedaços de porcelana ou pequenas esferas de vidro que servem de
centros de ebulição e evitam o sobreaquecimento.
2
HIPÓTESES E PREVISÕES
Nesta secção, vamos colocar-vos algumas questões sobre a temática abordada neste trabalho.
Tentem responder de modo sincero. Estamos certos que, no decorrer deste trabalho, poderão encontrar
as respostas a algumas destas questões.
QUESTÃO 1: Seleccionar, de entre as afirmações seguintes, aquela(s) que melhor completa(m)
a frase: “Quando se aquece um líquido ...
! a temperatura aumenta até ao ponto de ebulição.”
! a sua temperatura aumenta sempre.”
! só passa ao estado gasoso quando atinge o ponto de ebulição.”
! durante a ebulição não há aumento de temperatura.”
QUESTÃO 2: De entre os gráficos seguintes escolher aquele que pode representar melhor o que
acontece durante o aquecimento de um líquido puro.
T/ºC
!
A temperatura matem-se constante até atingir o ponto de
pe.
ebulição, momento em que sofre elevação acentuada para
depois voltar a diminuir.
Tempo/ min
T/ºC
!
A temperatura aumenta até atingir o ponto de ebulição,
pe.
sofrendo um aumento menos acentuado durante a ebulição.
Tempo/ min
T/ºC
!
A temperatura aumenta até atingir o ponto de ebulição,
pe.
sofrendo uma estabilização durante a ebulição.
Tempo/ min
T/ºC
!
A temperatura aumenta uniformemente sem que se verifique
pe.
qualquer variação durante a ebulição.
Tempo/ min
T/ºC
!
A temperatura aumenta até atingir o ponto de ebulição,
pe.
sofrendo um aumento mais acentuado durante a ebulição.
Tempo/ min
QUESTÃO 3: Seleccionar, de entre as afirmações seguintes, a/s correcta/s:
! “Ponto de ebulição é a temperatura à qual o líquido entra em ebulição.”
! “Ponto de ebulição é a temperatura à qual o líquido passa a gás .”
! “A água só evapora quando atinge a temperatura de 100 ºC (á pressão atmosférica normal)”
! ”Para que um líquido possa evaporar deve atingir sempre o respectivo ponto de ebulição”
3
PLANIFICAÇÃO DA EXPERIÊNCIA
FUNDAMENTO EXPERIMENTAL
Nesta actividade será utilizado um Sistema de Aquisição e Tratamento de Dados - SATD. Este
sistema é constituído por 1 sensor de temperatura e uma interface que liga a um computador e
permite registar a variação de temperatura durante o aquecimento da amostra em estudo (figura 2).
O sensor mede a temperatura durante o aquecimento e transfere esses dados, através da interface,
para o computador que os vai armazenando - aquisição de dados. Os dados poderão ser visualizados,
em gráfico, tabela, mostrador, etc., e manipulados através do computador - tratamento de dados.
O sensor de temperatura é constituído pela sonda de temperatura (ou transdutor) e pelo
amplificador. A sonda produz uma pequena diferença de potencial que depende da temperatura do
meio onde está inserida. O amplificador aumenta essa pequena diferença de potencial e transfere-a
para a interface. Por sua vez a interface transforma essa informação (sinal analógico) em informação
que o computador consegue processar (sinal digital).
Deste modo, é possível efectuar um registo continuado da variação da temperatura do líquido
durante o aquecimento.
QUESTÃO 4: Indiquem aquelas que vos parecem ser as principais vantagens de um SATD.
! Permitem recolher dados em condições extremas, por exemplo, quando os tempos de
amostragem são muito reduzidos (milésimos de segundo) ou muito elevados (dias).
! São equipamentos baratos quer no que se refere à aquisição, quer à manutenção.
! A apresentam os resultados de modo imediato, permitindo ver de forma instantânea os efeitos
da manipulação das condições experimentais.
! Geralmente são sistemas portáteis que resistem sem às condições ambientais mais adversas.
! Facilitam o tratamento e análise dos resultados, em particular quando são recolhidos em
grande número.
REAGENTES
TAREFA 1: Tendo em consideração o alcance do sensor de temperatura:
Sensor de temperatura: SensorLab: mínimo -10 ºC máximo 110 ºC
seleccionem, de entre as substâncias seguintes, aquelas em que poderão estudar utilizando o SATD.
