Relatorio Experimental 2

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO DE JANEIRO CAMPUS DUQUE DE CAXIAS
Química Geral Experimental
FENÔMENOS QUÍMICOS E FÍSICOS
Alunos: Ivan Onorato Quaresma, André de Mello, Rebeca Figueira
Prof. Ana Paula Estevão
Duque de Caxias,
2023.
RESUMO
O objetivo deste experimento foi examinar as diferenças entre características químicas e físicas. Realizamos uma série de experimentos que envolveram aquecimento de substâncias, reações ácido-base, reatividade de metais com ácidos, solubilidade de substâncias e formação de precipitados em reações entre sais.
Os resultados mais significativos destacaram a ocorrência de respostas químicas novas, como a reatividade dos metais com ácidos, e mudanças de fase nas características físicas, como a desidratação do sulfato de cobre penta-hidratado por exemplo.
É amplamente aceito que a diferenciação entre características químicas e físicas desempenha um papel crucial na compreensão da ciência e tecnologia modernas. Essa distinção é fundamental para explorar, explicar e inovar em diversos campos do conhecimento. Além disso, ela proporciona uma base sólida para avanços futuros na pesquisa e aplicação de princípios tanto químicos quanto físicos.
SUMMARY
The purpose of this experiment was to examine the differences between chemical and physical characteristics. We carried out a series of experiments that involved heating substances, acid-base reactions, reactivity of metals with acids, solubility of substances and formation of precipitates in reactions between salts.
The most significant results highlighted the occurrence of new chemical responses, such as the reactivity of metals with acids, and phase changes in physical characteristics, such as the dehydration of copper sulfate pentahydrate, for example.
It is widely accepted that differentiating between chemical and physical characteristics plays a crucial role in understanding modern science and technology. This distinction is fundamental to explore, explain and innovate in different fields of knowledge. Furthermore, it provides a solid foundation for future advances in the research and application of both chemical and physical principles.
SUMÁRIO
1. Introdução..............................................................................1
2. Objetivos................................................................................2
3. Materiais e Reagentes...........................................................2-4
4. Procedimento Experimental...................................................5
4.1 Aquecimento do sulfato de cobre penta hidratado................5
4.2 Ácido e Base.........................................................................5
4.3 Ácido e Sal............................................................................5
4.4 Óxido básico x Óxido ácido...................................................6
4.5 Reatividade de metais com ácidos........................................6
4.6 Solubilidade...........................................................................6
4.7 Sal x Sal................................................................................6
4.8 Base x óxido..........................................................................7
5. Resultados e Discussão........................................................7-17
6. Conclusão.............................................................................17
7. Questionário..........................................................................18-19
8. Referências Bibliográficas.....................................................20
1. INTRODUÇÃO
Fenômenos Físicos e Químicos, transformações da matéria.
Sempre que a matéria sofre uma transformação, dizemos que ela sofreu um fenômeno, que pode ser físico ou químico.
Fenômeno físico
Se o fenômeno não modifica a composição da matéria, dizemos que ocorre um fenômeno físico. No fenômeno físico a composição da matéria é preservada, ou seja, permanece a mesma antes e depois da ocorrência do fenômeno.
Em geral, os fenômenos físicos são reversíveis, ou seja, a matéria retorna a sua forma original após a ocorrência do fenômeno. Mas nem sempre é assim. Quando rasgamos um papel, por exemplo, os pedaços picados continuam sendo de papel, portando temos um fenômeno físico, porém, não podemos obter novamente o papel original e intacto apenas juntando os pedaços picados, o que nos leva a concluir que, em certos aspectos, os fenômenos físicos podem ser irreversíveis.
Fenômeno químico
Se o fenômeno modifica a composição da matéria, ou seja, a matéria se transforma de modo a alterar completamente sua composição deixando de ser o que era para ser algo diferente, dizemos que ocorreu um fenômeno químico. No fenômeno químico, a composição da matéria é alterada, sua composição antes de ocorrer o fenômeno é totalmente diferente da que resulta no final.
