Introduo

1.0 OBJETIVOS

Observar atravs de procedimentos experimentais que algumas substncias so formadas por molculas polares e apolares; Verificar a solubilidade de alguns compostos, constatar que a natureza inica, polar ou apolar, de uma substncia influi na sua solubilidade em determinados solventes. Relacionar solubilidade com as interaes intermoleculares. Analisar a condutividade das substncias e a intensidade com que conduzem eletricidade

2.0 INTRODUO TERICA

Ao de um campo eltrico:Os corpos eletrizados atraem e repelem outros corpos mesmo sem toc-los. Os ms tambm conseguem puxar objetos sem tocar neles. Newton criou a Teoria da Gravitao Universal para estudar a fora gravitacional. Ele descreveu a fora gravitacional como uma fora distncia. Outro cientista, Coulomb, descobriu a lei que descreve a fora entre cargas eltricas. De acordo com essa teoria, a fora eltrica tambm descrita como uma fora distncia. Um fsico chamado Faraday apresentou outro modelo para explicar essas foras. Imaginou que as cargas eltricas e os ms deviam criar, na sua vizinhana, uma espcie de campo, invisvel, inodoro e imperceptvel ao seu tato. A repulso ou a trao de outras cargas iriam depender da natureza desse campo eltrico, sabendo que cargas de sinais opostos se atraem e mesmo sinal se repelem.

Polaridade das molculas: Eletronegatividade a medida da tendncia mostrada por um tomo ligado em atrair os eltrons de valncia. A eletronegatividade varia periodicamente com o nmero atmico devido a uma variao da carga nuclear efetiva e do raio atmico. A polaridade de ligao depende da diferena entre as eletronegatividades dos tomos ligados. Se dois tomos possuem a mesma eletronegatividade (porque so tomos do mesmo elemento), uma ligao covalente entre eles no-polar, porque a distribuio da nuvem eletrnica do par compartilhado simtrica entre os tomos ligados. Numa ligao entre tomos que possuem eletronegatividades diferentes, as diferentes foras de atrao pelos pares compartilhados levam a um compartilhamento desigual. Assim, a nuvem de carga do par compartilhado atrada para mais prximo do tomo mais eletronegativo, resultando numa ligao covalente polar. Quando as eletronegatividades dos tomos que se ligam so muito diferentes, no h compartilhamento de eltrons e a ligao inica. O conceito de polaridade til para descrever molculas inteiras que exibem uma separao parcial de cargas. Uma molcula no-polar aquela em que a posio mdia de todas as cargas positivas da molcula, chamada de centro das cargas positivas, coincide com a posio mdia de todas as cargas negativas, o centro de cargas negativas. Numa molcula polar, existe uma separao de cargas, ou seja, os dois centros no coincidem. Molculas polares so conhecidas como dipolo. No laboratrio, a polaridade de molculas pode ser medida observando seu comportamento num campo eltrico. Quando molculas polares so colocadas entre um par de cargas carregadas opostamente, elas tendem a se alinhar com o campo eltrico. Este alinhamento de molculas polares pode ser medido eletricamente e usado para calcular o momento dipolar da molcula. Esta uma medida quantitativa da polaridade da molcula e definida como o produto da grandeza de um dos centros de carga pela distncia entre os centros. Momentos dipolares foram tradicionalmente expressos em debyes (D). Os momentos dipolares de algumas molculas so apresentados na Tabela 1.0 em anexo.

- Considerando a molcula da gua: Ela triatmica, porm, diferentemente da molcula de CO2 polar devido a sua forma angular. (O tomo de oxignio possui um nmero estrico igual a 4, e existem dois pares de eltrons compartilhados e dois pares solitrios.) A molcula de H2O no linear e, portanto, os dipolos individuais no se cancelam, como ocorre no CO2. Em vez disso, cada dipolo contribui para um acmulo de cargas negativas no tomo de oxignio, que no est localizado no centro geomtrico da molcula.O tomo de oxignio o terminal negativo do dipolo molecular e os tomos de hidrognio so o terminal positivo. Os centros de cargas positiva e negativa esto em localizaes diferentes, porm ambos esto na linha bissetriz do ngulo HOH; o centro negativo est mais prximo do tomo de O do que o positivo.A combinao de eletronegatividades diferentes e geometria no-linear resulta em uma molcula de H2O polar com a estrutura de Lewis exemplificada abaixo:

