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APOSTILA DO LABORATRIO DE QUMICA APLICADA ENGENHARIA Verso 2012
Maria Valderez Ponte Rocha
2012
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-RIDO
DEPARTAMENTO DE AGROTECNOLOGIA E CINCIAS SOCIAIS
1
Universidade Federal Rural do Semi-rido
Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia
SUMRIO
AULA 01: Normas, Condutas e Segurana no Laboratrio de Qumica Aplicada
Engenharia ........................................................................................................................ 2
AULA 02: Experimento 01: Reaes de Oxirreduo ..................................................... 4
AULA 03: Experimento 02: Determinao do Cloro em Produtos Domsticos por
Titulometria de Oxirreduo ............................................................................................ 9
AULA 04: Experimento 03: Pilhas ou Clulas Galvnicas ............................................ 13
AULA 05: Experimento 04: Potenciometria .................... Erro! Indicador no definido.
AULA 06: Experimento 05: Eletrlise ........................................................................... 23
AULA 07: Experimento 06: Corroso I - Tipo de Corroso .......................................... 28
AULA 08: Experimento 07: Corroso II Corroso em Latas de Ao ......................... 33
AULA 09: Experimento 08: Corroso III - Influncia do Meio Eletroltico ................. 35
AULA 10: Experimento 09: Corroso IV Proteo Catdica ..................................... 39
AULA 11: Experimento 10: Estrutura dos Materiais ..................................................... 45
AULA 12: Experimento 11: Polmeros Produo do Polmero Ureia-Formaldedo .. 48
AULA 13: Experimento 12: Polmeros Produo do Isopor utilizando Poliestireno . 53
AULA 14: Experimento 13: Polmeros Produo de Poliuretano ............................... 56
AULA 15: Experimento 14: Polmeros Identiificao de Polmeros Sintticos ......... 59
Modelo de Relatrio e Caderno do Laboratrio ............................................................. 66
ANEXO A: Comprovante de Entrega do Caderno de Laboratrio ou Relatrio............78
ANEXO B: Tabela de Potenciais de Reduo em meio aquoso a 25 C........................79
ANEXO C: Tabela Peridica..........................................................................................80
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Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia
AULA 01
NORMAS, CONDUTAS E SEGURANA NO LABORATRIO DE
QUMICA APLICADA ENGENHARIA
Um laboratrio de Qumica um local onde so manipuladas substncias txicas,
inflamveis, corrosivas, etc. A minimizao dos riscos de acidentes no laboratrio passa
pela obedincia a certas normas. A seguir encontram-se algumas normas que devero
ser observadas e seguidas pelos alunos antes, durante e aps as aulas prticas de
Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia:
- O prazo de TOLERNCIA para o atraso nas aulas prticas de 10 minutos, aps
esse prazo o aluno no poder assistir aula. No incio de cada aula prtica o professor
far uma explanao terica do assunto e discutir os pontos relevantes, inclusive em
relao segurana dos experimentos. Um aluno que no tenha assistido a uma parte
dessa discusso ir atrasar seus colegas e at colocar em risco a sua segurana.
- proibido o uso de short e mini-saias durante as aulas. Usar de preferncia
uma cala e calado fechado. Essa uma norma de segurana, uma vez que uma cala e
sapatos fechados protegem a pele de eventuais contatos com reagentes danosos.
- O uso de BATA OBRIGATRIO durante a aula prtica. A bata um
equipamento de proteo individual indispensvel ao experimentador.
- No sero toleradas brincadeiras durante as aulas prticas, o grupo deve se
concentrar na realizao das atividades propostas, pois o tempo exguo e a
experimentao exige ateno. Alis, vrios acidentes em laboratrios de ensino advm
da falta de ateno do aluno experimentador.
- O aluno ou a equipe dever apresentar o pr-laboratrio da aula prtica, antes do
incio da mesma, quando este for solicitado. Se no for apresentado, o aluno ou a equipe
no poder participar da aula ou ser penalizado na pontuao.
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Apostila do Laboratrio de Qumica Aplicada Engenharia
- Caso o aluno falte a uma aula prtica no haver reposio da mesma. Isso
acarretar a perda da pontuao referente a essa aula.
- Em cada avaliao ser atribuda uma pontuao de 4,0 (quatro pontos) para a
prova prtica, que ser realizada em dupla, uma pontuao de 6,0 (seis pontos) referente
participao do aluno nas aulas prticas e do caderno de laboratrio. Observao:
Nunca esqueam o Caderno do Laboratrio.
- No ser recebido o caderno de Laboratrio fora do prazo pr-estabelecido.
Alguns pontos importantes de segurana:
1. Sempre usar bata e outros equipamentos de proteo individual necessrios (culos
de proteo, mscara, luvas, etc.), quando estiver realizando uma experincia.
2. Quando da diluio de um cido concentrado, adicionar sempre o cido gua,
lentamente, se possvel com resfriamento do recipiente onde se realiza a diluio.
Nunca adicionar gua a um cido concentrado!
3. Quando do aquecimento de uma substncia em um tubo de ensaio, observar que a
boca do tubo no esteja direcionada para algum, pois pode ocorrer uma ejeo de
lquido quente.
4. Os frascos contendo reagentes devem ser identificados sempre. Indicar o nome da
substncia, sua concentrao, o nome do responsvel e a data da fabricao.
5. Nunca aquecer uma substncia inflamvel em chama direta, usar sempre um
aquecedor eltrico ou uma manta de aquecimento.
6. No sentir o odor de uma substncia colocando diretamente o nariz sobre o frasco
que o contm. Deve-se, com a mo, fazer com que o odor seja deslocado at o olfato do
experimentador.
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AULA 02
Experimento 01:
REAES DE OXIRREDUO
1. OBJETIVOS
Essa prtica tem como objetivo efetuar ensaios simples para verificar algumas
reaes de oxirreduo. Podemos verificar experimentalmente a tendncia que
apresentam as substncias qumicas oxidao e reduo, bem como os produtos de
uma reao de oxirreduo.
2. INTRODUO
As reaes de oxidao e reduo ou reaes de oxirreduo ocorrem pela
transferncia de eltrons e constituem uma classe importante de reaes qumicas. As
reaes de oxirreduo ocorrem por toda parte e constituem parcela da vida cotidiana.
A transferncia de eltrons de uma espcie para outra um dos processos
fundamentais que permitem a vida, a fotossntese, a fabricao e purificao de
alvejantes, e a purificao dos metais. Compreender como os eltrons so transferidos
permite determinar modos de usar as reaes qumicas para gerar eletricidade e us-la
para produzir reaes qumicas.
A corroso exemplo de reao de oxirreduo. O ferro e o ao dos carros,
pontes e edificaes oxidam-se e formam ferrugem, e tambm as estruturas de alumnio
so corrodas. Muitos processos biolgicos dependem de reaes de transferncia de
eltrons, como por exemplo, o oxignio que se aspira convertido em gua e dixido de
carbono.
A oxidao refere-se perda de eltrons e a reduo refere-se ao ganho de
eltrons. Portanto as reaes de oxirreduo ocorrem quando os eltrons so
transferidos do tomo oxidado para o tomo reduzido. Quando o zinco metlico
adicionado a um acido forte, por exemplo, os eltrons so transferidos dos tomos de
zinco (o zinco oxidado) para os ons de hidrognio (o hidrognio reduzido),
conforme a reao 1.
Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+ (aq) + H2(g) (1)
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A transferncia de eltrons que ocorre na reao 1 produz energia na forma de
calor e a reao ocorre espontaneamente.
3. MATERIAL
3.1. Material
- 09 Tubos de ensaio
- Estante para tubos de ensaio
- Pipetas de 5 ou 10 ml
- Conta gotas e Pipetas Pasteur
3.2. Reagentes
- cido Sulfrico concentrado (H2SO4 conc.)
- cido Sulfrico 3M (H2SO4 3M)
- gua oxigenada (H2O2)
- lcool etlico (C2H5OH)
- Clorofrmio (CHCl3)
- Cobre metlico (fio de cobre) (Cu(s))
- Dicromato de Potssio (K2Cr2O7 0,1M)
- Glicose (C6H12O6 1%)
- Hidrxido de Sdio (NaOH 2M)
- Hidrxido de Amnia (NH4OH 1:5)
- Hipoclorito de Sdio (NaClO)
- Iodeto de Potssio (KI 0,5M)
- Nitrato de Prata (AgNO3 1M)
- Papel de Alumnio (Al(s))
- Permanganato de Potssio (KMnO4 0,1M)
- Sulfato de Cobre (CuSO4 3M)
- Soluo de CuSO4 (3M) adicionando 10% de NaCl
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Verificao das Reaes de Oxirreduo
4.1.1. Tubo A: Reao do Cobre com CuSO4
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a) Adicione 1,0 ml (20 gotas) de soluo de CuSO4 3M num tubo de ensaio
b) Introduza um fio de cobre, durante 1 minuto no tubo de ensaio que contm a
soluo de CuSO4.. Observe.
4.1.2. Tubo B: Reao do KI com NaClO
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de KI em um tubo de ensaio.
b) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de hipoclorito de sdio.
c) Observe e conclua. Obs.: No demorar a colocar o clorofrmio.
d) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de CHCl3. Observe.
4.1.3. Tubo C: Reao do Cobre com a AgNO3
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de AgNO3 1M.
b) Adicionar o fio de cobre. Observe durante 1 minuto.
4.1.4. Tubo D: Reao do KMnO4 com H2SO4 e H2O2
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de KMnO4 0,1M em um tubo de ensaio.
b) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de H2SO4 3M.
c) Adicionar 1,0 ml (20 gotas) de H2O2. Observe.
Dados: A equao desta reao :
KMnO4 + H2O2 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O + O2
4.1.5. Tubo E: Reao do Alumnio em Soluo Bsica
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo bsica (Soluo aquosa de NaOH 2M)
num tubo de ensaio.
b) Adicione o alumnio. Observe.
4.1.6. Tubo F: Reao do Cobre com Alumnio
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de CuSO4 + 10% de NaCl num tubo de
ensaio.
b) Observar a temperatura inicial da soluo.
c) Adicionar uma bola de papel alumnio.
d) Observar a temperatura final da reao.