Todo fenômeno químico ocorre acompanhado de uma variação de energia, ou melhor, a transformação na composição da matéria implica necessariamente uma liberação ou absorção de energia. Fenômenos químicos que ocorrem com liberação de energia são denominados exotérmicos. A matéria que resulta de uma transformação exotérmica em geral é mais estável que aquela que lhe deu origem. 1
2. OBJETIVO
Observar e constatar as diferenças entre os fenômenos físicos e fenômenos químicos através da análise do experimento em procedimentos na aula prática laboratorial. Diferenciar as transformações ocorridas entre químicas e físicas.
3. MATERIAS E REAGENTES
Materiais usados para Aquecimento (Desidratação) do sulfato de cobre penta hidratado:
· Becker de 50 mL
· Agitador Magnético com Aquecimento (150°)
· Pipeta Graduada 10 mL
· Pisseta
· Sulfato de Cobre 10 mL
· Água destilada
Materiais utilizados para fenômeno de Ácido-base:
· Tubo de ensaio 1,0 mL
· 1 Pipeta graduada 10 mL
· 1 Pipeta graduada 1,0 mL
· Conta gotas
· Ácido clorídrico 0, 1mol.L-1
· Fenolftaleína
· Hidróxido de sódio 0, 1mol.L-1
Materiais utilizados para fenômeno de Ácido e Sal:
 2
· Tubo de rolha com saída lateral
· Mangueira
· Balança Analítica
· Vidro de Relógio 50Mm
· Espátula
· Becker 50 mL
· Carbonato de cálcio 1,0 g
· Água destilada
· Ácido Clorídrico (10%) 2 mL
Materiais utilizados para fenômeno de Óxido básico x Óxido ácido:
· 1 Becker 20 mL
· 1 Becker 50 mL
· Vidro de Relógio 50Mm
· 2 Conta gotas
· Espátula
· Canudo
· Água destilada 40 mL
· Fenolftaleína
· Óxido de cálcio 1,0 g
· Azul de bromotimol
· Hidróxido de sódio
Materiais utilizados para fenômeno de Reatividade de metais com ácidos:
· 2 Tubos de ensaio
· 1 Conta gotas
· Bunsen
· Pinça de madeira
· Pipeta Graduada 10 mL
· Solução de ácido clorídrico 10% 3
· Cobre metálico
· 1 Prego
 Materiais utilizados para fenômeno de Solubilidade:
· 1 Tubo de Ensaio
· Água destilada
· Óleo de cozinha
· Pipeta Graduada 10 mL
· 1 Conta gotas
· Solução alcoólica de iodo
· Cloreto de sódio 0,5
· Vidro de Relógio 50Mm
· Espátula
Materiais utilizados para fenômeno de Sal x Sal:
· 1 Tubo de ensaio
· Solução iodeto de potássio 0,5 mL
· Solução de nitrato de prata 0,5 mL
· Pipeta Graduada 10 mL
Materiais utilizados para fenômeno de Base x óxido:
· 1 Tubo de ensaio
· 1 Tubo com saída lateral
· Pipeta Graduada 10 mL
· Vidro de Relógio 50Mm
· Espátula
· Bicarbonato de sódio 1,0 g 4
· Solução de hidróxido de cálcio 3,0 mL
· Bunsen
· Mangueira
· Suporte articulado mesa
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os procedimentos experimentais serão apresentados a partir de tópicos para a melhor organização da realização da prática.
Segue a descrição de cada experimento em ordem.
4.1 Aquecimento do sulfato de cobre penta hidratado
No primeiro experimento foi utilizadoum becker de vidro 50 mL e com uma Pipeta Graduada 10 mL foi adicionado o quantitativo de 10 mL de solução de sulfato de cobre (II) penta hidratado. Depois foi aquecido no Agitador Magnético com Aquecimento a 150°, depois retirando do agitador, utilizando uma Pisseta adicionamos 2 gotas de água destilada.
