DISSERTA..O C.PIA FINAL - … · iv ABSTRACT The lock of Money for teaching and research in the last years is reality, and schools have a lot of difficulties to teach with scientific

DEDICATÓRIA

À minha esposa, Carol, e aos meus filhos Newton, Fábia, Frassynetti e Carynne.

ii

AGRADECIMENTOS

Os primeiros agradecimentos vão dirigidos à FLAD e à Reitoria da UTL, muito

especialmente ao Prof. Doutor António Romão, pelo apoio manifestado desde a fase

embrionária até ao final deste projecto.

Pela sua disponibilidade total e seu apoio metodológico e científico, quero endereçar os

meus sinceros agradecimentos ao carismático orientador Doutor Manuel Rosa Nunes.

Aproveito ainda para agradecer à Prof.ª Doutora Maria Estrela Jorge pelo seu valioso

contributo na etapa final desta dissertação.

A terceira referência vai para o Governo Provincial de Benguela, na pessoa do

Governador da Província e ao ISCED de Benguela, especialmente ao seu Decano. Para

todos estou muito agradecido pelo vosso empenho na realização desta obra.

Ao corpo de docentes do Departamento de Química e Bioquímica da Faculdade de

Ciências, da Universidade de Lisboa, que leccionou na terceira edição do Mestrado de

Química para o Ensino o meu muito obrigado por me terem incutido um pouco mais a

fundo o conhecimento científico.

Aos meus inesquecíveis colegas da terceira edição do Mestrado em Química para o

Ensino, muito especialmente à nossa incansável delegada Marília Peres, um forte abraço

para todos vocês do tamanho de Angola.

Amaro, Josy e Makili, saibam que sem vocês o desafio de querer ser Mestre seria muito

mais difícil; aproveito também para agradecer aos demais Calambulas pela

credibilidade; a Alice e a Augusta elevada consideração.

Deus, obrigado por tudo.

iii

RESUMO

Nos últimos tempos, a carência de verbas destinadas ao ensino e à investigação, tem

impossibilitado que as escolas possam proporcionar à comunidade estudantil um ensino

com o rigor científico exigido.

Para ultrapassar estas dificuldades, professores e investigadores de ensino das ciências

têm estado a conceber equipamentos de laboratório, construídos com materiais de fácil

acesso e de baixo custo, que conduzem a resultados científicos bastante fiáveis.

Com este intuito apresentamos o presente trabalho que tem como objectivo principal

propor aos professores de Química, fundamentalmente os das escolas do secundário de

Angola, alternativas de equipamentos de laboratório construídos com material de baixo

custo, de fácil acesso e que produzem resultados didáctico-pedagógicos aceitáveis.

O conjunto de equipamentos propostos é constituído por um condutímetro, um

colorímetro, um refractómetro, um eléctrodo de referência, um eléctrodo de pH, um

eléctrodo de grafite e outros eléctrodos metálicos, três sensores de temperatura e uma

célula electrolítica. Estes podem ser construídos nas escolas pelos professores com a

participação dos alunos.

Cada um deles constitui um capítulo do presente trabalho, nos quais com a ajuda de

esquemas de funcionamento, apresentamos os detalhes para a sua construção, e, de

forma sintética, descrevem-se os protocolos para cada um dos ensaios desenvolvidos.

Além destes, propõem-se ainda outras experiências que podem ser feitas com os

referidos equipamentos.

Por último apresentamos os resultados obtidos e a discussão destes por comparação com

os resultados obtidos com aparelhos comerciais reportados na bibliografia especializada.

Palavras-chave:

Equipamentos, Baixo Custo.

iv

ABSTRACT

The lock of Money for teaching and research in the last years is reality, and schools

have a lot of difficulties to teach with scientific accuracy.

To pass these difficulties, teachers and researchers have been idealizing some laboratory

equipments, built with cheap and low cost materials that are easier to buy, producing

very good results.

The aim of this work is to propose to the Chemistry teachers mainly, in Angola’s

schools at the secondary level, some equipments built with cheap materials and readily

accessible (easier to achieve) and with good results.

The proposed sets of equipments are a conductimetry, a colorimetry, a refractometry, a

set of electrodes (reference, graphite, pH and others metals). Also three temperature

sensors and an electrolysis cell were produced. These equipments can be built in the

schools by the teachers with the participation of the students.

Each of these equipments is described in each chapter of this work, where the

construction, with schemes, is presented.

Also, details for each of the procedures described are including. At same time, other

procedures are proposed for the use equipments presented.

In the last chapter the obtained results with these equipments are presented and

compared with the results obtained from commercial equipments, reported in the

bibliography.

Keywords:

Equipments, Low Cost.

v

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS............................................................................................... ii

RESUMO...................................................................................................................... iii

ABSTRACT................................................................................................................. iv

ÍNDICE .......................................................................................................................... v

GRANDEZAS FISÍCAS[1] USADAS ................................................................. viii

ABREVIATURAS ..................................................................................................... ix

I. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 1

I.1. Química, uma Ciência Experimental................................................................ 1

I.1.1. O Ensino e a Aprendizagem da Química.......................................................... 1

I.1.2. Consequências do Ensino sem Experiências .................................................... 2

I.1.3. O Emergir da Química a Baixa Custo .............................................................. 2

I.1.4. Trabalhos Desenvolvidos nesta Área a Nível Internacional............................. 3

I.2. O Ensino da Química em Angola ..................................................................... 6

I.2.1. Estrutura Curricular .......................................................................................... 6

I.2.2. Professores........................................................................................................ 6

I.2.3. Material Didáctico ............................................................................................ 7

I.2.4. Laboratórios...................................................................................................... 7

I.2.5. Trabalhos Desenvolvidos nesta Área ............................................................... 8

I.2.6. Importância deste Trabalho para Angola.......................................................... 8

I.3. Apresentação do Trabalho ................................................................................ 9

II. REFRACTÓMETRO ............................................................................... 11

II.1. Construção...................................................................................................... 11

II.2. Ensaios............................................................................................................ 12

II.2.1. Introdução....................................................................................................... 12

II.2.2. Calibração do Equipamento............................................................................ 12

II.2.3. Identificação de Compostos Orgânicos Semelhantes..................................... 13

vi

II.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 15

III. CONDUTÍMETRO................................................................................... 16

III.1. Construção...................................................................................................... 16

III.2. Ensaios............................................................................................................ 18

III.2.1. Introdução....................................................................................................... 18

III.2.2. Efeito da Natureza da Solução sobre a Condutividade................................... 19

III.2.3. Determinação da Constante da Célula............................................................ 20

III.2.4. Titulação Condutimétrica Ácido – Base......................................................... 22

III.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 24

IV. COLORÍMETRO ...................................................................................... 25

IV.1. Construção...................................................................................................... 25

IV.2. Ensaios............................................................................................................ 27

IV.2.1. Introdução....................................................................................................... 27

IV.2.2. Curvas de Calibração...................................................................................... 27

IV.2.3. Estequiometria ................................................................................................ 30

IV.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 32

V. ELÉCTRODOS.......................................................................................... 34

V.1. Construção...................................................................................................... 34

V.1.1. Eléctrodo de Referência.................................................................................. 35

V.1.2. Eléctrodos de Grafite, Antimónio, Zinco, Prata e Chumbo............................ 35

V.2. Ensaios............................................................................................................ 36

V.2.1. Introdução....................................................................................................... 36

V.2.2. Determinação de Potenciais de Redução e da f.e.m. de uma Célula .............. 37

V.2.3. Equação de Nernst .......................................................................................... 38

V.2.4. Titulação Redox.............................................................................................. 41

V.2.5. Curva de Calibração do Eléctrodo de pH (eléctrodo de antimónio)............... 43

V.2.6. Padronização de uma Base Usando um Eléctrodo de Sb/Sb2O3 .................... 45

V.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 47

VI. CÉLULA ELECTROLÍTICA ................................................................ 49

VI.1. Construção...................................................................................................... 49

vii

VI.2. Ensaio ............................................................................................................. 50

VI.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 51

VII. SENSORES DE TEMPERATURA...................................................... 52

VII.1. Construção...................................................................................................... 52

VII.1.1.Termómetro Electrónico a Partir de um Termopar do Tipo K ...................... 52

VII.1.2.Termómetros Electrónicos a Partir de um Termistor NTC............................ 53

VII.2. Ensaios............................................................................................................ 54

VII.2.1.Introdução ...................................................................................................... 54

VII.2.2.Verificação Experimental da Temperatura com um Termopar ..................... 54

VII.2.3.Curvas de Calibração para os Termistores NTC 100 e NTC 220.................. 55

VII.3. Conclusões Parciais ........................................................................................ 57

VIII. CONCLUSÕES GERAIS........................................................................ 58 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................. 59 ANEXO A ................................................................................................................... 63 ANEXO B.................................................................................................................... 75

viii

GRANDEZAS FISÍCAS[1] USADAS

GRANDEZA FÍSICA UNIDADE nome

símbolo nome símbolo

comprimento, largura e altura

l, b, h centímetro cm

diâmetro e espessura

d, δ milímetro mm

massa

m grama g

quantidade de substância

n mole mol

concentração c mole por decímetro cúbico

mol dm-3

corrente eléctrica

I ampere A

diferença de potencial ou tensão

V

potencial E força electromotriz

f.e.m.

volt V

condutância

Λ 1 por ohm Ω-1

resistência (eléctrica)

R ohm Ω

resistividade ρ ohm centímetro

Ω cm

condutividade к siemens por centímetro

S cm-1

volume

V mililitro mL

índice de refracção

n

temperatura Celsius

t ou Ө grau Celsius oC

área

A centímetro quadrado

cm2

tempo

t minuto min

condutância molar λ0 centímetro quadrado por ohm mole

Ω-1 cm2 mol-1

ix

ABREVIATURAS

FLAD Fundação Luso-Americana para o Desenvolvimento

IGNOU Universidade Nacional Abeh Indira Gandhi

IMNE Instituto Médio Normal de Educação

ISCED Instituto Superior de Ciências da Educação

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry.

LDR Light-Dependent Resistors

LED Light Emitting Diodes

MINED Ministério da Educação

NTC Negative Temperature Coefficient

PRODEP Programa de Desenvolvimento Educativo para Portugal

PVC Poli(Cloreto de Vinilo)

UNESCO United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization

UTL Universidade Técnica de Lisboa

Desenvolvimento de Equipamentos de Baixo Custo. Novas Metodologias para o Ensino da Química no Nível Secundário.

1

I. INTRODUÇÃO

I.1. Química, uma Ciência Experimental I.1.1. O Ensino e a Aprendizagem da Química

Se ouço esqueço,

Se vejo recordo,

Se faço compreendo…[2]

Este princípio é antigo na sabedoria humana e é inquestionável o seu carácter decisivo

em todos os processos de ensino aprendizagem que se prezem pelo trabalho

experimental [2]. A Química é um desses ramos do saber humano em que a conjugação

deste princípio é primordial para a compreensão do seu objecto de estudo.

A observação dos fenómenos químicos, a formulação de interrogações e questões, a

concepção e realização de experiências e a interpretação dos resultados experimentais

realizados constituem os passos iniciais para a aprendizagem desta ciência.

Em resumo as actividades experimentais [3] cumprem, entre outros, quatro objectivos

principais, a saber:

Relativos a uma melhor compreensão dos aspectos teóricos;

Relativos a factores motivacionais;

Relativos ao desenvolvimento de capacidades e técnicas experimentais;

Relativos à abordagem científica.

Fica assim patente o papel do trabalho experimental em aulas de ciências na

compreensão dos conteúdos teóricos, a sua relevância motivacional para os alunos e o

desenvolvimento de competências técnicas experimentais que levam estes a tomarem

consciência sobre o trabalho de investigação que desenvolve um cientista.


2

I.1.2. Consequências do Ensino sem Experiências

São vários os relatórios de pesquisas feitas nas escolas do ensino secundário, que focam

o mau aproveitamento no ensino das ciências experimentais, tais como a Química.

A falta de actividades experimentais é apontada como uma das principais causas dos

maus resultados em ciências, pois os alunos encontram-se ali, num estádio de transição

entre esquemas de raciocínio concreto e esquemas de raciocínio formal [4], e quando

confrontados com conteúdos que requerem a capacidade de pensar, pesquisar, ponderar

a evidência de factos e formular juízos críticos, a possibilidade de sucesso na

aprendizagem é baixa e, como consequência directa, estes manifestam o desinteresse

pela disciplina e recorrem à memorização de conceitos e algoritmos fazendo apelo a

baixos níveis cognitivos.

Sabe-se, por outro lado, que o esforço das escolas para solucionar este drama tem sido

enorme, porém, em muitos casos o factor económico constitui a frustração dos planos

concebidos. Os elevados preços dos aparelhos de laboratório e dos produtos químicos

são o exemplo mais evidente deste facto.

I.1.3. O Emergir da Química a Baixa Custo

Paralelamente a esta situação assiste-se, nos dias de hoje, a um crescimento acelerado

da electrónica e da tecnologia de materiais trazendo como resultado um sem número de

componentes electrónicos e uma variedade de novos materiais à disposição não só dos

países industrializados, como também dos que estão em vias de desenvolvimento

(incluem-se nestes os do chamado terceiro mundo), fruto da globalização dos mercados.

Estes materiais e componentes são de fácil utilização e encontram-se cada vez mais no

mercado a preços atraentes. São exemplos:

dispositivos semicondutores, tais como transístores, díodos e os dispositivos

fotossensíveis (fotoresistores, fotodíodos, fototransistores e termistores), etc. que

podem converter variáveis como temperatura e intensidade da luz em grandezas

eléctricas (por exemplo resistência, corrente) [5,6];


3

materiais como polietileno, poliacrilonitrilo, poli-(metacrilato de metilo) que

devido ao seu fácil tratamento e propriedades mecânicas podem ser usados numa

infinidade de aplicações simples [6-8];

produtos descartáveis como, pilhas secas descarregadas e material de colagem

“thermocole” dos quais se podem confeccionar equipamentos úteis como,

material de eléctrodos e material de isolamento, respectivamente [6] .

