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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO BACHARELADO INTERDISCIPLINAR EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA DISCIPLINA: QUÍMICA EXPERIMENTAL PROFESSORA: REGINA MARIA MENDES OLIVEIRA RELATÓRIO DO EXPERIMENTO III TÉCNICAS BÁSICAS DE AQUECIMENTO E IDENTIFICAÇÃO DE CÁTIONS POR TESTE DE CHAMA MAÍSA SILVA SANTOS TURMA: 01 BALSAS-MA 2022 2 MAÍSA SILVA SANTOS RELATÓRIO DO EXPERIMENTO III TÉCNICAS BÁSICAS DE AQUECIMENTO E IDENTIFICAÇÃO DE CÁTIONS POR TESTE DE CHAMA Relatório submetido a disciplina de química experimental como método de registrar e pontuar o experimento realizado em laboratório, no curso de Bacharelado Interdisciplinar em Ciência e Tecnologia. 3 SUMÁRIO 1. Introdução ....................................................................................... 4 2. Objetivos ......................................................................................... 6 3. Metodologia .................................................................................... 6 3.1. Materiais e Reagentes ............................................................. 6 3.2. Métodos ................................................................................... 6 3.2.1 Manuseio do bico de Bunsen ...................................................... 6 3.2.2 Luminosidade da chama ............................................................. 6 3.2.3 Luminosidade da chama ............................................................. 7 3.2.4 Temperatura da chama ............................................................... 7 3.2.5 Aquecimento de líquidos em tubo de ensaio .............................. 7 3.2.6 Aquecimento de líquidos em Béquer .......................................... 7 4. Resultados e Discussões ............................................................... 8 4.1. Luminosidade da chama .......................................................... 8 4.2 Regiões da chama ...................................................................... 8 4.3 Temperatura da chama ............................................................... 9 4.4 Aquecimento de líquidos em tubo de ensaio .............................. 9 4.5 Aquecimento de líquidos em béquer ........................................... 9 4.6 Coloração de elementos na Chama e identificação de Cátions . 10 5. Conclusão ..................................................................................... 11 6. Referências .................................................................................. 12 4 1. Introdução Ao observar um objeto ou fenômeno temos que analisar suas estruturas internas e assim, relacionar as suas propriedades químicas as propriedades químicas de elementos conhecidos. A estrutura eletrônica de cada átomo pode verificar várias características. Por meio das características de radiações eletromagnéticas que eles emitem ao ser excitados podemos investigar a sua estrutura interna. O teste de chama é um procedimento capaz de demonstrar a presença de íons metálicos por meio do espectro de emissão característico de cada elemento. Sendo também um experimento realizado principalmente ao se estudar o conceito do modelo atômico de Rutherford-Bohr, pois foi por meio desse modelo que se introduziu o conceito de transição eletrônica. Por meio desse experimento é possível identificar o elemento que está presente no composto através da cor apresentada pela chama. Quando um objeto é aquecido, ele emite radiação, que pode ser observa da através da sua cor. É um procedimento usado na química para identificar a presença de alguns íons metálicos como já foi dito, baseado no espectro de emissão característico de cada elemento. Quando certa quantidade de energia (no caso da chama, energia em forma de calor) é fornecida a determinado elemento químico os elétrons da última camada dos seus átomos saltam para um nível de energia mais elevado e quando estão no estado excitado eles retornam para o estado fundamental liberando energia na forma de luz com um comprimento de onda eletromagnética (luz)característico, a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. O responsável por realizar o aquecimento no laboratório no procedimento experimental, é o bico de Bunsen, que é um queimador de gás combustível, geralmente utilizado é o gás de rua ou GLP (gás liquefeito de Petróleo) e o comburente que é o oxigênio do ar atmosférico. O bico de Bunsen foi 5 desenvolvido pelo físico alemão, Robert Wilhem E. Bunsen, em 1855, e é o mais utilizado em laboratório. Imagem 1. Estrutura do Bico de Bunsen Quando o anel de regulagem estiver fechado, obtém-se uma chama fuliginosa de coloração amarela o que indica que está ocorrendo uma combustão incompleta do gás, pois existe pouco oxigênio para queimá-lo, consequentemente os produtos da queima são CO (monóxido de carbono), C (carvão na forma de fuligem), H2O (vapor de água) e pouco CO2 (dióxido de carbono ou gás carbônico). 