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Fase Final 08/06/2002 - Instituto de Química – USP – São Paulo Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz.

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1 Fase Final 08/06/ Instituto de Química – USP – São Paulo Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz

2 Olimpíada da Química do Estado de São Paulo FASE FINAL Composição das Comissões: 1 - Organizadora; 2 - Julgadoras das Redações; 3 - Realização dos Experimentos da Fase Final; 4 - Julgadora dos Exames. Professores Doutores do IQ-USP: Ivano G. R. Gutz 1,2,4 (coordenador estadual da OBQ), Omar A. El Seoud 1,2,3 (presidente da ABQ-SP), Elisabeth de Oliveira 1,2,4 e Maria Eunice M. Ribeiro 1,2,4, Viktória Lakatos Osório 3,4, Wanda de Oliveira 2,3,4, Bayardo Baptista Torres 2,4, Mauro Bertotti 2,4, Pedro V. Oliveira 2,4, Peter Tiedeman 2,4, Encarnacion Vasquez Suárez Iha 4, Fabio R. P. Rocha 4, Lucio Angnes 1, Mônica I. El Seoud 4, Paulo Celso Isolani 2, Silvia H. P. Serrano 2, Silvia Maria L. Agostinho 2 ; do DQ-Mackenzie: Márcia Gueckezian 1,2,4 e Jairo Pedrotti 1,2,4 e Ivanise Gaubeur 2 ; do IQ-UNESP: Assis Vicente Benedetti 2, João Olimpio Tognolli 2 e Massao Ionashiro 2 ; do IQSC-USP: Elisabete Frollini 2 e Ernesto R. González 2 ; do DQ- Univ. Anhembi-Morumbi: Patrícia Dantoni 1,2,4 ; do IPEN-CNEM: Maria Inês C. Cantagallo 1,2,4, Noemia M. Pereira de Moraes 2 ; do IQ-UNICAMP: Lauro Kubota 2 e Marco Aurélio Zezzi Arruda 2 ; do DQ-UNESP, Guaratinguetá: Marcio Augelli 2 ; do IAG-USP: Adalgiza Fornaro 2,4 ; do DQ-USP, Ribeirão Preto: José Fernando de Andrade 2 ; do DQ-UFSCAR: Orlando Fatibello 2 ; do ITA-CTA: Koshun Iha 2 ; da CETESB: José Eduardo Bevilaqua 2 ; do IQ-UEMaringa: Gentil J. Vidotti 2 ; da EFO-Alfenas-MG: Lúcia H. Ávila Terra 2. Promoção: Associação Brasileira de Química – Regional São Paulo Apoio: Instituto de Química - USP, FUVEST, Editora Moderna Patrocínio: Conselho Regional de Química – 4ª Região Abiclor, Oxiteno, Ipiranga Química, Univ. Anhembi Morumbi

3 Olimpíada da Química do Estado de São Paulo FASE FINAL Esta publicação contém um resumo ilustrado dos experimentos demonstrados aos cerca de 130 estudantes que compareceram à Fase Final da OQ SP-2002 e que, em seguida, tiveram 90 minutos para fazer o exame. O material foi dividido em: Introdução, Parte I, Parte II e Parte III. Cada parte contém um experimento que pode ser realizado e interpretado separadamente. Os professores (e a monitora) que prepararam e demonstraram cada parte são indicados no início. Uma seleção de respostas dadas pelos estudantes às perguntas encontra-se na AllChemy (arquivos em MS Word), juntamente com o regulamento e os resultados da OQ-SP ao longo dos anos. Acredita-se que o material poderá ser útil aos professores em sala de aula ou para reproduzir/adaptar os experimentos em laboratório. Aos alunos que consultarem este material buscando orientação sobre a Fase Final da OQ-SP, assinalamos que, mesmo que em 2002 tenha havido relação entre as questões do exame o tema da Olimpíada (Água – purificação química e uso racional), isso nem sempre ocorre, ou seja, o exame pode conter questões sobre qualquer parte do programa de química do ensino médio.

4 Etapas de Purificação de água em uma Estação de Tratamento de Água (ETA) Introdução Geral

5 Etapa de adição dos reagentes

6 Etapa de decantação

7 Etapa de Filtração

8 Purificação de Água – Parte I Tratamento com sulfato de alumínio Viktória/Wanda/Alessandra Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP Fase Final 08/06/ Instituto de Química – USP – São Paulo Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz

9 Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio Informações Viktória/Wanda/Alessandra Dispersões coloidais espalham a luz (efeito Tyndall). Hidróxido de alumínio é pouco solúvel e precipita sob a forma de sólido gelatinoso.