I.1.4. Trabalhos Desenvolvidos nesta Área a Nível Internacional

É diante deste paradigma e, graças ao profundo conhecimento científico sobre Química

alcançado até hoje, que têm surgido vários trabalhos, a título particular ou colectivo,

fazendo referência ao aproveitamento que se tem feito destes materiais e componentes,

na construção de equipamentos de laboratório baratos, seguros, de fácil manipulação e

que produzam resultados científicos válidos, para compensar a carência dos aparelhos

de laboratório comerciais que, pelos seus elevados custos, têm sido um entrave para o

sucesso do processo de ensino – aprendizagem das ciências experimentais.

As pesquisas apontam como pioneiros destes trabalhos o Projecto IUPAC/UNESCO,

iniciado na década de 80, coordenado pelo professor K. V. Sane [6].

Neste projecto desenvolveu-se um leque de instrumentos necessários ao ensino da

Química: medidores de pH, colorímetro, condutímetro, termómetro, polarímetro,

polarógrafo, e melhorou-se ainda um pacote de eléctrodos praticamente sem custos,

utilizando-se hastes de carvão de pilhas secas descarregadas e tubos de vidro. Os

resultados deste projecto foram animadores, e como prova disto há a referir a decisão de

inclusão deste tipo de equipamentos, dada pela IGNOU, em Nova Delhi, nos seus

centros de trabalho de campo.

Em colaboração com a UNESCO, a IUPAC inaugurou no Porto Rico, o projecto

“International Network for Locally Produced Low Cost Equipment”, coordenado pelos

professores R. S. Lamba, K. V. Sane e J. D. Bradley [9]. No âmbito deste projecto R. S.

Lamba e R. Cuétara publicaram alguns instrumentos construídos com materiais baratos

para produção local, entre estes destacam-se medidor de pH, eléctrodos de pH (de

carbono e de quinidrona), condutímetro, agitador magnético e 2 colorímetros (um de

LED e outro de prisma).


4

Sob tutela da IUPAC e em coordenação com a UNESCO, têm sido promovidos vários

Workshops a nível internacional para formação de professores e promoção deste

projecto tendo como realce a participação de alguns países africanos como África do

Sul, Kenya, Namíbia, Líbia e Lesotho [9].

Fora deste projecto muitos outros trabalhos têm sido publicados em revistas

especializadas. Entre outros, mereceram realce, pela sua importância no

desenvolvimento desta dissertação, os que a seguir passamos a resumir.

O primeiro é uma experiência acessível para se realizar nas escolas e que consiste na

utilização de uma pilha, construída com lâminas de cobre e zinco, como eléctrodos,

cravados num limão, para fazer funcionar um relógio digital, [10].

A utilidade do multímetro do electricista no laboratório para o ensino da Química na

realização de experiências de potenciometria, conductimetria, usando eléctrodos baratos

e de simples construção [11]. Ainda sobre a utilidade do multímetro, num outro artigo

são referidas experiências para medições colorimétricas e termométricas, usando LEDs,

LDRs e termistores, respectivamente [12].

Construção de um equipamento para medição qualitativa da condutividade, usando

LEDs como emissores de luz, uma pilha alcalina de 9 V como fonte de corrente e

eléctrodos de cobre [13].

A demonstração da electrólise da água a partir de uma célula electrolítica de Hoffman,

usando eléctrodos de platina e como soluções electrolíticas, H2SO4 e NaOH [14].

Construção, a custos baixos, de um bloco de aquecimento a temperatura constante,

usando, entre outros componentes, pedaços de alumínio (desperdícios) e um termistor

para detectar variações de temperatura, para realização de banhos de água a temperatura

constante para determinadas reacções em que este processo é importante. Com este

pequeno aparelho, os alunos e professores podem ainda estudar uma série de princípios

electrónicos incluindo a lei de Ohm e as regras de Kirchoff [15].

Outro artigo refere um estudo sobre a refracção da luz, no qual o objectivo principal da

experiência é a determinação do índice de refracção de um vidro acrílico, utilizando

uma lâmpada de incandescência como fonte luminosa, um transferidor graduado em


5

graus e o vidro acrílico talhado geometricamente como uma lente plana cilíndrica,

tendo-se obtido resultados satisfatórios com materiais de baixo custo [16].

A demonstração dos princípios da fluorometria a partir de um simples aparelho que usa

como detectores de luz LDRs, como emissores de luz uma mini lâmpada fluorescente

ultravioleta e um multímetro para as medidas de resistência [17].

Desenho de um eléctrodo de referência de Ag/AgCl, barato e de fácil manuseamento,

com um tempo de duração de aproximadamente dois meses, e que pode ser usado para

ensaios de voltametria e potenciometria [18].

Construção de um simples e barato refractómetro usando um ponteiro laser vulgar, que

permite distinguir qualitativamente e quantitativamente vários líquidos orgânicos [19].

Os valores dos índices de refracção obtidos são comparáveis aos reportados pela

bibliografia.

Construção e apresentação dos procedimentos para a realização dos ensaios com um

simples espectrofotómetro, que usa como emissores de luz, LEDs [20].

Desenho de um dispositivo eficaz para determinação da quantidade de cobre numa

amostra de água usando, como material emissor de luz, LEDs. O propósito deste ensaio

foi demonstrar a aplicação destes materiais de baixo custo em análise química [21].

Constitui ainda nota de realce, nesta revisão bibliográfica sobre trabalhos de Química a

baixo custo, as oficinas de formação financiadas pelo PRODEP, que têm sido orientados

pelo Doutor M. R. Nunes na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e em

algumas escolas de Lisboa, destinadas principalmente, aos professores do ensino

secundário [22].

Com todos estes trabalhos aqui referenciados, pretende-se mostrar a rápida evolução da

Química de baixo custo e a crescente preocupação, que tem vindo a despontar no seio

da comunidade científica, de modo a suprir a carência de aparelhos de laboratório nas

escolas e envolver professores e estudantes em projectos direccionados à melhoria do

ensino e aprendizagem das ciências.


6

I.2. O Ensino da Química em Angola I.2.1. Estrutura Curricular

Tal como a Física e a Biologia, o ensino da Química em Angola tem início na 7ª classe

(7º ano, do ensino secundário), perfazendo com a 8ª classe o primeiro ciclo de

leccionação desta disciplina.

O segundo ciclo vai da 9ª à 10ª classe nos cursos médios técnicos que dão acesso aos

cursos de engenharia e nos cursos médios para formação de professores. Apenas é

leccionada na 11ª e 12ª nas especialidades de Química ou afins destes níveis.

Paralelamente ao curso de nível médio é ainda leccionada da 9ª à 11ª na especialidade

de ciências exactas do ensino pré-universitário.

A carga horária varia de 2 horas semanais no primeiro ciclo, a 5 horas semanais – na 12ª

classe.

Está em fase experimental, desde o início do ano lectivo 2004/2005, um novo Sistema

Educativo que define um ensino secundário composto por dois ciclos. O primeiro

congrega o 7º, 8º e 9º ano e o segundo o 10º, 11º e 12º ano.

I.2.2. Professores

Actualmente e, de uma forma geral, os professores de Química para o primeiro ciclo são

oriundos dos cursos médios técnico-profissionais e dos cursos de formação de

professores. Já para os cursos médios vão de finalistas destes níveis a licenciados,

raramente se encontra pessoal com um nível superior à licenciatura a leccionar neste

ciclo.

Por falta de um programa de formação contínua de professores por parte do MINED e

pelo fraco entrosamento entre as Universidades do país e as escolas do ensino geral, a

maior parte dos professores a leccionar no ensino geral e não só, nunca tiveram um

curso de actualização científica. Estima-se1 que uma boa parte dos professores deste

nível estão há mais de 5 anos sem ter frequentado um curso de actualização cientifica.

1 Esta afirmação constitui uma constatação do autor da dissertação e não deverá estar muito longe da realidade.


7

Exemplo desta constatação é o autor desta dissertação, docente no ensino superior e

médio, que desde a sua licenciatura (1991) somente agora está a beneficiar de um curso

de actualização científica (Mestrado).

I.2.3. Material Didáctico

Os livros de Química existem apenas para a 7ª e 8ª classe e são materiais publicados em

1996 pelo MINED.

Em meados dos anos 80 publicaram-se, conjuntamente com os da 7ª e 8ª classes, livros

de Química para a 9ª classe. Desde essa altura até os dias de hoje, não foram publicados

outras obras.

Pensa-se que a produção deste material parou, uma vez que já não existem no mercado e

a sua utilização nas escolas é quase nula. Assim, a 9ª, 10ª, 11ª e 12ª classes sobrevivem

dos livros correspondentes aos subsistemas de ensino português e cubano,

fundamentalmente, conseguidos a partir de doações de entidades singulares e/ou

colectivas ou mesmo, e na maior parte dos casos, são materiais que os próprios

professores adquiriram em livrarias técnicas no país ou no estrangeiro.

O MINED tem publicado guias de apoio para os professores que recolhem os programas

de Química para as classes destes dois níveis de ensino, tendo a última publicação

vários anos de existência.

I.2.4. Laboratórios

Os laboratórios das escolas do ensino médio encontram-se num estado obsoleto. Já nas

escolas em que se leccionam a 7ª e 8ª classes, segundo constatações do autor da

dissertação, nenhuma delas possui laboratório. Se os têm, é plausível o estado de

abandono em que se encontram. Alguns colégios privados têm “pseudo laboratórios”,

que não são mais do que salas de aulas normais adaptadas para tal. Entretanto, a falta de

produtos químicos, de equipamentos diversos, desde os mais baratos aos mais caros, e

devido à pouca actualização científica dos professores, os laboratórios estão num estado

inoperante.


8

Vale a pena realçar que este cenário é o estado do ensino da Química nas escolas que se

encontram nas principais cidades de Angola, porque naquelas em que a guerra se fez

sentir mais fortemente, as condições de ensino são ainda muito piores.

I.2.5. Trabalhos Desenvolvidos nesta Área

A produção científica a nível das universidades em Angola2 resume-se, principalmente,

às dissertações de licenciatura dos estudantes, dissertações de docentes que concluíram

os seus mestrados ou doutoramentos no estrangeiro e, em muito pequena escala, nos

projectos de investigação que estejam a ser desenvolvidos no âmbito das universidades

do país. No entanto, a falta de publicações destes e de outros trabalhos, inviabilizam as

pesquisas que se queiram fazer sobre determinados temas em curso ou já desenvolvidos

no país.

Do que foi possível recolher, mereceram referência nesta investigação duas dissertações

de licenciatura em Química, efectuadas no ISCED do Lubango3: a primeira, consiste

num estudo sobre “ O fenómeno da electrólise e o seu estudo no ensino médio e

superior [23]”, embora a pesquisa não verse sobre a matéria em causa, faz-se neste uma

ligeira abordagem sobre “o ensino da electrólise sem louça usando a batata rena”; a

segunda, constitui um estudo feito sobre “Elaboração de algumas experiências sobre

propriedades coligativas para a 10ª classe do IMNE [24]”, na qual propõem-se

alternativas para a realização destas experiências em situações de carência de reagentes

e materiais.

I.2.6. Importância deste Trabalho para Angola

A falta de laboratórios equipados para o ensino das ciências experimentais em Angola,

entre outras condições, é devida a prioridades orçamentais e a falta de iniciativas

viáveis.

Nesta altura uma boa parte das escolas públicas do ensino geral de todo o país têm falta

de quase tudo, desde o giz até aos laboratórios, pelo que as prioridades de investimento

2 Das quais uma pública e três privadas. 3 Unidade orgânica da Universidade Agostinho Neto vocacionado para formação de professores, a única no país a formar professores de Química para o ensino geral.


9

nestes primeiros anos de pós guerra serão a reabilitação e/ou construção de novas

escolas. É evidente que assimetrias desta natureza serão sempre resolvidas em

detrimento do apetrechamento de um laboratório.

Infelizmente diante deste quadro, o ensino da Química no país não parará à espera de

equipamentos de laboratório e as consequências deste ensino são por demais evidentes,

como foram focadas no ponto I.1.2.

O trabalho apresentado nesta dissertação encontra assim um espaço vasto de

implementação no ensino da Química em Angola e pode ser aplicada em projectos

separados a nível das escolas ou mesmo como um projecto nacional sob tutela do

MINED e com a particularidade de ser um projecto de implementação imediata.

Em Angola, um país do terceiro mundo, largamente mergulhada na economia de

consumo, os professores e investigadores em ensino das ciências têm também à sua

disposição um mercado recheado de materiais e dispositivos eléctricos e/ou electrónicos

para aplicações diversas a preços atraentes, facto que torna viável a disseminação do

estudo no país.

I.3. Apresentação do Trabalho

O objectivo principal deste trabalho é propor aos professores de Química,

fundamentalmente os das escolas do ensino secundário de Angola, alternativas de

equipamentos de laboratório, construídos com material de baixo custo, de fácil acesso e

que produzem resultados didático-pedagógicos aceitáveis.

Os equipamentos construídos são os seguintes:

Um refractómetro;

Um condutímetro e a correspondente célula de medida;

Um colorímetro;

Seis eléctrodos, sendo um eléctrodo de referência, um eléctrodo de antimónio,

um eléctrodo de grafite, um eléctrodo de zinco, um eléctrodo de prata e um

eléctrodo de chumbo;


10

Três sensores de temperatura;

Uma célula electrolítica.

