Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CAMPUS ACADÊMIDO DO AGRESTE NÚCLEO DE TECNOLOGIA ENGENHARIA CIVIL REAÇÕES QUÍMICAS ALINE ADRIANE PEREIRA DE SIQUEIRA NASCIMENTO CLENILDO DUDA DE LIRA E SILVA ELYAQUIM DOMINGOS TORRES FLAVIANNY KETHILLY CAVALCANTE BARBOSA REBECA THAYS FLORENCIO TEODORO DE SIQUEIRA Caruaru 2018 ALINE ADRIANE PEREIRA DE SIQUEIRA NASCIMENTO CLENILDO DUDA DE LIRA E SILVA ELYAQUIM DOMINGOS TORRES FLAVIANNY KETHILLY CAVALCANTE BARBOSA REBECA THAYS FLORENCIO TEODORO DE SIQUEIRA REAÇÕES QUÍMICAS Trabalho acadêmico de modelo de relatório laboratorial, como requisito à obtenção de nota do primeiro exercício escolar, apresentado à disciplina de Química Geral I da Universidade Federal de Pernambuco. Orientadora: Professora Drª. Érika Pinto Marinho Caruaru 2018 RESUMO Este relatório objetiva expor os resultados alcançados e observações feitas sobre a reações químicas postas em prática, concomitantemente discutindo-as. Além de, descrever as metodologias aplicadas e resultados obtidos na realização da atividade prática laboratorial dos discentes do curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Pernambuco – Campus Agreste, na disciplina de Química Geral I. Palavras-chave: Práticas laboratoriais. Química Geral I. Reações Químicas. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................5 2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ..............................................................................8 2.1 Primeiro procedimento experimental ......................................................................8 2.2 Segundo procedimento experimental ...................................................................10 3 RESULTADOS .....................................................................................................................11 3.1 Resultados do primeiro experimento ....................................................................11 3.2 Resultados do segundo experimento ....................................................................15 4 CONCLUSÃO .......................................................................................................................16 REFERÊNCIAS .......................................................................................................................17 ANEXOS ...................................................................................................................................18 5 1 INTRODUÇÃO Diversos objetos e materiais utilizados no dia a dia provieram da manipulação dos elementos químicos, visto que todos eles necessitaram de um rearranjo intramolecular ou intermolecular para serem formados, seja por processos naturais ou artificiais. No âmbito da Engenharia Civil, diversos compostos foram descobertos através do conhecimento prévio das propriedades químicas de outros compostos, e inúmeros processos puderam ser realizados através disso, a exemplo, o tratamento de água. Por isso, conhecer as reações químicas é de extrema importância para o avanço de processos que necessitam desse conhecimento. Em uma reação química há reagente e produto, que são elementos ou soluções combinadas e o resultado obtido pela mistura desses, respectivamente. Atkins (2011) afirma que para resumir reações, é preciso saber que os átomos não são criados nem destruídos em uma reação química, eles simplesmente mudam de parceiro. Dessa forma, pode-se atestar que os reagentes envolvidos no processo certamente aparecerão nos produtos. Ademais, as reações químicas podem ser subdivididas em reações de síntese, decomposição, simples troca ou dupla troca. As reações de síntese ou de adição são reações onde os reagentes se unem para formar um só composto (substância eletricamente neutra formada por dois ou mais elementos). Num exemplo prático, considerando A e B dois elementos, diz-se que A e B reagiram formando C ou, A + B C. Nas reações de decomposição ocorre o processo contrário, há um composto C que é decomposto e resulta nos elementos A e B. Diferente das reações de síntese e decomposição, a reação de simples troca ocorre quando um elemento A reage com um composto XY resultando em AY + X. No caso das reações de dupla troca, dois compostos são misturados resultando em outros dois compostos que tiveram ânions e cátions trocados. Exemplificando, tem-se que: A+B- + C+D- A+ D- + C+ B-. 