10 a)Coloque em um béquer de 1 L, cerca de 500mL de água de represa e reserve para comparação. Viktória/Wanda/Alessandra bancada retroprojetor

11 b)Em outro béquer de 1 L contendo cerca de 500mL de água de represa, adicione cerca de 1,0ml de solução saturada de sulfato de alumínio e agite. Viktória/Wanda/Alessandra Al 2 (SO 4 ) 2 solução saturada retroprojetor Etapa de adição dos reagentes

12 c)A seguir, acrescente aos poucos 30 a 50mL de solução saturada de hidróxido de cálcio e agite. Agite brandamente. Ca(OH) 2 solução saturada retroprojetor Etapa de adição dos reagentes Viktória/Wanda/Alessandra

13 d)Deixe em repouso e observe. retroprojetor Viktória/Wanda/Alessandra Etapa de decantação 15 min 5,0 min 3,5 min2,0 min

14 e)Filtre cerca de 100mL de água de represa e observe. Viktória/Wanda/Alessandra bancada

15 f)Filtre um pouco do líquido do béquer onde ocorreu o tratamento da água de represa e observe. Viktória/Wanda/Alessandra bancada Etapa de Filtração

16 g)Compare os recipientes contendo a água de represa filtrada e a água de represa tratada e filtrada. Viktória/Wanda/Alessandra retroprojetor

17 Viktória/Wanda/Alessandra Purificação de Água - Tratamento com sulfato de alumínio 1- Apresente suas observações sobre: a) Aspecto visual da água de represa b) Aspecto visual da água de represa apenas filtrada c) Aspecto visual da água tratada 2- Que produto se forma quando são misturados sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio? Escreva a equação da reação. 3- Comparando os dois filtrados obtidos (sem e com tratamento), proponha uma explicação para os fatos observados.

18 Purificação de Água – Parte II Tratamento com resinas trocadoras de íons Viktória/Wanda/Alessandra Fase Final 08/06/ Instituto de Química – USP – São Paulo Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelas Profas. Dras. Viktória Lakatos Osório e Wanda de Oliveira auxiliadas pela monitora Alessandra, todas do IQ-USP

19 Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Informações O papel indicador universal é constituído de uma mistura de corantes de permitem avaliar o pH no intervalo de 1 a 10, através da variação de cor Viktória/Wanda/Alessandra

20 Informações A presença de íons numa solução pode ser verificada pela passagem de corrente elétrica num circuito em série com 2 eletrodos e as lâmpadas. O líquido que atravessou uma coluna de resina é chamado de líquido eluído. Viktória/Wanda/Alessandra

21 Resina trocadora de íons Viktória/Wanda/Alessandra São materiais sólidos Porosos Insolúveis Forma de pérolas ou bastonetes Tem a propriedade de trocar íons São constituídas por um esqueleto ou matriz orgânica ou inorgânica em que se encontram fixos grupos carregados (positivos ou negativos) e para manter a neutralidade devem conter íons móveis ou deslocáveis, de carga oposta

22 Investigação sobre as resinas A e B a)Observe as soluções de K 2 SO 4, CuSO 4 e K 2 Cr 2 O 7 Viktória/Wanda/Alessandra compare

23 Investigação sobre as resinas A e B b)Observe o que ocorre quando se mistura igual volume de soluções de CuSO 4 e K 2 Cr 2 O 7. Viktória/Wanda/Alessandra Reação ou mistura? + =

24 Viktória/Wanda/Alessandra c)Observe o que ocorre quando se coloca um tubo de ensaio contendo um pouco de solução de CuSO 4 em um béquer contendo solução de K 2 Cr 2 O 7. Investigação sobre as resinas A e B Reação ou mistura?

25 Investigação sobre as resinas A e B d)Passe a solução obtida no item b) pela coluna de resina A. Viktória/Wanda/Alessandra

26 e)Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina A. Investigação sobre as resinas A e B Viktória/Wanda/Alessandra pH = - log[H + ]

27 Investigação sobre as resinas A e B f)Passe o líquido eluído da resina A pela coluna de resina B. Viktória/Wanda/Alessandra

28 g)Verifique com papel indicador universal o pH e a cor do líquido eluído da coluna de resina B. Investigação sobre as resinas A e B pH = - log[H + ] Viktória/Wanda/Alessandra

29 Recuperação da Resina A h)Passe uma solução 4,0 mol/L de H 2 SO 4 pela coluna da resina A e observe o líquido eluído. Viktória/Wanda/Alessandra

30 Recuperação da Resina B i)Passe uma solução 4,0 mol/L de NaOH pela coluna de resina B e observe o líquido eluído. Viktória/Wanda/Alessandra

31 Purificação de água a) Verifique com o papel indicador universal o pH da água a ser purificada. Viktória/Wanda/Alessandra pH = - log[H + ]

32 Purificação de água b)Verifique a condutividade da água a ser purificada. Viktória/Wanda/Alessandra

33 Purificação de água c)Passe pela coluna de resina A, cerca de 20mL (medidos com auxílio de uma proveta) da água a se purificada. Viktória/Wanda/Alessandra d)Recolha o líquido eluído em um béquer de 150mL limpo