Cada um dos equipamentos acima referenciados constitui um capítulo do trabalho, nos

quais apresentamos todos os detalhes para a construção de cada um deles e os ensaios

realizados. No início de cada ensaio fazemos uma introdução sobre a técnica/processo

em estudo e, no final de cada capítulo, apresentamos uma discussão sobre a validade

científica e didáctica dos resultados encontrados com os equipamentos construídos.

Para a realização dos ensaios usando cada um dos equipamentos, à excepção do

refractómetro e da célula electrolítica, foi necessário acoplar um multímetro ao circuito

para o registo das grandezas à medir.

No final do trabalho, após as conclusões gerais e as referências bibliográficas,

encontram-se os anexos A e B.

No Anexo A, fazemos algumas considerações gerais sobre a construção de todos os

equipamentos e apresentamos as listas detalhadas dos componentes necessários para

construção de cada equipamento. Incluem-se em cada tabela deste Anexo, o preço dos

componentes adquiridos no mercado e a dedução dos custos total para cada

equipamento.

No Anexo B apresentamos as fotografias relativos as montagens dos diferentes

sistemas necessários para a realização de alguns dos ensaios.


11

II. REFRACTÓMETRO

II.1. Construção A Figura 1 representa a fotografia do refractómetro

construído. Para a sua construção, começou-se por

efectuar os furos na base (1) e na régua

graduada/transversal (2) – ver Figura 2 – onde

serão enroscados os parafusos. Colou-se uma fita

métrica de papel de 20 cm de comprimento na

régua transversal e seguiu-se a montagem dos

suportes para o ponteiro laser e gobelet,

localizados na base. Figura 1: Fotografia do refractómetro.

Figura 2: Esquema da montagem do refractómetro laser [19, 22].

1

2


12

Como emissor de luz usou-se um vulgar ponteiro laser (3) de 6,37 cm de comprimento e

13,5 mm de diâmetro e um gobelet (4) de 15 mL. Por último une-se a régua graduada à

base com dois parafusos (5) nos pontos que estão indicados no esquema. A régua

transversal deverá estar a cerca de 15 cm de afastamento do início do feixe. Este feixe

de radiação laser ao incidir de forma oblíqua no gobelet, contendo um líquido, sofre um

desvio de um certo ângulo relacionado com o índice de refracção desse líquido de

acordo com a lei de Snell [19].

Os custos para a construção deste equipamento estão à volta de € 11. Ver Tabela 16 do

Anexo A.

II.2. Ensaios

II.2.1. Introdução

A refractometria é uma técnica baseada no índice de refracção do material, que é uma

propriedade bastante útil para a identificação de substâncias líquidas ou determinação

da composição de misturas [19]. Num meio condensado a luz tem uma velocidade

diferente à que tem no vácuo, e o índice de refracção, n, de um meio é definido como a

razão entre a velocidade da luz monocromática no vácuo e a sua velocidade nesse meio.

A introdução, no domínio da Química, de algumas experiências com laser tem sido

lenta. A maioria dos trabalhos referenciados está relacionada com experiências de

refractometria mas recorrem a lasers de He-Ne como emissores de luz que são bastante

caros. A alternativa aqui proposta constitui uma solução barata e eficiente para a

medição do índice de refracção de líquidos.

II.2.2. Calibração do Equipamento

Procedeu-se à calibração do equipamento recorrendo a dois solventes, água e tolueno,

cujos índices de refracção [25], n, 1,3325 e 1,4961, respectivamente, têm valores

relativamente afastados. Colocou-se cada um destes solventes no gobelet e fez-se incidir

o feixe de radiação tomando nota do valor das respectivas posições de incidência sobre

a régua e que foram: 10,0 cm para a água e 13,5 cm para o tolueno.


13

Em seguida calculou-se o desvio, D, do tolueno relativamente a água, ou seja:

D = (100,0 -135) mm = 35,0 mm, neste caso.

Com estes valores, índices de refracção, n, e desvio, D, traçou-se a recta representada na

Figura 3, fazendo coincidir o n da água com o ponto zero dos desvios

n = 0,0047D + 1,3325

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

D (desvio relativo à água)/ mm

n (í

ndic

e de

refr

acçã

o) Tolueno

Água

Figura 3: Curva de calibração do refractómetro.

A recta obtida, cuja a equação (n = 0,0047D + 1,3325) traduz a relação índice de

refracção, n, e desvio, D, é válida para qualquer outro líquido cujo índice de refracção

se pretenda determinar e que esteja neste intervalo.

II.2.3. Identificação de Compostos Orgânicos Semelhantes

A identificação de compostos orgânicos semelhantes por refractometria pode ser

efectuada a partir da comparação do índice de refracção experimental, determinado com

o equipamento acima descrito, com o índice de refracção reportado pela literatura.

Para determinação do índice de refracção experimental dos solventes seleccionados,

procedeu-se como na experiência anterior, colocando a substância no gobelet e medindo

o valor do desvio sobre a régua.


14

Admitindo o ponto de incidência da água como desvio zero, calcularam-se de seguida

os diferentes desvios, D, observados para cada um dos outros solventes, relativamente a

este ponto.

Com os valores de D, expressos em mm, e introduzidos na expressão da recta da Figura

3, (n = 0,0047D + 1,3325), obtêm-se os valores dos n experimentais para cada solvente.

A Tabela 1 mostra os valores de D, de n experimentais calculados e tabelados para os

solventes seleccionados.

Tabela 1: Valores dos índices de refracção dos solventes estudados.

Índices de refracção, n Nome do

solvente D / mm

Experimental Tabelado [25], a 20 oC

Água 0,0 ---- 1,3325

Acetona 7,0 1,3654 1,3588

Etanol 7,5 1,3678 1,3611

Hexano 10,5 1,3819 1,3749

Propan-1-ol 11,0 1,3842 1,3850

Clorofórmio 25,0 1,4500 1,4459

Tolueno 35,0 ----- 1,4961

Para analisar a correlação entre os valores experimentais e os teóricos, representou-se os

valores da tabela acima num gráfico de n em função de D, ver Figura 4.

n = 0,0047D + 1,3284R2 = 0,9966

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

D (desvio relativo à água)/ mm

n (í

ndic

e de

ref

racç

ão)

Valores experimentais

Valores tabelados

Figura 4: Correlação linear entre os valores do índice de refracção tabelados e os valores medidos a partir

dos desvios do feixe refractado (D) pelos diferentes compostos apresentados na Tabela 1.


15

Os índices de refracção experimentais, obtidos com o equipamento construído, mostram

uma boa correlação com os respectivos índices de refracção tabelados reportados na

literatura.

II.3. Conclusões Parciais

A validade dos resultados, a simplicidade e o baixo custo da experiência

constituem a mais valia deste equipamento construído;

Este facto prova que com o refractómetro construído podem-se efectuar muitas

outras experiências para identificação de substâncias orgânicas semelhantes

durante as aulas de laboratório nas escolas, servindo o mesmo de alternativa aos

aparelhos comerciais que por vezes são difíceis de adquirir

No caso de se realizar experiência demonstrativa com este equipamento é

aconselhável usar um retroprojector ou mesmo um videoprojector, pois para um

grande número de estudantes, se a distância a que os mesmos se encontrarem em

relação ao equipamento for grande, a visibilidade do fenómeno pode ser baixa.

Pelos mesmos motivos será mais produtivo a realização de práticas de

laboratório com pequenos grupos de estudantes;


16

III. CONDUTÍMETRO

III.1. Construção

os parafusos que fixam o transformador e dois furos numa das partes laterais da caixa,

um para a passagem do cabo de ligação à fonte de corrente e o outro onde foi colocado

o fusível. A montagem final da caixa foi efectuada colando cada uma das partes com

clorofórmio.

O transformador (1) (ver Figura 6) permite reduzir a tensão da corrente da rede de (220

V, 50/60 Hz) para 9 V. A baixa tensão torna a experiência mais segura e a corrente

alterna evita a ocorrência de processos electrolíticos ou faradaicos durante a

experiência.

A montagem da célula de medida (2) foi realizada seguindo o esquema da Figura 6. As

hastes de grafite (3) – retirados de uma pilha seca – de 2,5 cm de comprimento e 4,0

mm de diâmetro, cada um, foram introduzidos numa rolha de borracha (4) e montados

num tubo PVC (5) de 16 cm de comprimento e 15,5 mm de diâmetro.

O condutímetro construído consta de duas

partes principais (ver Figura 5): uma caixa

de material acrílico (a) onde são montados

os componentes e a célula de medida,

tubo PVC (b).

A montagem da caixa foi o primeiro passo

dado na construção deste equipamento.

Assim, começou-se por efectuar os furos

na tampa desta onde foram colocados os

alvéolos, o interruptor e o fusível. Foram

efectuados dois furos na base para colocar

Figura 5: Fotografia do condutímetro construído. (a)- caixa; (b)- célula de medida.

a

b


17

Figura 6: Esquema do sistema para medições condutimétricas [11,22].

Como se observa no esquema da Figura 6, é necessário soldar a cada uma das hastes de

grafite um fio condutor de cobre. Sabe-se que esta operação em condições normais é

muito difícil, pois a solda Sn-Pb não adere na superfície da grafite. Tal procedimento só

é possível após uma electrodeposição de cobre na superfície desta [26]. A

electrodeposição foi feita, montando um pequeno circuito que funciona como uma

célula electrolítica na qual o cátodo é a haste de grafite, o ânodo uma lâmina de cobre e

o electrólito uma solução de CuSO4 0,1 mol dm-3, tendo-se feito passar uma corrente

com intensidade de 10 mA/cm2 durante 45 min, aproximadamente. Sobre esta película

de cobre, já foi possível efectuar a soldagem do fio condutor de cobre.

Para se medir simultaneamente valores de intensidade de corrente e de diferença de

potencial prepararam-se dois fios condutores, de 40 cm de comprimento e 1 mm de

diâmetro com uma anilha de 3 mm de diâmetro e uma banana macho, nos extremos de

cada um deles. O sistema estará em condições de ser usado para as medições

condutimétricas após a instalação do multímetro (6) no circuito, como mostra o

esquema da Figura 6.


18

O custo aproximado do equipamento é de € 24. Ver Tabela 17 do Anexo A para mais

detalhes. Na Figura 29 do Anexo B apresentamos uma fotografia da montagem do

sistema que serve de base à realização dos ensaios com este equipamento

III.2. Ensaios

III.2.1. Introdução

A condutimetria é um método electroanalítico que se baseia na medição da capacidade

da solução para conduzir a corrente eléctrica [11].

Tendo em conta que a condutância, Λ (Ω-1 ou S), de uma solução é o inverso da sua

resistência, R (Ω) [27], e que esta pode ser expressa pela equação:

R = ρ.Al

(1)

Então:

Λ = R1 =

ρ1 .

lA

(2)

Onde: ρ, é a resistividade da solução (Ω cm), l a distância entre os dois eléctrodos (cm)

e A a área onde se produz o fluxo (cm2).

Atendendo a que ρ1 é a condutividade da solução, к (S cm-1) então a relação entre a

condutância e a condutividade pode ser expressa:

Λ = к lA

ou к = Λ Al

(3)

À razão Al chama-se constante da célula (C) e exprime-se em cm-1. Ou seja, a

condutividade duma solução é igual ao produto da condutância pela constante da célula

(C).

к = Λ C (4)


19

A medição da condutância é muitas vezes realizada no laboratório para demonstrar a

diferença entre um electrólito e um não electrólito e um electrólito forte e um fraco.

Pode, também, pôr em evidência as diferenças de mobilidade dos iões, pois diferentes

iões apresentam diferentes valores de condutância molar, λ0 (Ω-1 cm2 mol-1). Por

exemplo o ião H+ (349,6); o ião Na+ (50,1); o ião OH- (199,1); o ião Cl- (76,4) [27].

III.2.2. Efeito da Natureza da Solução sobre a Condutividade

Para o estudo do efeito da natureza da solução sobre a condutividade, prepararam-se

100 mL de três soluções aquosas 0,10 mol dm-3 de HCl, NaCl e CH3COOH. Para este

mesmo ensaio usou-se ainda acetona (CH3COCH3).

A experiência consiste em mergulhar a célula de medida do condutímetro num pequeno

gobelet contendo cada uma das soluções referidas acima e uma barra magnética para

homogeneizar a solução. A leitura de intensidade de corrente no multímetro efectuou-se

trinta segundos depois de introduzir a sonda de medida no gobelet. Este procedimento

repetiu-se para todas as amostras e os valores lidos encontram-se registados na Tabela

2:

Tabela 2: Efeito da natureza da solução sobre a intensidade de corrente.

Solução c/ mol dm-3 I/ mA

HCl 0,10 657,0

NaCl 0,10 205,0

CH3COOH 0,10 15,1

CH3COCH3 - 0,0

A diferença da intensidade de corrente do HCl e do HAc mostra a diferença na extensão

da ionização dos dois ácidos. A diferença na resposta do multímetro para o HCl e NaCl

justifica-se pela grande mobilidade dos iões H+ em relação aos iões Na+. A

condutividade da acetona é quase nula ou mesmo nula pois não existe dissociação.


20

III.2.3. Determinação da Constante da Célula

As células de medida podem ter diferentes configurações físicas dependendo do tipo de

medida. Estas considerações da célula acerca do seu volume e espaço são resumidos na

constante da célula.

O valor da constante da célula não pode ser analiticamente determinado, a partir de

medidas de l e A, devido ao facto da superfície dos eléctrodos não ser perfeitamente lisa,

ou não terem formas bem definidas e ainda porque nem todas as linhas do campo

eléctrico são perfeitamente perpendiculares à superfície. O que tem sido feito na prática

é calibrar a célula com uma solução de condutividade conhecida e o valor da constante é

dado pela equação seguinte:

C = Λκ

(5)

O electrólito quase exclusivamente usado para este fim é uma solução aquosa de cloreto

de potássio, de diferentes concentrações, cujos valores de resistividade tabelados são

dados na Tabela 3 [27]:

Tabela 3: Resistividade de soluções de cloreto de potássio.