6 Além disso, faz-se necessário definir os conceitos de mistura homogênea e mistura heterogênea. Atkins (2011) afirma que quando as moléculas estão suficientemente dispersas de modo que a composição é a mesma em toda a amostra, pode-se dizer que tal amostra é homogênea, portanto, é uma solução. Todavia, quando é possível perceber a existência de diferentes compostos em uma amostra, seja com auxílio de um microscópio ou a olho nu, diz-se que tal amostra é uma mistura heterogênea. Concomitantemente, é importante saber que há peculiaridades em cada elemento e composto que está reagindo. Devido à natureza exclusiva de cada elemento, é possível que haja diferentes produtos, em diferentes estados físicos, dependendo dos reagentes. Por isso, faz-se necessário o esclarecimento das reações de oxirredução, precipitação e neutralização. De acordo com Baccan (2001), o processo de oxidação envolve a perda de elétrons por parte de uma substância, enquanto o processo de redução envolve o ganho de elétrons. Dessa forma é correto afirmar que um processo ocorre simultâneo ao outro em vista que elétrons não são criados nem destruídos. Esta perda ou ganho de elétrons é indicada através da variação do NOX (número de oxidação) das substâncias envolvidas. Para uma melhor compreensão, considere o processo abaixo: Zn(s)º + Cu2+ (SO4)2-(aq) → Cu(s)º + Zn2+ SO42- (aq) Como visto acima, o Znº oxidou para Zn2+ e o Cu2+ reduziu para Cuº. Por isso diz que essa reação é de oxirredução. Uma substância é chamada de eletrólito quando se dissolve e forma uma solução capaz de conduzir eletricidade, quando nessa dissolução a substância está presente quase totalmente em forma de íons, a mesma é caracterizada como eletrólito forte. Chama-se de não-eletrólito as substâncias que ao se dissolverem formam solução que não conduz eletricidade. Dessas definições parte o conceito de precipitação, pois quando misturado duas soluções eletrolíticas fortes, forma-se um produto sólido insolúvel, que é denominado como precipitado. 7 Para introdução do conceito de reações de neutralização, faz-se necessário estabelecer o conceito de ácido e base. Segundo o sueco Svante Arrehenius, um ácido é um composto que contém hidrogênio e reage com água formando íons H+, ademais, uma base é um composto que produz íons (OH)- quando em solução aquosa. Relacionando tais conceitos às reações de neutralização tem-se que ao reagir um ácido com uma base obtém-se como produto um composto iônico, chamado de sal. Segundo Atkins (2011), em qualquer reação de neutralização, o cátion do sal provém da base e o ânion do ácido e qualquer reação de neutralização entre um ácido forte e uma base forte tem como produto sal e água. 8 2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS Para melhor compreender os tipos de reações e comportamento dos íons dos compostos em uma reação, foi realizada uma série de experimentos, visando analisar asinterações entre reagente e produto de cada uma delas, de modo a reforçar os conceitos até então aprendidos somente em teoria. 