6 2. Objetivos Identificar os cátions dos elementos por meio do teste de chama e aprender a manusear o bico de Bunsen com segurança dentro do laboratório. 3. Metodologia 3.1. Materiais e Reagentes Para a realização dos experimentos foi utilizado Bico de Bunsen, eppendorfs, conchas, triple de ferro, fio de cobre, tela de amianto, fita de magnésio, tubo de ensaio, anel de ferro, pinça de madeira, pinça metálica, béquer de 300 ml, termômetro. Soluções de: Cloreto de sódio (NaCl), cloreto de potássio (KCl), cloreto de bário (BaCl2), cloreto de lítio (LiCl), cloreto de cobre II (CuCl2), cloreto de cobalto, Cloreto de cálcio (CaCl2), cloreto de estrôncio (SrCl2). 3.2. Métodos Parte 1 3.2.1 Manuseio do bico de Bunsen Inicialmente foi fechado completamente a entrada de ar no bico, em seguida foi aberta lentamente a válvula do gás, foi possível obter uma chama de cor amarela. O gás combustível é geralmente o gás de rua ou G.L.P. O comburente, via regra, é o ar atmosférico. 3.2.2 Luminosidade da chama Foi observado o que acontece a chama quando cada uma das partes ajustáveis do bico é movimentada, particularmente quando a válvula de ar é aberta e fechada; e anotado qual ajuste das partes reguláveis do bico produz uma chama não luminosa e qual produz chama luminosa. Em seguida, segurou-se por alguns segundos uma cápsula de porcelana contendo um pouco de água fria, na chama luminosa por 2-3 segundos. E anotado no que consiste o depósito preto formado na cápsula e por que se coloca água na cápsula. 7 3.2.3 Luminosidade da chama Ajustou-se o bico e a velocidade de fluxo de gás de forma que a chama seja não luminosa. Notou-se que ela forma um cone bem definido e foi feito um esquema da chama indicando as 3 regiões bem definidas. 3.2.4 Temperatura da chama Mantido horizontalmente por ≅ 30 segs. um fio de cobre e uma fita de magnésio nas seguintes posições da chama: a) no topo da chama; b) no topo do cone inferior; c) na base do cone inferior. Tido em consideração que o cobre funde a 1083oC e o magnésio a 650oC. Anotou-se os resultados observados. 3.2.5 Aquecimento de líquidos em tubo de ensaio Colocado cerca de 4ml de água em um tubo de ensaio, em seguida com uma pinça de madeira, segurou-se o tubo, próximo a boca, conforme Figura 2 (roteiro fornecido pela Professora), foi aquecida a água, na chama média do bico de Bunsen (torneira de gás aberta pela metade e janelas abertas pela metade), com o tubo voltado para a parede, com inclinação de cerca de 45° e com pequena agitação, até a ebulição da água. Retirou-se o tubo do fogo e esperadoo esfriamento na estante para tubos de ensaio. Anotado os resultados em seguida. 3.2.6 Aquecimento de líquidos em Béquer Colocado cerca de 100ml de água em um béquer de 250mL; deixado o béquer sobre a tela de amianto, suportada pelo anel ou pelo tripé de ferro (Figura 3); c) Aquecido o béquer com a chama forte do bico de Bunsen (janelas abertas e torneira de gás totalmente aberta). Observou-se a ebulição da água e anotado sua temperatura de ebulição. T = --- ------°C. Foi apagado o bico de Bunsen e esperado o esfriamento do béquer no mesmo local. Parte 2 3.2.7 Experimento com Sólidos e colorações Colocado um pouco de soluções de NaCl, KCl, BaCl2, LiCl, CuCl2 e SrCl2 devidamente identificados com suas respectivas fórmulas, acendeu-se o bico de Bunsen. Com cuidado, ajustou-se a cor certa da chama para que não ficasse com fuligem; foi pego um sólido com o auxílio de uma espátula e colocado uma pequena quantidade em uma concha e aquecido no topo da chama. Foi verificado a coloração e anotado na Tabela. O experimento foi realizado com os demais sólidos. 8 4. Resultados e Discussões 4.1. Luminosidade da chama Mantido a janela de oxigeno fechada, foi obtido uma chama Luminosa de coloração amarela evidente, indicando que esta ocorrendo uma combustão incompleta do gás, pois existe pouco oxigênio para queimá-lo. Neste caso os produtos da queima são: CO, C (carvão na forma fuligem), H2O, e pouco CO2. Para regular a chama, foi aberto lentamente as válvulas ou janelas do bico de Bunsen, o que fez com que aumentasse a quantidade de oxigênio na mistura de gás-ar que será queimada, promovendo assim a combustão completa do gás, então os produtos da queima são: CO2 e H2O. A válvula aberta completamente, obtém-se uma chama não luminosa e azul mais evidente. O deposito preto abaixo da concha, consiste na reação do butano e oxigênio, resultando no Carbono. Realizando a combustão incompleta. C4H10(g) +9O2(g) →8CO(g) +10H2O(g) C4H10(g) + 5O2(g) → 8C(g) + 10H2O(g) 4.2 Regiões da chama Imagem 2: 3 regiões da chama no bico de Bunsen. https://docplayer.com.br/docs-images/63/49977868/images/16-0.jpg 9 Foi feito o ajuste do bico de Bunsen e foi possível notar as 3 regiões da chama, sendo definidas como: Zona Oxidante ou zona externa: região violeta pálida, quase invisível, onde os gases sofrem combustão total Zona Redutora ou intermediária: região luminosa onde os gases sofrem combustão incompleta por deficiência de oxigênio. Zona Neutra ou interna: zona limitada por uma "casca azulada", onde os gases ainda não sofreram combustão. 