34 Purificação de água e)Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina A. Viktória/Wanda/Alessandra pH = - log[H + ]

35 Purificação de água Viktória/Wanda/Alessandra f)Verifique a condutividade do líquido eluído da resina A.

36 Viktória/Wanda/Alessandra Purificação de água g)Passe o líquido eluído da coluna de resina A pela coluna de resina B.

37 Viktória/Wanda/Alessandra Purificação de água Viktória/Wanda/Alessandra h)Verifique o pH do líquido eluído da coluna de resina B. pH = - log[H + ]

38 Purificação de água Viktória/Wanda/Alessandra i)Verifique a condutividade desse líquido eluído da resina B.

39 Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Interpretação da investigação das resinas A e B Íon responsável pela cor azul Íon responsável pela cor alaranjada Íons presentes na solução verde Íons presentes no líquido eluído da coluna de resina A Provável composição do líquido eluído da coluna de resina B Na etapa (h) ao passar H 2 SO 4 (4,0mol/L) pela resina A obtém-se Na etapa (i) ao passar NaOH (4,0mol/L) pela resina B obtém-se Viktória/Wanda/Alessandra

40 Purificação de Água - Tratamento com resinas trocadoras de íons Interpretação do Experimento de Purificação de Água 1- Descreva suas observações sobre a água impura, o líquido eluído da resina A e o líquido eluído da resina B quanto a passagem da corrente elétrica. Viktória/Wanda/Alessandra 2- Explique os valores de pH obtidos na água impura, no líquido eluído da resina A e no líquido eluído da resina B. 3- Que espécies podem ser removidas pelo tratamento com as resinas A e B? 4- Após a purificação de muita água, como ficam as resinas? Como elas podem ser recuperadas para purificar mais água?

41 Fase Final - Parte III Relação entre Dureza da Água e Detergência Fase Final 08/06/ Instituto de Química – USP – São Paulo Coordenação: Prof. Dr. Ivano G. R. Gutz Experimento preparado e demonstrado na OQ-SP-2002 pelo Dr. Omar El Seoud, Prof. Titular do IQ-USP

42 Relação entre Dureza da Água e Detergência Informações O sabão em barra empregado é um sal de ácidos graxos. A fórmula (média) de sabão de coco é C 11 H 23 CO 2 Na. Detergentes de lavar louça e roupa são principalmente a base de derivados de petróleo, e se comportam, em alguns aspectos, de maneira diferente do que sabão em barra.

43 Informações A água do mar tem sais inorgânicos, principalmente de sódio, cálcio, e magnésio. Água dura tem os mesmos sais, embora em menor quantidade. CH 2 CO 2 Na CH 2 N CH 2 CO 2 Na CH 2 N CH 2 CO 2 Na A fórmula de EDTA é:

44 O sabão funciona adequadamente em qualquer tipo de água? Experiência 1: Desempenho de sabão de coco em água de torneira e água do mar. +=

45 Experiência 2: Efeito de NaCl sobre o desempenho de sabão.

46 Experiência 3: Reação entre soluções de CaCl 2 e de Na 2 CO 3. Adição de solução (0,02mol/L) de Na 2 CO 3 na solução de CaCl 2 Solução (0,02mol/L) de CaCl 2 Produto da reação

47 Experiência 4: Efeito de adição de EDTA (etilenodiamina- tetraacetato de sódio) sobre a mistura obtida na experiência 3. Adição de EDTA no produto da reação entre CaCl 2 e Na 2 CO 3 Produto da reação entre CaCl 2 e Na 2 CO 3 Solução resultante

48 Experiência 5: Efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão em água do mar. += Adição de sabão na água do mar Adição de EDTA na mistura de sabão e água do mar

49 Relação entre Dureza da Água e Detergência 1- Escrever equação balanceada da reação entre as soluções de CaCl 2 e Na 2 CO Explicar o efeito de EDTA sobre o produto da reação entre soluções de CaCl 2 e Na 2 CO Por que o desempenho de sabão é diferente em solução de NaCl que em água do mar? 4- Explicar o efeito de EDTA sobre o desempenho de sabão em água do mar.

50 5- Em diversos países da Europa a água para uso doméstico é classificada como dura, devido a seu conteúdo relativamente alto de sais. Nestes países, as formulações dos detergentes em pó contém zeólitas. Estes são trocadores de íons, à base de aluminosilicatos de sódio (xNa 2 O.Al 2 O 3.ySiO 2.zH 2 O, onde x, y e z são números). Baseado em todas as experiências mostradas hoje, qual é o papel das zeólitas nestas formulações? Relação entre Dureza da Água e Detergência

51 Fim da apresentação Depois de responder às perguntas, você pode comparar suas respostas, com as publicadas na AllChemy, na página da OQ SP-2002


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