-Outras molculas: Outro exemplo do efeito da geometria molecular sobre a polaridade encontrado em duas molculas tetratmicas: amnia, NH3 e trifluoreto de boro, BF3. Em cada uma destas molculas existem trs ligaes entre o tomo central e os tomos perifricos. Na molcula NH3 o nmero histrico do tomo de N 4 e, como h apenas um par solitrio, a molcula uma pirmide trigonal. O nmero histrico do tomo B no BF3 3 e, como no h pares solitrios, a molcula trigonal planar. Todas as ligaes em cada molcula so polares. Na molcula piramidal NH3, os dipolos no se cancelam e o acmulo de carga eltrica sobre o tomo N mais eletronegativo torna esta extremidade do dipolo negativa. Os tomos de hidrognio constituem extremidade positiva. No caso da molcula de BF3, apesar do acmulo de carga negativa nos tomos F mais eletronegativos, os dipolos se cancelam por ser uma molcula planar e simtrica tornando o trifluoreto de boro uma molcula apolar.Em princpio no deveriam existir foras de atrao eltrica entre as molculas apolares. Entretanto, devido intensa movimentao dos eltrons, pode ocorrer, em certo instante, uma distribuio desigual dos eltrons, provocando a polarizao momentnea da molcula. Como conseqncia, essa molcula ir polarizar uma molcula vizinha e esta ir polarizar outra. As foras eltricas que surgem entre as molculas polarizadas acabam deformando-as e transformando-as em dipolos induzidos, que so temporrios e muito fracos.Muitas propriedades fsicas das substncias podem ser explicadas a partir da polaridade de suas molculas. Uma delas a solubilidade: similar dissolve similar ( semelhante dissolve semelhante). Observe:

Substncia polar tende a dissolver substncia polar. Substncia apolar tende a dissolver substncia apolar. Substncia polar no tende a dissolver substncia apolar e vice-versa

MISCIBILIDADE E IMISCIBILIDADE

Miscibilidade caracteriza a capacidade que uma substncia lquida tem de se misturar, formando um sistema homogneo, ou se dissolver em outro lquido. Neste caso, geralmente considera-se a miscibilidade como uma propriedade mtua entre os dois lquidos do sistema.A solubilidade entre lquidos chamada de miscibilidade. Lquidos que se misturam entre si so chamados de miscveis. Geralmente, lquidos miscveis tm estruturas moleculares semelhantes, Os lquidos imiscveis se dispem em camadas de acordo com sua densidade, As substncias de menor densidade se dispem em camadas sobre as substncias mais densas.A solubilidade dos compostos pode ser definida ao analisar as suas estruturas moleculares, ou melhor, o tipo de interao que h entre soluto e solvente.A regra bsica da solubilidade : Semelhante dissolve (ou se interage com) semelhante. Ou Substncia polar dissolve substncia polar e vice-versa.

CONDUTIVIDADE

Num recipiente com gua, Svante August Arrhenius (1895 1927) introduziu dois eletrodos (dois fios de cobre, por exemplo) ligados aos terminais de um gerador de corrente contnua e intercalou no circuito uma lmpada de prova.Verificou que inicialmente a lmpada permanecia pagada. Porm com a adio de diversas substncias separadamente, observou que o comportamento da lmpada, por vezes, era alterado. Por exemplo, quando se adicionava sal de cozinha ou cloreto de hidrognio, a lmpada acendia; j a adio de acar a deixava apagada.Para que a lmpada acenda, a soluo deve conduzir corrente eltrica. Portanto, devem existir ons em soluo: os ctions dirigem-se para o plo negativo e os nions, para o positivo. Quando isso ocorre, fecha-se o circuito, permitindo o fluxo eltrico.Solues que no permitem que a lmpada acenda no conduzem corrente eltrica, no possuem ons em soluo: o circuito eltrico permanece aberto.