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4.1.7. Tubo G: Reao do K2Cr2O7 com H2SO4 e CH3CH2OH
a) Colocar 1,0 ml (20 gotas) da soluo de K2Cr2O7 0,1M num tubo de ensaio.
b) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de H2SO4 concentrado.
c) Adicionar 0,4 ml (10 gotas) de lcool (CH3CH2OH).
d) Repita o mesmo procedimento utilizando a soluo A ao invs do lcool.
A equao desta reao :
CH3CH2OH(aq) + K2Cr2O7(aq) + 4H2SO4(aq) CH3COOH(aq) + K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + H2O(l)
4.1.8. Tubo I: Reao da Glicose com Nitrato de Prata
a) Colocar 0,4 mL (10 gotas) de uma soluo de nitrato de prata 1M em um tubo de
ensaio limpo.
b) Adicionar 3 gotas de uma soluo de hidrxido de sdio 2M at a total
precipitao do ction prata sob a forma de xido de prata.
c) Adicionar gota a gota (aproximadamente 40 gotas) de uma soluo de hidrxido
de amnia (NH4OH) 1:5 at total dissoluo do precipitado de xido de prata.
d) Juntar 40 gotas da soluo de glicose 1%.
e) Deixar em repouso por alguns minutos e observar a formao de um espelho de
prata nas paredes internas do tubo de ensaio.
5. REFERNCIAS
1. ATKINS, P., JONES, L. Princpios de Qumica Questionando a Vida Moderna
e o Meio Ambiente, Captulo 12, 3a Edio, Bookman, 2005.
2. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.,
Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007.
3. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas,
Captulo 20, Traduo da 9a Edio americana, Cengage Learning, So Paulo,
2009.
4. KRGER, V., LOPES, C. V. M., SOARES, A. R. Eletroqumica para o Ensino
Mdio (Apostila Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de
Qumica), 1997.
5. MENDES, A. Qumica de Laboratrio Tcnicas e Experincias (Apostila
Centro Federal de Educao Tecnolgica do Cear), 1996.
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6. PS-LABORATRIO
1. Para cada ensaio realizado (Procedimentos 4.1.1 ao 4.1.8), responda:
a) Quais as substncias que esto se oxidando e se reduzindo.
b) Qual o agente oxidante? Qual o agente redutor?
c) Equacione as semirreaes de oxidao e reduo.
d) Qual a reao global balanceada da reao.
e) Identifique as reaes que ocorreram desprendimento de gases e informe a frmula
molecular e o nome do gs.
2. Calcular o potencial padro de cada reao dos procedimentos 4.1.1 ao 4.1.6, para
isso utilizar o Potencial Padro de Reduo, encontrados nas Tabelas de Potenciais de
Reduo Padro nos livros de Qumica nos captulos de Eletroqumica. Informe quais
reaes podem acontecer espontaneamente.
3. Responda conforme foi observado no Procedimento 4.1.7.
a) Identifique a soluo A. Explique os fatos ocorridos que definiram essa soluo.
b) Ocorreu desprendimento de vapores e se sim qual o odor sentido dos mesmos?
(Observao: No sentir o odor de uma substncia colocando diretamente o nariz sobre
frasco que o contm. Deve-se, com a mo, fazer com que o odor seja deslocado at o
olfato do experimentador). Esse odor devido a qual substncia formada durante a
reao?
c) Qual a cor da soluo aps ocorrer a reao com lcool etlico? Essa cor se deve a
formao de qual substncia?
4. O que ocorreu com a temperatura no procedimento 4.1.6. Explique tal fato.
5. Por que os utenslios domsticos de prata tm uma durabilidade maior que os de
alumnio? Como voc explica a perda do brilho de uma panela feita de alumnio e aps
uma limpeza ela recupera esse brilho?
6. Em Setembro de 2008 o Governo Federal decretou a Lei Seca relatando que o
motorista que for pego dirigindo sobre efeito do lcool pagar uma multa de 957,00
reais, ter a Carteira Nacional de Habilitao suspensa e poder at ser preso. Para
verificar se o motorista ingeriu lcool os policiais de trnsito realizam o teste do
bafmetro. Explique o princpio de funcionamento do bafmetro e qual a reao que
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ocorre, colocando as cores observadas nos reagentes e nos produtos. Este teste detecta
qualquer quantidade de lcool ingerido por uma pessoa?
AULA 03:
Experimento 02:
DETERMINAO DO CLORO EM PRODUTOS DOMSTICOS
POR TITULOMETRIA DE OXIRREDUO
1. INTRODUO
A instabilidade natural dos compostos clorados associada negligncia na sua
fabricao (uso de gua imprpria, armazenamento inadequado) pode levar
diminuio do teor de cloro livre acarretando a decomposio precoce do produto e
consequentemente, a perda do poder bactericida (Nicoletti e Magalhes, 1996).
A soluo de hipoclorito de sdio com pH elevado, em torno de 11 mais
estvel, sendo a liberao de cloro mais lenta. medida que se reduz o pH da soluo,
atravs do cido brico ou do bicarbonato de sdio, a soluo torna-se muito instvel e
consequentemente a perda de cloro mais rpida, isso significa que o tempo de vida til
da soluo pequeno (Estrela, 2004). Diante disso, vrios estudos tm sido realizados
para verificar a qualidade das solues de hipoclorito de sdio que se encontram
venda no mercado.
2. OBJETIVOS
Verificar como uma reao de oxirreduo pode ser usada para a determinao
quantitativa de um agente oxidante em removedores domsticos e alvejantes lquidos
base de hipocloritos.
3. MATERIAL E MTODOS
3.1. Material
- Removedores domsticos (diferentes marcas comerciais)
- Alvejantes lquidos (diferentes marcas comerciais)
- Bureta de 25 mL
- Provetas
- Pipetas de 5 ou 10 mL
- Erlenmeyer de 125 mL
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3.2. Reagentes
- Hipoclorito de sdio (amostras comerciais)
- Tiossulfato de sdio 0,05M
- Iodato de Potssio (KIO3) 0,01M
- Iodeto de Potssio (KI)
- cido sulfrico (H2SO4) 1M
- Amido 1%
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Padronizao da Soluo de Tiossulfato de Sdio com Iodato de Potssio
A padronizao da soluo de tiossulfato de sdio 0,05M (Na2S2O3.5H2O) pode
ser padronizada, por titulao, contra uma soluo obtida pela dissoluo de KIO3,
iodato de potssio puro, na concentrao de 0,01M. O KIO3 reage com o excesso de KI
na soluo cida de acordo com a seguinte reao:
IO3-(aq)
+ 5I
-(aq)
+ 6H
+(aq)
3I2(aq) + 3H2O(l)
Procedimento: Encha uma bureta de 25 ml com Na2S2O3 0,05M tomando cuidado de
eliminar todas as bolhas. Registre o volume inicial da bureta. Para realizar a
padronizao, coloque 5 mL de KIO3 0,01M com auxilio de uma pipeta, em um frasco
Erlenmeyer de 125 mL. Adicione 5 mL de gua e 0,4 g de KI. Agite o frasco at que o
KI dissolva. Adicione ento 2,5 mL de H2SO4 1M e misture agitando. Dever aparecer
uma cor marrom escura, indicando a presena de iodo. Titule imediatamente com
Na2S2O3 0,05M contido na bureta, at que a cor marrom esmaea para uma cor amarelo
plido. Adicione ento 2 mL da soluo indicadora de amido 1% e continue a titulao
at que a cor azul-escura do indicador desaparea. A mudana de azul para uma soluo
incolor muito ntida. Registre o volume da soluo de tiossulfato usado na titulao.
4.2. Determinao da Capacidade de Oxidao de um Removedor Domstico
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Com auxlio de uma pipeta adicione 0,5 mL ou 0,5 g da amostra da soluo de
hipoclorito de sdio a ser analisada, transferindo-se para um Erlenmeyer de 125 ml,
adicione 25 ml de gua destilada e 1 g de KI. Agite at dissolver o KI. Aps, acrescente
2,5 mL de H2SO4 (gota a gota). A soluo deve ficar marrom indicando a formao do
iodo. Aps, inicie a titulao com tiossulfato de sdio 0,05 M sob agitao constante at
que a substncia resultante adquira uma cor amarelo-claro. Adicione ento 2 ml do
indicador amido 1%, ocorrendo uma mudana de cor para azul-violceo. Retorne a
titulao com tiossulfato de sdio 0,05 M at que a soluo torne-se transparente.
Registre o volume gasto da soluo de tiossulfato de sdio na titulao.
Aps estes procedimentos, procede-se o clculo da porcentagem de cloro ativo na
amostra:
Teor de Cloro = Ntiossulfato* Vtiossulfato*fc*milieq do Cloro * 100 / V NaClO
Sendo:
V= Volume de tiossulfato de sdio utilizado na titulao padronizado
fc= Fator de correo do tiossulfato de sdio
miliequivalente do cloro = 0,03545
5. REFERNCIAS
1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.,
Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007.
PRECAUES DE SEGURANA:
Alvejantes lquidos contendo hipoclorito de sdio a 5% so corrosivos para a pele e
para os olhos. Quando estiverem manipulando o alvejante lquido, tomem cuidado
para no deixar a soluo atingir sua pele. Observe que os alvejantes ou outras
substncias contendo hipoclorito, como removedores domsticos, no devem nunca
ser misturados com amnia (NH3), pois podem produzir cloraminas, tais como
H2NCl e HNCl2, que so txicas e volteis.
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2. ESTRELA, C. Hipoclorito de sdio. In: Cincia Endodntica. So Paulo: Artes
Mdicas, p.415-455 2004.
3. NICOLETTI, M. A.; MAGALHES, J. F. Influencia del envasey de factores
ambientales en la estabilidad de la solucin de hipoclorito sdico. Bol. Ofic.
Panam, v.121, n.4, p.301- 309, 1996.
4. POSTMA, J. M.; ROBERTS, J. L. J.; HOLLENBERG, J. L. Qumica no
Laboratrio, 5a Edio, Editora Manole, p. 451-454, 2009
6. PS-LABORATRIO
1. Faa uma breve pesquisa do que seria titulao de oxirreduo, coloque figuras ou
desenhe esquemas de titulao para tornar mais explicativa sua resposta.
2. Calcule o fator de correo do tiossulfato de sdio e sua verdadeira concentrao.
3. Qual o teor de cloro na amostra comercial de alvejante? Compare com os teores
determinados das outras amostras pelos colegas.
