Propriedades físicas e químicas dos alcanos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA I
DOCENTE: Prof. Dr JOÃO SAMMY NERY DE SOUZA
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DOS ALCANOS
Antônia Rita de Sousa Morais- 20239019988
Isabelle Cristine Rodrigues de Oliveira - 20229001498
Kaniel Vitor Caldas Santos- 20229041027
Maria Gabriela Pereira Odorico - 20229005174
Talita Maria Alves Alencar- 20229023430
Teresina-PI
18/11/2024
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO......................................................................................................................4
3. PARTE EXPERIMENTAL.................................................................................................... 7
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL................................................................................... 8
5. RESULTADOS..................................................................................................................... 9
6. DISCUSSÃO......................................................................................................................10
7. CONCLUSÃO.................................................................................................................... 12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................... 13
ANEXO.................................................................................................................................. 14
RESUMO
Este relatório sintetiza a análise das propriedades físicas e químicas dos alcanos,
utilizando gasolina, querosene, vaselina e parafina. Foram observadas características
como odor, viscosidade, volatilidade e inflamabilidade, além de testes de miscibilidade
com água e tetracloreto de carbono. A qual há variação nas propriedades conforme a
cadeia de carbono dos compostos aumenta. Os experimentos também incluíram a
reatividade química com permanganato de potássio e água de bromo sob diferentes
condições de luz, destacando a estabilidade e a baixa reatividade dos alcanos.
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1.INTRODUÇÃO
As propriedades físicas são características, aspectos de uma substância que
pode ser observadas ou medidas sem alterar a composição química como: cor, estado
físico, ponto de fusão, ponto de ebulição ,densidade ,entre outros , já as propriedades
químicas descreve o comportamento de uma substância em uma determinada reação
como: reatividade inflamabilidade, entre outros.
Os hidrocarbonetos são divididos em duas classes principais, alifáticos e
aromáticos. Os hidrocarbonetos alifáticos, incluem três grandes grupos: os alcanos,
alcenos e alcinos, os alcanos são hidrocarbonetos que possuem todas as ligações
simples. Exemplo de três classes de hidrocarbonetos alifáticos são compostos de dois
carbonos etano, etileno e acetileno.(FRANCIS A. CAREY,2011)
Os alcanos geralmente têm fórmula molecular CnH2n+2. Os alcanos não
ramificados pentano até heptano são líquidos e superiores a essa quantidade são
sólidos, à medida que o número de carbono aumenta, o ponto de ebulição também
aumenta, quando sólido são materiais com ponto de fusão baixo, participam de
reações de oxidação-redução como composto que sofre redução da queima no ar é um
exemplo.(FRANCIS A. CAREY,2011)
A gasolina, parafina, vaselina e o querosene são classificados como alcanos
devido a predominância de hidrocarbonetos saturados em sua composição que
influenciam em suas características físicas e químicas, a gasolina (C8H18), é um líquido
volátil derivado do petróleo de cor amarelada com a característica de odor forte e
insolúvel em água, o querosene(C12-C15), líquido transparente de odor leve, insolúvel
em água, a parafina (C21-C40), depende da temperatura para indicar seu estado físico e
a cor branca ou incolor, é insolúvel em água já a vaselina, conhecido como
petrolato,com o odor muito leve é incolor a branco e insolúvel em água.
Existe um ponto em comum entre as substâncias apresentadas devido as
mesmas não são solúveis em água, isso se da por que os alcanos são hidrofóbicos e a
água é uma molécula polar e os alcanos são apolares, valendo a aplicação da regra
“semelhante dissolve semelhante”.(FRANCIS A. CAREY,2011).
Esta presente análise apresenta o estudo dos resultados obtidos a fim de
observar as amostras de alcanos como a gasolina, querosene, parafina e vaselina,
enquanto suas propriedades físicas e químicas das mesmas, o odor, viscosidade,
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volatilidade-teste de combustão do material e solubilidade e observar o
comportamento, em mistura com outras substâncias.
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2. OBJETIVOS
● Verificar o odor, viscosidade, volatilidade e inflamabilidade das substâncias;
● Comparar a densidade das substâncias;
● Observar quantas fases existem nas misturas.