Solues inicas conduzem corrente eltrica; solues no-inicas no conduzem corrente eltrica.3.0 PARTE EXPERIMENTAL

4.0 RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Ao de um campo eltrico:

Molculas polares, ou dipolo, podem ser diferenciadas experimentalmente de molculas no polares por seu comportamento num campo eltrico. Quando molculas polares so colocadas entre um par de placas eletricamente carregadas elas tendem a girar e se alinhar com o campo. A parte negativa de cada dipolo tende a apontar para o lado da carga carregada positivamente e o lado positivo em direo a placa carregada negativamente. Sabendo que as molculas apolares no sofrem desvios por ao de um campo eltrico, enquanto que as molculas polares so desviadas pela ao de um campo eltrico. A polaridade de uma molcula expressa quantitativamente por seu momento dipolar, que o produto da grandeza da carga pela distncia entre as duas cargas opostas. Foi observado a ao de um campo eltrico, com fios de gua, lcool etlico e n-heptano. Nesse experimento um lpis foi eletrizado, pelo atrito com tecido, antes do atrito o lpis possua mesma quantidade de cargas negativas e positivas, neutro, aps atritar o lpis com o tecido, neutro, este cede eltrons para o lpis que fica carregado negativamente. GUA Ao aproximar o lpis eletrizado ao fio de gua no foi observado nenhum desvio, porm esse resultado est errado. A gua uma molcula polar, o oxignio apresenta dois eltrons no ligantes estes proporcionam uma deflexo na molcula que a torna angular, assim os centros de carga positiva e negativa no se cancelam, o tomo de oxignio a parte negativa do dipolo e os tomos de hidrognio as partes positivas. A ligao intermolecular da gua atravs das Pontes de Hidrognio. Esse resultado errado pode ser explicado por erros sistemticos: operacionais, instrumentais e de mtodo. A purificao da gua para uso no laboratrio, que deve seguir os padres estabelecidos para se obter os resultados corretos. O BS 3978(1987) (ISSO 3696-1987) reconhece 3 nveis de qualidade, o nvel necessrio para o procedimento realizado o Nvel 3 adequado para uso nos procedimentos analticos comuns, preparada por destilao de gua da torneira, por deionizao ou por osmose reversa. A gua de alta pureza produzida no laboratrio, se deionizada tem condutncia de cerca de 0,5. 10 / e adequada para tcnicas analticas. Observa-se, porm que ela se contamina facilmente nos frascos e por exposio ao ar. O erro pode ter acontecido devido a contaminao da gua ao entrar em contato com a superfcie da bureta, no caso da mesma no ter sido lavada corretamente, nem ambientalizada. Repetimos o procedimento, tomando todas as medidas para evitar o erros sistemticos operacionais, e observamos o desvio da gua pois o lpis carregado negativamente interage, desvia, com substncias polares.

LCOOL ETLICO E N-HEPTANO O etanol (lcool etlico), CH3CH2OH, um lquido incolor, inflamvel, com um odor caracterstico. um lcool - um grupo de compostos qumicos cujas molculas contm um grupo hidroxila, -OH, ligado a um carbono.

Pela estrutura pode-se observar que a molcula de etanol possui uma parte polar, sendo chamada de bipolar.Assim ao aproximar o lpis eletrizado no foi observado nenhum desvio, j que a maior parte da molcula de etanol apolar.

O n-heptano uma molcula apolar, porque a distribuio da nuvem eletrnica do par compartilhado simtrica entre os tomos ligados, ao aproximar o lpis carregado negativamente no ocorre nenhum desvio, devido a natureza do n-heptano que apolar. As ligaes dos compostos orgnicos - Entre tomos de Carbono ou entre tomos de Carbono e Hidrognio so geralmente apolares ou pouco polares.

4.2 LIQUIDOS MISCVEIS E IMISCVEIS

A solubilidade depende da natureza do soluto, do solvente e da temperatura.Para prever a solubilidade dos compostos necessrio analisar as suas estruturas moleculares,separadamente, prevendo o tipo de interao que haver entre soluto e solvente.A regra bsica da solubilidade : Semelhante dissolve (ou se interage com) semelhante. Ou substncia polar miscvel em substncia polar e vice-versa.Uma molcula polar se houver diferena de eletronegatividade e quanto maior for essa diferena, mais polar ser a molcula. Eletronegatividade a medida da tendncia mostrada por um tomo ligado em atrair os eltrons de valncia. A eletronegatividade varia periodicamente com o nmero atmico devido a uma variao da carga nuclear efetiva e do raio atmico. A atrao entre plos opostos dessas molculas polares explica o comportamento das mesmas quanto miscibilidade. Outro modo de descrever uma ligao polar dizer que a ligao tem um momento de dipolo. Esse momento pode ser visto como um vetor de atrao de eltrons em funo da diferena de eletronegatividade. J uma molcula apolar aquela em que a diferena de eletronegatividade nula, ou os vetores de atrao se anulam. Uma interao qumica significa que as molculas se atraem ou se repelem, entre si, sem que ocorra a quebra ou a formao de novas ligaes qumicas. Estas interaes so chamadas de interaes intermoleculares, foi a interao que observamos, sabendo que molculas de polaridade semelhante se atraem e de polaridade diferente se repelem.