4. Muitas solues de alvejantes domsticos so essencialmente solues de hipoclorito
de sdio, NaClO. Calcule a massa da amostra de alvejante lquido contendo 5% em
peso de NaClO que oxidaria I- suficiente para consumir 0,80 mL de tiossulfato de sdio
0,15M. Sugesto: procure a densidade do hipoclorito de sdio em livros ou na internet.
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AULA 04
Experimento 03:
PILHAS OU CLULAS GALVNICAS
1. INTRODUO
1.1. Pilhas Galvnicas
Quando mergulhamos uma placa de zinco em uma soluo de cobre h
transferncia de eltrons do zinco para o ction cobre. Mas como aproveitar esta
transferncia de eltrons para gerar eletricidade?
O problema que os eltrons so transferidos diretamente dos tomos de zinco
para os ctions cobre. Para que houvesse aproveitamento de eletricidade, os eltrons
liberados pelo zinco deveriam passar por um circuito externo (uma lmpada, por
exemplo) antes de chegar ao ction cobre. Como poderamos solucionar este problema?
Em 1836, Daniell construiu um dispositivo (mais tarde chamado pilha), que
permitia aproveitar este fluxo de eltrons, interligando eletrodos que eram sistemas
constitudos por um metal imerso em uma soluo de seus ons.
Por exemplo, como seria um eletrodo feito de zinco. O eletrodo de zinco um
sistema constitudo por uma placa de zinco metlico, mergulhada em uma soluo que
contm ctions zinco (Zn2+
), obtida pela dissoluo de um de seus sais, por exemplo,
ZnSO4, em gua (Figura 1).
Nesse eletrodo ocorre o seguinte: o zinco metlico da placa doa 2 eltrons para o
ction zinco da soluo e se transforma em Zn2+
.
Zn0 Zn2+ + 2e-
O ction zinco que estava em soluo recebe os 2 eltrons doados pelo zinco
metlico e se transforma em zinco metlico.
Zn2+
+ 2e- Zn0
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Figura 1: Eletrodo de zinco (Brown, LeMay e Bursten, 2007).
Agora temos o cobre metlico da placa doando 2 eltrons para o ction cobre da
soluo e se transformando em Cu2+
(Figura 2).
Cu0 Cu2+ + 2e-
Mas o ction cobre que estava em soluo, ao receber os 2 eltrons doados pelo
cobre metlico, se transforma em cobre metlico.
Cu2+
+ 2e- Cu0
Figura 2: Eletrodo de cobre (Brown, LeMay e Bursten, 2007).
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Daniell percebeu que, se fizesse uma interligao entre 2 eletrodos desse tipo,
feitos de metais diferentes, o metal mais reativo iria transferir seus eltrons para o ction
do metal menos reativo, em vez de transfer-los para os seus prprios ctions em
soluo.
O zinco mais reativo que o cobre, ou seja, tende a doar seus eltrons ao ction
cobre (Cu2+
). Com uma interligao entre os eletrodos de zinco e de cobre, mergulhados
em soluo de seus ons, atravs de um fio condutor, o zinco metlico ir transferir seus
eltrons para o cobre (Cu2+
). Desse modo se estabelece uma passagem de corrente
eltrica pelo fio condutor, conforme ilustra a Figura 3.
Figura 3: Clula Galvnica ou Pilha de Daniell (Brown, LeMay e Bursten, 2007).
Observa-se que ao lado do zinco est uma soluo de ZnSO4(aq) e ao lado do
cobre est uma soluo de CuSO4(aq). Inicialmente, na soluo de ZnSO4(aq) o nmero
de ons Zn2+
igual ao nmero de ons SO42-
.
Qual a funo da PONTE SALINA: Ela constituda de um tubo em U,
preenchido com algodo embebido em uma soluo qualquer. Ela tem a funo de
permitir a migrao de ons de uma soluo para outra, de modo que o nmero de ons
positivos e negativos na soluo de cada eletrodo permanea em equilbrio. Na pilha de
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zinco e cobre, onde se utiliza KCl na ponte salina, os ons Zn2+
e K+
tendem a migrar em
direo ao eletrodo de cobre para neutralizar o excesso de cargas negativas (ons SO42-
).
Da mesma forma, os ons SO42-
e Cl- tendem a migrar em direo ao eletrodo de zinco
para de ons Zn2+
.
Figura 4: Desenho de uma ponte salina (Russell, 2008).
Movimento dos ons na soluo:
O eletrodo de zinco est inserido numa soluo de ZnSO4(aq) e ao lado, o cobre
est imerso em uma soluo de CuSO4(aq). Inicialmente, na soluo de ZnSO4(aq) o
nmero de ons Zn2+
igual ao nmero de ons SO42-
. Analogamente, no lado do cobre,
a concentrao de Cu2+
igual concentrao de SO42-
. Veja a Figura 5A.
(A) (B)
Figura 5: (A) Circuito Aberto e (B) Circuito Fechado da Pilha de Daniell (Russell, 2008).
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Fechando o circuito, aps algum tempo, o eletrodo de zinco ir se dissolver
provocando aumento da concentrao de Zn2+
na soluo (concentrao de SO42-
constante); por outro lado, no eletrodo de cobre haver deposio de cobre metlico
diminuindo consideravelmente a concentrao de Cu2+
na soluo (concentrao de
SO42-
constante).
A pilha uma fonte de fora eletromotriz, e como tal possui uma resistncia
interna. Como voc j sabe, fora eletromotriz a mxima diferena de potencial que a
pilha consegue fornecer para os seus plos, mas sempre que ligado um aparelho que
necessita de uma corrente grande para o seu funcionamento na pilha, a diferena de
potencial em seus plos ser menos que a fora eletromotriz da pilha, pois parte de
energia que a pilha fornece aos portadores de cargas (eltrons) consumida por eles
para percorrer a prpria pilha. Para determinar a fora eletromotriz da pilha que est a
sua disposio use o voltmetro e mea a diferena de potencial entre os plos quando
nenhum outro elemento est ligado na pilha.
PILHA DE CONCENTRAO
uma pilha onde as solues e os materiais metlicos do nodo e do ctodo so
iguais, porm a concentrao da soluo dentro dos compartimentos diferente. Isto
leva a uma transferncia de eltrons, e como a soluo mais concentrada mais rica em
ons positivos ela atua como ctodo em funo da reduo desses ons positivos a um
estado de oxidao menor. O fluxo de eltrons ocorre at que as concentraes das
solues dos dois compartimentos sejam iguais.
2. OBJETIVOS
Essa prtica tem como objetivo montar a pilha de Daniell, entender como o seu
funcionamento, identificando os compartimentos que ocorre a oxidao e reduo, o
nodo e ctodo e a importncia da ponte salina e montar uma pilha de concentrao e
calcular o valor da tenso (FEM) atravs da equao de Nernst.
3. MATERIAL E MTODOS
3.1. Material
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- Placas de Zinco
- Placa de Cobre
- Sulfato de Cobre (CuSO4) 1M
- Sulfato de Zinco (ZnSO4) 1M
- Sulfato de Zinco (ZnSO4) 0,0001M
- Multmetro
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Pilha de Daniell:
Montar a pilha de Daniell utilizando as placas de zinco e cobre fornecidas,
conforme ilustrado na Figura 3, para isso siga as seguintes etapas:
a) No bquer 1 adicionar 60 mL da soluo de ZnSO4 1M e no bquer 2 adicionar 60
mL da soluo de CuSO4 1M.
b) Colocar a placa de zinco no bquer 1 e a de cobre no bquer 2.
c) Colocar a ponte salina interligando os dois compartimentos.
d) Ligar o polo positivo e o polo negativo, utilizando o jacar, nas placas e no
multmetro para verificar o potencial da clula.
e) Fazer a conexo com o LED e verificar o que ocorre.
Pilha de concentrao:
Montar a pilha de concentrao conforme foi montada a pilha de Daniel:
a) No bquer 1 adicionar 60 mL da soluo de ZnSO4 0,0001M e no bquer 2 adicionar
60 mL da soluo de ZnSO4 1M.
b) Colocar uma placa de zinco em cada bquer.
c) Colocar a ponte salina interligando os dois compartimentos.
d) Ligar o plo positivo na placa imersa na soluo 0,0001 M e o plo negativo na placa
imersa na soluo 1 M, utilizando o jacar,.
e) Fazer a conexo com o multmetro e verificar a tenso produzida.
5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.,
Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007.
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2. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas,
Captulo 20, Traduo da 9a
Edio americana, Cengage Learning, So Paulo,
2009.
3. RUSSEL, J. B. Qumica Geral, McGraw-Hill do Brasil, 1981.
6. PS-LABORATRIO
1. Equacione as semi-reaes que ocorrem na pilha de Daniell, fornea a reao
global balanceada que ocorre na pilha.
2. Calcule o potencial padro da clula e o G0. A reao espontnea? Justifique
sua resposta com base nos valores obtidos para E0 e G0.
3. Qual a funo da ponte salina? O que ocorreu com a voltagem quando esta foi
retirada da pilha?
4. Ao fechar o circuito da pilha, haver passagem de eltrons do zinco para o
cobre, com isso a placa de zinco comea a se corroer, enquanto a placa de cobre
aumenta de tamanho e a soluo azul de Cu2+
comea a diminuir a intensidade
da cor. Por qu? Faa desenhos e esquemas para auxiliar na sua resposta.
5. Qual seria o potencial da pilha se a soluo de CuSO4 fosse diluda para uma
concentrao de 0,20 mol/L a 25 C? Considere condies ideais.
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AULA 05:
Experimento 04:
ELETRODEPOSIO DE NQUEL
1. INTRODUO
A eletrodeposio a deposio eletroltica de um filme fino sobre de metal
sobre um objeto, que se comporta como ctodo da clula, necessria a utilizao de
um nodo inerte, e um eletrlito, que uma soluo salina contendo o on a ser
depositado atravs da sua reduo.
A eletrodeposio de nquel amplamente utilizada para o revestimento de
diferentes materiais, pois tem a propriedade de melhorar as caractersticas de resistncia
corroso e fornecer acabamento decorativo s peas, alm de servir de base para a
eletrodeposio de cromo.