4.3 Temperatura da chama Foi mantido horizontalmente no topo da chama, no topo do cone inferior e por fim, na base do cone, um fio de cobre e um de magnésio por cerca de 30 seg. Inicialmente, após alguns segundos que os elementos estavam no topo da chama com temperaturas entre 1540º C e 1560º C, se fundiram rapidamente. Em seguida, foi colocado no topo do cone inferior, com a temperatura abaixo de 1540º C, onde a fuso ocorreu de forma demorada e quase imperceptível. Por fim, colocou-se os elementos na base do cone, onde não ocorreu fusão, já que a temperatura estava abaixo de 500º C. Analisados os dados experimentais observamos que as amostras sofreram precipitação mais rapidamente no topo de ambas as chamas, ou seja, na região Oxidante, sendo o bico de Bunsen responsável pelo tempo menor para queima das amostras 4.4 Aquecimento de líquidos em tubo de ensaio Colocado cerca de 4ml de água em um tubo de ensaio, em seguida com uma pinça de madeira, segurou-se o tubo, próximo a boca, foi aquecida a água, na chama média do bico de Bunsen (torneira de gás aberta pela metade e janelas abertas pela metade), com o tubo voltado para a parede, com inclinação de cerca de 45° e com pequena agitação, até a ebulição da água. Depois de feito o processo, rapidamente a água começou a ferver e entrou no estado de ebulição. 4.5 Aquecimento de líquidos em béquer Foi depositado cerca de 100 ml de água em béquer de 250 ml e em seguida o béquer foi colocado em cima de uma tela de amianto que era mantida em cima do bico de Bunsen por um tripé de ferro. Alguns instantes após acender a chama, quando a temperatura era de mais ou menos 75 ºC, foram desprendidas as primeiras bolhas de O e assim que a temperatura chegou a 100 ºC a ebulição teve início. 10 4.6 Coloração de elementos na Chama e identificação de Cátions Tabela 1: Coloração de elementos REAGENTES CÁTION COR OBSERVADA NaCl Na+ Laranja KCl K+ Lilás (roxo) BaCl2 Ba2+ Verde LiCl Li+ Vermelho Carmim CuCl2 Cu2+ Azul CaCl2 Ca2+ Branca SrCl2 Sr2+ Vermelho Tijolo/ Rosa Pink Analisado a tabela fundamentado na teoria Atômica de Bohr, tido em conta 3 importantes postulados para compreensão acerca do que se foi observado acima. Destaca-se que enquanto o elétron está numa determinada orbita, sua energia é constante. Se o elétron receber energia suficiente, ele saltará a uma orbita com energia superior. E por fim, ao retornar a sua orbita de origem, o elétron emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a mesma quantidade de energia absorvida. A queima de um sal metálico implica na promoção de elétrons, cujo retorno é revelado pela emissão de luz. Assim, um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que absorva energia externa (ultravioleta, luz visível, infravermelho etc.). Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma transição eletrônica. Já a transição de retorno deste elétron ao nível inicial se faz acompanhar pela liberação da energia na forma de ondas eletromagnéticas, como, por exemplo, a luz visível, que é percebida por nossos sentidos como uma coloração. 11 5. Conclusão Com a realização do experimento foi colocar em prática o objetivo da aula. Foi possível observar e identificar o cátion pelo teste de chama, pode-se ainda comprovar que o que diz a teoria da prática é verídico, pois por observar as cores das chamas de cada composto conclui-se que os elementos liberam a energia absorvida de forma característica de cada um. Conclui-se também que o teste de chama é um experimento de química analítica qualitativa por que não fornece dados quantitativos. Por fim, ainda com a realização do experimento os acadêmicos aprenderam utilizar o bico de Bunsen com segurança, de acordo com as normas de segurança do laboratório. 12 6. Referências DREKENER, Roberta. Química Geral, Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 208 p. KOTZ, J. C.; TREICHEL, P. M.; TOWNSEND, J. R.; TREICHEL, D. Química Geral e reações químicas. 2. Ed. São Paulo: Cengage Learning, 2014. Vol. 1 FELTRE, Ricardo, Química Orgânica, Ed. Moderna, 6ª Edição, São Paulo, 2004. https://www.infoescola.com/quimica/explicacao-em-bohr-para-o-teste-da- chama/