TCC e projeto integrador para cursos na área da química by Editora Átomo

TCC

e projeto integrador para cursos na área da

Química Carlos Alberto Klimeck Gouvêa

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Gouvêa, Carlos Alberto Klimeck TCC e projeto integrador para cursos na área da química / Carlos Alberto Klimeck Gouvêa. -- Campinas, SP : Editora Átomo, 2019. Bibliografia ISBN 978-85-7670-300-6 1. Pesquisa - Metodologia 2. Química 3. Teses 4. Trabalhos científicos - Metodologia 5. Trabalhos científicos - Normas 6. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) I. Título. 18-22324 CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Trabalho de Conclusão de Curso em química : Pesquisa : Metodologia 540.7

Maria Alice Ferreira - Bibliotecária - CRB-8/7964

Todos os direitos reservados ao Grupo Átomo e Alínea Rua Tiradentes, 1053 - Guanabara - Campinas-SP CEP 13023-191 - PABX: (19) 3232.9340 / 3232.0047 www.atomoealinea.com.br Impresso no Brasil Foi feito o depósito legal

CONSELHO EDITORIAL Área | Química Aécio Pereira Chagas Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Célio Pasquini Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Flávio Leite T & E Analítica

José de Alencar Simoni Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Mário Sérgio Galhiane Universidade Estadual Paulista – UNESP

Pedro Faria Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Robson Fernandes de Farias Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN

O agradecimento pela realização de uma obra literária passa por muitas pessoas que colaboraram com ela de forma direta e indireta, entretanto, no momento da formalização do agradecimento, nossa natureza humana pode deixar de mencionar nomes importantes na colaboração do trabalho. Assim, sem a pretensão de abarcar todos aqueles que merecem seus nomes aqui destacados, agradeço a minha esposa, filhos e, em especial, ao Engenheiro Químico Prof. Dr. Rogério Gomes Araújo, por suas correções e grande contribuição no ‘Módulo 3 – Estequiometria das reações químicas’. Agradeço, também, a todos de meu convívio profissional e pessoal e à UNISOCIESC, que possibilitou ambiente e tempo para a redação deste livro.

Sumário

Introdução................................................................................................11 O projeto integrador.............................................................................11 As disciplinas de projeto integrador e TCC.........................................11 A disciplina de estequiometria.............................................................12 A metodologia de apresentação dos resultados....................................13 As propostas de sínteses químicas.......................................................13 Capítulo 1 O Escopo do Projeto................................................................................15 Considerações.......................................................................................15 Desenvolvimento..................................................................................16 Seleção do processo químico industrial...............................................17 Revisão bibliográfica............................................................................17 Detalhamento da planta industrial........................................................18 O processo............................................................................................19 Balanço material...................................................................................20 Balanço com acúmulo e/ou reciclo......................................................20 Balanço com reação.............................................................................21 Avaliação de custos..............................................................................21 Elaboração do trabalho escrito.............................................................21 Apresentação oral.................................................................................22

Capítulo 2 A Estrutura do Trabalho Acadêmico.....................................................25 Resumo (abstract)................................................................................26 Introdução.............................................................................................26 Objetivo..........................................................................................27 Revisão bibliográfica......................................................................27 Metodologia.........................................................................................27 Resultados e discussões........................................................................28 Conclusão.............................................................................................28 Referências...........................................................................................29 Apresentação do trabalho acadêmico...................................................29 Capítulo 3 Revisão de Conceitos Básicos de Química.............................................31 Módulo 1: O sistema internacional de unidades..................................31 Módulo 2: Estequiometria....................................................................36 Densidade.......................................................................................37 Densidade relativa..........................................................................37 O mol..............................................................................................38 Massa molar....................................................................................38 Fração molar e fração mássica........................................................39 Vazão..............................................................................................40 Concentração das soluções.............................................................41 Módulo 3: Estequiometria das reações químicas.................................42 Reações químicas...........................................................................43 Extensão da reação.........................................................................43 Reagente limitante e em excesso....................................................44 Conversão.......................................................................................46 Rendimento.....................................................................................46 Estequiometria comum...................................................................47 Estequiometria com reagentes impuros..........................................48 Estequiometria com rendimento de reação.....................................49 Estequiometria com reações sucessivas.........................................49 Balanço de material........................................................................49 Módulo 4: Operações unitárias............................................................62 Secagem..........................................................................................62 Extração por solvente.....................................................................63 Destilação.......................................................................................64 Sorção.............................................................................................65