O banho mais empregado industrialmente para deposio de nquel o Banho de
Nquel de Watts que consiste em uma soluo cuja composio de cloreto de nquel,
sulfato de nquel e cido brico. As composies variam conforme o depsito que se
deseja obter e uma soluo de composio comum consiste em ter 280 g/L de sulfato de
nquel (NiSO4), 90 g/L de cloreto de nquel (NiCl2) e 45 g/L de cido brico (H3BO3).
A funo do nquel fornecer o os ons metlicos, a dos ons cloretos manter a
neutralidade de cargas na clula e a do cido brico manter o pH constante.
Por se tratar de uma reao no espontnea necessrio fornecer clula um
potencial superior ao que seria produzido pela reao espontnea, e para isso deve-se
utilizar uma fonte de corrente contnua.
Aps o processo eletroltico possvel determinar a quantidade de material
produzido (ou depositado) atravs das Leis de Faraday para a eletrlise, que so:
1 a quantidade de substncia produzida pela eletrlise proporcional
quantidade de eletricidade utilizada e;
2 para uma quantidade de eletricidade quantidade de substncia produzida
proporcional sua massa equivalente, ou seja, sua massa molar MM dividida pelo
nmero de eltrons trocados (n).
1 Faraday (F) de eletricidade a carga em coulombs equivalente a um mol de
eltrons.
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1 F = 96.500 C/mol; lembrando que 1 A (ampres) = 1 Coulomb/s
A carga usada na eletrlise dada pela expresso:
Carga = corrente(A) x tempo (s)
E uma expresso para determinar a massa produzida dada pela equao 1:
(1)
onde:
m = massa de substncia produzida em gramas;
MM = massa molar da substncia (g/mol);
i = corrente em amperes;
t = tempo de eletrlise em segundos;
F = constante de Faraday = 96500 C/mol
A quantidade de substncia produzida em uma eletrlise frequentemente
inferior quantidade prevista pelas Leis de Faraday. A razo entre a massa terica
prevista e a massa realmente obtida na eletrlise, expressa em porcentagem chamada
de RENDIMENTO FARADAICO (), e dado pela equao 2.
= (massa obtida/massa prevista) x 100 (2)
2. OBJETIVOS
Observar experimentalmente o funcionamento de uma clula eletroltica atravs
da eletrodeposio do nquel.
3. MATERIAL E MTODOS
3.1. Material
- 1 eletrodo de cobre
- 1 eletrodo de ao ou platina
- Fonte de corrente
- Dois conectores tipo jacar
- Bquer de 100 mL
-1 cronmetro
-Balana analtica
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-agitador magntico
- suportes e garras para prender os eletrodos
3.2. Solues
- Soluo do banho de Watts
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Eletrlise do KI
Pesar o eletrodo de cobre limpo e seco e anotar a massa.
Colocar a soluo do banho de Watts no bquer e colocar sobre o agitador
magntico.
Prender os eletrodos de forma que fiquem totalmente mergulhados na soluo,
isolando sua superfcie metlica da garra com uma borracha, para evitar fuga de
corrente.
Conectar os cabos na fonte e em seguida conect-los no nodo e no ctodo,
sendo o nodo o cabo vermelho e o ctodo o cabo preto.
Ainda com a fonte desligada girar o boto da corrente para a posio zero e o da
tenso para a posio mxima.
Ligar a fonte e ajustar a corrente para 0,03 A e comear a cronometrar o tempo.
Deixar a clula funcionando por 5 minutos e desligar a fonte.
Retirar o eletrodo de cobre, lavar com gua destilada, secar bem e pesar
novamente. Anotar a massa e determinar a quantidade de nquel depositada.
5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.,
Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007.
2. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas,
Captulo 20, Traduo da 9a
Edio americana, Cengage Learning, So Paulo,
2009.
3. RUSSEL, J. B. Qumica Geral, Vol.2, Captulo 18, 2a Edio, Pearson, 2009.
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AULA 06:
Experimento 05:
ELETRLISE
1. INTRODUO
As clulas volticas so baseadas nas reaes de oxirreduo espontneas.
Contrariamente, possvel usar a energia eltrica para fazer com que reaes de
oxirreduo no espontneas ocorram. Por exemplo, a eletricidade pode ser usada para
decompor o cloreto de sdio fundido em seus elementos componentes, como mostra a
Reao 1.
2NaCl(l) 2Na(l) + Cl2(g) (Reao 1)
Por causa dos altos pontos de fuso das substncias inicas, a eletrlise de sais
fundidos necessita de altas temperaturas. Uma alternativa seria realizar a eletrlise em
meio aquoso.
Obtm-se os mesmos produtos se fizermos a eletrlise da soluo aquosa de um
sal em vez de fazer do sal fundido? Nem sempre, a eletrlise de uma soluo aquosa
complicada pela presena da gua, porque precisa-se considerar se a gua oxidada
(para formar O2) ou reduzida (para formar H2) em vez dos ons do sal fundido (Kotz e
Treichel, 2009).
Quando se aciona o motor de arranque de um automvel girando-se a chave de
ignio, quando se acende uma lanterna, quando se mede a concentrao de um cido
em soluo aquosa usando-se um aparelho medidor de pH, quando consideramos a
colocao de placas de zinco no caso de uma embarcao para se evitar a sua corroso,
estamos observando a ocorrncia de reaes qumicas. Quando se abre uma janela com
esquadria de alumnio, e at quando se utiliza um sabo qualquer, estamos usufruindo
de produtos obtidos como consequncia do uso de reaes qumicas muito semelhantes
quelas citadas no primeiro pargrafo. Essas reaes qumicas so chamadas de
eletroqumicas, que produzem eletricidade ou so por esta provocadas
(http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas).
A eletroqumica o ramo da qumica que estuda as reaes que envolvem a
produo ou o uso da eletricidade. As reaes que produzem eletricidade so aquelas
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que ocorrem nas pilhas e baterias. As reaes que s ocorrem pela passagem da
eletricidade atravs de um lquido so as chamadas reaes de eletrlise.
Os fenmenos que ocorrem pela passagem da eletricidade atravs de um lquido
podem ser melhor estudados e compreendidos se utilizarmos um gerador de corrente
eltrica contnua, que pode ser uma pilha, uma bateria ou um retificador de corrente
alternada, o qual pode ser at um carregador de bateria de automvel. Tendo-se em
mos uma fonte de corrente contnua, que fenmenos podemos provocar com ele? Para
responder a esta nova curiosidade s resta sair experimentando.
2. OBJETIVOS
Observar a eletrlise do iodeto de potssio (KI), da gua (H2O) e do cloreto de
sdio (NaCl), verificando os principais produtos e as condies necessrias para que
ocorram.
3. MATERIAL E MTODOS
3.1. Material
- 3 Placas de Petri (10 cm de dimetro)
- Eletrodos de ao-inox
- Fonte de corrente
- Dois conectores tipo jacar
- Dois fios de conexo
3.2. Solues
- Indicadores de pH - Azul de bromotimol
- Iodeto de Potssio (KI) 5% m/v
- Hidrxido de sdio (NaOH) 5% m/v
- Soluo de um eletrlito inerte (sulfato de potssio K2SO4 a 5%)
- Soluo de NaCl 5% m/v
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Eletrlise do KI
Neste procedimento ser mostrada a eletrlise de iodeto de potssio com a
formao de iodo elementar.
Numa placa de Petri, adicionar 40 mL de soluo KI 5% e os eletrodos de ao
inox opostamente colocados. Conecte os eletrodos fonte de corrente pelos cabos e
conexes necessrios. Em seguida, faa a ligao do circuito. Observe e anote.
4.2. Eletrlise do NaCl
Neste procedimento ser mostrada a eletrlise de cloreto de sdio. Na placa de
Petri, dentro dela, colocar opostamente os eletrodos de ao inox, como realizado nos
outros procedimentos. Conecte os eletrodos fonte de corrente pelos cabos e conexes
necessrios. Adicionar 40 mL de soluo NaCl 5% na placa de Petri e fazer a ligao do
circuito. Observar. Adicionar duas gotas de fenolftalena e observar novamente.
4.3. Eletrlise da H2O
Neste procedimento ser demonstrada a decomposio eletroltica da gua. Os
efeitos eletrolticos so visualizados mediante indicadores de pH.
Adicionar na placa de Petri a soluo de K2SO4 ( 40 mL). Adicionar 20 gotas
do indicador Azul de bromotimol e misturar bem.
OBS.: As cores diversificadas do indicador Azul de bromotimol: Cor da forma cida
(AMARELO) /Cor intermediria (VERDE) /Cor da forma bsica (AZUL).
A Eletrlise Propriamente Dita
Monte os eletrodos de ao inox na placa de forma oposta, assim como os cabos
de conexo. Antes de fazer a ligao do circuito, espere um pouco (cerca de um minuto)
para acalmar eventuais turbulncias na soluo. De imediato os efeitos coloridos so
observados em torno dos eletrodos. Deixando o circuito ligado durante alguns minutos
pode-se apreciar a evoluo da eletrlise. Observe e anote.
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4.4.Eletrlise do NaOH
Nessa etapa do nosso experimento iremos utilizar um becker de 1000 mL e 2
tubos de ensaio. No becker adicionar 400 mL da soluo de Hidrxido de Sdio 5 %
m/v. Aps, colocar dois fios de cobre dentro do tubo e adicionar um pouco da soluo
dentro do tubo. Vire o tubo com cuidado para dentro do becker e logo em seguida ligue
a fonte e observe o ocorrido. A Figura 1 representa um esquema simplificado para
montar a eletrlise. Vamos provar a formao dos gases hidrognio e oxignio, fazendo
uma exploso e fazendo arder uma brasa de madeira (palito de fsforo) na atmosfera de
gs, respectivamente.
Figura 1: Esquema da eletrlise da gua utilizando tubos de ensaio para coletar os
gases produzidos.
CANTINHO DA CURIOSIDADE
Propriedades de alguns materiais
Gases
H2 - incolor, inodoro, produz pequena exploso em contato com uma chama viva;
O2 - incolor, inodoro, reaviva a chama em palito de fsforo em brasa (se em grande quantidade);
Cl2 - amarelo esverdeado, de odor irritante, e que lembra um pouco o cheiro da gua sanitria, descora um papel de tornassol umedecido, azul ou vermelho;
Lquidos
Br2- amarelo esverdeado, solvel em gua formando uma soluo amarelada;
Slidos
I2 - violeta, solvel em gua formando uma soluo castanho avermelhado;
Cu - metal de cor rosa avermelhado;
Cu2I2 - branco levemente amarelado e insolvel na gua.