Neste experimento foi observado a miscibilidade das substncias listadas abaixo: GUA + ETANOL IMISCIVIS NA PRTICAQuando a gua, polar, interage com o etanol, que parte polar, a interao entre as duas substncias fraca, assim observou-se a formao de uma soluo bifsica incolor, imiscvel. Quando teoricamente deveria ser observada uma interao entre as substncias, j que o etanol apresenta o grupo hidroxila (OH), polar e capaz de interagir com a gua por Pontes de Hidrognio.

Interaes intermoleculares existentes entre as molculas de gua e etanol, mostrando as ligaes por pontes de hidrognio, que fazem com que estas substncias sejam miscveis.Como a densidade lcool etlico de 0,789g/cm e da gua 0,997g/cm, o etanol ficou na parte superior da soluo.

GUA+ N-HEPTANO IMISCVEISO n-heptano imiscvel em gua porque apolar, j que apresenta uma maior cadeia carbnica, o que diminui a polaridade do composto. Estas substncias so insolveis devido a incapacidade de substancias com diferentes polaridades interagirem entre as molculas.

ETANOL + N-HEPTANO PARTE MISCVELQuando um composto apolar, n-heptano, interage com outro que tem maior parte apolar, etanol, o contato de uma molcula com a outra faz com que aparea uma fora atrativa fraca, so parcialmente miscveis. Uma molcula perturba a densidade eletrnica da outra, fazendo aparecer dipolos momentneos que se orientam e originas a interao de atrao.

H um diagrama de fases (em anexo) que representa a miscibilidade entre lquidos, que apresentam um comportamento bastante particular, devido solubilidade mtua entre as duas substncias.Esse experimento justifica que deve se levar em conta a polaridade do solvente, porque, de maneira geral, quanto mais polar for o soluto, mais polar deve ser o solvente. Isso muito importante em processos de extrao. Logo a polaridade das espcies uma importante propriedade que deve ser levada em conta na escolha de um solvente, de forma que a interao entre as espcies supere as interaes existentes entre suas prprias molculas.