Gramas de KCl por litro de solução ρtabelados / Ω cm (25 oC)

76,40 8,98

7,46 77,78

0,74 709,80

A experiência consiste em medir simultaneamente a intensidade de corrente e a tensão

para diferentes soluções de KCl. Deste modo, prepararam-se 100 mL de soluções de

KCl de concentrações: 0,01; 0,1; 1,0 mol dm-3 e os valores de intensidade de corrente e

tensão medidos para cada uma das soluções analisadas durante o ensaio são

apresentados na Tabela 4. Na realização deste ensaio usou-se um agitador magnético

para garantir uma melhor homogeneidade.

A partir destes dados é possível calcular os valores das resistências segundo a seguinte

equação:


21

R = IV (6)

onde R é a resistência, V a tensão e I a intensidade de corrente. Tabela 4: Valores da intensidade de corrente (A), da tensão (V), da resistência calculada (Ω) e valores da

resistividade tabelados (Ω cm), para cada valor de concentração da solução aquosa de KCl.

cKCl / mol dm-3 I/ A V/ V R/ Ω [27]ρtabelado/ Ω cm ρexperimental/ Ω cm 0,01 0,02 10,07 491,22 709,80 709,78 0,10 0,17 9,48 55,12 77,78 78,00 1,00 0,98 7,20 7,35 8,98 8,79

A partir desta tabela é possível representar graficamente os valores de resistividade

tabelados em função da variação da resistência calculada, ver Figura 7.

ρ= 1,4487R - 1,8545R2 = 1

0

200

400

600

800

0 100 200 300 400 500 600

R / Ω

ρta

bela

dos /

Ω c

m

Figura 7: Variação da resistividade tabelada em função da resistência calculada.

A analise do gráfico anterior permite afirmar que existe uma perfeita correlação entre as

duas variáveis o que se depreende do valor do coeficiente de correlação obtido, R2 = 1.

Substituindo os valores de R calculados na expressão da recta (ρ = 1,4487R – 1,8545)

obtêm-se os valores de resistividade experimentais, muito próximos dos valores

tabelados, como se pode observar na Tabela 4.

A proximidade dos referidos valores permite afirmar que o sistema de medida pode ser

utilizado com fiabilidade.


22

A partir da equação 1, e tendo em conta que à constante da célula C = Al , é possível

deduzir a seguinte relação:

R = C ρ ou ρ = C1 R (7)

que não é mais do que a equação da recta representada na Figura 7. Deste modo é

possível estimar o valor da constante da célula:

C1 = 1,45 ou C = 0,69 cm-1 (8)

com esta metodologia será então possível determinar a resistividade de qualquer outra

solução.

III.2.4. Titulação Condutimétrica Ácido – Base

A variação da condutância de uma solução a medida que são adicionadas pequenas

quantidades de um determinado reagente titulante constitui o fundamento desta técnica.

Esta variação pode ser seguida através de leituras da intensidade de corrente após adição

de volumes muito pequenos de solução titulante.

Neste ensaio realizou-se uma titulação condutimétrica ácido forte (solução aquosa 0,1

mol dm-3 de HCl) e base forte (solução aquosa 0,1 mol dm-3 de NaOH), para o qual o

HCl foi tomado como solução titulada e o NaOH solução titulante.

Para tal, prepararam-se 100 mL de cada uma das soluções acima referidas e da solução

de HCl mediu-se rigorosamente com uma pipeta, 20 mL para um gobelet. Para garantir

a homogeneidade da solução durante a titulação, usou-se um agitador magnético. Após

a adição de cada mililitro de solução titulante, com ajuda de uma bureta de 25 mL,

acompanhou-se o decurso da reacção com leituras de intensidade de corrente, através de

um multímetro, tal como referido anteriormente.

Os valores de intensidade de corrente medidos após cada adição de base resumem-se na

Tabela 5:


23

Tabela 5: Valores de intensidade de corrente (mA) e do volume da base adicionado (mL).

Nº I/mA NaOHV / mL Nº I/mA NaOHV / mL Nº I/mA NaOHV / mL

1 325,0 0,0 14 161,0 13 27 106,9 26,0

2 312,0 1,0 15 148,0 14,1 28 111,9 27,0

3 298,0 2,0 16 138,0 15,1 29 117,5 28,0

4 284,0 3,0 17 128,0 16,0 30 122,2 29,0

5 271,0 4,0 18 118,0 17,0 31 127,9 30,0

6 257,0 5,0 19 107,0 18,1 32 132,5 31,0

7 246,0 6,0 20 98,8 19,0 33 137,5 32,0

8 233,0 7,0 21 89,5 20,0 34 141,9 33,0

9 221,0 8,0 22 80,9 21,0 35 146,8 34,0

10 208,0 9,1 23 84,7 22,0 36 150,9 35,0

11 198,0 10,0 24 90,4 23,0 - - -

12 186,0 11,0 25 96,2 24,0 - - -

13 172,0 12,0 26 101,5 25,0 - - -

A partir destes valores é possível construir um gráfico da variação de intensidade de

corrente com o volume da base adicionado, obtendo-se uma curva de titulação

condutimétrica ilustrada na Figura 8.

R2 = 0,997

R2 = 0,9987

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

V NaOH / mL

I/ m

A

20,5 mL

Figura 8: Curva de titulação condutimétrica de HCl com NaOH.


24

Como se observa no gráfico, a adição da solução de NaOH à solução de HCl provoca

um decréscimo da intensidade de corrente, que pode ser traduzida como um decréscimo

da condutância, resultante da substituição de iões H+ pelos iões Na+ de menor

mobilidade iónica. O decréscimo da condutância vai até a um certo valor – ponto de

equivalência – a partir do qual se começa a registar um novo aumento da intensidade de

corrente. Este aumento é justificado pela adição de iões OH-, uma vez que estes iões

possuem maior mobilidade do que os iões Na+.

A forma da curva descrita pelo gráfico da Figura 8 é similar ao encontrado quando é

feita uma titulação deste tipo usando um condutímetro comercial.

Como se observa no gráfico acima, a intersecção das duas rectas extrapoladas dá-nos o

ponto final da titulação [27]. Este ponto corresponde a um volume adicionado de NaOH

de 20,5 mL, valor este que traduz uma boa precisão na determinação deste ponto

utilizando esta técnica e o condutímetro previamente construído.

III.3. Conclusões Parciais

O manuseamento deste aparelho não requer extraordinárias regras de segurança,

embora a corrente de entrada seja alta, 220V, o circuito está provido de um

transformador que converte a corrente eléctrica para 9V e um fusível, garantindo

condições seguras de trabalho ao utilizador;

Com este equipamento os professores poderão abordar nas suas aulas os

aspectos gerais sobre a condutimetria como um método de análise química, tais

como condutividade, condutância, titulação condutimétrica, definições de

solução titulante, ponto de equivalência, ponto final e outras, definições que não

são tão facilmente perceptíveis quando a abordagem é meramente teórica.


25

IV. COLORÍMETRO

IV.1. Construção

esquema da Figura 10. Para tal, efectuaram-se, cuidadosamente, 4 pares de furos no

tubo PVC (1) de 9,5 cm de comprimento e 22 mm de diâmetro, tendo-se montado

nestes, os emissores e respectivos detectores de luz. Como emissores de luz visível

usaram-se 4 fotodíodos, LED4 (2) – vermelho, azul, amarelo e verde, abrangendo assim

grande parte do espectro da luz visível – e como detectores, 4 fotoresistencias, LDR5

(3). A montagem destes dispositivos no tubo PVC merece cuidado especial, pelo que

cada LED deve estar colocado rigorosamente em frente ao correspondente LDR. Antes

da colocação do tubo PVC na tampa da caixa, iniciou-se a instalação do circuito

compreendido entre os LEDs e LDRs.

O suporte superior (4), guia do tubo de medida e o suporte inferior (5), são pedaços de

madeira devidamente trabalhados para tal. A tampa do tubo PVC (6) é constituída por

um pedaço do mesmo tubo tapada numa das extremidades com fita isoladora.

Seguidamente instalou-se este tubo com os componentes nele montados e devidamente

isolado, no orifício central da tampa feito para tal. A fonte de corrente é uma pilha

alcalina (7), colocada também no interior da caixa e finalmente fez-se a instalação final

4 São materiais semicondutores capazes de converter energia eléctrica em luz visível [5,28]. 5 São fotorreceptores com um tempo de resposta lento, grande sensibilidade radiante e respondem ao espectro visível [5].

A construção deste equipamento foi feita

em duas fases: primeiro, a montagem da

caixa de material acrílico (a) (ver Figura

9), tendo-se procedido a execução dos

furos e colado cada uma das partes com

clorofórmio, à excepção da tampa que foi

fixada, com dois parafusos.

A segunda fase da construção do

equipamento foi desenvolvida seguindo o

Figura 9: Fotografia do colorímetro.

a

b


26

do circuito eléctrico do equipamento, tendo sido conveniente colocar uma pequena

resistência de R=0,5 k Ω (8) entre a fonte de corrente e os LEDs para os proteger. O

equipamento estará em condições de ser usado para as medições colorimétricas quando

acoplado a um multímetro (9).

Figura 10: Esquema do sistema para medições colorimétricas [12,22].

O custo aproximado do equipamento é de € 37. Ver Tabela 18 do Anexo A para mais

detalhes.

Na Figura 30 do Anexo B apresenta-se uma fotografia da montagem do sistema para os

estudos a serem desenvolvidos com este equipamento.


27

IV.2. Ensaios

IV.2.1. Introdução

A espectrofotometria [29], é qualquer processo que utiliza a radiação electromagnética

para medir as concentrações químicas. Portanto, nestes métodos o sinal analítico resulta

da interacção entre o analito e a radiação electromagnética. De acordo com o tipo de

radiação que interactua com a amostra [30], referimo-nos à espectrofotometria do visível,

do ultravioleta, do infravermelho, etc.

Um espectrofotómetro [31], é caracterizado por ter um prisma, ou rede de difracção, que

permite o uso de bandas estreitas de comprimento de onda, enquanto num fotómetro se

usam filtros que seleccionam bandas mais largas de comprimento de onda. Os

fotómetros são geralmente usados para a zona do visível, pelo que se chamam às vezes

colorímetros. Por esta razão usa-se por vezes a designação de colorimetria para a

espectrofotometria na zona do visível.

A colorimetria envolve a medição da concentração de espécies químicas em solução,

através de um feixe de luz absorvido, com uma determinada banda de comprimento de

onda [12]. O valor da absorção da luz é medido através da intensidade da radiação

transmitida pela solução da amostra. Experiências colorimétricas podem ser levadas a

cabo utilizando um multímetro acoplado a um fotodetector, que pode ser constituído por

uma resistência fotossensível, como se apresenta neste trabalho.

IV.2.2. Curvas de Calibração

Uma curva de calibração mostra a resposta de um método analítico para quantidades

conhecidas de uma espécie química [29].

Uma análise fotométrica requer o uso de curvas de calibração, que relacionem a

concentração das espécies químicas em estudo com a intensidade da radiação [12,22].


28

Para construir uma curva deste tipo é necessário a preparação de várias soluções padrão,

para as quais se mede a resposta colorimétrica – absorvância para um “colorímetro

comercial”e resistência para o colorímetro construído.

A lei de Lambert-Beer é uma lei fundamental para todos os tipos de absorção de

radiação electromagnética e é traduzida por [27,29]:

A = ε b c = log IIo

(9)

onde A é a absorvância (adimensional), ε a absorvidade (mol-1 dm3 cm-1), b o percurso

óptico (cm), c a concentração molar da solução (mol dm-3), I0 a intensidade da radiação

incidente e I a intensidade da radiação transmitida.

De acordo com esta lei, e para uma dada substância e a um comprimento de onda,

deverá verificar-se uma relação linear entre a concentração da espécie química

absorvente e a absorvância medida, para a mesma espessura.

No caso deste trabalho, a grandeza medida que é sensível à intensidade do feixe de luz

que atravessa a solução é a resistência, então deverá verificar-se uma relação linear

entre o log R e a concentração molar da espécie absorvente.

Nesta experiência prepararam-se em balões volumétricos de 20 mL, soluções aquosas

de Co(NO3)2 – solução de cor vermelha escura – de diferentes concentrações 0,1; 0,2;

0,3; 0,4; 0,5 e 0,8 mol dm-3, e, soluções aquosas de CuSO4, solução de cor azul, de

diferentes concentrações 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 e 0,6 mol dm-3. Antes de iniciar as

medidas, seleccionou-se o LED a usar para cada uma das soluções; para tal, testaram-se

todos os LEDs para as soluções mais concentradas de Co(NO3)2, CuSO4 e água

(solvente usado). O LED que apresentou maior valor de resistência, para cada uma das

soluções, foi o usado nas medições das resistências. Assim, confirmou-se que para a

solução vermelha escura de Co(NO3)2, o LED amarelo é o mais indicado e para a

solução azul de CuSO4, é o vermelho. Para a medição da resistência das diferentes

soluções utilizou-se sempre a mesma metodologia: encheu-se um tubo de medida com

uma das soluções, introduziu-se no tubo PVC do colorímetro e só depois de tapado é

que se iniciou a medição da resistência. Os valores de resistência medidos

experimentalmente estão resumidos na Tabela 6:


29

Tabela 6: Valores de resistência em função da concentração das soluções aquosas de CuSO4 e Co(NO3)2.