4
! Etanol
! Propanol
! Butanol
! Água destilada
! Acetona
! Benzeno
! Éter etílico
! Parafina líquida
! Glicerina
TAREFA 2: Registem as características da amostra de líquido que vos foi fornecida:
Nome:___________________
Ponto de ebulição:__________
Grau de pureza______________
Informações de segurança :_______________________________________________________________
MONTAGEM DA EXPERIÊNCIA
As seguintes montagens que permitem determinar o ponto de ebulição de um líquido. Em
qualquer uma delas a sonda de temperatura ficará imersa no vapor formado durante a ebulição.
QUESTÃO 5: Em qualquer uma das montagens apresentadas o vapor é libertado para o exterior
de modo a evitar um aumento de pressão. Porque motivo é importante evitar esse aumento de pressão?
QUESTÃO 6: De entre as montagens apresentadas na figura 3, seleccionem uma que:
! seja mais fácil de montar;
! possa ser utilizada com líquidos nocivos por inalação;
! evite a perda do líquido em estudo;
! utilize menor volume de líquido.
TAREFA 3: Atendendo ao líquido em estudo e de acordo com as disponibilidade de material,,
seleccionem uma alternativa de aquecimento que consideram adequado.
! Alternativa A
! Alternativa B
! Alternativa C
! Alternativa D
! Conjugação das alternativas ___ e ___.
5
MATERIAL
TAREFA 4: Selecciona, da lista seguinte, o material necessário para a montagem.
- RECIPIENTE -
- SATD " Computador
" Interface + Software
" Sensor de temperatura
- SEGURANÇA " Luvas termorresistentes
" Óculos de protecção
" Máscara de protecção
- AQUECIMENTO " Manta de aquecimento
" Bico de bunsen + placa vitrocerâmica
" Placa de aquecimento c/ agitador
magnético + barra de agitação
" Balão periforme de duas tubuladuras
" Balão c/ 2 tubuladuras
" Gobelé
" Erlenmeyer
" Tubos de ensaio grande
- ADAPTAÇÃO DO SENSOR " Rolha de borracha furada + tubo capilar
" Haste metálica + noz + garra
" Suporte Universal + noz + argola
" Adaptador para termómetro
" Adaptador recto
" Condensador + Tubos de borracha
" Outros________________ ____________
TAREFA 5: Seleccionem, do seguinte material, aquele que também será necessário:
" silicone
" fita de teflon (usada para vedar canalizações).
ou então
para vedar as juntas do material esmerilado
" pedaços de porcelana
" esferas de vidro.
ou então
como reguladores de ebulição para evitar uma vaporização tumultuosa.
PROCEDIMENTOS GERAIS DE SEGURANÇA
1. Não manipular os reagentes próximo do equipamento informático. Em caso de
derrame informar o professor e proceder conforme as suas instruções.
2. Evitar queimaduras. Utilizar luvas de protecção apropriadas para manipular o
material quente.
3. Antes de iniciar o aquecimento certifiquem-se que não existem cabos ou qualquer
outro material em contacto com o equipamento de aquecimento.
4. Se o líquido que vão aquecer é inflamável tomem as precauções necessárias para
diminuírem o risco de incêndio. Utilizar apenas equipamento de aquecimento eléctrico.
TAREFA 6: Façam uma revisão do trabalho anterior e discutam as opções tomadas entre vocês e
com o professor. Revejam as regras gerais de segurança.
Podem agora proceder à montagem da experiência!
O volume de líquido utilizado deve ser adequado ao volume do recipiente (não inferior a 1/3 e nunca
superior a 2/3 da capacidade total do recipiente).
Não esquecer de adicionar um regulador de ebulição (pedaços de porcelana ou esferas de vidro).
6
EXECUÇÃO EXPERIMENTAL
ARRANQUE DO COMPUTADOR
TAREFA 7: Procedam à preparação do STAD de acordo com as instruções seguintes:
1. Estabelecer as seguintes ligações:
2. Clicar no atalho do programa SlabPlus
existente na área de trabalho. Seleccionar a
interface com que estás a trabalhar (SensorLab ou MultiLog)
INSTRUÇÕES PARA O USO DO SOFTWARE
TAREFA 8: Utilizar o software de acordo com as instruções seguintes para recolher dados com
sensor de temperatura :
1. Clicar no botão do sensor de temperatura
na barra de ferramentas.
2. Na janela de controlo do sensor temperatura seleccionar o canal
onde o sensor está ligado.
SURGE O VALOR DA TEMPERATURA.
7
OPÇÕES DE REGISTO DE DADOS
Esta parte do trabalho é fundamental pois permite tomar algumas decisões sobre parâmetros de
aquisição (por exemplo, o tempo que demorará a aquisição, o registo e o modo como esta informação
vai ser apresentada no computador).
