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Reações Químicas: Síntese de óxidos Alunos: Andressa Soares RA: 112290 Giovana Rita Molina Ramari RA: 112299 Giovanna Juvenasso Capanema RA:112292 Curso: Química Bacharelado Disciplina: Química Geral Experimental Maringá, 2019 Universidade Estadual de Maringá Centro de Ciências Exatas Departamento de Química 1. INTRODUÇÃO Uma reação química é uma transformação na composição e estrutura da matéria. As reações químicas são classificadas em grupos, de acordo com os fatores em estudo. Tendo em vista o produto da reação em relação aos reagentes, podem ser denominadas, reações de analise, de deslocamento ou simples-troca, dupla troca ou reações de síntese que é quando dois ou mais reagentes formam um único produto, que será mais profundamente abordada, por meio da síntese de óxidos7. A ferrugem é altamente indesejável, ela ocorre devido à oxidação do ferro, que deteriora o material exposto ao ar ou água entre outros. Isso ocorre devido a um processo chamado, oxidação que significava primordialmente a combinação com oxigênio gasoso, posteriormente o termo pode ser interpretado como uma reação na qual uma substância ou espécie perde elétrons ¹, desconsiderando os elementos envolvidos. Comumente os produtos da oxidação são compostos iônicos contendo um cátion metálico ². A partir da reação entre o magnésio e oxigênio é possível melhor entender esse processo. O magnésio pertence ao grupo 2 da tabela periódica; é um metal prateado, apresentando brilho no seu estado natural, porém ao entrar em contato com o ar sua cor altera-se para cinza devido a reação de oxidação que ocorre em sua superfície . Foi descoberto e reconhecido como elemento em 1755, na Escócia. Em 1808, Sir Humphrey Davy isolou-o aquecendo o amálgama formado na eletrólise da mistura de óxido de magnésio (MgO) e óxido de mercúrio (HgO). É o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre, utilizado em flashes fotográficos e também reagindo com o oxigênio é usado em artefatos pirotécnicos para produzir faíscas brancas. Utilizado também em dispositivos incendiários ³. Ao reagir com oxigênio, os átomos de magnésio sólido perdem elétrons para formar o íon Mg²+ e os átomos de Oxigênio molecular ganham elétrons para formar o íon O2-, ao analisar a reação entre o magnésio e o cloro nota-se o mesmo padrão, um átomo de magnésio doa elétron formando o cation Mg2+ e o gás cloro ganham esses elétrons formando o íon Cl-. Sendo assim uma reação de oxidação não necessariamente precisa conter oxigênio. Nesse exemplo podemos observar dois processos, visto que, na oxidação ocorre perda de elétrons, e esses são partículas e não podem ser perdidos, sempre que ocorrer uma reação de oxidação haverá uma reação de redução, ou seja, um dos componentes receberá elétrons 4 . Os óxidos podem ser classificados como óxidos básicos, formados principalmente pelos metais alcalinos e alcalinos terrosos, como é o caso do óxido de magnésio. O óxido de magnésio (MgO) é utilizado na produção de concretos refratários, pois trás diversas vantagens a esse produto, apesar disso, o seu uso em concretos refratários tem se limitado devido a problemas relacionados a sua elevada tendência a se hidratar, formando hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), também conhecido como brucita. Outro tipo são os óxidos anfóteros, formados por metais e semimetais e quando reagem com ácidos ou bases forte, resultam em sal e água, há também os óxidos neutros ou indiferentes, pois não possuem nem caráter ácido ou básico, como o monóxido de carbono (CO), gás extremamente tóxico ao ser humano. Os chamados óxidos mistos ou salinos se comportam como se fossem a soma de dois diferentes óxidos do