Solução de CuSO4 Solução de Co(NO3)2

R/ kΩ log (R/ kΩ) c / mol dm-3 R/ kΩ log (R/ kΩ) c / mol dm-3

11,86 1,07 0,10 1,68 0,23 0,10

19,46 1,29 0,20 1,82 0,26 0,20

27,04 1,43 0,30 2,19 0,34 0,30

36,40 1,56 0,40 2,29 0,36 0,40

49,04 1,69 0,50 2,45 0,39 0,50

60,40 1,78 0,60 5,44 0,74 0,80

De acordo com a equação 9 se representarmos estes valores num gráfico de logaritmo

da resistência em função da concentração das soluções obtêm-se as curvas de calibração

para estas soluções ilustradas na Figura 11:

CuSO4

Co(NO3)2

R2 = 0,9825

R2 = 0,9252

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

c / mol dm-3

log

( R/

kΩ)

Figura 11: Curvas de calibração obtidas para as soluções aquosas de nitrato de cobalto (II) e sulfato de cobre (II).

As curvas apresentadas no gráfico acima mostram o cumprimento da lei de Lambert-

Beer, uma vez que é notório a existência de uma linearidade entre o aumento da

concentração das soluções em função da resposta colorimétrica, neste caso a resistência.


30

IV.2.3. Estequiometria

Determinados iões têm a capacidade de se combinarem entre si e formar um composto

complexo corado. A intensidade da cor resultante desta reacção é a base para a

determinação da proporção de combinação entre os dois reagentes [12,22].

Para a determinação da estequiometria do complexo formado podem ser usados dois

métodos: o método das variações contínuas ou o método da razão molar. Neste trabalho

utilizou-se o método das razões molares que consiste na adição de várias quantidades de

um dos reagentes a uma quantidade fixa de outro reagente, medindo-se a seguir a

intensidade da cor resultante [12,22,32].

Para tal, foi feito um estudo da reacção de formação do complexo vermelho-alaranjado,

ortofenantrolina-ferroso [Fe(Ph)32+], a partir do Fe2+ com a o-fenantrolina (PhH+), de

acordo com a reacção:

Fe2+ + 3PhH+ Fe(Ph)32+ + 3H+ (10)

A posição de equilíbrio para esta reacção depende do pH; ordinariamente é

recomendado para esta análise um valor de pH à volta de 3,5. Assim, para o ajuste do

pH foi usada uma solução aquosa de citrato de sódio 250 g/ L. Por outro lado, foi

utilizada uma solução de hidroquinona a 1 % em água para manter o ião Fe2+ no estado

reduzido [29,33].

Com base no método escolhido prepararam-se oito soluções em balões volumétricos de

20 mL, em que a quantidade de ião Fe2+ foi mantida constante (1,79x10-5 mol) e a

quantidade do ligante, o-fenantrolina, sistematicamente variada a partir de uma solução

de concentração 1,25x10-2 mol dm-3.

Assim, mediram-se rigorosamente com uma pipeta 10 mL de solução de Fe2+ e

adicionaram-se 8 gotas de citrato de sódio e 0,5 mL de hidroquinona. Seguidamente

com ajuda de uma pipeta, a cada um dos balões, adicionaram-se os volumes de

o-fenantrolina referidos na Tabela 7.

As soluções preparadas apresentam cor vermelha-alaranjada e a tonalidade das mesmas

varia com a concentração do ligante. Estas foram analisadas uma de cada vez, usando o

→ ←


31

LED azul do colorímetro construído, tendo-se medido os valores de resistência

apresentados na Tabela 7.

Tabela 7: Valores da razão molar

+

+

2Fe

PhH

nn

em função do log(R/ kΩ).

n x 105/ mol

+PhHV /mL PhH+ Fe2+ Razão molar

+

+

2Fe

PhH

nn

R/ kΩ log(R/ kΩ)

2,50 3,12 1,75 16,38 1,21

3,00 3,75 2,09 17,34 1,24

3,50 4,37 2,44 19,66 1,29

4,00 5,00 2,79 21,30 1,33

5,00 6,25 3,49 23,60 1,37

7,00 8,75 4,89 22,60 1,35

9,00 11,25

1,79

6,28 23,26 1,37

Os valores da Tabela 7 podem ser representados num gráfico de logR versus razão

molar como se ilustra na Figura 12.

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1 2 3 4 5 6 7

Razão molar [n (PhH+)/n (Fe2+)]

log

( R/ kΩ

)

n (PhH+)/n (Fe2+ ) = 3,1

Figura 12: Variação do log R versus a razão molar (PhH+/Fe2+).


32

A análise do gráfico anterior permite verificar que a variação do log R em função da

razão molar obedece à lei de Lambert-Beer, no intervalo descrito pela recta a azul, isto é

entre os valores da razão molar 1,75 a 2,79. Após o limite superior deste intervalo

notou-se uma inclinação da curva, na qual a variação da resistência em função da adição

de mais ligante foi aproximadamente constante (recta a vermelho do referido gráfico). A

intersecção destas duas rectas corresponde à razão molar do complexo, quer dizer, é o

número de moles de iões PhH+ necessários para complexar os iões Fe2+ e segundo o

gráfico da figura em análise este valor é 3,1.

Assim fica confirmado por este método que 3 mol de Phen – o ligante, nesta reacção –

complexam um mol do ião Fe2+.

IV.3. Conclusões Parciais

Os resultados obtidos a partir dos dois ensaios efectuados, com o colorímetro construído

leva-nos a concluir o seguinte:

A manipulação deste equipamento para a realização dos ensaios em discussão é

segura e acessível aos professores e estudantes;

Como foi possível constatar os resultados das experiências realizadas estão em

correspondência com os reportados pela bibliografia, conferindo-os valor

científico e didáctico;

Com a montagem e utilização de um aparelho como este é possível a realização

de uma análise química bastante precisa e exacta. É adequado a um vasto

conjunto de experiências tais como: equilíbrio químico, cinética química,

estequiometria e análise quantitativa. É adaptável para análise ambiental,

controle industrial e outras aplicações químicas. O uso do multímetro digital

acoplado a este equipamento permite encontrar resultados que são comparáveis

aos obtidos com aparelhos comerciais, mas cujos preços serão cerca de 100

vezes superiores [12,22];

Pode-se ainda aproveitá-lo para abrir um debate sobre o fundamento da

construção e funcionamento do aparelho, os materiais e componentes

electrónicos usados – como por exemplo uma abordagem, sobre materiais


33

semicondutores e consequentemente os aspectos físico-químicos para a

compreensão do funcionamento de um LED;

Aos alunos mais habilitados para os trabalhos experimentais de Física e

Química, pode ser proposto um desafio – problema científico – para construir

este equipamento, realizar alguns ensaios com o mesmo e discutirem sobre a

validade dos resultados. Com este procedimento estaremos a desenvolver nos

alunos o espírito de trabalho multidisciplinar;

Compreender a construção e funcionamento, conhecer os componentes deste

equipamento ajudará professores e alunos a desmistificar o princípio de

funcionamento e a clarificar alguns dos componentes de um espectrofotómetro

comercial, pois para muitos dos seus utilizadores este último é visto como uma

“caixa preta” [31];

Comparativamente com os demais equipamentos este apresentou maior

complexidade e custos superiores quanto à construção e ensaios efectuados.

Entretanto fazendo uma análise da correlação entre os custos versus resultados,

conclui-se que a proposta não é só viável como útil para as escolas.


34

V. ELÉCTRODOS

V.1. Construção A Figura 13 ilustra uma fotografia dos diferentes tipos de eléctrodos construídos neste

trabalho.

Figura 13: Fotografia dos eléctrodos construídos: a) eléctrodo de referência; b) eléctrodo de zinco; c)

eléctrodo de antimónio; d) eléctrodo de grafite; e) eléctrodo de prata; f) eléctrodo chumbo.

Seguidamente passaremos a descrever os detalhes necessários para construção de cada

um destes eléctrodos.

a b c d e f


35

V.1.1. Eléctrodo de Referência

de 22,5 cm de comprimento e 1,1 mm de diâmetro (retirado do cabo de antena de

televisão) no qual se fez uma espiral até aproximadamente ao meio deste (4). Este

sensor foi introduzido numa rolha de borracha previamente perfurada (5) que serviu

também para tapar o tubo.

V.1.2. Eléctrodos de Grafite, Antimónio, Zinco, Prata e Chumbo.

Para a construção de cada um destes eléctrodos utilizaram-se os seguintes materiais:

Haste de grafite (2,5 cm de comprimento e 4 mm de diâmetro) retirada, com

cuidado, de uma pilha seca.

Haste de antimónio (4,3 cm de comprimento e 5,2 mm de diâmetro) previamente

levada à chama com o propósito de se obter uma ligeira oxidação superficial.

Chapa de zinco (1,5 cm de comprimento, 1,0 cm de largura e 0,25 mm de

espessura) retirada, com cuidado, de uma pilha seca.

Chapa de prata (1,0 cm de comprimento, 0,5 cm de largura e 0,1 mm de

espessura).

Este eléctrodo foi construído utilizando um

tubo de ensaio (1) (ver Figura 14) de 12,8

cm de comprimento e 13 mm de diâmetro

(ou um tubo de vidro) e foi feito um

estiramento, na parte inferior deste, de

forma a deixar no fundo um pequeno

orifício que depois foi tapado com algodão

saturado de nitrato de sódio para servir de

ponte salina (2).

Encheu-se cerca de 3/4 do referido tubo

com a solução aquosa de CuSO4 0,10 mol

dm-3 (3), previamente preparada.

Como sensor usou-se um arame de cobre

Figura 14: Eléctrodo de referência Cu/CuSO4

(0,10 M) [11,22].


36

Chapa de chumbo (1,5 cm de comprimento, 0,5 cm de largura e 0,30 mm de

espessura)

Cada um destes eléctrodos, após a soldadura de um fio condutor de cobre de 40 cm de

comprimento e 1,2 mm de diâmetro (ver técnica de soldagem na grafite no ponto III.1)

foi introduzido num tubo de vidro, de 14 cm de comprimento e 7 mm de diâmetro, e

fixados com cola epóxida de dois componentes.

Convém referir que a construção destes eléctrodos com dimensões diferentes das

referidas não é impeditivo do bom funcionamento dos mesmos.

O custo aproximado para a construção dos seis eléctrodos é de € 2. Ver Tabela 19 do

Anexo A para mais detalhes.

V.2. Ensaios

V.2.1. Introdução

Potenciometria é a técnica electroanalítica que usa eléctrodos para medir potenciais

cujos valores permitem obter informações relevantes sobre algumas características dos

materiais e, consequentemente, sobre as suas possíveis aplicações tecnológicas [29].

Nesta técnica destaca-se a presença de um eléctrodo indicador, aquele que responde à

actividade da espécie em análise, e de um eléctrodo de referência, aquele em que o seu

potencial se mantém constante.

Comercialmente podem ser adquiridos eléctrodos de referência por exemplo de

mercúrio, prata-cloreto de prata e outros, mas de uma forma geral estes são caros. Este

inconveniente pode ser facilmente ultrapassado usando, como alternativa, eléctrodos

construídos no âmbito desta dissertação que, ao contrário daqueles, são baratos e de

fácil manipulação.


37

V.2.2. Determinação de Potenciais de Redução e da f.e.m. de uma Célula

A medição do potencial de redução de um eléctrodo indicador pode ser efectuada

mergulhando o respectivo metal numa solução contendo iões desse metal ou um pedaço

de grafite numa solução que contenha os dois iões em estado de oxidação diferentes,

acoplando, em cada um dos casos, um eléctrodo de referência.

E(experimental), apresentados na Tabela 8, foram calculados com base na expressão

seguinte:

E(experimental) = E(célula, valor lido no multímetro) + 0,339 (11)

isto é, a partir dos valores de potencial lidos no multímetro e usando como referência o

eléctrodo de Cu/Cu2+ (0,1 mol dm-3) cujo o valor do potencial é constante, E = 0,339 V.

Tabela 8: Valores dos potenciais de célula (V), do potencial de redução experimental (V) e do potencial

de redução tabelado (V).

Semi - célula E6 / V E(experimental)/ V E[29] (tabelado)/ V

Zn/Zn2+ , (0,1 mol dm-3 ) -1,099 - 0,760 - 0,762

Pb/Pb2+, (0,1 mol dm-3 ) -0,466 - 0,127 - 0,126

Ag/Ag+ (0,1 mol dm-3 ) 0,440 0,779 0,799

Fe2+/Fe3+ (0,1 mol dm-3 ) 0,311 0,650 0,770

6 E(célula, valor lido no multímetro)

A medição da f.e.m. da célula pode ser

efectuada como descrito anteriormente,

acoplando dois eléctrodos de acordo com o

esquema da Figura 15.

Preparou-se 100 mL de soluções aquosas de

AgNO3 0,10 mol dm-3, PbSO4 0,10 mol dm-

3; ZnSO4 0,10 mol dm-3. As soluções

aquosas dos iões Fe2+ e Fe3+ foram

preparadas de acordo com o procedimento

descrito no ponto V.2.3.

Os potenciais padrão de meia célula,

Figura 15: Esquema do circuito para medição da

força electromotriz e do potencial de redução de

eléctrodo [11].


38

A f.e.m. resultante para a célula pode ser calculada a partir dos potenciais de redução

dos dois eléctrodos, de acordo com a expressão:

E(célula) = E(cátodo) – E(ânodo) (12)

Pode-se então verificar facilmente que os valores experimentais encontrados são

comparáveis aos valores reportados na bibliografia especializada.

V.2.3. Equação de Nernst

A Equação de Nernst representa a dependência do potencial de um eléctrodo indicador

com a concentração do electrólito em solução, de acordo com a equação [34]:

E = E0 – n

05916,0 log Q (13)

onde: E0 = potencial de redução padrão

n = número de electrões transferidos na semi-reacção

Q = quociente reaccional.