4.3 SOLUBILIDADE X POLARIDADE

Quando foram adicionadas as gotas de leo ao tudo de ensaio contendo gua observou-se que a mistura heterognea. O leo portando no miscvel em gua, isso de deve ao fato que o leo uma substncia apolar e a gua polar, e a solubilidade (miscibilidade) muito influenciada pela polaridade das substncias. A molcula da gua triatmica e polar devido sua forma angular, porque os dipolos da sua molcula no se cancelam. J a estrutura do leo, que um cido graxo, apresenta uma distribuio emparelhada das cargas eltricas. A miscibilidade dessas substncias esta associada as interaes moleculares, e as foras intermoleculares da gua so distintas das do leo e portanto no so miscveis. Na mistura de gua com NaCl observou-se que o NaCl solvel em gua. A gua neste caso um bom solvente para o NaCl porque este polar e inico, como a gua, a interao soluto-solvente so fortes e fornecem energia suficiente para superar as interaes dipolo-dipolo do NaCl. NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) Ao ser dissolvido na gua ocorre a dissociao do NaCl, e seus ons so envolvidos por molculas de gua ao deixarem o retculo cristalino e posteriormente so dispersos pela soluo. A quantidade de NaCl que foi colocada durante o experimento foi pouca, portanto todo o soluto foi dissolvido, mas existe um grau de solubilidade de cada soluto em cada solvente que regula a quantidade de soluto que possvel dissolver em certa quantidade de solvente.Na mistura de iodo com a gua observado que ele no solvel na gua e causa uma colorao amarelada ao seu redor. O iodo apolar e um slido molecular, seu retculo cristalino formado por molculas onde dentro de cada uma os tomos se mantm unidos por ligaes covalentes. As interaes formadas de soluto-solvente nessa mistura so fracas e no liberam energia suficiente para compensar a energia necessitada para romper os dipolos da gua, porque essas ligaes dipolo-dipolo da gua so muito fortes. Quando se mistura lcool e leo possvel observar que o leo no totalmente miscvel no lcool. O lcool apresenta um carter bipolar, pode apresentar carter polar devido a existncia da hidroxila no extremo da sua cadeia e, portanto consegue dissolver uma pequena poro do leo adicionado, j que o leo uma substncia apolar. Esse fato devido ao mesmo conceito explicado nas dissolues com a gua.Na mistura de lcool com NaCl, observa-se que neste caso o carter apolar do lcool prevalece porque o NaCl no dissolvido. O retculo cristalino do NaCl apresenta uma organizao dos ons onde os ons do Cl- se encontram nos vrtices do cubo, como o NaCl um slido inico suas ligaes so fortes e portanto difceis de serem distorcidas. Como a polaridade do lcool fraca, suas foras dipolo-dipolo no so fortes suficientes para retirar os ons Na+ e Cl- do retculo cristalino e por isso no se dissolve.Ao adicionar iodo no lcool ele dissolvido. A dissoluo dessas duas substncias apolares devido as foras de London. O movimento constante dos eltrons permite que em algum momento a distribuio desses eltrons pela molcula no seja simtrica e que se formem pequenos dipolos momentneos que podem induzir a formao de dipolos na molcula vizinha, resultando na atrao desses dois dipolos.Quando se mistura o n-heptano e o leo observa-se somente uma fase, ou seja, o leo miscvel no n-heptano. O n-heptano um hidrocarboneto apolar e o leo tambm apolar, portanto ele pode ser dissolvido ao ser misturado com n-heptano. Esse resultado deve-se s foras de London entre os dipolos instantneos das molculas apolares. Ao adicionar NaCl ao n-heptano observado que ele no solvel. A caracterstica polar do NaCl impede que o n-heptano consiga romper o retculo cristalino do NaCl, pois as ligaes entre seus ons Na+ e Cl- so bastante fortes e como n-heptano apolar as foras de atrao entre esses dois no forte o suficiente. Ao misturar o iodo no n-heptano observado que ele dissolvvel. Como no experimento do leo com o n-heptano, ambos so apolares e o processo de dissolver o iodo no n-heptano possvel por causa dos dipolos momentneos, onde ambos so polarizados por um instante e nesse momento possvel a atrao entre as molculas, permitindo o rompimento do retculo cristalino do iodo, e dispersando-o na soluo.

6.0 ANEXOS

Tabela 1.0 - Momentos dipolares de algumas molculas expressos em debyes (D).

Diagrama de fases para lquidos parcialmente miscveis, demonstrando o nmero de fases e a miscibilidade do sistema em funo da temperatura e da composio.

QUESTIONRIO:

a) Sabendo que as molculas apolares no sofrem desvios por ao de um campo eltrico, enquanto que as molculas polares so desviadas pela ao de um campo eltrico, que concluses a respeito da polaridade da gua, do etanol e do n-heptano podem ser tiradas a partir do experimento 3.1 ?

A gua polar, o etanol bipolar (apolar, mas como tem o grupo hidroxila apresenta parte polar), n-heptano apolar.

b) Escreva e analise as frmulas estruturais das molculas de gua, etanol e n-heptano. Discuta e Justifique os resultados observados no experimento 3.2?

A miscibilidade acontece entre espcies semelhantes, portanto no experimento 3.2 deveria ser observado a miscibilidade da gua com etanol, j que o etanol apresenta na sua estrutura parte polar, devido a existncia de pares no ligantes do oxignio. A gua e o n-heptano so imiscveis pois o mesmo apolar. E o n-heptano e etanol, so parcialmente miscveis pois a parte apolar do etanol interage com o n-heptano.

7.0 REFERNCIAS

- http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/exemplar16.html (acessado em 27/04/2011) -http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/04/interac.pdf (acessado em 27/04/2011)- J.B. Russel; Qumica Geral; McGrawHill; So Paulo, 1981, p 343. -J. Mendham, R.C. Denney, J.D. Barnes, M.J.K. Thomas; Vogel. Anlise Qumica Quantitativa; LTC, 6 edio.