mesmo elemento, como óxido de ferro (FeO) e o óxido de ferro ll (Fe2O). Por fim os óxidos ácidos, formados por não metais e por metais com numero de oxidação alto, como o dióxido de enxofre (SO2), esse trazendo enormes preocupações aos ambientalistas, pois uma vez emitido, ele pode reagir com vários oxidantes presentes na atmosfera formando gotas de ácido sulfúrico (H2SO4), causando danos ao meio ambiente em geral 5, mas ficou popularmente conhecido devido a corrosão das estatuas. O ácido sulfúrico é um liquido incolor, com alta viscosidade, densidade de 1,84 g/mL e um ponto de ebulição de 270°C. Apesar de causar efeitos desastrosos no meio ambiente, ele tem varias propriedades desejáveis e sua produção é barata, mais de dois terços da produção são usados na industria de fertilizantes de fosfato, e suas demais aplicações são para produção de pigmentos, explosivos, álcool, polpa de papel, detergentes e como componente para baterias de armazenamento. Além de sua produção industrial, também é expelido por alguns animais marinhos como meio de defesa 2. Essa substância é introduzida na atmosfera através de fontes naturais, como as atividades vulcânicas, porém em maior quantidade por fontes antropogênicas de emissão, que são como exemplo: a queima de combustíveis fósseis e as atividades industriais 5 Apesar de pouco preciso, é possível determinar o caráter ácido- básico dos óxidos, quando reagem com água, por meio de um indicador, que se baseia no uso da variação de cor de algumas substâncias, que no caso ácido-base são indicadores ácidos ou bases orgânicas (fracos) que apresentam colorações diferentes, dependendo da forma que se encontra em solução (forma ácida ou forma básica). Os indicadores formam três grupos principais: sulfoftaleínas, como o vermelho de fenol; azo composto como o alarajado de metila e por fim ftaleínas, como a fenolftaleína (C20H14O4)6. 2. OBJETIVO Esta prática tem como objetivo, sintetizar óxidos e identificar o caráter ácido-básico destes quando reagem com a água. 3. MATERIAIS E PROCEDIMENTOS Experimento 01. Para a realização do experimento 01 foram utilizados 100mL de água destilada, espátula, um erlenmeyer de 250mL, enxofre, bico de Bunsen, rolha, uma flor, e um dispositivo de combustão. Primeiramente foi adicionado cerca de 100mL de água destilada e a flor no erlenmeyer. Em seguida foi adicionado uma pequena quantidade de enxofre no dispositivo de combustão (uma ponta de espátula aproximadamente) e foi iniciado a queima do enxofre no bico de Bunsen sempre posicionado sobre a chama azul. Assim que enxofre começou a queimar foi colocado no erlenmeyer de forma com que o dispositivo ficasse um pouco acima da flor e tampado rapidamente com a rolha de forma com que ficasse vedado. O sistema foi deixado na capela por um tempo até que o gás fosse solubilizado na água. Experimento 02. Para realização do experimento 02 foram utilizados uma pinça metálica, fita de magnésia, bico de Bunsen tubo de ensaio e ¾ de água destilada. Primeiramente foi adicionado cerca de ¾ de água destilada no tubo de ensaio, em seguida com auxílio da pinça foi colocada a fita de magnésio no fogo para que se iniciasse a queima. Por último quando a fita de magnésia entrou em combustão por completo foi colocada no tubo de ensaio com água destila. Experimento 03. Primeiramente foram nomeados os tubos de ensaio em duas séries (A e B) de cinco tubos enumerados de 1A a 5A e 1B a 5B. Nos tubos 1A e 1B com auxílio de uma pipeta foram adicionados cerca de 3,00 mL de água destilada em cada tubo, depois nos tubos 2A e 2B foi adicionado cerca de 3,00 mL de ácido clorídrico, nos tubos 3A e 3B foi adicionado com auxílio de uma pipeta cerca de 3,00mL de solução de 0,1 mol/L de hidróxido de sódio (NaOH), aos tubos 4A e 4B foi adicionado com auxílio de uma pipeta 3,00 mL de solução da síntese do SO2 e aos tubos 5A e 5B foi adicionado 3,00 mL de solução da síntese do MgO com auxílio da pipeta. Em seguida na série A foi adicionado duas gotas de indicadorfenolftaleína e observada a coloração das soluções. Depois foram adicionadas duas gotas de vermelho congo na série B e observada a coloração das soluções. Por último foram identificados o caráter ácido ou básico delas. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES EXPERIMENTO 01. Antes da realização do experimento, discutiu-se a respeito do significado de síntese e decomposição, de combustíveis e comburentes que formam um óxido. O enxofre, inicialmente sólido, o elemento similar a um pó amarelado, ao atingir o ponto de fusão, o enxofre começou a sofrer visíveis transformações, logo se notou que ele havia mudado de estado e agora estava um liquido incolor. Introduziu-o em um erlenmeyer sem toca-lo na água e o vedou com uma rolha, para não haver inalação ou escape do gás que é altamente tóxico, observou-se que logo começou a aparecer um fumaça. A Partir da queima do enxofre obtém-se o gás dióxido de enxofre: S(s) + O2(g) →SO2(g) Como o gás dióxido de enxofre é solúvel em água, o mesmo reagiu com a água destilada presente no erlenmeyer, através de ligação covalente, formando acido sulfúrico: SO2(g) + H2O(aq) H2SO3(aq) A flor no frasco sofreu alteração em sua coloração, justificando a preocupação da formação dessa substância no meio ambiente e seu impacto nos solos e vegetações. Imagem 01: Erlenmeyer com Enxofre em combustão Fonte: pelas autoras Imagem 02: Combustão do enxofre Fonte: pelas autoras EXPERIMENTO 02. Prendeu-se magnésio sólido a uma fita do metal na ponta de uma pinça metálica e colocou-o na chama do bico de bunsen, observou-se a emissão de uma luz branca forte, durante a queima ouve ligação iônica que resultou em um sólido um pouco escuro, que no caso é o Oxido de magnésio (MgO). O processo representado pela equação: 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) Após a queima, transferiu-se o óxido de magnésio para um tubo de ensaio que continha água destilada, formando-se então hidróxido de magnésio, através de ligações iônicas: MgO(s) + H2O(l) Mg(OH)2(aq) Imagem 03: Fita de magnésio Fonte: pelas autoras Imagem 04: Combustão do magnésio Fonte: pelas autoras Imagem 05: MgO em solução aquosa Fonte: pelas autoras EXPERIMENTO 03. Ao gotejar o indicador vermelho congo no tubo 1B, a cor apontada foi azul escuro, indicando um caráter ácido da água destilada. Após suspeita de água impura, repetiu-se a pratica com nova amostra, e desta vez, a solução tornou-se vermelha, indicando o caráter neutro. A dúvida surgiu, pois os resultados estavam em desacordo com a teoria de que a água pode funcionar como base ou ácido. Substancias assim são denominadas anfipróticas. Segundo a definição de Bronsted, ácido é qualquer doador de prótons, nessa definição indica o íon H+, e base é qualquer aceitador de prótons, que nesse caso é o íon hidrônio H3O+. Em água pura acontece uma reação muito rápida de transferência e recebimento de prótons, esse processo é chamado autoprólise. A concentração desses íons em água pura é tão ínfima, que a torna segundo as escalas de pH, neutra, como indicado no tubo de ensaio 1A, onde foi gotejado o indicador fenolftaleina. Nos tubos 2A e 2B, que continham uma solução de ácido clorídrico (HCl), ao gotejar os indicadores, o primeiro apresentou-se incolor e o segundo azul, segundo as escalas de cores de indicação, ambos apresentaram caráter ácido. A água dissolve o cloreto de hidrogênio HCl(s), e cada molécula de HCl transfere imediatamente um íon H+ para uma