Cu(OH)2 - azul, insolvel na gua;
CuO - preto, insolvel na gua;
Cu2O - amarelo, que com o tempo passa a vermelho tijolo, insolvel na gua;
CuCl2 - amarelo, que com o tempo passa a marrom;
Cu2Cl2 - branco;
CuBr - branco;
CuBr2 - preto.
Aquo-complexos
[Cu(H2O)6]2+
- azul claro FONTE: http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas
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5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
4. BROWN, T. L., LEWAY JR., H. E., BURSTEN, B. E., BURDGE, J. R.,
Qumica A Cincia Central, Captulo 20, 9a Edio, Pearson, 2007.
5. KOTZ, J. C., TREICHEL JR., P. M. Qumica Geral 2 e Reaes Qumicas,
Captulo 20, Traduo da 9a
Edio americana, Cengage Learning, So Paulo,
2009.
6. Site: http://www.pontociencia.org.br acessado em 25 de Outubro de 2009.
7. Site: http://www.uff.br/gqi/ensino/disciplinas acessado em 24 de Outubro de
2009.
6. PR-LABORATRIO
1. Para cada eletrlise indique as reaes que ocorrem no nodo e ctodo. E qual a
reao global balanceada.
2. Calcule a tenso mnima que se deve fornecer para que ocorram essas eletrlises.
7. PS-LABORATRIO
1. Identifique os principais produtos da reao, explicando o que ocorreu que
ajudou a vocs a definir esses produtos.
2. Para realizar a eletrlise da gua necessrio adicionar um eletrlito para
conduzir as cargas. Ento, por que podem ser utilizados H2SO4 e HNO3 na
eletrlise da gua, e no pode utilizar HCl para eletrolis-la?
3. Qual a aplicao dos principais produtos formados na eletrlise da H2O, do KI e
do NaCl.
4. Qual o tempo necessrio para produzir 5,0 L de H2 medidos a 760 torr e 25C
pela eletrlise da H2O usando uma corrente de 1,5 A? (b) Quantos gramas de O2
so produzidos no mesmo tempo?
5. Supondo que a eletrlise do KI fosse conduzida a 350 mA durante 10 min, qual
seria a massa de iodo produzida?
Obs.: Entregar o Pr-Laboratrio no dia da aula prtica de Eletrlise, no incio da aula.
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AULA 07:
Experimento 06:
CORROSO I - TIPO DE CORROSO
1. INTRODUO
As diversas variveis usualmente presentes no fenmeno da corroso
modificam o curso e a extenso das reaes eletroqumicas, resultando os diferentes
tipos de ataque, que do origem a diferentes tipos de corroso. Os mecanismos da
corroso eletroqumica esto associados ao fluxo de corrente eltrica entre as reas
catdicas e andicas. A reao andica est sempre associada com dissoluo do metal
e a formao dos ons correspondentes; a reao catdica pode envolver dois processos
diferentes, dependendo da natureza do meio corrosivo: desprendimento de hidrognio
(meio cido) e absoro do oxignio (meio neutro ou bsico).
A corroso galvnica ocorre quando dois metais diferentes so postos em
contato um com outro e expostos a um eletrlito. O metal menos nobre ser o nodo e
por isso se dissolver enquanto o mais nobre agir como ctodo. Dependendo da
natureza do meio corrosivo, as reaes catdicas podem ocorrer pelos processos de
desprendimento de hidrognio ou absoro do oxignio.
A corroso por aerao diferencial ocorre quando um material metlico
imerso em regies diferentemente aeradas, sendo o nodo a rea menos aerada e o
ctodo a mais aerada.
1.1. Corroso galvnica
A corroso galvnica ocorre frequentemente quando se tem um metal colocado
em uma soluo contendo ons, facilmente redutveis, de um metal que seja catdico em
relao ao primeiro. Assim, tubulaes de alumnio em presena de sais, por exemplo,
de Cu2+
e Hg2+
, sofrem corroso localizada, produzindo pites. Isto ocorre porque o
alumnio reduz os ons Cu2+
ou Hg2+
para os metais respectivos, sofrendo
consequentemente oxidao.
Hg3Al2Hg3Al2
Cu3Al2Cu3Al2
32
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Alm desse ataque inicial o metal formado se deposita sobre a superfcie de
alumnio e cria uma srie de micropilhas galvnicas, nas quais o alumnio funciona
como nodo, sofrendo corroso acentuada. Casos envolvendo este mecanismo so
observados em:
Trocadores ou permutadores de calor, com feixe de tubos de alumnio; a
presena de pequenas concentraes de Cu2+
na gua de refrigerao
ocasiona, em pouco tempo, perfuraes nos tubos;
Tubos de caldeiras onde ocorre, em alguns casos, depsitos de cobre ou
xido de cobre. Isto porque a gua de alimentao da caldeira pode conter
ons cobre, cobre metlico ou suas ligas;
Tanques de ao carbono onde ao galvanizado. A corroso galvnica
ocasionada pela presena de cobre ou compostos originados pela ao
corrosiva ou erosiva da gua sobre a tubulao de cobre que alimenta o
tanque. Por isso deve-se evitar, sempre que possvel, que um fluido circule
por um material metlico catdico antes de circular por um que lhe seja
andico.
1.2. Corroso por aerao diferencial
O tipo mais importante de clula de concentrao a aerao diferencial, que
ocorre quando uma parte do metal exposta a diferentes concentraes de ar ou
imersa em regies do eletrlito diferentemente aerados (ou com outros gases
dissolvidos); isto provoca uma diferena de potencial entre as partes diferentemente
aeradas. um fato experimental que reas de uma superfcie metlica onde a
concentrao de oxignio alta, so catdicas.
Este tipo de corroso o que ocorre na linha dgua das partes metlicas
parcialmente imersa em uma soluo. Se, se mergulha uma pea de metal, zinco, por
exemplo, em uma soluo diluda de um eletrlito qualquer, e a soluo no agitada,
as partes acima e adjacentes a linha dgua so mais fortemente aeradas devido a
facilidade de acesso do oxignio a estas reas, que portanto, tornar-se-o catdicas. Na
parte imersa a maior profundidade, a concentrao de oxignio menor, sendo esta, por
conseguinte, andica.
Outro exemplo de corroso por aerao diferencial tipo linha dgua, ocorre
nas estruturas, estacas, etc. mergulhadas parcialmente na gua do mar.
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De maneira anloga pode-se explicar a corroso do ferro sob gotas de gua ou
de soluo salina (por exemplo, gua do mar condensada da neblina). Nas reas
cobertas pela gota impedido o acesso do oxignio do ar, e por isso tornam-se andicas
em relao s outras reas expostas ao oxignio do ar.
Superfcies speras ou esmerilhadas so corrodas mais depressa do que as
superfcies lisas polidas, onde no se acumulam poeiras, xidos, etc.
As superfcies rugosas, com sulcos ou fendas, onde o oxignio no pode
penetrar, so perigosamente corrodas por aerao diferencial provocando cavidades
(pitting). Esta corroso aumenta com o tempo, pois os produtos da corroso acumulam-
se em torno da rea andica, impedindo ainda mais qualquer acesso de oxignio.
2. OBJETIVO
Observar as principais diferenas entre corroso eletroltica e corroso galvnica.
3. MATERIAL
Fonte de corrente contnua
Pisseta
Lixas para metais
Bquer de 50 mL
Bquer de 100 mL
1 basto de vidro
Fio condutor
1 Pipeta graduada de 5 mL
Lmina de zinco
Placa de cobre
Placa de ferro e ferro (prego)
Soluo de H2SO4 1 mol/L
Soluo de Ferricianeto de Potssio K3Fe(CN)6
Soluo de Cloreto de Sdio (NaCl) a 10% m/v
Fenolftalena
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
CORROSO GALVNICA
PARTE I: Corroso provocada por aerao (ou oxigenao) diferencial.
a) Limpe uma das superfcies de uma chapa de ferro.
b) Coloque sobre a superfcie limpa da chapa de ferro duas gotas de soluo de
cloreto de sdio, uma gota de fenolftalena e duas gotas de soluo de ferricianeto de
potssio.
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c) Aguardar 5 a 10 minutos e observar que na regio central da pelcula lquida,
aparece colorao azul ou esverdeada e na regio perifrica aparece colorao rseo
avermelhada.
FUNO DOS INDICADORES
Fenolftalena.- indicador de rea catdica; colorao rseo-avermelhada (em
meio alcalino ou bsico, presena de hidroxila OH-) confirma rea protegida.
Ferricianeto de potssio - indicador de rea andica; precipitado azul de
ferricianeto de ferro (II) ou ferricianeto ferroso confirma rea corroda.
3Fe2+
+ 2 Fe(CN)63-
Fe3 (Fe(CN)6)2
Azul
PARTE II: Corroso provocada por impurezas metlicas situadas num material
metlico
a) Adicione em um bquer de 50 mL, cerca de 25 mL de soluo de H2SO4 1M.
b) Mergulhe parcialmente, nesta soluo, uma lmina de zinco previamente limpa.
Observe que o ataque ao zinco pequeno.
c) Mergulhe parcialmente nesta soluo, sem tocar na lmina de zinco, um basto de
cobre previamente limpo. Observe que o cobre no atacado.
d) A seguir, toque a lmina de zinco com o basto de cobre. Neste experimento
pode-se admitir que o cobre funcione como a impureza necessria para formar uma
pilha de ao local, na qual o zinco sofre corroso e o cobre no.
PARTE III: Corroso provocada por materiais diferentes
a) Adicione 50 mL da soluo de NaCl 10% em um bquer de 100 mL.
b) Adicione soluo, 15 gotas de fenolftalena e 1 mL de soluo de ferricianeto de
potssio. Homogeinize a soluo utilizando o basto de vidro.
c) Ligue o ferro a uma placa de cobre, previamente limpos, atravs de um fio
condutor.
d) Faa a imerso desses metais, ligados entre si, na soluo de NaCl 10%.
e) Observe o aparecimento de colorao rseo-avermelhada em torno do basto de
cobre e resduo azul em torno do basto de ferro.