QUESTÃO 7: Quando se iniciar a aquisição de dados o STAD registará a temperatura. De quanto
em quanto tempo acham que o sistema deve registar a temperatura:
! em cada 0,01 s
! em cada 0,1 s
! em cada 1 s
! em cada 10 s
! em cada 1 min.
QUESTÃO 8: Durante quanto tempo deverá se feita a aquisição de temperatura?
! 15 s
! 30 s
! 60 min
! 5 min
! 20 min
! 30 min.
QUESTÃO 9: Para evitar que o gráfico fique mal dimensionado é possível definir um intervalo
para as temperatura que surgem no gráfico. Que intervalo consideram mais adequado:
! de 0 ºC a 110 ºC
! de 10 ºC a 110 ºC
! de 20 ºC a 110 ºC
! de 10 ºC a 70 ºC
Tenta fundamentar a tua resposta.
TAREFA 9:
Na janela de controlo do sensor temperatura clicar no botão Painel de Controlo...
SURGE O PAINEL DE CONTROLO DO SENSOR.
a) Indicar o nome do
ficheiro onde irás
guardar os resultados
(apenas oito letras).
Nota: Não Esquecer
de incluir a extensão .dat
b) Optar pela forma de
visualização dos resultados.
c) Definir o tempo
de amostragem.
d) Definir o intervalo
de amostragem.
e) Definir os limites
do gráfico.
f) Confirmar as opções
no botão Ok.
8
RECOLHA DE DADOS
TAREFA 10: Neste momento a experiência está totalmente preparada...
Podem agora realizar a recolha de dados!
1. Ligar o equipamento de aquecimento numa posição de aquecimento elevada.
Certifica-te que nenhum cabo toca no equipamento de aquecimento.
2. Clicar no botão início
para iniciar a aquisição de dados.
SURGE NO ÉCRAN UM GRÁFICO DA TEMPERATURA EM FUNÇÃO DO TEMPO.
VÃO SURGINDO PONTOS NO GRÁFICO À MEDIDA QUE PROSSEGUE A AQUISIÇÃO
3. Quando o líquido entrar em ebulição, aguardar mais alguns minutos. Depois terminar a aquisição no
botão Stop
.
Não deixar que o líquido se vaporize totalmente. Isso poderia provocar danos no equipamento.
CONCLUSÕES
ANÁLISE DOS DADOS
QUESTÃO 11: O gráfico obtido é semelhante aquele que previram?
(confrontar os resultados com as opções feitas na secção HIPÓTESES E PREVISÕES).
DISCUSSÃO
QUESTÃO 12: Que informações pertinentes para a caracterização do líquido se poderão retirar
a partir do gráfico obtido? É possível determinar o ponto de ebulição? E avaliar o grau de pureza?
9
QUESTÃO 13: Qual é a importância, para este estudo exploratório, de conheceremos
previamente o valor do ponto de ebulição e o grau de pureza do líquido que estamos a estudar?
SUGESTÕES E RECOMENDAÇÕES
QUESTÃO 14: Se tivessem que repetir o mesmo trabalho o que poderiam mudar para obterem
melhores resultados?
QUESTÃO 15: Sugiram outros trabalhos de pesquisa que gostariam de realizar como
desenvolvimento desta actividade?
FINALIZAÇÃO DA ACTIVIDADE
TAREFA 13: A actividade está terminada...
Podem agora desmontar todo o equipamento!
DESLIGAR O COMPUTADOR
1. Fechar o software clicando duplamente no botão
existente no canto superior direito.
2. Desligar a interface.
3. Desligar o computador.
Remover a sonda da montagem e lavar com água e detergente. Secar com papel absorvente.
Retirar a sonda de temperatura e lavar com água e detergente. Secar com papel absorvente.
Utilizar luvas termorresitentes para manipular a sonda que ainda poderá estar quente.
4. Desmontar todo o SATD e arrecada-o de acordo com as instruções do professor.
DESMONTAR A EXPERIÊNCIA
1. Desmontar todo o equipamento de acordo com as instruções do professor.
Utilizar luvas termorresitentes para manipular o material quente.
ELIMINAÇÃO DE RESÍDUOS
1. Os restos de líquidos orgânicos não devem ser vertidos para o esgoto. Guardar num recipiente
apropriado. Poderão ser reutilizados noutros trabalhos.
2. Os líquidos utilizados em banhos de aquecimento são reutilizáveis. Depois de arrefecidos devem ser
convenientemente armazenados.
http://quimica-na-web.planetaclix.pt
Copyright© 2003 António José M. A. Ferreira
10