Usando o eléctrodo de cobre, como referência, e o de grafite, como eléctrodo indicador,

mergulhados numa mistura de iões Fe3+ e Fe2+ é possível demonstrar esta dependência

do potencial da célula com a concentração dos iões Fe2+ e Fe3+.

Assim, prepararam-se soluções aquosas de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O 0,10 mol dm-3 em 400

mL de H2SO4 1,0 mol dm-3 [29] e de Fe(NO3)3 0,10 mol dm-3 em 100 mL de H2SO4 1,0

mol dm-3. Posteriormente, prepararam-se a partir destas, soluções contendo

simultaneamente iões Fe2+ e Fe3+, misturando-as em balões volumétricos de 20 mL, nas

proporções volumétricas indicadas na Tabela 9.

Tabela 9: Proporções em que se misturaram os volumes das soluções de ião Fe3+ e ião Fe2+ .

+3FeV /mL 8 10 12 14 16 18

+2FeV /mL 12 10 8 6 4 2


39

Para a medida dos valores da f.e.m. relativos às diferentes soluções montou-se o sistema

esquematizado na Figura 16. A montagem é constituída por um gobelet de 100 mL,

onde é colocada a solução, um agitador magnético, os eléctrodos de referência e de

grafite, ambos mergulhados na solução e ligados ao multímetro.

Na Figura 31 do Anexo B apresenta-se uma fotografia detalhada da montagem

construída para a realização deste ensaio.

Figura 16: Esquema de montagem para verificação da equação de Nernst [29].

Na Tabela 10 resumem-se os valores da f.e.m. registados com o multímetro, as

concentrações dos iões Fe3+ e Fe2+ nas soluções mistura e a respectiva razão molar.

Tabela 10: Valores das concentrações iónicas Fe3+ / Fe2+ , das razões molares e das f.e.m medidas.

+3Fec / mol dm-3

+2Fec / mol dm-3

+

+

2

3

Fe

Fe

cc

Razão f.e.m./ V

+

+

2

3log

Fe

Fe

cc

0,04 0,06 0,67 0,30 -0,18 0,05 0,05 1,00 0,31 0,00 0,06 0,04 1,50 0,32 0,18 0,07 0,03 2,33 0,33 0,37 0,08 0,02 4,00 0,35 0,60 0,09 0,01 9,00 0,37 0,95


40

Na Figura 17 representamos os valores da f.e.m. em função do

+

+

2

3log

Fe

F

cc

.

y = 0,0631x + 0,3098R2 = 0,9943

0,29

0,31

0,33

0,35

0,37

0,39

-0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00

log [c (Fe3+)/c (Fe2+)]

f.e.m

/ V

Figura 17: Gráfico da variação da f.e.m. da célula em função do logaritmo da razão das concentrações de Fe3+ e Fe2+.

A recta obtida apresenta uma relação linear entre a f.e.m. e o

+

+

2

3log

Fe

F

cc

do electrólito,

relação descrita pela equação de Nernst que para este caso particular, pode ser escrita

como:

Ecélula = E0 - 0,0631

+

+

2

3log

Fe

F

cc

(14)

O valor do coeficiente angular obtido, 0,0631 é próximo do valor esperado, 0,05916 a

250C. Isto mostra que os eléctrodos utilizados neste ensaio respondem, com alguma

precisão, à equação de Nernst.


41

V.2.4. Titulação Redox

Uma titulação redox [29] consiste na reacção de oxidação-redução entre o titulante e o

titulado de modo que o curso desta reacção possa ser seguido por uma simples técnica

potenciométrica o que nos possibilita a determinação do título da solução em análise.

Para tal, usou-se como solução titulante uma solução de KMnO4 0,02 mol dm-3 e como

solução titulada 0,60 g de Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O dissolvidos em 400 mL de solução

H2SO4 1,0 mol dm-3, preparadas previamente segundo o protocolo descrito na

bibliografia [29].

Para realizar a titulação potenciométrica efectuou-se a montagem ilustrada na Figura 18.

Figura 18: Sistema para titulação redox do Fe2+ com MnO4- [29].

A reacção de titulação foi seguida através de leituras de potencial, efectuadas após a

adição da solução titulante, com uma bureta de 25 mL, a um gobelet que continha a

solução amoniacal de Fe2+.


42

A montagem para a realização deste ensaio é idêntica à apresentada na Figura 31 do

Anexo B.

A reacção do processo de titulação pode ser descrita pela seguinte equação:

MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O (15)

Os valores de potencial após cada adição de titulante foram registados e encontram-se

na Tabela 11:

Tabela 11: Valores do volume de KMnO4 (mL) adicionado e do potencial (V) medidos.

Nº 4KMnOV /mL E/V Nº

4KMnOV / mL E/V

1 0,0 0,20 14 13,1 0,45

2 1,0 0,24 15 14,1 0,86

3 2,0 0,27 16 15,1 0,90

4 3,1 0,28 17 16,1 0,91

5 4,1 0,29 18 17,1 0,92

6 5,1 0,30 19 18,1 0,92

7 6,1 0,31 20 19,1 0,93

8 7,1 0,32 21 20,1 0,94

9 8,1 0,33 22 21,1 0,94

10 9,1 0,34 23 22,1 0,94

11 10,1 0,35 24 23,1 0,95

12 11,1 0,36 25 24,1 0,95

13 12,1 0,38 - - -

A forma da curva desta titulação redox pode ser visualizada se representarmos os

valores acima tabelados num gráfico do potencial em função do volume de titulante,

como se pode observar na Figura 19.


43

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

V / mL

E/ V

Ponto final =13,6

Figura 19: Curva de titulação redox de Fe2+ em função do volume adicionado de KMnO4 0,02 mol dm-3.

A forma da curva que se apresenta no gráfico da Figura 19 está de acordo com a

bibliografia. Teoricamente era de esperar que o volume gasto de solução titulante fosse

15 mL, porém, o encontrado no ensaio realizado foi 13,6 mL. Podemos associar esta

diferença à pouca estabilidade dos iões Fe2+, embora achamos muito satisfatório o

resultado encontrado.

V.2.5. Curva de Calibração do Eléctrodo de pH (eléctrodo de antimónio).

O eléctrodo de antimónio aqui proposto, consiste, como já foi referido, numa barra deste

metal sobre a qual se formou uma camada de óxido, dando origem ao sistema metal –

óxido (Sb/Sb2O3). De acordo com a literatura [11,22], esta barra numa solução ácida

estabelece o equilíbrio:

Sb2O3 + 6H+ + 6e- 2Sb + 3H2O (16) → ←


44

originando, um potencial de eléctrodo

[ ]6/ ln632

++= HF

RTEE SbOSb (17)

resolvendo a expressão anterior chega-se a seguinte:

E = E0 - 0,05916pH, (18)

Este eléctrodo responde de uma forma linear às variações de pH num intervalo de 2 – 9.

Quando calibrado previamente com uma série de soluções padrão, cujos valores estejam

compreendidos neste intervalo de pH, permite a determinação do valor de pH de

soluções desconhecidas.

A calibração deste eléctrodo foi efectuada introduzindo-o em quatro soluções tampão,

de valor de pH conhecido. Com o multímetro mediu-se o potencial correspondente a

cada valor de pH relativamente ao eléctrodo de referência, Cu/Cu2+ (0,10 mol dm-3).

Foram usadas soluções tampão (9882 Titrisol) de pH 2,0; 4,0; 6,0 e 9,0.

Para estas soluções foram medidos os valores de potencial registados na Tabela 12:

Tabela 12: Valores de potencial medidos (V) relativos às várias soluções padrão.

E/ V pH

0,20 2,0

0,32 4,0

0,42 6,0

0,54 9,0

Representando estes valores num gráfico de potencial em função do pH obtem-se a

curva representada na Figura 20:


45

R2 = 0,9908

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

pH

E/ V

Figura 20: Variação do potencial em função do pH usando um eléctrodo de antimónio.

O gráfico acima responde ao comportamento que deve haver entre a variação do

potencial com o pH, pelo que esta representação linear pode ser utilizada como curva de

calibração para converter o valor do potencial lido, de uma solução desconhecida, em

valor de pH.

V.2.6. Padronização de uma Base Usando um Eléctrodo de Sb/Sb2O3

Embora as soluções de NaOH e KOH se alterem ao longo do tempo, por acção do CO2 e

água, elas podem, mesmo nestas condições, ser usadas em trabalhos correntes de

laboratório. No entanto, para trabalhos mais rigorosos, estas soluções devem ser

padronizadas com um padrão primário. Para este fim recorreu-se a uma titulação

potenciométrica usando como padrão primário o hidrogenoftalato de potássio.

Procedeu-se à padronização da solução de NaOH montando um sistema semelhante ao

mostrado na Figura 18, com a única diferença de que neste caso o eléctrodo indicador

usado foi o de pH Sb/Sb2O3. Para tal, preparou-se 100 mL de solução aquosa de NaOH

0,1 mol dm-3, pesou-se 0,30338 g de hidrogenoftalato de potássio (equivalente a

1,49x10-3 mol) e dissolveu-se cuidadosamente num gobelet de 100 mL com água. À

medida que se ia adicionando aliquotas de 1 mL de solução titulante registaram-se os


46

valores de potencial, em intervalos de ½ min aproximadamente, resumidos na Tabela

13:

Tabela 13: Valores do potencial (V) e do volume de NaOH (mL) adicionado à solução de hidrogenoftalato de potássio.

Nº NaOHV / mL E/V Nº NaOHV / mL E/ V

1 0.0 0,24 14 13,4 0,56

2 1,0 0,26 15 14,1 0,60

3 2,0 0,27 16 14,6 0,62

4 3,0 0,28 17 15,1 0,63

5 4,3 0,29 18 16,1 0,64

6 5,4 0,30 19 17,1 0,65

7 6,4 0,31 20 18,1 0,65

8 7,4 0,31 21 19,1 0,66

9 8,4 0,32 22 21 0,67

10 9,4 0,33 23 23 0,67

11 10,4 0,34 - - -

12 11,4 0,36 - - -

13 12,4 0,39 - - -

Estes valores foram representados num gráfico de potencial em função do volume de

NaOH adicionado obtendo-se a curva seguinte:


47

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

22,0

24,0

26,0

V / mL

E/ V

Ponto final =12,9 mL

Figura 21: Curva de titulação da padronização de uma solução de NaOH 0,10 M com hidogenoftalato de potássio.

Da análise do gráfico é possível estimar o valor de 12,9 mL (correspondente a 1,29x10-3

mol) para o volume de NaOH gasto até atingir o ponto final, valor este obtido a partir do

ponto de inflexão da curva de titulação [27].

Verificou-se portanto que a solução de NaOH preparada apresenta uma concentração

ligeiramente superior à esperada. O valor gasto deveria ser 14,9 ml.

V.3. Conclusões Parciais

Os ensaios realizados com os eléctrodos de grafite, de referência (solução de CuSO4

0,10 mol dm-3), de zinco, de chumbo, de antimónio e prata, levam-nos a concluir o

seguinte:


48

Os potenciais apresentam valores aceitáveis, pois são comparáveis aos

reportados pela bibliografia. Toma-se a título de exemplo a verificação

experimental da equação de Nernst e os resultados obtidos na titulação

potenciométrica efectuada com base ao protocolo recomendado pela literatura [29];

O valor didáctico dos equipamentos confirma-se pela facilidade no

manuseamento, familiaridade do material com que estão construídos e pela

quantidade de conteúdos que com eles podem ser estudados. Destaca-se ainda

neste ponto a simplicidade do material usado na construção dos eléctrodos –

principalmente o de referência – e de grafite, e os resultados obtidos são provas

da sua aplicabilidade e eficiência;

Reforça-se o ponto anterior destacando a ampla utilização em aulas de

laboratório, fundamentalmente do nível secundário, sobre os fundamentos de

electroquímica – no estudo de variados conceitos, tais como pilha galvânica,

electrólises, equação de Nernst – sobre aspectos gerais de potenciometria – tais

como titulação redox, cálculo de potenciais, definições de eléctrodos e outros;

O desenvolvimento de competências nos alunos sobre a construção e

interpretação de gráficos, também pode muito bem ser explorado com o uso

destes equipamentos;

O paradigma “baixo custo de construção versus resultados comparáveis aos

aparelhos comerciais” constitui a mais valia destes eléctrodos.


49

VI. CÉLULA ELECTROLÍTICA

VI.1. Construção

Primeiramente fez-se a electrodeposição de cobre sobre as duas hastes de grafite de 4,7

cm de comprimento e 4 mm de espessura, retirados de uma pilha seca, segundo

procedimento descrito no ponto III.1.

Concluído este passo prévio e de acordo com o esquema da Figura 22, soldaram-se as

duas hastes de grafite (1) em duas chapinhas de zinco (2) recortadas em forma de

rectângulo arredondado, de 2 cm de comprimento e 1,5 cm de largura, ambas

aproveitadas da mesma pilha seca. A seguir soldaram-se também nas mesmas chapas

dois fios condutores (3) de 55 cm de comprimento e 1,0 mm de diâmetro, e

posteriormente introduziram-se num tubo de vidro (4) de 15 cm de comprimento e 8,0

mm de diâmetro.

Recortou-se a base de uma garrafa de plástico de água mineral de 0,33 L (5) com

aproximadamente 3,6 cm de altura. Introduziu-se nesta o sistema anteriormente

montado e encheu-se o recipiente com cimento cola branco até à superfície. Podem

Figura 22: Esquema para montagem da célula electrolítica [35].

Figura 23: Fotografia do dispositivo principal da célula electrolítica.


