Prévia do material em texto

PORTFÓLIO DE ATIVIDADES
xxxxxx
RA: xxxx
QUÍMICA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
Valinhos - São Paulo
2024
10
SUMÁRIO
Introdução	3
Atividade 1 - ESTADO DA MATÉRIA: GASES, LÍQUIDOS E SÓLIDOS	4
Objetivos	4
Procedimento para realização da atividade	4
Resultados encontrados	4
Resultados de apredizagem	7
Atividade 2 - REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO ÁCIDO – BASE	8
Objetivos	8
Procedimento para realização da atividade	8
Resultados	encontrados	8
Resultados de apredizagem	12
Atividade 3 – ESTRUTURAS CRISTALINAS E SISTEMAS CRISTALINOS	13
Objetivos	13
Procedimento para realização da atividade	13
Resultados encontrados	13
Resultados de apredizagem	14
Atividade 4 – CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADE DOS MATERIAIS	15
Objetivos	15
Procedimento para realização da atividade	15
Resultados de apredizagem	18
INTRODUÇÃO
Este portfólio reúne quatro atividades desenvolvidas ao longo do estudo na disciplina de 'Química e Ciência dos Materiais'. As atividades foram elaboradas utilizando diferentes laboratórios de informática ou softwares, cada uma delas aplicada conforme o contexto e a necessidade do exercício. As duas primeiras atividades foram desenvolvidas no Laboratório Virtual Algetec, a primeira estabelecer relação entre massa e volume de líquidos, já segunda aplica os conceitos de reações ácido-base para analisar uma reação de neutralização, verificando sua titulação.
As atividades três foi desenvolvida utilizando o software CristalWalk possibilitando construir estruturas cristalinas passo a passo e ver sua estrutura em imagens tridimensionais com comandos que possibilitam escolher estruturas básicas e os átomos que entrarão em sua composição.
A quarta atividade foi desenvolvida utilizando o software MDSolids que proporciona estudo das propriedades e características de materiais e estruturas sob carregamento. É constituído por um conjunto de módulos que compreendem os seguintes temas: comportamento de pilares e vigas, flexão, torção, esforço axial, estruturas estaticamente indeterminadas, treliças, propriedades de secções e círculo de Mohr.
ATIVIDADE 1
ESTADO DA MATÉRIA: GASES, LÍQUIDOS E SÓLIDOS. OBJETIVOS
Estabelecer relação entre massa e volume de líquidos. EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
Para a utilização do laboratório de informática não há necessidade de EPI’s.
MEDIDAS DE MASSA E VOLUME DE LÍQUIDOS ATIVIDADE PROPOSTA
Conhecer e identificar os tipos de vidrarias, instrumentos e equipamentos presentes em um laboratório de química, bem como o uso adequado para cada situação, estabelecer o processo de medição de massa e volume dos líquidos.
PROCEDIMENTO PARA REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Esse experimento utilizará algumas vidrarias: pipeta graduada, proveta, béqueres e instrumentos que servirão para auxiliar na execução da prática, como o pipetador de borracha de três vias, comumente chamado de pera, e a pisseta de água destilada. Para o desenvolvimento do experimento, as medições de volume serão realizadas com diferentes vidrarias e as medições de massa serão realizadas com auxílio de uma balança analítica.
RESULTADOS ENCONTRADOS
· Temperatura do laboratório registrada: 20°C;
· Peso do béquer de 250 ml vazio: 55,6395g;
· Peso do béquer de 250 ml com 10 ml de água destilada após tara: 9,9475g;
· Peso da proveta: 28,0000g;
· Peso da proveta com 15 ml de água destilada: 42,9841g;
· Massa da água da proveta: 14,9841g
· Peso do béquer de 50 ml vazio: 18,0000g;
· Peso do béquer de 50 ml com 15 ml de água destilada: 33,3586g;
· Massa da água do béquer de 50 ml: 15,3586g;
Com base nos valores encontrados, determine a densidade da água destilada, para os casos de medição com a proveta e com o béquer:
· Densidade da água destilada medição com a proveta: 0,9990 g/ml
· Densidade da água destilada medição com o béquer: 1,0239 g/ml
Avaliando os resultados:
	Vidrarias
	Proveta de 50 ml
	Béquer 50 ml
	Massa da vidraria seca (g)
	28,0000
	18,0000
	Massa da vidraria +15 ml de água
	42,9841
	33,3586
	Massa dos 15 ml de água
	14,9841
	15,3586
	Temperatura do ambiente (°C)
	20
	20
Com os dados obtidos e calculados, responda:
1. Com base nos seus conhecimentos, qual a vantagem de tarar a balança com o béquer dentro? Justifique.
Tarar a balança com o béquer dentro oferece a vantagem de medir diretamente a massa do conteúdo colocado no béquer, eliminando a massa do recipiente da equação. Isso traz algumas vantagens importantes:
Precisão: Ao tarar a balança, o valor exibido no visor será apenas a massa da substância adicionada ao béquer. Isso elimina qualquer necessidade de subtrair a massa do recipiente manualmente, reduzindo o risco de erros de cálculo.
Praticidade: Facilita o processo de pesagem quando múltiplos ingredientes ou substâncias precisam ser adicionados ao mesmo recipiente. Você pode tarar a balança novamente após cada adição, garantindo que a massa medida é apenas a da nova substância adicionada.
Eficiência: Economiza tempo, pois não é necessário fazer medições adicionais ou registrar a massa do béquer separadamente antes de medir a substância desejada.
Versatilidade: Permite o uso de recipientes com formas ou massas variadas sem a necessidade de ajustes complexos na pesagem, pois a balança será “zerada” com o
recipiente específico já em cima dela.
Portanto, tarar a balança com o béquer dentro é uma prática comum e eficiente para assegurar medições precisas e práticas em ambientes laboratoriais.
2. Considerando as vidrarias selecionadas, quais seriam as mais indicadas em termos de medição de volumes? Reflita sobre sua resposta.
Entre as opções fornecidas (béquer de 50 ml, béquer de 250 ml e proveta de 50 ml), a proveta de 50 ml é a mais indicada para medições precisas de volume.
Proveta de 50 ml: Projetada especificamente para medições de volumes líquidos, a proveta possui divisões mais finas e uma maior precisão, geralmente em mililitros (ml) ou frações de mililitros.
Béqueres (50 ml e 250 ml): São geralmente usados para misturar, transportar ou armazenar líquidos, mas não são recomendados para medições precisas de volume. As marcações em béqueres são menos precisas e servem como estimativas aproximadas. Portanto, se a precisão na medição de volumes é crucial, a proveta de 50 ml é a melhor escolha.
Resultados da aprendizagem:
Como resultados dessa prática será possível utilizar um pipetador de borracha de três vias, saber utilizar as funções principais de uma balança analítica, identificar vidrarias utilizadas em laboratório e compreender suas utilidades, transferir líquidos com volumes diferentes, estabelecer relação entre massa e volume de líquidos. E ainda, conhecer as funcionalidades práticas das ferramentas do laboratório.
ATIVIDADE 2
ESTUDO DE REAÇÕES QUÍMICAS – REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO ÁCIDO - BASE OBJETIVOS
Aplicar os conceitos de reações ácido-base para analisar uma reação de neutralização, verificando sua titulação.
EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI)
Para a utilização do laboratório de informática não há necessidade de EPI’s. REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO ÁCIDO-BASE
ATIVIDADE PROPOSTA
Compreender os procedimentos para realizar uma reação de neutralização e como identificar sua titulação.
PROCEDIMENTO PARA REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Esse experimento utilizará algumas vidrarias: Erlenmeyer, bureta, proveta, béqueres e instrumentos que servirão para auxiliar na execução da prática, como vidro de relógio (recipiente circular côncavo utilizado para manipular pequenas quantidades de sólidos). Para o desenvolvimento do experimento, as medições do volume de NaOH serão realizadas com diferentes vidrarias e as medições de massa serão realizadas com auxílio de uma balança analítica.
RESULTADOS ENCONTRADOS
Titulação 1.
· Massa do comprimido (g): 0,4482
· Concentração de NaOH (mol/L): 0,1
· Volume de NaOH gasto (ml): 18,2
· Volume de NaOH gasto em (L): 18,2 / 1000 = 0,0182
· Número de mol de NaOH:	ᴺNaOH = 0,0182 . 0,1= 0,00182 mol
Titulação 2.