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PARTE IV: Corroso provocada por materiais diferentes.
a) Repita o procedimento da experincia n 3, porm usando o ferro e uma placa de
zinco previamente limpos.
b) Aps mergulhar os metais, ligados entre si, na soluo de NaCl, observe o
ocorrido e anote.
CORROSO ELETROLTICA
PARTE V: Corroso provocada por corrente eltrica
a) Em um bquer de 100 mL coloque 50 mL da soluo de NaCl 10%.
b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo
positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua.
c) Aps alguns minutos de funcionamento da fonte, desligue-a e agite a soluo.
Observe o ocorrido.
5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008.
2. COLOMBO, Anlise de Contaminantes Ambientais, Depart. de Qumica e Biologia,
Universidade Tecnolgica Federal do Paran - Campus Curitiba, 2008.
6. PS-LABORATRIO
PARTE I
1. Qual o fator que provoca a corroso do ferro?
2. Escreva as semi-reaes ocorridas nas regies andica e catdica da pilha de corroso
formada.
PARTE III
3. Qual dos metais, Fe ou Cu, sofre corroso?
4. Escreva as semi-reaes que ocorrem nas regies andica e catdica da pilha de
corroso formada.
5. Qual a razo das coloraes observadas nas regies andicas e catdicas?
PARTE IV
6. Qual dos metais (Fe ou Zn) sofre corroso?
7. Escreva as semi-reaes que ocorrem nas regies andica e catdica da pilha de
corroso formada.
8. Qual a razo do aparecimento do resduo esbranquiado na lmina de zinco?
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AULA 08:
Experimento 07:
CORROSO II CORROSO EM LATAS DE AO
1. INTRODUO
A atual tecnologia fortemente dependente da utilizao de materiais metlicos,
aproveitando as excelentes propriedades fsicas e qumicas dos metais. Por outro lado,
quase todas as ligas metlicas se deterioram pelo ataque que sofrem do meio ambiente
onde so utilizadas. Os problemas de corroso so frequentes e ocorrem nas mais
variadas atividades (indstria qumica, automotiva, naval, de construo civil, etc). A
corroso preocupa o mundo, que gasta bilhes de dlares ao ano para repor s perdas
causadas por ela.
Corroso pode ser definida como deteriorao de um material, geralmente
metlico, por ao qumica ou eletroqumica, provocada pelo meio ambiente.
O ferro, por exemplo, atacado por gua e gs oxignio do ar formando
ferrugem. Alguns autores consideram a deteriorao de materiais no metlicos
(concreto, borracha, madeira, etc), devido ao do meio ambiente, como corroso.
2. OBJETIVO
O experimento a seguir tem por objetivo ilustrar ou desenvolver alguns
conceitos bsicos de corroso: efeito do sal na velocidade de corroso; uso de metais de
sacrifcio; influncia de um pequeno nodo frente a uma grande superfcie de ctodo nas
edificaes e equipamentos.
3. MATERIAL
3.1. Material:
- 4 latas (leite em p, creme de leite, etc.);
- Placa de zinco;
3.2. Reagente:
- Soluo aquosa de cloreto de sdio (NaCl).
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Use 4 latas semelhantes e limpas. Enumere-as de 1 a 4. Faa um risco no fundo
das latas 2, 3 e 4 (utilize um objeto pontiagudo, como um prego, saca-rolhas, etc).
Arranhe duas ou trs vezes para garantir que a camada de estanho seja removida.
Prepare a soluo aquosa de cloreto de sdio. 800ml so suficientes para um conjunto
de latas (latas pequenas de 200g).
As latas devero ser usadas como indicado a seguir:
1) lata sem arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca.
2) lata com arranho, com gua at 2 ou 3 cm da boca.
3) lata com arranho, com gua salgada (soluo aquosa de NaCl a 4,5%).
4) lata com arranho, com gua salgada e colocar placa de zinco prximo ao arranho.
Faa as observaes de 24 em 24 horas e anote-as numa tabela como a seguir:
(copie-a em tamanho adequado para fazer as anotaes).
Tabela 1: Dados obtidos durante a execuo do experimento.
TEMPO (h) LATA 1 LATA 2 LATA 3 LATA 4
24
48
72
96
5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008.
2. www.dfq.pucminas.br/apostilas/quimica. Acessado em 02 de novembro de 2009.
6. PS-LABORATRIO
1. Quais latas sofreram corroso? (colocar em ordem crescente de corroso)
2. Quais fatores que provocaram maior corroso numa lata do que em outra?
3. As latas utilizadas pela indstria de alimentos so revestidas por uma fina camada de
estanho. Consulte uma tabela de potenciais de reduo ou de reatividade de metais, e
justifique este procedimento.
4. Por que o arranho favoreceu o desenvolvimento da corroso na lata n2?
5. Por que a presena de cloreto de sdio (NaCl) aumentou a corroso na lata n3?
6. Procure justificar o que ocorreu na lata n4.
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AULA 09:
Experimento 08:
CORROSO III - INFLUNCIA DO MEIO ELETROLTICO
1. INTRODUO
Devemos ter em mente a importncia que representa a natureza do meio
corrosivo que se encontra na imediata proximidade da superfcie metlica. Assim, a
exemplo de um trocador de calor, o meio corrosivo vai apresentar uma temperatura
mais elevada na parte em contato imediato com a superfcie metlica dos tubos. Tal fato
pode acarretar uma decomposio, nesta regio, dos produtos usados para tratamento da
gua.
2. OBJETIVO
Demonstrar como se d a corroso do ferro quando exposto a diferentes meios
eletrolticos
3. MATERIAL
3.1. Material: Pregos de Ferro;
3.2. Reagentes:
- Soluo de Hidrxido de sdio 1M (NaOH);
- Soluo de Carbonato de sdio 1M (Na2CO3);
- Soluo de Cloreto de sdio 1M (NaCl);
- Soluo de cido clordrico 1M (HCl);
- Soluo de Cloreto de potssio 1M (KCl);
- Soluo de cido sulfrico 1M (H2SO4);
- Soluo de cido actico 1M (CH3COOH);
- Soluo de Cloreto de sdio 10% (NaCl).
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PARTE I
a) Limpe com gua e sabo os pregos polidos e no toque nas superfcies da pea
com as mos, devendo-se utilizar pina.
36
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b) Coloque um prego limpo em sete tubos de ensaio nomeados de A a G e adicione 4
ml das seguintes solues nos tubos.
Tubo A: Hidrxido de sdio (NaOH) 1 mol/L
Tubo B: Carbonato de sdio (Na2CO3) 1 mol/L
Tubo C: Cloreto de sdio (NaCl) 1 mol/L
Tubo D: cido clordrico (HCl) 1 mol/L
Tubo E: Cloreto de potssio (KCl) 1 mol/L
Tubo F: cido sulfrico (H2SO4) 1 mol/L
Tubo G: cido actico (CH3COOH) 1 mol/L
c) Determinar a concentrao de ons hidrognio (Haq+) em cada soluo medindo o
pH das mesmas, utilizando fitas de pH1, o que suficiente para saber se as mesmas so
bsicas, cidas ou neutras.
d) Deixar os pregos nas solues durante 24 horas, ou seja, de um dia para o outro.
e) Observar e descrever as mudanas acontecidas. Preencha a Tabela 1 comparativa
com seus prprios resultados.
Adicional:
f) Adicione aos tubos (A a G) duas gotas de ferricianeto de potssio 0,1M
(K3Fe(CN)6) e observe os resultados.
g) Num tubo de ensaio H, adicione 1 mL de soluo FeSO4 e uma gota de
ferricianeto de potssio 0,1M (K3Fe(CN)6). Compare este resultado com os obtidos
quando o ferricianeto de potssio foi adicionado s solues que contm o prego (tubos
A a G). Observe, conclua e complete a Tabela 1.
Tabela 1: Resultados obtidos com a Parte I do experimento Corroso III - Influncia
do Meio Eletroltico.
Tubo pH Carter Observao 1i Observao 2
ii
A
B
C
1 So pedaos de papel cobertos com uma substncia indicadora. Geralmente h dois tipos de fitas, as que
possuem apenas um tipo de indicador, geralmente o tornassol. E as que possuem mais de dois tipos.
Ao mergulhar a fita em um lquido, a colorao da regio impregnada com a soluo indicadora, muda de
colorao e com uma tabela de comparao se determina o valor de pH da soluo analisada.
Esta tcnica serve apenas para uma avaliao inicial da amostra, existem pHmetros que realizam a
determinao do pH das solues com muita preciso.
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D
E
F
G
H
(i) O que foi observado antes de adicionar o ferricianeto de potssio aos tubos. (ii) O que foi observado aps adicionar o ferricianeto de potssio aos tubos.
INFLUNCIA DO MEIO ELETROLTICO NA CORROSO CAUSADA
POR CORRENTE IMPRESSA
PARTE II: gua destilada
a) Em um bquer de 100 mL coloque 40 mL de H2O.
b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo
positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua, conforme Figura 1.
c) Aps um ou dois minutos agitar o eletrlito: nada se observa, permanecendo o
aspecto inicial.
Figura 1: Esquema do aparato de corroso para avaliao da influncia do meio
eletroltico.
PARTE III: Soluo de Cloreto de Sdio
a) Em um bquer de 100 mL coloque 40 mL da soluo de NaCl 10%.
b) Mergulhe na soluo obtida dois eletrodos de ferro, respectivamente ao polo
positivo e ao polo negativo de uma fonte de corrente contnua.
c) Aps alguns minutos de funcionamento da fonte, desligue-a e agite a soluo.
Observe o ocorrido.
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5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008.
2. MORA, Nora Daz; SIHVENGER, Joo Carlos; LUCAS, Juliana Fenner R.
Caderno de Prticas de Laboratrio de Qumica Geral. Universidade Estadual do
Oeste do Paran, 2006.
6. PS-LABORATRIO
1. Indique as solues nas quais observou alguma evidncia de corroso na parte I.
Explique.
2. Escreva as reaes de oxidao e reduo do ferro, cobre e alumnio imersos nas
solues preparadas, assumindo que existe suficiente oxignio dissolvido.
3. Quais as caractersticas observadas na ponta, na cabea e no resto do prego? Explique
essas diferenas em relao ao processo de fabricao do prego.