4.2 Ácido-base
No segundo experimento foi utilizado um tubo de ensaio e com uma pipeta graduada (10mL) foi colocado 1,0 mL de Ácido clorídrico, depois com o conta gotas foi adicionado 2 gotas de fenolftaleína agitando o tubo, com uma pipeta graduada (1,0 mL) adicionamos 1,0 mL hidróxido de sódio mantendo a agitação, depois foi adicionado mais 1,0 mL de hidróxido de sódio.
4.3 Ácido e Sal
 5
No terceiro experimento foi utilizado um Vidro relógio e espátula para pesar o Carbonato de cálcio (CaCO3) na balança analítica, obtendo o peso de 1,0024 g, depois foi colocado em um tubo de rolha com saída lateral conectando uma mangueira neste tubo colocamos a outra ponta em um becker (50mL) cheio com água destilada, com uma Pipeta Graduada 10 mL foi adicionado 2 mL de ácido clorídrico (HCl) 10%.
4.4 Óxido básico x Óxido ácido
No quarto experimento utilizando dois beckers com (20 mL) e (50 mL) cada um cheio com 20mL de água destilada, com um conta-gotas pigamos no becker 1 de 20 mL, 3 gotas de fenolftaleína, depois com vidro relógio e uma espátula pesamos 1,038 g de óxido de cálcio e adicionamos ao becker.
No becker 2 de (50 mL) usando outro conta gotas pingamos 3 gotas de azul de bromotimol, depois 1 gota de hidróxido de sódio; com um canudo assopramos o becker 2 para sofre alguma mudança.
4.5 Reatividade de metais com ácidos
Usando 2 tubos de ensaio colocamos em cada um, 1 mL de Ácido clorídrico 10% usando uma Pipeta graduada (10 mL), em um tubo colocamos cobre metálico e o outro um prego (Ferro metálico), com uma pinça de madeira prenda cada um dos tubos e aqueça no Bunsen. Observando em cada tubo no fenômeno ocorrido.
4.6 Solubilidade
Em um tubo de ensaio foi colocado 1 mL de água e 1 mL de óleo, depois com um conta gotas pigamos 3 gotas de alcoólica de iodo, agitando o tubo tentamos verificar a fases formadas através do menisco; depois pesamos 0,5207 de cloreto de sódio (NaCl) e adicionamos ao tubo agitando até dissolver o sal adicionado. 6
4.7 Sal x Sal
Com uma pipeta graduada, colocamos em um tubo de ensaio 0,5 mL de solução Iodeto de potássio, depois 0,5 mL de solução de nitrato de prata, observando o fenômeno final.
4.8 Base x óxido
Em um tubo com saída lateral adicionamos 1,0011 g de Bicarbonato de sódio pesado na balança analítica, em outro tubo (ensaio) adicionamos 3,0 mL de solução de Hidróxido de cálcio, com uma mangueira conectamos na saída lateral do tubo; e a outra ponta ficou dentro do tubo de ensaio, mantendo o tubo com saída lateral fixado ao suporte articulado de mesa fizemos o aquecimento com o Bunsen.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Aquecimento do sulfato de cobre penta hidratado
No primeiro experimento constatou que os 10 mL de solução de sulfato de cobre (II) penta hidratado, passando pelo processo de aquecimento, houve uma degradação ficando ao fundo do becker uma forma anidra (Branca).
Porque Quando o CuSO4.5H2O, que é azul, é exposto a uma fonte de aquecimento, ele se desidrata perdendo moléculas de água (H2O).
CuSO4.5H2O (s) −−> CuSO4(s) Anidro
(Azul) (Branco)
Agora quando adicionamos a água destilada ao CuSO4 anidro, ela se liga ao sal liberando energia e retornando a cor azul. 7
A Entalpia de hidratação do sulfato de cobre anidro pode ser calculada:
CuSO4 + 5 H2O −−> CuSO4.5H2O (s)
?Hf= (-2278,0) - (-769,9) +5(-285,9) = -78,6 kJ/mol.
Verificamos, portanto, que o processo de hidratação do sulfato de cobre é exotérmico, o que justifica a elevação da temperatura do sistema após a adição de água.