· Massado comprimido (g): 0,9910
· Concentração de NaOH (mol/L): 0,1
· Volume de NaOH gasto (ml): 48,7
· Volume de NaOH gasto em (L): 48,7 / 1000 = 0,0487
· Número de mol de NaOH:	ᴺNaOH = 0,0487 . 0,1= 0,00487 mol
Titulação 3.
· Massa do comprimido (g): 0,6369
· Concentração de NaOH (mol/L): 0,1
· Volume de NaOH gasto (ml): 23,8
· Volume de NaOH gasto em (L): 23,8 / 1000 = 0,0238
· Número de mol de NaOH:	ᴺNaOH = 0,0487 . 0,1= 0,00238 mol
Avaliando os resultados:
	Titulação
	Volume de NaOH gasto
na titulação (ml)
	Concentração de
NaOH (mol/L)
	Número de mol de
NaOH (mol)
	1°
	18,2
	0,1
	0,00182
	2°
	48,7
	0,1
	0,00487
	3°
	23,8
	0,1
	0,00238
Com os dados obtidos e calculados, responda:
1. Por que, no processo de titulometria, é importante que a reação seja rápida? No processo de titulometria, a rapidez da reação é crucial por várias razões:
Precisão e Exatidão: Reações rápidas garantem que a mudança de cor ou outro indicador ocorra imediatamente, permitindo uma leitura mais precisa do ponto final da titulação. Se a reação for lenta, pode haver dificuldades em identificar o momento exato em que a reação foi completada.
Minimização de Erros: Reações lentas podem levar a erros de medição, pois o operador pode adicionar mais titulado do que o necessário enquanto espera pela reação. Isso pode resultar em uma titulação imprecisa e, consequentemente, em resultados errôneos.
Reações Equilibradas: Em reações lentas, o equilíbrio pode ser alcançado antes que a titulação seja completada, dificultando a determinação do ponto final. Reações rápidas ajudam a evitar que o sistema alcance um estado de equilíbrio antes que a titulação seja concluída.
Eficiência do Processo: Reações rápidas tornam o processo de titulação mais eficiente, permitindo que os experimentos sejam realizados em menos tempo. Isso é especialmente importante em ambientes de laboratório onde o tempo é um fator crítico.
Reatividade dos Reagentes: Em algumas titulações, os reagentes podem ser sensíveis à degradação ou reações secundárias. Reações rápidas minimizam o tempo em que os reagentes estão expostos a condições que podem afetar sua eficácia.
Em resumo, a rapidez da reação em titulometria é fundamental para garantir resultados precisos, exatos e eficientes, além de minimizar erros durante o processo.
2. Explique por que foi necessário acrescentar álcool etílico 99,5% ao Erlenmeyer?
O acréscimo de álcool etílico 99,5% (etanol) ao Erlenmeyer em um experimento químico pode ser necessário por várias razões, dependendo do contexto da reação ou do procedimento:
Solvente: O etanol pode ser utilizado como um solvente para dissolver substâncias que não são solúveis em água. Isso é especialmente importante em reações onde os reagentes precisam estar em solução para reagir adequadamente.
Ajuste de Polaridade: O etanol tem uma polaridade intermediária, o que pode ajudar a ajustar as condições de polaridade do meio reacional. Isso pode ser crucial para facilitar reações que envolvem tanto compostos polares quanto apolares.
Desnaturação de Proteínas: Em reações que envolvem biomoléculas, como proteínas, o etanol pode ser usado para desnaturar essas moléculas, permitindo que reações químicas ocorram mais facilmente.
Extração: O etanol pode ser utilizado em processos de extração, onde compostos desejados são extraídos de uma matriz sólida ou líquida. Isso é comum em extrações de compostos orgânicos.
Aumento da Solubilidade: Em algumas reações, a adição de etanol pode aumentar a solubilidade de um ou mais reagentes, facilitando a reação e melhorando o rendimento.
Controle de Temperatura: O etanol pode atuar como um agente de controle de temperatura, ajudando a manter a temperatura da reação em um intervalo desejado, especialmente em reações exotérmicas.
Desinfetante: Em alguns casos, o etanol é adicionado para desinfetar o ambiente do experimento, eliminando microrganismos que poderiam interferir na reação.