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3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Materiais e Reagentes
● Água de bromo
● Ciclo-hexano
● Gasolina (C5-C10)
● Hexano
● Parafina (C21-C40)
● Querosene (C12-C15)
● Solução de KMnO4 a 0,5%
● Tetracloreto de carbono (CCl4)
● Vaselina (C18-C30)
3.2.Equipamentos
● Bastão de vidro
● Bico de Bunsen
● Espátula
● Pipeta de
● Proveta de 100 mL
● Suporte para tubos de ensaio
● Tubos de ensaio
● Vidro de relógio
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 Propriedades Físicas:
● Inicialmente foram colocados em diferentes tubos de ensaio 1 mL de
querosene , 1 mL de gasolina e 1 mL de vaselina , respectivamente, e em
um vidro de relógio foi colocado um pouco de parafina.
● As amostras foram examinadas considerando o odor, viscosidade e
volatilidade de cada uma delas e comparando-as , em seguida para
comparar a inflamabilidade de cada uma das substâncias, foi utilizado um
bastão de vidro para tocar em cada uma delas e aproximá-las da chama
do Bico de Bunsen observando as propriedades físicas das substâncias.
● No primeiro tubo, adicionou-se cerca de 1 mL de ciclohexano e 2 mL de
água. No segundo, misturou-se 1 mL de ciclohexano e 1 mL de
tetracloreto de carbono (CCl₄). Por fim, no terceiro tubo, utilizou-se 1 mL
de gasolina e 1 mL de CCl₄. Após a preparação das misturas, os tubos
foram analisados para verificar a ocorrência de dissolução entre as
substâncias. Nos casos em que não houve miscibilidade, as densidades
das camadas formadas foram comparadas.
4.2 Ação da Solução de Permanganato de Potássio:
● Em um tubo de ensaio, foram adicionados 1 mL de hexano e 2 mL de
solução de permanganato de potássio (KMnO₄) a 0,5%. Em seguida, a
mistura foi levemente agitada por breve período, para que se observasse
se haveria possível modificação na mistura.
4.3 Ação da Solução de Água de Bromo:
● Foram colocados 1 mL de hexano em dois tubos de ensaio, aos quais se
adicionou 1 mL de água de bromo. Os tubos foram agitados e um deles
foi armazenado em um local escuro, enquanto o outro foi mantido
próximo a uma lâmpada elétrica forte ( 150-220 W). Após um período de
15 minutos, os dois tubos foram comparados.
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4.4 Ação da Solução de Cloreto de Sódio (NaCl) saturada:
● Em uma proveta de 100 mL, foram adicionados 25 mL de gasolina,
seguidos de 25 mL de uma solução saturada de NaCl. Em seguida, a
proveta foi tampada e a mistura levemente agitada por um curto período.
Ao final, a proveta foi deixada em repouso para observação de possíveis
resultados.
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5. RESULTADOS
Para avaliar as propriedades físicas e químicas dos Alcanos (gasolina,
querosene, vaselina e parafina) foram feitos experimentos a fim de observar o odor,
viscosidade, volatilidade, inflamabilidade, solubilidade e densidade apresentado nas
tabelas 1 e 2.
Tabela 01:Odor, viscosidade, volatilidade e inflamabilidade.
Amostras Odor Viscosidade Volatilidade Inflamabilidade
Gasolina Intenso Pouco Maior Maior
Querosene Médio Média Médio Médio
Vaselina Pouco Maior Menor Menor
Parafina Inexistente Sólida Nula Grande
resistência
Fonte: autores, 2024.
Tabela 02: Solubilidade e densidade.
Reagentes Solubilidade/Densidade
1 mL de água + 2 mL Ciclohexano Não – heterogêneo.
1 mL de CCL4 + 2 mL Ciclohexano Sim – homogêneo.
Água+ Gasolina Não – heterogêneo.
Gasolina + NaCl Não – heterogêneo.
Gasolina + CCL4 Sim – homogêneo.
Fonte: autores, 2024.
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6. DISCUSSÃO
As observações experimentais apresentadas na Tabela 1, foram avaliadas as
propriedades físicas e químicas dos alcanos, considerando-se gasolina, querosene,
vaselina e parafina. A gasolina apresentou odor forte, baixa viscosidade, alta
volatilidade e elevado poder de inflamabilidade. Tais resultados são compatíveis com a
literatura, a qual descreve a gasolina como um composto altamente volátil e inflamável.
A gasolina é obtida a partir de uma mistura complexa de hidrocarbonetos de
cadeia variando de 4 a 12 átomos de carbono, que são responsáveis pelo seu odor
característico e rápida evaporação. Sua volatilidade e odor forte decorrem da presença
de hidrocarbonetos leves e relativamente pequenos, que possuem menores forças
intermoleculares e assim evaporam rapidamente e se dispersam no ar, facilitando sua
combustão (OLIVEIRA et al,2005).
