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Oxigênio e enxofre

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUIMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I
TURMA: 2015.1
Graduandas: Íngrede Silva e Regina Morais
Professor: Tancredo Fontineles
Entrega: 26/08/2015
Oxigênio e Enxofre
Introdução
O oxigênio e o enxofre são elementos químicos do grupo 16, os calcogênios. O nome deriva da palavra grega para bronze e se refere a associação do enxofre e seus congêneres com o cobre. Localizados no segundo e terceiro período, respectivamente na tabela periódica, classificados como não metal. Seus símbolos são O e S, possuem número atômico igual a 8 e 16 e massa atômica a 16 g/mol e 32,06 g/mol.
De acordo com Shriver e Atkins (2008), “a alotropia é um fator importante do grupo 16 e o enxofre ocorre num número de alotrópicos maior do que qualquer outro elemento”.
A descoberta do oxigênio se deu principalmente graças aos experimentos dos cientistas Joseph Priestley e Antoine Lavoisier. Segundo Shriver e Atkins (2008),
O oxigênio elementar constitui 21% em massa da atmosfera, é o terceiro elemento mais abundante no sol e o elemento mais abundante na superfície da lua. Ele é o elemento mais abundante da crosta terrestre, com 45% em massa, e está presente em todos os minerais silicatos. Ele responde por 85% da massa dos oceanos e 39% da água. Um pessoa médi tem dois terços da sua massa como oxigênio.
O enxofre é conhecido desde a antiguidade. No século IX a C, Homero já recomendava a evitar a pestilência do enxofre. Aproxidamente no século XII, os chineses inventaram a pólvora, uma mistura explosiva de nitrato de potássio, carbono e enxofre. Os alquimistas da idade média conheciam a possibilidade de combinar o enxofre com o mercúrio. Somente nos finais da década de 1770 a comunidade científica convenceu-se, através de Lavoisier, de que o enxofre era um elemento químico e não um composto. De acordo com Shriver e Atkins (2008),
O enxofre ocorre sob a forma de depósitos do elemento nativo, nos meteoritos, nos vulcões e nas fontes termais como os minérios galena, PbS, Barita, BaSO4 e como sal de Epson, MgSO4. Ele também ocorre com H2S no gás natural e sob forma de compostos organossulfurados no petróleo. O enxofre pode ser obtido pelo processo Frasch, no qual os depósitos subterrâneos sçao forçados para a superfície usando-se água superaquecida, vapor e ar comprimido. O enxofre assim obtido está fundido, sendo deixado esfriar em grandes lagos. O processo consome muita energia, e o sucesso comercial depende do acesso a água e energias baratas.
O oxigênio e o enxofre são os principais elementos do grupo, ambos encontrados em forma nativa.
Objetivos:
Preparar o gás oxigênio, por método laboratorial e estudar algumas de suas propriedades.
Estudar o enxofre nas suas variações alotrópicas e algumas de suas reações.
3- Procedimentos Experimentais:
3.1- Materiais e Reagentes:
7 tubos de ensaio;
Estante para tubos de ensaio;
Espátula;
Conta gotas;
1 béquer 50 mL;
Bico de Bunsen;
1 pinça de madeira;
Fósforos;
Tela de amianto e tripé;
Funil de vidro e papel de filtro;
Acetato de cálcio;
Ácido nítrico;
Óxido de manganês;
HCl diluído;
Água oxigenada (20 volumes);
NaOH 2 mol/L;
Permanganato de potássio 0,2 mol/L.
Ácido sulfúrico 2 mol/L;
Solução de dicromato de potássio;
Enxofre em pó;
Zinco em pó;
Clorofórmio;
Fita de magnésio.
Cloreto de bário.
3.2- Procedimentos Realizados:
PARTE I: preparação do oxigênio.
Foi colocado em 3 tubos de ensaio, 1 mL de água oxigenada (20 volumes) e adicionado com agitação algumas gotas de NaOH 2 mol/L e permanganato de potássio no tubo1; ao tubo 2, foi adicionado uma ponta de espátula de óxido de manganês e no terceiro tubo, algumas gotas de ácido sulfúrico 2 mol/L e de dicromato de potássio.
PARTE II: reações e propriedades do enxofre.
Foi introduzido em um tubo de ensaio seco e limpo, uma ponta de espátula de enxofre em pó. Foi acrescentado cerca de 2 mL de ácido nítrico concentrado. A mistura foi aquecida até a ebulição. Após esfriar, foi adicionado ao tubo 5 mL de água destilada. O conteúdo do tubo foi filtrado e o filtrado foi colocado em um outro tubo de ensaio para a adição de uma ponta de espátula de enxofre e 2 mL de ácido clorídrico diluído.
Colocou-se aproximadamente 2g de enxofre em pó em um tubo de ensaio. O tubo foi aquecido até a fusão do enxofre, tomando cuidado para que o mesmo não entrasse em combustão.
O enxofre do item b foi aquecido até sua fervura. Em seguida foi despejado lentamente em um béquer contendo água fria. O sólido formado foi retirado da água e secado. Foi testado a ductilidade do enxofre e sua solubilidade em clorofórmio.