50

usar-se outros materiais, por exemplo gesso, cal ou argila etc. Aguardou-se,

aproximadamente 12 horas até que o cimento secasse. Com o objectivo de evitar a

infiltração da água no cimento, aplicou-se sobre este, uma fina camada de cola

(silicone) e deixou-se novamente em repouso durante 1 dia aproximadamente; a Figura

23 mostra a fotografia deste dispositivo.

Finalmente para completar a montagem da célula electrolítica coloca-se o dispositivo

mostrado na Figura 23 num recipiente com 8 cm de altura, base de uma garrafa de

plástico de água mineral de 1,5 L (6), e ligaram-se os dois fios condutores ao

transformador de corrente (7).

O custo aproximado de construção do equipamento é de € 2. O custo do transformador

de corrente não foi tido em conta por este ser um aparelho de uso vário.

VI.2. Ensaio

A ilustração prática das reacções químicas durante as aulas de demonstração é

importante para que os professores possam não só ajudar os estudantes a compreender

os princípios químicos de forma mais clarificada, mas também despertar a curiosidade e

o entusiasmo dos alunos. A composição química da água é um aspecto largamente

estudado nas escolas secundárias.

Com esta experiência pretende-se propor aos professores de Química um pequeno

equipamento para atingir este pressuposto a partir da demonstração da decomposição da

água através do processo da electrólise.

Com esta célula electrolítica montada, encheu-se o recipiente (6) com água da torneira

até os eléctrodos ficarem cobertos (ver Figura 22), adicionou-se 10 a 15 gotas de ácido

sulfúrico 1,0 mol dm-3 (solução electrolítica) e homogeneizou-se a solução. A

experiência teve início ao ligar o transformador à fonte de corrente, aguarda-se algum

tempo até que à volta dos dois eléctrodos começasse o desprendimento dos dois gases,

H2 no cátodo e O2 no ânodo, de acordo as seguintes reacções:

2H2O → O2 + 4H+ + 4e- (19)

4e- + 4H2O → 2H2 + 4OH- (20)

assim, a equação total do processo é:


51

Electrólise

2H2O → 2H2 + O2 (21)

Pode-se facilmente identificar o eléctrodo onde é libertado cada um dos gases: o

eléctrodo onde ocorre maior libertação de gás será o cátodo, libertando-se o H2 e no

outro, consequentemente, liberta-se O2, de acordo a proporção 2:1.

Para comprovar que o gás libertado no cátodo era hidrogénio, fez-se a recolha deste

num tubo de ensaio e aproximou-se a chama de um isqueiro junto da boca deste tubo.

VI.3. Conclusões Parciais

A descrição sobre a construção e o ensaio realizado com o referido equipamento leva-

nos a concluir o seguinte:

Os custos envolvidos na construção do aparelho são baixíssimos e a sua

construção está a nível de qualquer escola;

O ensaio desenvolvido é simples, barato e os resultados produzidos

ajudam a esclarecer os princípios básicos que envolvem a decomposição

da água;

O único aspecto de segurança a ter em conta nesta experiência refere-se

com a manipulação do H2SO4 pelos estudantes.


52

VII. SENSORES DE TEMPERATURA

VII.1. Construção VII.1.1. Termómetro Electrónico a Partir de um Termopar do Tipo K Na Figura 24 está representada a fotografia do sensor de temperatura construído a partir

de um termopar do Tipo K7. Os detalhes para a construção deste são descritos seguindo

o esquema da Figura 25.

Com a ajuda de um alicate uniram-se as pontas dos dois fios (1) de 50 cm de

comprimento e 0,3 mm de diâmetro, (um +Cr/Ni e o outro –Ni/Al) e a seguir fundiu-se

esta pequena junção (2) com a chama de um bico de busen. Introduziram-se os dois fios

num tubo cerâmico (3) de 20,5 cm de comprimento e 0,57 mm de diâmetro, de tal forma

que a junção dos dois fios ficasse na parte de fora do tubo cerâmico. Podem ser usados

outros tipos de isolamento dos fios, exemplo manga retráctil, fibra de vidro etc.

Seguidamente, nos extremos de cada um dos fios, soldaram-se dois fios condutores (4)

de cores diferentes, cada um de 50 cm de comprimento e 1 mm de diâmetro, e nas

7 Dispositivo constituído por uma liga metálica em fios de Cr-Ni e Ni-Al: + Crómico-Niquel ( Cr,10% e Ni, 90%); e - Niquel-Alumel (Ni, 95,4%; Mn, 1,8%; Si, 1,6%; Al, 1,2%) [36].

Figura 24: Fotografias do sensor de temperatura construído a partir de um termopar.

Figura 25: Esquema do termómetro electrónico construído, a partir de um

termopar.


53

extremidades destes colocaram-se duas bananas macho (5), para facilitar a ligação com

o multímetro.

VII.1.2. Termómetros Electrónicos a Partir de um Termistor NTC8

Outro tipo de sensores de temperatura podem ser construídos a partir de termistores.

Neste trabalho, foram construídos dois termómetros electrónicos utilizando dois

termistores (1), sendo um de 100 Ω e o outro de 220 Ω (ver Figura 26). Fisicamente, os

dois termistores, diferenciam-se no tamanho do disco (o de 100 Ω apresenta um

diâmetro relativamente maior ao do outro) pelo que o esquema mostrado na Figura 27

descreve os detalhes para a construção dos dois termómetros.

Para tal, soldaram-se dois fios condutores (2), de 95 cm de comprimento e 1 mm de

diâmetro, aos extremos dos dois contactos (3) dos termistores. Introduziu-se todo

dispositivo num tubo de vidro (4) de 15 cm de comprimento e 7 mm de diâmetro, de tal

forma que numa das extremidades do tubo esteja apenas visível o disco do termistor.

8 Resistências sensíveis à temperatura construídas a partir de materiais semicondutores que estão constituídos por Ge, Si ou misturas de óxidos de cobalto, níquel e estrôncio ou manganês [37].

Figura 26: Fotografia dos dois sensores de temperatura construído a partir de termistores: a-) NTC 220; b-)

NTC 100

Figura 27: Esquema do termómetro electrónico construído a partir de um

termistor.

b a


54

Para fixar este ao tubo usou-se uma cola epóxida de dois componentes. Por último

colocaram-se as bananas/macho (5) nos fios condutores.

O custo aproximado para todos os sensores é de € 7.

VII.2. Ensaios

VII.2.1. Introdução

O processo de medição da temperatura no laboratório é em geral designado por

termometria. Habitualmente, esta técnica é levada a cabo com o uso de termómetros de

vidro, baseado na expansão de um líquido, normalmente mercúrio, num tubo capilar.

Mas devido à fragilidade e toxidade do mercúrio estes termómetros têm sido retirados

de uso.

No presente trabalho propomos duas alternativas para a medição da temperatura no

laboratório. A primeira consiste na utilização de um termómetro electrónico9 construído

a partir de um termopar do tipo K e a outra consiste na utilização de dois termómetros

electrónicos10 construídos a partir de dois termistores.

Neste caso, a medição foi levada a cabo utilizando cada sensor acoplado a um

multímetro.

VII.2.2. Verificação Experimental da Temperatura com um Termopar

Colocou-se o termopar num suporte universal de tal forma que o sensor fique

posicionado diante da boca de um secador de cabelo que estava ligado a uma fonte de

corrente.

Depois de ligar o termopar ao multímetro, a experiência desenvolveu-se fazendo variar

a temperatura do ar através da aproximação do secador ao sensor de 5 em 5 min 9 Por uma questão de simplificação, adiante designado por termopar. 10 Por uma questão de simplificação, adiante designados por termistor.


55

aproximadamente. Registaram-se simultaneamente os diferentes valores de temperatura

e da f.e.m. para cada aproximação do secador, valores esses que se encontram na Tabela

14.

Tabela 14: Registo dos valores de temperatura (0C) e da f.e.m. (mV) do termopar Tipo K.

t1/ oC t2 / oC f.e.m/ mV [25]t3 / oC (t4 = t3 + t1) / oC

49 1,1 28 48

80 2,4 59 79

106 3,4 84 104 20

116 3,9 95 115

t1- valores de temperatura ambiente; t2- valores lidos com um multímetro com correcção da

temperatura igual a 20 oC; t3- valores de temperatura correspondentes aos valores da f.e.m.

não corrigidos (valores tabelados); t4- valores de temperatura corrigidos.

A partir dos valores da f.e.m. com a junção a 0 oC, e usando as tabelas internacionais de

conversão, é possível obter os valores da temperatura.

Da análise da tabela verifica-se que existe uma boa concordância entre o conjunto de

valores de temperatura medidos e os valores corrigidos.

VII.2.3. Curvas de Calibração para os Termistores NTC 100 e NTC 220

Este ensaio desenvolveu-se à semelhança do anterior. Além do termopar que está

colocado no suporte universal, juntaram-se a ele os dois termistores. De forma a garantir

uma temperatura uniforme no sistema foi necessário envolvê-los/cobri-los com um

pedaço de folha de alumínio. Depois de acoplar cada um dos sensores a um multímetro,

a experiência iniciou-se com as leituras das resistências em função da variação da

temperatura que foi registada pelo terceiro multímetro a que estva acoplado ao

termopar.

Na Tabela 15 apresentamos os valores da resistência e da temperatura registados para

cada um dos termistores:


56

Tabela 15: Valores da temperatura (oC) e da resistência (Ω) para os dois termistores.

Termopar Termistor NTC 220 Termistor NTC 100

t/ oC R/ Ω log (R/ Ω) R/ Ω log (R/ Ω)

28 268,00 2,43 125,40 2,10

36 205,00 2,31 95,60 1,98

45 163,00 2,21 77,60 1,89

57 112,00 2,05 54,60 1,74

67 80,00 1,90 39,40 1,59

78 70,20 1,85 29,40 1,47

86 59,20 1,77 23,80 1,38

97 43,90 1,64 18,20 1,26

Estes valores foram representados num gráfico com o objectivo comprovar a correlação

linear que deve existir entre a variação da resistência em função da temperatura.

y = -0,0122x + 2,4307R2 = 0,9986

y = -0,0112x + 2,713R2 = 0,9892

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

28 38 48 58 68 78 88 98 108

t / oC

log

(R/ Ω

)

NTC 220

NTC 100

Figura 28: Curvas de calibração para os dois termistores construídos.

Como se pode observar no gráfico da Figura 28 a resistência dos termistores apresenta

uma variação linear negativa em função da temperatura do sistema, o que está de

acordo com a literatura [37]. Esta correlação satisfatória entre a resistência e a


57

temperatura é corroborada pelos valores dos coeficientes de correlação das linhas de

tendência.

VII.3. Conclusões Parciais

Sobre os ensaios e os equipamentos construídos podemos concluir o seguinte:

Neste capítulo uma vez mais tentamos mostrar que o ensino experimental da

Química pode ser desenvolvido nas escolas com o mínimo de recursos

financeiros, salvaguardando sempre a qualidade científica e didáctica dos

ensaios a realizar;

A construção dos três termómetros assim como os ensaios realizados com eles

são simples e não oferecem qualquer perigo, nem para os professores e muito

menos para os alunos;

A temperatura de várias reacções ou outros processos, em que a medição regular

desta ou de outras grandezas é imprescindível conhecer, podem ser

acompanhados por estes dispositivos, com a vantagem de que a medição destas

poder ser avaliada a uma distância considerável do sistema em análise;

Em alternativa ao secador de cabelo pode-se usar um outro aparelho que emita

calor suficiente para variar a temperatura dos sensores, por exemplo um ferro de

soldar ou uma placa de aquecimento podem muito bem ser uma alternativa.


58

VIII. CONCLUSÕES GERAIS

Uma vez que no final de cada capítulo já foram extraídas as conclusões parciais sobre

cada equipamento aqui proposto, resta realçar, de forma muito sintética, os principais

aspectos deste trabalho.

Os objectivos preconizados no início do trabalho foram atingidos e estamos seguros que

a proposta de equipamentos que aqui apresentamos poderão servir de alternativas nas

escolas, fundamentalmente nas do ensino secundário em Angola, para suprir a carência

de aparelhos de laboratórios e contribuir para que os professores tenham argumentos

para oferecer aos alunos um ensino da Química com maior rigor didáctico-cientifico.

Foram construídos todos os equipamentos e realizaram-se os ensaios previstos. Foram

apresentados os resultados e a interpretação para cada ensaio efectuado. Demonstramos

que, o material para a construção de cada um deles é de fácil acesso e apresenta baixo

custo de aquisição.

Ao longo do trabalho, apresentamos algumas propostas de materiais que podem servir

de alternativa aos usados e sugestões de outros ensaios que poderão ser desenvolvidos

com os equipamentos.

Os protocolos para a realização de cada um dos ensaios foram retirados da bibliografia,

o que proporciona aos equipamentos validade didáctica e pedagógica. A manipulação

dos equipamentos assim como os ensaios efectuados cumprem com as normas mais

elementares de segurança laboratorial, pelo que a sua utilização pelos alunos é segura.

Assume-se com grande valor didáctico o envolvimento dos alunos na construção,

realização dos testes e validação dos resultados, pois esta possibilidade, representa para

eles a forma como é levada a cabo a ciência e a investigação científica, ajudando assim

a aproximar a ciência e a tecnologia à vida dos estudantes [38].

A relação entre os custos e os resultados, que ao longo do trabalho tratamos elucidar,

constitui a prova mais eloquente da viabilidade da implementação deste estudo nas

escolas.