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AULA 10:
Experimento 09:
CORROSO IV PROTEO CATDICA
1. INTRODUO
A proteo catdica um mtodo de controle de corroso que consiste em
transformar a estrutura proteger no ctodo de uma clula eletroqumica ou eletroltica.
O emprego de proteo catdica em estruturas de concreto enterradas ou submersas
ainda pouco frequente, devido a dificuldades, tais como necessidade de se interligar
toda a armadura do concreto, de modo a funcionar como um negativo nico e a
possibilidade de fraturas no concreto devido aos esforos gerados pela presso parcial
do hidrognio liberado no ctodo, quando submetido a potenciais muito negativos. No
pode ser usada em estruturas areas em face da necessidade de um eletrlito contnuo, o
que no se consegue na atmosfera (Gentil, 2008).
1.1. Proteo catdica galvnica
O sistema de proteo catdica galvnica ou por nodo de sacrifcio aquele
que utiliza uma fora eletromotriz de natureza galvnica para imprimir a corrente
necessria proteo da estrutura considerada. Esta fora eletromotriz resulta da
diferena entre o potencial natural do nodo e o potencial da estrutura que se deseja
proteger. uma grandeza que depende das caractersticas do nodo, do material que
compe a estrutura que se deseja proteger e, de cera forma, do prprio eletrlito.
Como a diferena de potencial conseguido nesse sistema relativamente
pequena ele aplicado somente a meios de resistividade eltrica da ordem de no
mximo, 6000 .cm. usual o emprego deste sistema em instalaes martimas, j que
a baixa resistividade da gua do mar possibilita uma baixa resistncia no circuito de
proteo catdica, permitindo a injeo, no sistema, de uma corrente de maior
intensidade.
Os materiais tradicionalmente utilizados como nodos galvnicos so:
Ligas de magnsio;
Ligas de alumnio;
Ligas de zinco.
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Outros materiais podem eventualmente ser utilizados como nodos galvnicos,
em sistemas particulares. Como exemplo, cita-se o uso de chapas de ao carbono para
proteo de peas de bronze, lato ou cobre, em servio na gua do mar.
Ao fazer a ligao do nodo com a estrutura, estando ambos em contato
simultneo com o eletrlito, forma-se uma pilha na qual a corrente que circula resulta da
dissoluo eletroqumica do nodo.
luz deste fenmeno, fcil concluir-se que, em ltima anlise, o nodo
galvnico representa uma certa quantidade de energia acumulada, a qual ser liberada
paulatinamente, proporcionando uma corrente eltrica que exercer uma ao protetora
sobre a superfcie da estrutura (ctodo).
A circulao desta corrente no sistema d origem a um processo de
polarizao, fazendo com que os potenciais de ambos os componentes, nodo e ctodo,
se desloquem em sentidos convergentes. Assim, o nodo sofrer uma polarizao
andica, a qual, por princpio, deve ser muito pequena, e a estrutura (ctodo) sofrer
uma acentuada polarizao catdica, de modo a atingir o potencial de imunidade, ou de
estabilidade termodinmica do metal, ou liga, no meio considerado.
1.2. Proteo catdica por corrente impressa
O sistema de proteo catdica por corrente impressa aquele que utiliza uma
fora eletromotriz, proveniente de uma fonte de corrente contnua, para imprimir a
corrente necessria proteo da estrutura considerada. Esta fora eletromotriz pode
provir de baterias convencionais, baterias solares, termogeradores, conjuntos motor-
gerador ou retificadores de corrente. Os retificadores constituem a fonte mais
frequentemente utilizada, e atravs deles retifica-se uma corrente alternada, obtendo-se
uma corrente contnua que injetada no circuito de proteo.
Como a diferena de potncia de sada da fonte pode ser estipulada em valores
baixos ou elevada, a proteo catdica por corrente impressa aplica-se a estruturas
situadas em eletrlitos de baixa, mdia e alta resistividade. Tambm ela aplicada onde
se exige maiores correntes, portanto, em estruturas de mdia para grande porte o que
no impede o seu uso em estruturas pequenas, quando houver convenincia.
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1.3. Aplicaes prticas de proteo catdica
Os trocadores de calor usados em navios condensadores e resfriadores
geralmente so construdos em ao carbono, tendo tubos de cobre ou de suas ligas.
comum ver-se carretis, tampos e espelhos em ao carbono e tubos em lato de
alumnio. Estes materiais, juntos, e em contato com a gua do mar, formam um par
galvnico e do origem a um processo de corroso galvnica em que o ao atacado.
Assim indispensvel o emprego de proteo catdica para eliminar esta ao
corrosiva. Para isto, tanto se pode usar nodos de liga de zinco como nodos de liga de
alumnio.
Os cabos de transmisso de energia e cabos de telecomunicaes enterrados
esto sujeitos a problemas de corroso no revestimento metlico de chumbo, embora
muitas vezes esta chapa de chumbo seja protegida por um revestimento adicional de
PVC ou de polietileno.
... luz deste fenmeno, fcil concluir-se que, em ltima anlise, o nodo galvnico
representa uma certa quantidade de energia acumulada, a qual ser liberada
paulatinamente, proporcionando uma corrente eltrica que exercer uma ao
protetora sobre a superfcie da estrutura.
(Proteo Catdica Aldo Cordeiro Dutra & Laerce de Paula Nunes)
2. OBJETIVOS
O experimento a seguir tem por objetivo ilustrar e desenvolver alguns conceitos
bsicos de proteo catdica da corroso como, proteo catdica galvnica (uso de
metais de sacrifcio) e proteo catdica por corrente impressa.
3. MATERIAL
3.1. Material:
- Bcker de 250 mL
- Tubos de Ensaios
- Pregos de ferro e/ou placas de ferro limpos
- Placas de cobre
- Placas de zinco ou ao galvanizado
- Eletrodos de grafite
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- Fios de cobre
- Fonte de corrente contnua
3.2 Reagentes:
- Soluo de Cloreto de Sdio 5%
- Soluo Alcolica de Fenolftalena
- Soluo de Ferricianeto de Potssio
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PARTE I. Proteo catdica galvnica (nodos de sacrifcio)
a) Em sete potes (A, B, C, D, E, F e G) adicionar 50 mL de soluo de NaCl (5%).
b) Acrescentar aos potes:
A- um prego de ferro
B- um prego de ferro ligado a uma placa de cobre
C- um prego de ferro ligado a uma placa de zinco
D- um prego de ferro envolvido com uma fita de alumnio
E- um prego de ferro ligado a placas de cobre e zinco
F- um prego de ferro e adicionar 1 mL do inibidor A.
G - um prego de ferro e adicionar 1 mL do inibidor B.
c) Aps uma semana preencha a Tabela 1 com suas observaes.
d) Anote o (s) tubo (s) onde o ferro foi protegido catodicamente.
Tabela 1: Dados observados na proteo catdica galvnica.
Aspectos Observados
Ensaio Meio Corrosivo Placas Metlicas Regio Andica
A
B
C
D
E
F
G
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PARTE II. Proteo catdica por corrente impressa 1
a) Em um bcker de 100 mL adicione 50 mL de soluo aquosa de NaCl (5%), 10
gotas de soluo alcolica de fenolftalena e 20 gotas de ferricianeto de potssio.
b) Imerge dois eletrodos, um de ferro (prego) e outro de grafite, ligando-os
respectivamente aos polos negativo e positivo de uma fonte de corrente contnua.
c) Observe o ocorrido e preencha a Tabela 2.
Tabela 2: Dados observados na proteo catdica por corrente impressa 1.
Eletrodos Polos Reaes Qumicas Cores Formadas
Ferro
Grafite
PARTE III. Proteo catdica por corrente impressa 2
a) Em um bcker de 100 mL adicione 50 mL de soluo aquosa de NaCl (5%), 10
gotas de soluo alcolica de fenolftalena e 20 gotas de ferricianeto de potssio.
b) Imerge dois eletrodos, um de ferro (prego) e outro de cobre, ligados por um fio de
cobre, imobilizando-os dentro da soluo.
c) Imerge aps algum tempo um eletrodo de grafite e ligue-o ao polo positivo da
mesma fonte de corrente contnua, ligando o ferro e o cobre ao polo negativo da mesma
fonte.
OBS.: Se a soluo j estiver muito turva conveniente, para melhor observao,
substitu-la por outra.
Tabela 3: Dados observados na proteo catdica por corrente impressa 2.
Eletrodos
Polos Reaes qumicas Cores formadas
Ferro e cobre
Grafite
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5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. GENTIL, Vicente, Corroso, 4 Edio, Editora LTC, 2008.
2. www.dfq.pucminas.br/apostilas/quimica. Acessado em 02 de novembro de
2009.
6. PS-LABORATRIO:
PARTE I
1. Indique em qual pote o prego sofreu maior corroso, explicando.
2. Indique em qual pote o prego sofreu menor processo corrosivo. Explique.
3. D as equaes qumicas das reaes ocorridas nos 6 potes.
4. Informe os tipos principais de corroso que ocorrem em cada pote.
5. Faa um desenho ilustrativo do processo ocorrido em cada pote.
6. O que seria um inibidor de corroso e qual sua funo?
PARTE II e III
7. Explique se poderia ser usado corrente da rede eltrica sem passar pelo retificador.
8. Explique como o ferro pode ser protegido catodicamente.
9. Explique as consequncias de operar a proteo catdica com excesso de corrente.
10. Explique a funo do grafite nas montagens (Parte I e II).
11. Explique o tipo de corroso que ocorre na montagem inicial (Fe, Cu em NaCl(aq)),
indicando nodo, ctodo e as respectivas reaes.
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AULA 11:
Experimento 10:
ESTRUTURA DOS MATERIAIS
1. OBJETIVO
Montar a clula unitria e a estrutura do metal sorteado para o grupo, facilitando a
visualizao dos tipos de retculos cristalinos estudados na teoria.
2. INTRODUO
Por que estudamos os materiais e suas estruturas?
Muitos cientistas experimentais ou engenheiros, sejam eles mecnicos, civis,
qumicos ou eltrico, iro uma vez ou outra ficar expostos a um problema de projeto
que envolva materiais. Os exemplos podem incluir uma engrenagem de transmisso, a
superestrutura para um edifcio, um componente de uma refinaria de petrleo, ou um
chip de circuito integrado. Obviamente, os cientistas e engenheiros de materiais so
especialistas que esto totalmente envolvidos na investigao e no projeto de materiais.