Cristalização...................................................................................66 Filtração..........................................................................................67 Centrifugação..................................................................................67 Módulo 5: Equilíbrio químico..............................................................67 Conceito e definição.......................................................................67 Constante de equilíbrio...................................................................68 Capítulo 4 Segurança no Laboratório......................................................................71 Capítulo 5 A Síntese Química como Fundamento para a Elaboração de Projetos................................................................75 Módulo 1. Produtos inorgânicos..........................................................78 1. Síntese do estanho metálico........................................................78 2. Síntese do bismuto metálico.......................................................80 3. Síntese do sulfeto ferroso...........................................................82 4. Síntese do nitrato de potássio.....................................................84 5. Síntese do ácido clorídrico.........................................................85 6. Síntese do ácido nítrico...............................................................87 7. Síntese do permanganato de potássio.........................................89 Módulo 2: Produtos orgânicos.............................................................92 1. Síntese do ácido acético..............................................................92 2. Síntese do acetato de etila...........................................................94 3. Síntese do acetoacetato de etila..................................................97 4. Síntese do benzeno.....................................................................99 5. Síntese do ácido benzoico.........................................................101 6. Síntese da benzocaína...............................................................103 7. Síntese do benzoato de metila..................................................105 8. Síntese do fenol........................................................................108 9. Síntese do ácido salicílico.........................................................110 10. Síntese do ácido acetilsalicílico..............................................114 11. Síntese do benzaldeído...........................................................116 12. Síntese do ácido pícrico..........................................................118 13. Síntese do nitrobenzeno..........................................................120 14. Síntese da anilina....................................................................122 15. Síntese do ácido cítrico...........................................................125 16. Extração da cafeína.................................................................127 17. Síntese do éter etílico (etoxietano).........................................131

18. Síntese da metilamina (metilazano)........................................133 19. Síntese do clorofórmio............................................................136 20. Síntese do fluoresceína...........................................................137 21. Síntese da glicerina (ou glicerol)/síntese de biodiesel............140 22. Síntese do ferroceno...............................................................143 23. Síntese do ácido oxálico (ácido etanodioico).........................145 24. Síntese do acetato de cálcio....................................................147 25. Extração do limoneno.............................................................149 Referências Bibliográficas.....................................................................151

Introdução

O projeto integrador Este livro-texto é direcionado ao ensino superior e médio dos cursos da área de Química e afins – como material de apoio às aulas de Estequiometria e Projeto Integrador – e engloba a disciplina de Projeto Integrador em si, complementando-a com Estequiometria, Metodologia de Apresentação dos Resultados e um conjunto de trinta sínteses químicas propostas.

As disciplinas de projeto integrador e TCC As disciplinas de Projeto Integrador e de Trabalho de Conclusão de Curso são importantes em razão de sua capacidade de promover, nos alunos, uma visão ampla e integrada entre a teoria e a prática da profissão. Espera-se que, com a contextualização dessas disciplinas, ocorra a sedimentação dos conhecimentos provenientes

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de outras, por meio de experimentos de síntese química, caracterização dos produtos obtidos, cálculos estequiométricos, demonstração das reações envolvidas e demais questionamentos propostos pelos professores. Com o trabalho individual ou em equipe, o aluno poderá proceder experimentos da química orgânica ou inorgânica, realizando, primeiramente, o balanço da reação e, na sequência, fazer os cálculos estequiométricos de balanço de massa, rendimento da reação e determinar sua eficiência.

A disciplina de estequiometria A disciplina de Estequiometria busca capacitar o aluno a interpretar e empregar conceitos, princípios e leis fundamentais da Química mediante a aplicação de balanços de massa e de energia em processos químicos industriais. Pode-se dizer que a Estequiometria Industrial é uma das mais importantes disciplinas da parte profissionalizante da grade curricular dos cursos de Química, Química Industrial e Engenharia Química. Saber calcular os balanços de massa e de energia dos processos químicos é uma competência fundamental do químico industrial, do engenheiro químico e demais profissionais da área. Portanto, a disciplina contribui sobremaneira para o aprimoramento da formação do aluno. A Estequiometria engloba uma gama de conhecimentos necessários ao profissional que atuará em indústrias químicas de diversos ramos, seja de cosméticos, fármacos, petroquímica, siderurgia, papel, tratamento de águas ou outros. Para tanto, o aluno deve conhecer as grandezas físicas que fundamentam os cálculos de balanços de massa e de energia, além de ser necessário saber balancear as reações.