A necessidade de adicionar álcool etílico 99,5% ao Erlenmeyer depende do tipo de reação que está sendo realizada e dos objetivos específicos do experimento.
3. Por que, no processo de titulometria, é importante que a solução contida na bureta seja adicionada lentamente ao Erlenmeyer?
No processo de titulometria, é importante que a solução contida na bureta seja adicionada lentamente ao Erlenmeyer por várias razões:
Controle Preciso do Ponto Final: Adicionar a solução lentamente permite um controle mais cuidadoso sobre o momento em que a reação atinge o ponto final.
Isso é fundamental para determinar a quantidade exata de titulante necessário para neutralizar ou reagir completamente com o analisado.
Evitar Adição Excessiva: Se a solução for adicionada rapidamente, há o risco de ultrapassar o ponto final da titulação antes que a mudança de cor ou outro indicador seja perceptível. Isso pode levar a resultados imprecisos, pois o excesso de titulante pode resultar em uma leitura arbitrária da titulação.
Observação da Mudança de Cor: Muitas titulações utilizam indicadores que mudam de cor em determinados pontos de pH. Adicionando a solução lentamente, o operador pode observar atentamente a mudança de cor e determinar o exato ponto de equivalência.
Reações Rápidas: Algumas reações químicas que ocorrem durante a titulação podem ser rápidas, e a adição controlada do titulante ajuda a garantir que a reação não ocorra de forma tão rápida que o operador não consiga acompanhar as mudanças.
Minimização de Erros de Medição: A adição lenta permite que o operador evite bolhas de ar ou outros erros que podem ocorrer na bureta, resultando em medições mais precisas e consistentes.
Facilidade de Ajuste: Quando adicionado lentamente, é mais fácil ajustar a quantidade de titulante à medida que a titulação avança. Isso permite uma titulação mais metódica, onde o operador pode parar e avaliar a mistura.
Em resumo, a adição lenta da solução da bureta ao Erlenmeyer é fundamental para garantir a precisão e exatidão do processo de titulometria, auxiliando na correta determinação do ponto final da reação.
Resultados de aprendizagem
Como resultados dessa prática será possível compreender como ocorre uma reação de neutralização, conhecer o processo titulométrico, usar a titulometria de neutralização e quantificar o ácido acetilsalicílico em amostras comerciais. E ainda, conhecer as funcionalidades práticas das ferramentas do laboratório.
ATIVIDADE 3
ESTRUTURAS CRISTALINAS E SISTEMAS CRISTALINOS OBJETIVOS
Compreender o ordenamento atômico de materiais que apresentam estrutura cristalina do tipo cúbica simples, cúbica de corpo centrado e cúbica de face centrada.
CONSTRUÇÃO DE CÉLULA UNITÁRIA DO TIPO CS, CCC E CFC ATIVIDADE PROPOSTA
Construir células unitárias e compreender como os átomos estão dispostos em estruturas cristalinas do tipo CS, CCC e CFC na formação de materiais.
PROCEDIMENTO PARA REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Para essa atividade utilizaremos a seguinte ferramenta CrystalWalk que é um software livre que pode ser utilizado on-line e em dispositivos como computadores. Por meio dele, é possível construir estruturas cristalinas passo a passo e ver sua estrutura em imagens tridimensionais com comandos que possibilitam escolher estruturas básicas e os átomos que entrarão em sua composição. Para essa atividade vamos construir estruturas cristalinas do tipo CS, CCC E CFC na forma de matérias.
RESULTADOS ENCONTRADOS
· Estrutura cristalina cubica de corpo centrado CS – Elemento químico Polônio (Po)
· Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC) – Elemento químico Lítio (Li)
· Estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC) – Elemento químico Níquel (Ni)
Resultado de aprendizagem
Como resultados dessa prática será possível compreender visualmente como ocorre o ordenamento atômico em estruturas cristalinas do tipo cúbica (CS, CCC e CFC).
ATIVIDADE 4
CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADE DOS MATERIAIS - MATERIAIS METÁLICOS OBJETIVOS
Analisar os dados de um ensaio de tração para obter as principais propriedades mecânicas desse material.
CONSTRUÇÃODE UM DIAGRAMATENSÃO/DEFORMAÇÃO PARA ANÁLISE DO MATERIAL ATIVIDADE PROPOSTA -
Caracterização de um material através de suas principais propriedades mecânicas pela análise de um diagrama tensão/deformação.