Obs.: No processo de aquecimento progressivo, inicialmente perde-se duas moléculas de água, o complexo então se torna tri-hidratado, depois, mais duas moléculas de água, deixando-o mono hidratado. Até ao ponto Anidro.
Exemplos:
CuSO4 .5H2O(s) + calor −−> CuSO4.3H2O(s) + 2 H2O(g)
(Tri-Hidratado)
CuSO4 .3H2O(s) + calor −−> CuSO4.H2O(s) + 2 H2O(g)
(Mono Hidratado)
 8 
Figura 1: Aquecimento do Sulfato de cobre (II) penta hidratado
Processo: Físico, ao se aquecer o CuSO4.5H2O cristalino, as águas existentes na estrutura vão sendo liberadas, a depender da temperatura e da taxa do aquecimento, da concentração de vapor de água no ambiente e do tamanho da partícula que está sendo aquecida. No progresso da desidratação do sulfato de cobre cristalino, os átomos de oxigênio advindos do ânion sulfato substituem as moléculas de água de forma a manter a coordenação octaédrica distorcida da molécula. Portanto, estruturalmente, essa desidratação resulta em uma contração do cristal, na perda de água, em uma mudança no ambiente das ligações hidrogênio para as moléculas de água restantes e em uma deformação do grupo sulfato.
5.2 Ácido-base
Nesse experimento após adicionarmos 1,0 mL de ácido clorídrico em um tubo de ensaio, adicionamos 2 gotas de fenolftaleína, após agitar o tubo 
 9
manteia-se a solução incolor, colocamos então 1 mL de hidróxido de sódio
 mantendo-se incolor e depois mais 1 mL hidróxido de sódio foi ficando Rosa a solução. Por causa do excesso do hidróxido de sódio para quantidade de ácido clorídrico e fenolftaleína.
O fenômeno constatado é de neutralização, com o aumento de NaOH mol/L
fazendo a solução ficar Rosa.
NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l)
A fenolftaleína é um indicador sintético orgânico que, quando dissolvida em água se ioniza originando íons que estabelecem um equilíbrio e se transforma em uma solução incolor que ao entrar em contato com uma base ou ácido muda de cor.
 Figura: Indicador Universal
5.3 Ácido e Sal
No terceiro experimento após pesar 1,0024 de CaCO3 foi adicionado ao tubo com saída lateral, e adicionamos 2 mL de HCl, então notamos que no final da mangueira onde estava cheio de água começou a borbulhar, ou seja, na reação química reage ácido clorídrico concentrado a carbonato de cálcio que dá origem a uma solução aquosa de cloreto de cálcio e à libertação de um CO2.
Ou seja, as bolhas nada mais são que a liberação do CO2 conduzido até o becker com água.
Essa reação pode ser traduzida pela seguinte equação química:
 10
2HCl (aq) + CaCO3 (s) → CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
5.4 Óxido básico x Óxido ácido
No primeiro becker com 20 mL de água foi adicionado 3 gotas de fenolftaleína e mais 1,038 g de óxido de cálcio. Na reação foi observado que à solução ficou rosa.
Motivo quando o óxido de cálcio entrou em contato com a água reagiu produzindo hidróxido de cálcio (Ca (OH)2).
ÓXIDO + ÁGUA → BASE
1 CaO + 1 H2O → 1 Ca (OH)
Assim surge a coloração rosa porque a fenolftaleína funciona como indicador ácido-base que em meio base altera a coloração, como a concentração de hidróxido de cálcio na solução.
No segundo becker com 20 mL de água foi adicionado 3 gotas de azul de
Bromotimol, e 2 gotas de hidróxido de sódio até ficar azul.
Ou seja, o Hidróxido de sódio que é base dissocia em água ele libera o íon Ca2+ e 2 hidroxilas. junto ao bromotimol, na primeira gota, iniciando a 
 11 
reação, mas sem forma visívele na segunda fazendo chegar ao azul,
 depois quando com um canudo assopramos alterando novamente a cor para verde pois era a concentração de CO2 que é de característica ácida.
Ca (OH)2 + CO2 + H2O → CaCO3 + H2O.