Foi feita a mistura de enxofre e zinco em pó, na proporção 1:2. A mistura foi colocada em uma tela de amianto na capela. Foi lixado um pedaço de fita de magnésio 6 cm e introduzido na mistura. A ponta exposta da fita foi acessa utilizando o bico de Bunsen para iniciar a reação. O produto da reação foi recolhido em dois tubos de ensaio. No primeiro tubo foi adicionado água. No segundo tubo foi adicionado algumas gotas de ácido clorídrico diluído. O tubo foi agitado e os vapores entraram em contato com um papel umedecido com acetato de cálcio que havia sido colocado na abertura do tubo.
4- Resultados e Discussão:
Parte 1:
Ao adicionar algumas gotas de NaOH 2 mol/L e permanganato de potássio no tubo1 contendo 1 mL de água oxigenada (20 volumes), houve grande formação de gás oxigênio como mostra a Figura 1:
Figura 1. Reação entre a água oxigenada, NaOH e permanganato de potássio.
Ao tubo 2, foi adicionado uma ponta de espátula de óxido de manganês, onde não houve a formando O2 de forma que pudessemos observar. No terceiro tubo foram adicionadas algumas gotas de ácido sulfúrico 2 mol/L e de dicromato de potássio (Figura 2). Na reação houve a formação do gás oxigênio segundo a equação 1.
Figura 2. Reação entre o óxido de manganês e água oxigenada.
K2Cr2O7 + H2O2 + 4H2SO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 5H2O +2O2 (1)
A reação do Tubo 1 foi a reação em que houve a maior formação de gás O2, sendo ela a mais eficiente.
Parte II
No procedimento a, foi introduzido em um tubo de ensaio seco e limpo, uma ponta de espátula de enxofre em pó e cerca de 2 mL de ácido nítrico concentrado. A mistura foi aquecida até a ebulição, onde observou-se a formação de gás laranja. Após esfriar, foi adicionado ao tubo 5 mL de água destilada. O conteúdo do tubo foi filtrado, e o filtrado foi colocado em um outro tubo de ensaio para a adição de uma ponta de espátula de enxofre e 2 mL de ácido clorídrico diluído (Figura 3).
Figura 3. (a) aquecimento ácido nítrico e enxofre. (b) adição de ácido clorídrico e enxofre ao filtrado.
No procedimento b, Colocou-se aproximadamente 2g de enxofre em pó em um tubo de ensaio. O tubo foi aquecido até a fusão do enxofre, tomando cuidado para que o mesmo não entrasse em combustão (Figura 4).
Figura 4. Fusão do enxofre.
Houve a formação de enxofre líquido, na cor laranja muito viscoso. O enxofre foi aquecido até sua fervura e seguida foi despejado lentamente em um béquer contendo água fria (Figura 4). O sólido formado foi retirado da água e secado. Foi testado a ductilidade e foi notado que é pouco ductil. Quanto a solubilidade do enxofre em clorofórmio, foi notado que ele não se dissolve. Tais propriedades observadas eram esperadas conforme pesquisas na literatura. Segunto Peter Atkins e Shriver (2008),
Todas as formas cristalinas do enxofre que podem ser isoladas à temperatura ambiente consiste em anés Sn. O poliformo comum ortorrômbico, alfa-S8 consiste em anéis com oito membros, igual a uma coroa, mas é possível sintetizar e cristalizar anéis de seis a 20 átomos de S. O enxofre ortorrômbico funde a 113 ºC, o líquido amarelo escurece acima de 160ºC e torna-se mais viscoso à medida que os anéis de enxofre quebram, abrem-se e polimerizam. Os polímeros helicoidais Sn resultantes podem ser obtidos a partir do fundido e resfriando para formar materiaismetaestáveis semelhante a borracha, que revertem lentamente em alfa- S8 à temperatura ambiente.
Figura 5. material semelhante à borracha obtido a partir da fusão e resfriamento do enxofre.
Foi feita a mistura de enxofre e zinco em pó, na proporção 1:2. A mistura foi colocada em uma tela de amianto na capela. Foi lixado um pedaço de fita de magnésio 6 cm e introduzido na mistura. A ponta exposta da fita foi acessa utilizando o bico de Bunsen para iniciar a reação (Figura 6).
Figura 6. Queima da mistura de enxofre e zinco em pó.
 
O produto da reação foi recolhido em dois tubos de ensaio. No primeiro tubo foi adicionado água. No segundo tubo foi adicionado algumas gotas de ácido clorídrico diluído. Não foi possível perceber a formação de vapores nesse procedimento, e nada foi percebido no papel umedecido com acetato de cálcio o que demonstraria o ocorrimento de uma reação.
5- Conclusão:
Através do experimento foi possível observar a formação de O2 em algumas reações e as propriedades físicas e químicas no enxofre. Com a fusão e resfriamento do enxofre foi possível obter um material metaestável semelhante a borracha, que não se dissolve facilmente em solventes como o clorofórmio.
6- Referências:
ATKINS, P. SHRIVER, D. Química Inorgânica. Ed. 4º. Bookman. 2008. Pág. 398-402, 424.

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