PROCEDIMENTO PARA REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE:
Para essa atividade utilizaremos a seguinte ferramenta MDSolids que é um software educativo para estudo das propriedades e características de materiais e estruturas sob carregamento. É constituído por um conjunto de módulos que compreendem os seguintes temas: comportamento de pilares e vigas, flexão, torção, esforço axial, estruturas estaticamente indeterminadas, treliças, propriedades de secções e círculo de Mohr.
Esse é o diagrama tensão/deformação para o material que está em analise:
Avaliando os resultados.
Com os dados obtidos no experimento, responda:
1. O material que está em análise é dúctil ou frágil? Por quê?
Presença de Região Plástica Proeminente: No gráfico, após o ponto de escoamento (cerca de 0,3 de deformação), o material continua a deformar-se de forma significativa antes de falhar, o que é característico de materiais dúcteis. Materiais dúcteis exibem uma grande deformação plástica antes da ruptura, permitindo que sejam moldados ou deformados sem se romperem imediatamente.
Aumento de Deformação com Aumento de Tensão: Mesmo após o escoamento, o gráfico mostra que o material suporta tensões adicionais enquanto continua a se deformar, o que também é típico de materiais dúcteis. Esse comportamento é conhecido como encruamento, onde o material se torna mais forte à medida que é deformado.
Curva Não Termina de Forma Abrupta: Materiais frágeis tendem a falhar logo após o ponto de escoamento, sem uma grande deformação adicional. O gráfico mostra que o material ainda está suportando tensões crescentes, o que sugere que ele não falhou de maneira frágil.
Em resumo, o material é considerado dúctil porque mostra uma capacidade significativa de deformação plástica antes de qualquer indicação de ruptura.
2. Qual os valores para tensão máxima e tensão de ruptura encontrados?
Tensão Máxima (Tensão de Escoamento ou Tensão Última): É o ponto mais alto da curva, que representa a maior tensão que o material suporta antes de começar a falhar. Pelo gráfico, a tensão máxima está em torno de 749 MPa.
Tensão de Ruptura: É o valor da tensão no ponto final da curva, que corresponde à tensão no momento em que o material se rompe. Pelo gráfico, a tensão de ruptura está em torno de 643 MPa.
· O pico da curva corresponde à tensão máxima.
· O ponto final da curva (onde a linha de tensão finalmente termina) corresponde à tensão de ruptura.
3. Com os dados fornecidos pelo diagrama, é possível calcular o módulo de elasticidade? Qual seu valor?
Sim, é possível calcular o módulo de elasticidade utilizando os dados fornecidos pelo diagrama tensão-deformação. O módulo de elasticidade é definido como a inclinação da parte inicial linear da curva tensão-deformação, que representa o comportamento elástico do material.
Para calcular o módulo de elasticidade:
Onde:
· E é o módulo de elasticidade.
· Δσ é a variação da tensão na região elástica (MPa).
· Δϵ é a variação da deformação correspondente (adimensional).
Procedimento:
1. Identifique a Região Elástica: No gráfico, essa é a região linear inicial onde a relação tensão-deformação é aproximadamente uma linha reta.
2. Determine Δσ e Δϵ: Escolha dois pontos ao longo dessa linha reta para calcular a variação de tensão e a variação correspondente na deformação.
Cálculo Aproximado:
Vamos assumir, por exemplo, que no gráfico:
· A tensão passa de 0 MPa a 400 MPa.
· A deformação correspondente passa de 0 a 1 (ou 0.001 no eixo x do gráfico).
Então,
E= 400Mpa / 0,001 E= 400.000Mpa E= 400GPa
Resultado de aprendizagem
Como resultado dessa prática será possível compreender como construir um diagrama tensão/deformação e poder analisar para obter as principais propriedades mecânicas do material avaliado.
image3.jpeg
image4.jpeg
image5.jpeg
image6.jpeg
image7.jpeg
image8.jpeg
image9.jpeg
image10.jpeg
image11.jpeg
image12.jpeg
image13.jpeg
image14.jpeg
image15.jpeg
image16.jpeg
image17.jpeg
image18.jpeg
image19.jpeg
image20.jpeg
image21.jpeg
image2.jpeg
image1.jpeg