59

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS


60

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63

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Outra Referência Bibliográfica

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ANEXO A


64

DIMENSÕES E CARACTERÍSTICAS DOS COMPONENTES E ESTIMATIVA DE CUSTO DOS EQUIPAMENTOS CONSTRUÍDOS Algumas Considerações Gerais

A. Usou-se material acrílico cristal para a construção do colorímetro, condutímetro

e refractómetro. Este é um material Polimérico, da família dos Plásticos classe

dos Termoplásticos, referido no ponto I.1.3, a sua utilização justifica-se por ser

um material isolador eléctrico, apresentar grande rigidez e boa dureza

superficial, densidade relativamente baixa, uma certa resistência às condições

ambientais e à deformação e transparência a luz visível [8], propriedades que se

ajustam perfeitamente com a finalidade dos equipamentos construídos.

B. Algumas técnicas de soldadura a estanho, assim como colar e furar chapas

acrílicas foram necessário aprimorar. Para colagem das chapas acrílicas usou-se

clorofórmio, pois devido à sua grande volatilidade consegue-se uma perfeita

colagem em comparação a outro tipo de cola para este material.

C. Assume especial destaque neste trabalho, a utilização dos LEDs como emissores

de luz visível na construção do colorímetro, uma vez que o uso destes materiais

semicondutores, aparece como uma mais valia na construção de equipamentos

de baixo custo, como se pode comprovar pelo número de trabalhos,

referenciados no ponto I.1.4, que usam estes materiais para aplicações diversas.

D. Aparelhos/instrumentos e substâncias imprescindíveis para a construção dos

equipamentos:

a. Berbequim e respectivas brocas (de 3 à 9 mm);

b. Ferro de soldar e solda (fio de Sn-Pb);

c. Craveira;

d. Chave de fenda;

e. Seringa para colar o acrílico cristal;

f. Tesoura para cortar papel e para cortar chapa metálica;

g. Lixa 400;

h. Lima;

i. Alicate de corte e alicate normal;

j. Clorofórmio;

k. Cola epóxida de dois componentes;

l. Grampo de aperto rápido para cantos interiores de 900.


65

E. Aparelhos de uso vários, imprescindíveis para realização dos ensaios:

a. Multímetro (Protec 506, digital), preço € 170. Em alternativa ao

multímetro acima referido, podem-se usar outros, para realizar todas as

medidas, à excepção da medição da corrente alterna, muito mais baratos,

com preços à volta dos € 50 ou menos;

b. Transformador (230 V ~ 50 Hz 12,5 W), preço € 4,50.

F. Os preços dos componentes:

a. O material acrílico cristal foi comprado11 já cortado com as dimensões

requeridas para cada equipamento;

b. Certos componentes utilizados na construção dos equipamentos tais

como copos de vidro, rolhas, tubos de vidro, garrafa de água mineral, fita

métrica de papel e outros, não estão contabilizados no custo total dos

equipamentos, mas o seu custo não deve ultrapassar os dez euros.

11 UNIPLEX – Comercio de Materiais Acrilico e Plásticos, Lda.


67

Dimensões e/ou Características Custos (comprimento x largura x espessura/diâmetro/volume) €

1. Base 1 Acrílico cristal 25 cm x 7,5 cm x 15 mm 2,902. Régua transversal 1 Acrílico cristal 20 cm x 4,9 cm x 6 mm 0,623. Recipiente 1 Gobelet de vidro 15 mL a)4. Fonte de radiação 1 Ponteiro laser 6,37 cm x 13,5 mm/ (wavelength: 635-670nm/

Max. Output Power: <3mW)5,00

5. Fita métrica 1 Papel 20 cm a)6. Suporte/ponteiro laser6.1- Lateral 2 7 cm x 1,3 cm x 6 mm 6.2- Base 1 7 cm x 1,37 cm x 6 mm 7. Suporte /gobelet 2 Acrílico cristal 4,1 cm x 1,0 cm x 5 mm a)8. Parafusos 2 Metal 2 cm x 4 mm 0,50

9,0210,73

II- REFRACTOMÉTRO

Acrílico cristal

Preço TotalPreço Total + IVA

Componentes Qts

a)

Materiais

Tabela 16: Dimensões/características e custo dos componentes do refractómetro. a) Anexo A ponto F.b.


68

Dimensões e/ou Características Custos (comprimento x largura x espessura/diâmetro/área) €

1. Base 1 Acrílico cristal 10,0 cm x 8,0 cm x 8 mm 0,652. Lateral 2 Acrílico cristal 7,0 cm x 8,0 cm x 8 mm 0,923. Lateral 2 Acrílico cristal 7,0 cm x 11,6 cm x 4 mm 0,674. Tampa 1 Acrílico cristal 11,6 cm x 8,8 cm x 4 mm 0,425. Fixador do transformador5.1 Parafusos 2 Metal 2,95 cm x 4,5 mm 0.505.2 Porcas 2 Metal 4,5 mm6.Condutor de corrente (fonte corrente → transformador)

2 150 cm x 0,075 cm2

6.1. Ficha 1 10A7. Alvéolos mini 4 Borracha 1,5 cm x 9 mm 4,008. Interruptor 1 Metal 6A125VAC – 3A250VAC 0,609. Sistema fecho tampa9.1 Parafusos 2 Metálico 2,5 cm x 3 mm 0,509.2 Porca 2 Metálica 3 mm10. Fusível 1 25A-250V10.1 Suporte 1 Plástico 3 cm x 12 mm11. Condutor de corrente (transformador → alvéolos)

4 Fio de cobre 5 cm x 1,7 mm 0,50

0,64

III.a- Caixa

Fio de cobre

III – CONDUTÍMETRO

1,70

QtsComponentes Materiais


69

12. Anilha 2 Metal 3 mm 0,5013. Transformador de 1 de (220, 50/60Hz) para 9V 7,58

18,68

14. Tubo 1 PVC 16 cm x 15,5 mm a)15. Condutor de corrente 4 Fio de cobre 40 cm x 1 mm 0,5016. Eléctrodos 2 Hastes de grafite 2,5 cm x 4,0 mm a)17. Banana macho N 4 Borracha 2,3 cm x 3,4 mm 1,0018. Tampa 1 Rolha de borracha 0,9 cm x 15,0 mm 0,25

1,7520,4324,31

III.b – Célula de Medida

Preço Total (1+2)Preço Total + IVA

Preço Total(1)

Preço Total (2)

Tabela 17: Dimensões/características e custo dos componentes do condutímetro. a) Anexo A ponto F.b.


70

Dimensões e/ou Características Custos(comprimento x largura x espessura/diâmetro/volume) €

1. Base 1 Acrílico cristal 8,5 cm x 8,3 cm x 8 mm2. Lateral 2 Acrílico cristal 8,5 cm x 8,3 cm x 8 mm3. Lateral 2 Acrílico cristal 10,0 cm x 8,3 cm x 4 mm4. Tampa 1 Acrílico cristal 10,1 cm x 9,1 cm x 4 mm5. Sistema fecho, tampa5.1 Parafusos 2 Metal 2,5 cm x 3 mm5.2 Porcas 2 Metal 3 mm6. Sonda de teste 1 Tubo PVC 9,5 cm x 22 mm6.1 Rolha suporte (interior) 1 Madeira 2,5 cm x 8 mm6.2 Tampa superior 1 Madeira 1,4 cm x 21,4 mm6.3 Tampa inferior 1 Madeira 1,4 cm x 21,4 mm

lente 5 mm, Baixo Brilho

2,88

7. Emissores de luz e sinalizadores de corrente

8 LEDs (vermelho, verde, azul, amarelo) 9,44

IV – COLORÍMETRO

Componentes Qts Materiais

0,5

a)


71

8. Detectores de luz 4 Fotoresistências (LDRs) B873107 1mm/ 150 Ω 11,69. Resistência 1 Filme de carbono 2 mm 0,5 k Ω, ½ watt) 0,210. Alvéolos mini 2 Borracha 1,5 cm x 9 mm 2,011. Interruptor 1 Metal 6A125VAC – 3A250VAC 0,612. Comutador 1 Metal 4 ligações 1,013. Condutores de corrente 12 Fio de cobre (4 cores, LEDs) 15 cm x 1mm (cada) 1,014. Fonte de corrente 1 Pilha alcalina 9V. 6LR61.522.6Am6 1,515. Tubo de medida 1 Vidro (Tubo de ensaio) 9 mL a)

30,736,56

Preço Total Preço Total + IVA

Tabela 18: Dimensões/características e custo dos componentes do colorímetro. a) Anexo A ponto F.b.


72

Dimensões e/ou Características Custos (comprimento x largura x espessura/diâmetro) €

1. Recipiente 1 Tubo de ensaio 12,8 cm x 13 mm a)2. Fio de contacto 1 Arame de cobre (cabo de TV) 22,5 cm x 1,1 mm 0,173. Solução 100 mL Sulfato de cobre (0,10 M) a)4. Ponte salina Algodão embebido em solução

saturado de NaNO3a)

5. Tampa 1 Rolha de borracha 0,8 cm x 11,4 mm 0,250,42

1. Eléctrodo 1 Lâmina de zinco (pilha seca) 0,25 mm a)2. Eléctrodo 1 Hastes de antimónio 4,3 cm x 5,2 mm a)3. Eléctrodo 1 Lâmina de chumbo 1,55 cm x 0,55cm x 0,30mm a)4. Eléctrodo 1 Lâmina de prata 0,05 mm a)5. Eléctrodo 1 Hastes de grafite (pilha seca) 2,5 cm x 4,0 mm a)6. Condutor de corrente 5 Fio de cobre 40 cm x 1,2 mm 1,007. Tubo 5 Vidro 14,4 cm x 7 mm a)

1,001,421,69

Preço Total (V.1.1 + V.1.2.)

V – ELÉCTRODOS


Preço Total (V.1.1 + V.1.2.)+ IVA

V.1.1 – Referência

V.1.2. – Zinco, Antimóno, Chumbo, Prata e GrafitePreço Total (IV.a)

Preço Total (V.1.2.)

Tabela 19: Dimensões/características e custo dos componentes dos eléctrodos. a) Anexo A ponto F.b.


73

Dimensões e/ou Características Custos (comprimento/altura x largura x espessura/diâmetro) €

1. Tubo 1 Vidro 15 cm x 8 mm a)2. Condutor de corrente 2 Fio de cobre 55 cm x 1,0 mm 0,403. Eléctrodo 2 Hastes de grafite (pilha seca) 4,7 cm x 4,0 mm a)4. Recipiente 1 Plástico (garrafa, 300 mL) 3,6 cm a)5. Recipiente 1 Plástico (garrafa, 1500 mL) 8 cm a)6. Base 1 Chapa de Zinco (pilha seca) 2 cm x 1,5 cm a)7. 30g Cimento cola branco 0,508. 5g Silicone 0,50

1,401,67

Preço Total Preço Total + IVA

VI – CÉLULA ELECTROLÍTICA


Tabela 20: Dimensões/características e custo dos componentes da célula electrolítica. a) Anexo A ponto F.b.


74

Dimensões e/ou Características Custos (comprimento x largura x espessura/diâmetro) €

1. Tubo 1 Cerâmico 20,5 cm x 0,57 mm 1,002. Condutor de corrente 2 Fio de cobre 50 cm x 1mm 0,403. Sensor 1 Arame (liga metálica Cr-Ni) 50 cm x 0,3 mm 0,504. Sensor 1 Arame (liga metálica Ni-Al) 50 cm x 0,3 mm 0,505. Banana macho N 2 Borracha 2,3 cm x 3,4 mm 0,50

2,90

1. Tubo 2 Vidro 15 cm x 7 mm a)2. Condutor de corrente 4 Fio de cobre 95 cm x 1,0 mm 0,803. Sensor 2 Termistor NTC NTC 220 Ω; NTC 100 Ω 1,224. Banana macho N 4 Borracha 2,3 cm x 3,4 mm 1,00

3,025,927,04

VII – SENSORES DE TEMPERATURA


VII.1.2. – Termómetros electrónicos (Termistores)

Preço Total (VII.1.2.) Preço Total (VII.1.1. + VII.1.2.)

VII.1.1. – Termómetro electrónico (Termopar tipo K)

Preço Total (VII.1.1.)

Preço Total + IVA

Tabela 21: Dimensões/características e custo dos componentes dos sensores. a) Anexo A ponto F.b.


75

ANEXO B

FOTOGRAFIAS DOS SISTEMAS MONTADOS COM OS EQUIPAMENTOS CONSTRUÍDOS PARA ALGUNS ENSAIOS REALIZADOS.

Figura 29: Montagem para realização dos ensaios de codutimetria.

2

4

5

1

8

6

7

3

3

1- Gobelet ; 2- Caixa do condutímetro 3- Suporte universal 4- Célula de medida 5- Bureta de 25mL 6- Soluções de NaOH e HCl 7- Multímetro 8- Agitador magnético com placa de agitação.


76

Figura 30: Sistema para realização de medidas colorimétricas.

1- Tubo PVC; 2- LEDs sinalizadores 3- Fonte de corrente 4- Cabos de conexão 5- Interruptor 6- Soluções ião Fe2+ / o-fenantrolina 7- Multímetro

1

7

2

3

4

5 6


77

Figura 31: Sistema para demonstração da Equação de Nernst.

1- Eléctrodo de referência 2- Eléctrodo de grafite 3- Gobelet 4- Agitador magnético com placa de agitação 5- Soluções de iões Fe2+ / Fe3+ 6- Suporte universal 7- Multímetro 8- Cabos de conexão

1 2

3

4

5

7

6

8


78

Figura 32: Sistema para a titulação redox.

1- Eléctrodo de referência 2- Eléctrodo de grafite 3- Gobelet com a mistura das soluções reagentes 4- Bureta contendo a solução titulante 5- Agitador magnético com placa de agitação 6- Multímetro

2

1 4

3

5

6

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DISSERTA..O C.PIA FINAL - … · iv ABSTRACT The lock of Money for teaching and research in the last years is reality, and schools have a lot of difficulties to teach with scientific