Muitas vezes, um problema de materiais consiste na seleo do material correto
dentre muitos milhares de materiais disponveis. Existem vrios critrios nos quais a
deciso final est normalmente baseada, em primeiro lugar, as condies de servio
devem ser caracterizadas, uma vez que estas iro ditar as propriedades exigidas do
material. Uma segunda considerao de seleo qualquer deteriorao das
propriedades dos materiais que possa ocorrer durante a operao em servio. Por fim,
provavelmente a considerao dominante estar relacionada aos fatores econmicos:
quanto ir custar o produto final acabado?
Quanto mais familiarizado estiver um(a) engenheiro(a) ou cientista com vrias
caractersticas e relaes estrutura-propriedade, bem como as tcnicas de processamento
dos materiais, mais capacitado e confiante ele ou ela estar para fazer opes
ponderadas de materiais com base nestes critrios (Callister, 2002).
3. MATERIAL
- Bolas de isopor e tinta guache
- Palitos
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
- Montar a clula unitria do material sorteado para o grupo, sendo os materiais:
Alumnio; Cobalto; Cromo; Ferro (); Nquel; Zinco Cloreto de sdio e Cloreto de
csio.
- Montar a Estrutura Cristalina do material utilizando as clulas unitrias.
5. REFERNCIA BIBLIOGRFICA
1. CALLISTER, William D. Jr. Cincia e Engenharia de Materiais: Uma
Introduo, 5a edio, Rio de Janeiro: LTC, 2002.
6. PS-LABORATRIO
1. Preencha as seguintes Tabelas com os dados observados e pesquisados.
Metais Grupo
Sorteado
Estrutura
Cristalina
Raio
Atmico
(nm)
Relao do
Parmetro de
Rede com
Raio
1. Alumnio
2. Cobalto
3. Cromo
4. Ferro ()
5. Nquel
6. Zinco
7. Cloreto de sdio
8. Cloreto de csio
Metais FEA Nmero de
Coordenao
Volume da
Clula
Unitria
Densidade
Relativa
(g/cm3)
1. Alumnio
2. Cobalto
3. Cromo
4. Ferro ()
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5. Nquel
6. Zinco
7. Cloreto de sdio
8. Cloreto de csio
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AULA 12:
Experimento 11:
POLMEROS PRODUO DO POLMERO UREIA-
FORMALDEDO
1. INTRODUO
Ao longo das ltimas dcadas, temos observado uma crescente substituio de
produtos naturais, como madeira, alumnio, cermica e algodo, por produtos
polimricos sintticos, como PVC, nilon, polister e polmeros condutores, pois os
ltimos atendem s necessidades do homem to bem quanto os primeiros, ou melhor.
As vantagens dos polmeros sintticos so: a capacidade de serem moldados e a
possibilidade de se reunir, em um nico material, vrias caractersticas, tais como:
leveza, resistncia mecnica, transparncia, condutividade ou isolamento eltrico,
isolamento trmico, flexibilidade, dentre outras.
Sobre o polmero ureia-formaldedo e outros polmeros
A resina ureia-formaldedo foi sintetizada pela primeira vez em 1929 e pertence
ao grupo dos polmeros termorrgidos. Estes polmeros apresentam as seguintes
caractersticas:
Com relao estrutura:
- so amorfos;
- possuem ligaes cruzadas.
Propriedades fsicas:
- no amolecem quando aquecidos;
- so quebradios;
- quando aquecidos, tornam-se infusveis e insolveis.
Desta forma, por ser termorrgido, o polmero ureia-formaldedo s pode ser
moldado durante a sntese, diferente dos polmeros termoplsticos, que, por no
possurem ligaes cruzadas, podem ser fundidos e remodelados vrias vezes.
Polmero ureia-formaldedo um polmero tridimensional obtido a partir da
ureia e do formaldedo. Quando puro transparente, e foi por isso usado como o
primeiro tipo de vidro plstico. No entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com
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o tempo. Este defeito pode ser evitado pela adio de celulose, mas ele perde sua
transparncia, sendo ento utilizado na fabricao de objetos translcidos. Esse
polmero tambm usado em vernizes e resinas, na impregnao de papis. As resinas
fenol-formaldedo e ureia-formaldedo so usadas na fabricao da frmica.
Outra classe de polmeros a dos elastmeros, que possuem quase todas as
caractersticas dos termorrgidos, exceto que no so rgidos e quebradios, mas sim
elsticos. Os elastmeros e os termorrgidos pertencem ao grupo dos termofixos.
Abaixo, so listados os polmeros mais comumente encontrados, de acordo com os
grupos:
Termorrgidos: resinas ureia-formaldedo, fenol-formaldedo e melamina-
formaldedo e anilina-formaldedo.
Termoplsticos: policarbonato (PC), poliuretano (PU), policloreto de vinila
(PVC), poliestireno (PE) e polipropileno.
Elastmeros: elsticos e borrachas.
Figura 1: Representao da estrutura do polmero ureia-formaldedo.
Aspectos especficos da reao de formao do polmero ureia-formaldedo
A respeito da reao de polimerizao de ureia-formaldedo, sabe-se que ela
extremamente exotrmica e que libera gua (reao de condensao). O mecanismo da
reao consiste em um ataque nucleoflico da ureia sobre o eletrfilo, formaldedo. As
primeiras etapas da reao, catalisada em meio cido, esto representadas na figura a
seguir.
O H2N-CO-N=CH2, por sua vez, ataca outro formaldedo protonado, dando
continuidade reao de polimerizao. Diz-se que a ureia e o formaldedo so os
monmeros desse polmero, pois a partir dessas molculas que ele formado.
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Figura 2: Representao das primeiras etapas da reao de polimerizao do
polmero ureia-formaldedo.
Outras aplicaes da resina ureia-formaldedo
O polmero ureia-formaldedo pode ser sintetizado de outras formas alm desta
apresentada nesse experimento, adquirindo caractersticas diferentes e permitindo que
tenha diversas aplicaes no mercado. Ele pode ser usado, por exemplo: como vidro
plstico; na fabricao de objetos translcidos; em vernizes e resinas e na fabricao de
frmica. Usam-se tambm essas resinas na fabricao de tampas na indstria de
cosmticos por causa da variedade de cores em que se apresentam seu grau de
resistncia nos solventes, as graxas e leos devido a sua dureza.
2. OBJETIVOS
Este experimento tem como objetivo mostrar como pode ser sintetizado e
modelado um polmero a partir da ureia e do formaldedo. Dessa forma, pode-se
aprofundar um pouco mais no assunto e explorar a caracterstica mais marcante dos
plsticos, que a capacidade de serem modelados.
3. MATERIAL
3.1. Material:
- 1 bquer de 600 mL, 1 de 100 mL, 3 de 50 mL e 2 proveta de 100 mL
- Esptula, conta-gotas e basto de vidro
- Balana
- Ebulidor
- Forma
3.2 Reagentes:
- 10 g de ureia comercial
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- 19 mL de formaldedo 37% (m/v)
- 17 mL de soda custica 7% (m/v)
- cido clordrico 3M
- Corantes alimentcios
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Precaues
Realize o experimento em uma capela e use luvas de plstico, pois o
formaldedo, a ureia, a soda custica e o cido clordrico so txicos. Se no houver
capela, o ambiente deve ser arejado.
Etapas:
1. No bquer de 100 mL, adicionar 10 g de uria, 19 mL da soluo de formaldedo
37% (m/v) e 17 mL da soluo de NaOH 7% (m/v).
2. Em seguida, aquecer o sistema em banho-maria, temperatura de ebulio da gua,
para que a ureia dissolva. Agitar com o basto de vidro para ajudar na dissoluo.
3. Quando a ureia estiver toda dissolvida, retirar o sistema do banho-maria e o resfriar
com gua corrente ou em banho de gelo, sempre agitando com o basto de vidro, at o
sistema ficar bastante turvo, com colorao esbranquiada.
4. Adicionar fenolftalena ao sistema, o qual adquirir colorao rosa devido soda
custica.
5. Em seguida, adicionar o cido clordrico com um conta-gotas, vagarosamente, at a
mistura perder o tom rosa.
6. Neste ponto, adicione os corantes (1 mL), caso contrrio, a resina ficar branca.
7. Colocar o sistema de volta ao banho-maria, sob agitao constante, por 2 minutos.
8. Quando o sistema estiver quente, recomear a adicionar o cido clordrico gota a
gota, at que a mistura fique mais consistente, como um mingau.
9. Logo em seguida transferir a mistura para um molde.
10. Aps aproximadamente 40 minutos, quando o material j tiver resfriado e estiver
seco, retirar-lo do molde.
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5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
1. BRAATHEN, P. C., et al. Plsticos: Molde Voc mesmo! Qumica Nova na
Escola, n 13, maio 2001.
2. FRADE, JORGE R., PAIVA, A. T., Polimerizao de uma resina de ureia-
formaldedo Qumica Plsticos, Vidros e Novos Materiais, Atividades de
Projeto Laboratorial, Unidade 3, Universidade de Aveiro, 2006.
3. http://ube-164.pop.com.br/repositorio/4488/meusite/organica/polimeros.htm
acessado em 01 de novembro de 2009.
6. PS-LABORATRIO:
1. Qual a finalidade da soluo de NaOH 7%?
2. Mostre a reao completa de formao da resina ureia-formaldedo.
3. A que categoria dos polmeros pertence resina ureia-formaldedo?
4. Por que acidificamos com cido clordrico?
5. Quais as propriedades do polmero ureia-formaldedo?
6. Quais as principais aplicaes da resina ureia-formaldedo?
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AULA 13:
Experimento 12:
POLMEROS PRODUO DO ISOPOR UTILIZANDO
POLIESTIRENO
1. INTRODUO
O poliestireno constitui matria-prima para fabricao do isopor, quando
expandido a quente por meio de gases.
O poliestireno um plstico de grande uso no mundo atual. Ele se presta para a
produo de artigos moldados como pratos, copos, xcaras, etc. Ele bastante
transparente e bom isolante eltrico. um polmero de adio, um termoplstico incolor
transparente, com um som tipicamente metlico quando deixado cair sobre uma
superfcie clara. Ele amolece a cerca de 90 a 95C enquanto que a 140C, um liquido
mvel, excelente para uso em moldagem por injeo. O poliestireno um mat