5.5 Reatividade de metais com ácidos.
Em 2 tubos separados nesse experimento, colocamos 1 mL de ácido clorídrico (10%), no primeiro tubo colocamos pedaços de cobre metálico, no segundo tubo colocamos um prego. Utilizando uma pinça de madeira aquecemos cada um dos 2 tubos no Bunsen, o que observamos?
No primeiro tubo não houve alteração com o aquecimento, já no segundo tubo houve alteração, de incolor para amarelo.
Cu + HCl → Ø
Cobre e ácido clorídrico 12
Fe (s) + 2 HCl (aq) → FeCl2 (aq) + H2 (g)
Ferro e ácido clorídrico
No primeiro tubo houve uma reação de simples troca e o cobre sendo menos reativo que o hidrogênio não houve alteração. Já no segundo tubo a coloração amarelo e devido a ferrugem do prego.
Quando um prego enferrujado é colocado no ácido clorídrico e aquecido, a ferrugem reage com o ácido, formando cloreto de ferro (III) e água. 
Portanto a mudança de cor observada no ácido clorídrico aquecido em contato com a ferrugem é devido à presença do cloreto de ferro (III) formado durante a reação. Neutralização entre o ácido e a ferrugem.
Fe³O⁴ + 8HCl = FeCl² + 2FeCl³ + 4H²O
 Esta é uma reação de oxidação-redução (redox) 13
5.6 Solubilidade
Em um tubo de ensaio colocamos 1 mL de água destilada mais 1 mL de óleo de cozinha depois com conta gotas 3 gotas de solução alcoólica de iodo. Agitando o tubo identificamos que o iodo foi melhor absorvido pelo óleo do que na água, por quanto dos dois serem apolares, nas seguintes fases observadas através do menisco:
 A densidade do iodo é menor que do óleo, e a densidade do óleo é menor que a da água.
Acrescentando no mesmo tubo 0,5207 g de cloreto de sódio (NaCl), agitar o tubo até a dissolução do sal por completo. Observou-se que a água ficou com a coloração amarela, o óleo laranja e o iodo marrom.
O cloreto de sódio (NaCl) é uma substância iônica que se dissolve facilmente na água. Quando você adiciona NaCl à água, ele se dissolverá, formando íons de sódio (Na+) e cloreto (Cl-) na solução úmida. Isso não afeta a fase oleosa, já que os íons não são solúveis em óleo.
 14
A coloração se deve ao adicionar uma quantidade suficiente de cloreto de sódio para permitir a formação de uma solução colorida devido à ocorrência de sal com o iodo. O sal ficará dissolvido na água, enquanto o iodo permanecerá na fase oleosa, dando a ela uma coloração característica.
5.7 Sal x Sal
Em um tubo de ensaio colocado 0,5 mL de iodeto de potássio, adicionar 0,5 mL de nitrato de prata.
A aparência da mistura resultante foi uma solução aquosa clara de nitrato de potássio (KNO3) e um precipitado branco de iodeto de prata (AgI) no fundo do recipiente.
2AgNO3(aq) + 2KI (aq) → 2AgI(s) + 2KNO3(aq)
 15
Isso é uma evidência visual de que ocorreu uma ocorrência química entre o KI e o AgNO3, resultando na formação de Agl insolúvel em água.
5.8 Base x Óxido
Em um tubo de saída lateral, adicionamos 1,011 de bicarbonato de sódio, e em um segundo tubo (ensaio) adicionamos 3,0 mL de solução de hidróxido de cálcio.
Fixando o tubo de saída lateral em um suporte articulado de mesa, conectamos uma mangueira na saída do tubo lateral e colocamos a outra ponta direto no tubo 2 com hidróxido de cálcio. Finalmente aquecemos com um Bunsen o tubo 1 de saída lateral que teve a seguinte reação:
Com aquecimento gerou CO2 fazendo a solução do tubo 2 borbulha, e alterando a solução incolor para branco.
 
 NaHCO3 + Ca (OH)2 -> Ca (HCO3)2 + NaOH 16
O CO2 é responsável por criar a efervescência. Essas bolhas são compostas principalmente de dióxido de carbono. Já o bicarbonato de cálcio é pouco solúvel em água e, portanto, forma uma suspensão branca na mistura, contribuindo para a aparência branca da mistura.