molécula de H2O, na reação a seguir: Como quase todas as moléculas de HCl transferem íons H+, esse é classificado como um ácido forte, podendo não ser forte caso fosse utilizado outro solvente. Ainda sob a definição de Bronsted 8 . Já nos tubos 3A e 3B, em que foi adicionado uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), as cores encontradas respectivamente foram rosa e vermelho, indicando um caráter básico, que pela definição de Arrhenius, base é um composto que produz íons hidróxido (OH-) na água, é o que ocorre ao adicionarmos NaOH em água. Classificada como uma base forte, pois esse composto dissocia-se quase que completamente em água. Em uma solução de 0,30 mol/L de NaOH consiste em 0,30 mol/L de Na(aq) e 0,30 mol/L de OH-(aq)9 . Nos tubos 4A e 4B ambas as soluções indicaram caráter ácido. Ao realizar a combustão do enxofre no ar, o produto é dióxido de enxofre. S8(s)+O2(g) → SO2(g) Este gás combinado com mais oxigênio resulta em trióxido de enxofre: SO2(g)+1/2 O2(g)→ SO3(g) Que ao entrar em contato com a água libera íons H+, caracterizando um oxido ácido, resultando em ácido sulfúrico2: SO3(g)+H2O(l)→H2SO4(aq) Tubos A5 e B5, após a dissolução do oxido de magnésio sintetizado, indicaram caráter básico, a reação ocorrida é indicada abaixo: MgO+H2O→MgOH+OH-(aq) (A) MgOH++OH-→Mg(OH)2(s) (B) A reação ocorrida segue os mesmos princípios dos tubos 3A e 3B. Imagem 6: tubos com indicador vermelho congo Fonte: pelas autoras Imagem 7: tubos com o indicador fenolftaleína Fonte: pelas autoras 1. RESULTADOS REFERENTES À DISSOLUÇÃO DE INDICADORES ÁCIDO-BASE. Substância Vermelho congo Fenolftaleina pH Caráter Água Laranja Incolor 5-8 neutro HCl Azul Incolor 0-3 Ácido NaOH Vermelho Rosa 8-14 Básico Síntese S Azul Incolor 0-3 Ácido Síntese Mg Laranja Rosa 8-14 Básico 5. CONCLUSÃO Através dos experimentos realizados, foi possível concluir que o oxido de enxofre é um óxido acido e que o oxido de magnésio é um oxido base, pois ao reagirem com água formam acido sulfúrico e hidróxido de magnésio, Concluiu-se também que ao comparar os resultados obtidos no acido clorídrico e no hidróxido de sódio sob ação dos indicadores, que as identidades dos óxidos foram comprovadas 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ¹- RUSSEL, John Blair. Química Geral - 2. ed. São Paulo. Person Makron Books, 1994. ²- KOTZ, John C.; TREICHEL, P. J. Química Geral e reações químicas; vol. 1; 4.ed.; LTC editora – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. ³Laboratório Virtualde Química UNESP www2.fc.unesp.br/lvq/LVQ_tabela/012_magnesio.html 4- ATKINS, P; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. – 5. ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012 http://www2.fc.unesp.br/lvq/LVQ_tabela/012_magnesio.html 5- Quim. Nova, Vol. 25, No. 2, 259-272, 2002.� * e-mail: jailsong@ufba.br QUÍMICA ATMOSFÉRICA DO ENXOFRE (IV): EMISSÕES, REAÇÕES EM FASE AQUOSA E IMPACTO AMBIENTAL Cláudia Rocha Martins e Jailson Bittencourt de Andrade* Instituto de Química, Universidade Federal da Bahia, 40170 290 Salvador - BA 6- BACCAN, Nivaldo (et al) – Química Analítica Quantitativa Elementar – São Paulo: Edgard Blucher, Campinas: Universidade Estadual de Campinas, 2001. 7- AMARAL, L.F; SALOMÃO, R; PANDOLFELLI, V.C – Cerâmica - Mecanismos de hidratação do óxido de magnésio – Departamento de Engenharia de Materiais – DEMa, Universidade Federal de S.Carlos – UFSCar, 2007. 8_ ARTKINS, P.; JONES, L.– Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. – 5.ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012 9_ BROWN, T.L.; LEMAY, H.E. Jr.; BURSTEN, B.E. – Quimica a Ciência Central – 9 ed. – São Paulo: Pratice Hall, 2005.
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