O querosene, por sua vez, possui características intermediárias de odor,
viscosidade, volatilidade e inflamabilidade, como é típico para hidrocarbonetos de
cadeias moderadas de 10 a 16 carbonos, o que conferiu a esse combustível suas
características para emprego em motores de jato e aquecedores (MORAES, 2018).
No caso da vaselina, foi observado odor reduzido, alta viscosidade, baixa
volatilidade e inflamabilidade o que é característico de compostos com cadeia maiores
e maior número de ramificações, como a vaselina, são menos voláteis e apresentam
uma alta estabilidade térmica, o que explica seu uso como lubrificantes e em
cosméticos.
Já a parafina, que é sólida em temperatura ambiente e possui resistência
elevada à queima, é descrita como composta por alcanos de cadeia longa,
característica que reduz a volatilidade e aumenta a resistência à combustão,
tornando-a adequada para fabricação de velas e revestimentos.
Os alcanos com cadeias de carbono mais curtas (menos átomos de carbono)
são mais voláteis, enquanto aqueles com cadeias mais longas (mais átomos de
carbono) apresentam menor volatilidade. Esse comportamento ocorre devido a forças
intermoleculares e propriedades físico-químicas que variam com o comprimento da
cadeia carbônica (Solomons, 2018).
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Os testes de solubilidade apresentados na tabela 2 indicaram que os alcanos
não se misturam com água, o que resultou em sistemas heterogêneos, como esperado
devido à natureza apolar dos alcanos (BRONDANI, 2019). Essa característica impede
a formação de ligações de hidrogênio com moléculas de água, criando duas fases
distintas.
Já na mistura com o NaCl pela gasolina ser apolar e não possuir um momento
dipolar não tem a capacidade de estabilizar íons por interação íon-dipolo. Isso torna a
dissolução do NaCl impossível na gasolina, pois esta não consegue superar a atração
eletrostática entre os íons do NaCl.
Além disso, foi observado que tanto a gasolina quanto o ciclo-hexano formam
misturas homogêneas com CCl₄ outro composto apolar, conforme descrito por
(Solomons, 2018) que explica que solventes apolares se misturam com facilidade
devido a forças de dispersão semelhantes.
6.1 Ação da Solução permanganato de potássio
Não ocorreu reação, pois o hexano é um alcano e o permanganato de potássio
é utilizado como identificador de dupla ligação/insaturações, o que seria o caso de
identificar alcenos (Solomons, 2018).
6.2 Ação da Solução de água de bromo
Não houve nenhuma alteração.
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7. CONCLUSÃO
Com base nos resultados obtidos sobre as propriedades dos alcanos, confirmou-se
que o comprimento da cadeia carbônica influencia diretamente características como
volatilidade, viscosidade e inflamabilidade. Compostos de cadeias curtas, como a
gasolina, mostraram alta volatilidade e inflamabilidade, enquanto compostos de
cadeias longas, como vaselina e parafina, apresentaram maior estabilidade térmica e
menor volatilidade. Testes de solubilidade demonstraram a natureza apolar dos
alcanos, que não se misturam com água nem dissolvem compostos iônicos como o
NaCl. A ausência de reações com permanganato de potássio e água de bromo
confirmou a saturação dos alcanos. Os resultados experimentais alinharam-se às
expectativas teóricas, atendendo aos objetivos do estudo.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRONANDI, Patrícia Bulegon. Hidrocarbonetos, 2019. Disponível em:
https://patyqmc.paginas.ufsc.br/files/2019/07/Hidrocarbonetos-1.pdf. Acesso em: 10 de
novembro de 2024.
CAREY, Francis A. Química Orgânica I, 7. ed., Porto Alegre: AMGH,2011, v1
MORAES, Edimilson dos Santos. Propriedades termodinâmicas: querosene,
bioquerosene, aditivos e mecanismo de detecção de explosivos. Orientador:
Antônio Maia de Jesus Chaves Neto. 2018. 121 f. Tese (Doutorado em Engenharia de
Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do
Pará, Belém, 2018.
OLIVEIRA, João Eduardo et. al. Avaliação da qualidade das gasolinas brasileiras
através da relação aromáticos/olefinas. 3º Congresso Brasileiro de PAndamp;D em
Petróleo Andamp; Gás. 2005.
SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, B. C. Química Orgânica, 12. ed., LTC: Rio de
Janeiro, 2018, v 1.
https://patyqmc.paginas.ufsc.br/files/2019/07/Hidrocarbonetos-1.pdf
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ANEXO
QUESTIONÁRIO
1. Quais os tipos de reações que ocorrem com os alcanos? Exemplificar
Os alcanos são hidrocarbonetos saturados que participam de reações como
substituição radicalar, combustão, halogenação, craqueamento e reformação. Na
substituição radicalar, hidrogênios são substituídos por halogênios. Na combustão,
reagem com oxigênio formando CO₂ e H₂O. A halogenação envolve a troca de
hidrogênios por halogênios. O craqueamento quebra moléculas grandes em menores
para combustíveis, e a reformação transforma alcanos em compostos mais desejáveis,
como alcenos, para melhorar o índice de octano da gasolina.
2. Quais os tipos de reações que ocorrem com os alcenos? Exemplificar
Os alcenos são compostos com uma ligação dupla entre átomos de carbono, o que os
torna mais reativos em comparação com os alcanos. Eles podem passar por reações
de adição, onde a ligação dupla é quebrada para formar novos produtos. Por exemplo,
podem reagir com hidrogênio, transformando-se em alcanos, ou com halogênios,
gerando compostos halogenados. Também podem reagir com água para formar álcoois
e se polimerizar, unindo várias moléculas para formar plásticos. Essas reações
aproveitam a instabilidade da ligação dupla, tornando os alcenos compostos bastante
versáteis em processos químicos.
3. O que se pode concluir a respeito da reatividade dos alcanos e alcenos.
Exemplificar.
Os alcanos e alcenos se diferenciam pela estrutura de suas ligações, o que influencia
diretamente sua reatividade. Os alcanos têm ligações simples entre os átomos de
carbono, o que os torna mais estáveis e menos reativos. Já os alcenos possuem pelo
menos uma ligação dupla, mais fraca e reativa, facilitando diversas reações. Os
alcanos, por serem mais estáveis, reagem principalmente na combustão, quando
queimam em presença de oxigênio. Já os alcenos, devido à sua ligação dupla, são
mais propensos a reações de adição, como a hidratação, halogenação e hidrogenação,
nas quais a ligação dupla é quebrada para permitir a adição de outras moléculas.
Assim, os alcenos participam de mais tipos de reações do que os alcanos.
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4. Por que os alcanos podem ser usados como solventes orgânicos na realização
de medidas, reações e extrações de materiais.
Os alcanos são excelentes solventes orgânicos por sua baixa reatividade e
estabilidade química. Sua estrutura não polar permite dissolver bem substâncias
similares, como óleos e ceras. Além disso, como não reagem facilmente, não alteram
os materiais em análise durante reações ou extrações. Seus pontos de ebulição baixos
permitem que sejam rapidamente evaporados, deixando para trás o material de
interesse.
5. Escrever a equação da reação que ocorre quando um alceno é tratado com
uma solução de bromo em tetracloretode carbono. Comparar com a reação
ocorrida quando se usa água de bromo ao invés de Br2/CCl4.
Reação com bromo em tetracloreto de carbono:
𝐶
2
𝐻
4
+ 𝐵𝑟
2
→ 𝐶
2
𝐻
4
𝐵𝑟
2
Reação com água de bromo (solução de bromo em água):
𝐶
2
𝐻
4
+ 𝐵𝑟
2
→ 𝐶
2
𝐻
4
𝐵𝑟𝑂𝐻
Ao tratar um alceno com bromo em tetracloreto de carbono, dois átomos de bromo se
adicionam à dupla ligação, formando um dihaleto. Já com água de bromo, a presença
de água pode substituir um dos bromos por um grupo hidroxila, gerando um álcool
halogenado. A diferença entre as duas reações está no solvente, que influencia o
produto final.
6. Indicar reações que poderiam ser usadas para distinguir um alcano de um
alceno. Explicar com um exemplo.
Para diferenciar um alcano de um alceno, pode-se fazer dois testes. No teste com
bromo, o alceno reage, fazendo a cor laranja ou vermelha do bromo desaparecer,
enquanto o alcano não reage e a cor do bromo permanece. Já no teste com
permanganato de potássio, o alceno faz a solução roxa desaparecer, enquanto o
alcano não reage e a solução mantém a cor roxa. Assim, os alcenos reagem e fazem
as soluções perderem a cor, enquanto os alcanos não reagem e as soluções mantêm a
cor.
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