CONCLUSÃO
Temos a compreensão de cada experimento abordado que a diferença fundamental entre fenômenos químicos e físicos, são que os fenômenos físicos geralmente envolvem mudanças de fase, como sólidos para líquidos, enquanto efeitos químicos envolvem reações químicas e a formação de novas substâncias; que nos ajudam a entender como a matéria e a energia interagem e se comportam no mundo natural.
Ao longo deste trabalho, exploramos minuciosamente as distinções cruciais entre questões químicas e físicas.
Assim por exemplo como reação física com o aquecimento do Bicarbonato de Calcio que gerou CO2, identificado no segundo tubo com hidróxido de sódio solubilizando; mas no caso de uma reação de Metal (Fe) com Ácido, é um exemplo clássico de um fenômeno químico, pois envolve a formação de novas substâncias com composições químicas.
 17
A compreensão das diferenças entre especificações químicas e físicas é 
um aprendizado fundamental para a ciência e a tecnologia moderna, capacitando-nos a explorar, explicar e inovar em diversos campos do conhecimento e da aplicação prática.
QUESTIONÁRIO
1 - Quais são as observações visuais que
indicam a ocorrência de uma reação
química? Será que estas são sempre
evidências de uma reação? Discuta e
exemplifique.
2 - Qual o tipo de fenômeno que ocorre na
separação dos constituintes do petróleo.
Explique?
3 - Qual a condição para que dois sais
possam reagir?
1 - Mudança de cor: Isso pode ocorrer quando há uma reação química, resultando na formação de um novo composto com uma cor diferente.
Formação de precipitados: É um indício de que ocorreu uma reação química em que íons se combinaram para formar um sólido insolúvel, como acontece nas trocas iônicas.
Liberação de gases: É um sinal claro de que houve uma reação química, especialmente quando a liberação dos gases está relacionada à mudança na composição química das substâncias envolvidas.
Alterações nas propriedades físicas: 
 18
Podem indicar a ocorrência de uma reação química que está associada a mudanças na estrutura molecular. 
No entanto, nem todas essas observações indicam necessariamente uma ocorrência química. Mudanças de fase, como uma fusão de gelo, não envolvem reações químicas, apenas mudanças físicas.
2 - A separação dos constituintes do petróleo é um processo chamado de destilação fracionada, que é um físico, físico. Nesse processo, o petróleo é aquecido em uma torre de destilação, e os diferentes componentes do petróleo se vaporizam a diferentes temperaturas devido às suas diferentes massas moleculares e pontos de ebulição.
A destilação fracionada aproveita essa diferença de temperaturas de ebulição para separar o petróleo em frações, como a gasolina, o diesel, o querosene e outros produtos petrolíferos. À medida que os vapores sobem na torre, eles esfriam e condensam em diferentes estágios, separando-se em frações com base em seus pontos de ebulição.
3 - Para que dois sais possam reagir e formar produtos diferentes, é necessário que ocorra uma ocorrência de troca de íons, também conhecida como ocorrência de ocorrência. A condição para que essa ocorrência ocorra é que os produtos resultantes sejam menos solúveis do que os reagentes. Isso leva à formação de um sólido insolúvel, que é o precipitado.
A regra geral para uma ocorrência de ocorrência entre dois sais é a seguinte:
A(aq) + B(aq)→ C(s) + D(aq)
A ocorrência de ocorrência ocorre quando os íons A e B se combinam para formar o precipitado C, enquanto a íon D permanece em solução.
 19
Referências
https://www.mundovestibular.com.br/blog/fenomenos-fisicos-e-quimicos
http://projetoseeduc.cecierj.edu.br/eja/recurso-multimidia-professor/quimica/novaeja/m3u2/10.agua_em_po.pdf
http://www.labcat.unb.br/images/PDF/Apostila_do_aluno_QGE_-_2-2019_1.pdf
http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/843/Introdu%E7%E3o.pdf
 20