2.1 Primeiro procedimento experimental Inicialmente foi proposto a realização de treze experimentos químicos utilizando soluções com concentrações já conhecidas. Dispondo de pipetas de 25 ml (uma para cada solução), tubos de ensaio e uma pêra de sucção, foi colocado 1 ml de cada solução pedida e observou-se em quais tubos ocorreram reações químicas. As soluções utilizadas estão na tabela 1; destas, apenas o iodeto de potássio e o permanganato de potássio possuíam concentração 0,25 M, diferente das demais que possuíam concentração igual a 0,1 M. No primeiro tubo de ensaio, misturou-se 1mL de cloreto de sódio (NaCl) com 1mL de nitrato de prata (AgNO3). Neste tubo, foi observado a formação de um precipitado branco. Para a reação no tubo de ensaio 2, foi misturado mais uma vez 1 ml de nitrato de prata (AgNO3) com o mesmo volume de sulfato de zinco (ZnSO4). Neste caso, entretanto, não foi observada nenhuma alteração visível a olho nu. Nesta reação, 1 ml de nitrato de prata (AgNO3) foi adicionado a 1 ml de iodeto de potássio (KI) no terceiro tubo de ensaio. A solução adquiriu uma coloração amarela leitosa após a mistura completa dos reagentes. No tubo de ensaio 4, adicionou-se um prego que tem ferro (Fe) na sua composição, e após isto foi adicionado 1 ml de sulfato de cobre II (CuSO4). Observou-se então a formação de uma camada de cor avermelhada ao redor do prego. 9 Posicionando outro prego (Fe) no quinto tubo de ensaio adicionou- se 1 ml sulfato de zinco (ZnSO4). Entretanto, não foi possível observar nenhuma alteração visível na reação entre tais compostos. Na sexta reação, 2 ml de ácido clorídrico, um ácido incolor, foram pipetados no tubo que continha ferro sólido. Entretanto, a olho nu, viu-se apenas pequenas bolhas de ar ao redor do ferro. No tubo de ensaio 7, ocorreu a formação de um precipitado após a mistura de 1ml sulfato de ferro II (FeSO4) e 1 ml de cloreto de bário (BaCl2). Dispondo-se novamente de 1 ml de cloreto de bário (BaCl2) adiciona-se este à 1 ml de sulfato de cobre II que possui a coloração azul claro. Neste oitavo tubo de ensaio, observou-se a formação de um precipitado de cor branca. Misturou-se no tubo de ensaio 9, 1 ml de iodeto de potássio (KI) e 1 ml de cloreto de bário (BaCl2). Entretanto não foi observada nenhuma mudança na coloração ou estado físico. No tubo de ensaio 10, adicionou-se 1 ml de hidróxido de sódio (NaOH) à 1 ml de sulfato de ferro II (FeSO4). Houve então a formação de um precipitado de cor verde lodo. O permanganato de potássio (KMnO4) possui uma coloração violeta, quando misturado 1mL do menos no décimo primeiro tubo com 1mL de sulfato de ferro II (FeSO4), observou-se que a mistura adquiriu um tom avermelhado com tendência ao vinho. No 12º tubo de ensaio, houve a mistura de 1ml permanganato de potássio (KMnO4), hidróxido de sódio (NaOH) e ácido sulfúrico (H2SO4) nas mesmas proporções. Resultando na alteração da coloração para verde lodo com um precipitado marrom. No último tubo de ensaio, misturou-se 1ml permanganato de potássio (KMnO4) e 1ml de hidróxido de sódio (NaOH). Como o permanganato de potássio possui um tom de violeta muito escuro não foi possível notar alterações na coloração da solução. 10 Cloreto de Sódio NaCl Sulfato de Cobre II CuSO4 Nitrato de Prata AgNO3 Ferro Fe Sulfato de Zinco ZnSO4 Ácido Clorídrico HCl Iodeto de Potássio KI Sulfato de Ferro II FeSO4 Cloreto de Bário BaCl2 Hidróxido de Sódio NaOH Permanganato de Potássio KMnO4 Ácido Sulfúrico H2SO4 Tabela 1: Soluções Utilizadas 2.2 Segundo procedimento experimental Uma solução desconhecida foi proposta como solução problema, e nela devia-se identificar a existência de íons Ag+, Ba 2+ e Fe2+. Utilizando como base os experimentos e resultados obtidos na etapa anterior, escolheu-se soluções que viriam resultar em produtos com características visíveis a olho nu, desse modo revelando ou não a existência dos íons na solução. 11 3 RESULTADOS Após a realização dos procedimentos experimentais, foi dado um tempo para que os precipitados em suspensão fossem para o fundo do recipiente e os precipitados ainda não formados floculassem. Passado esse tempo, pôde-se inferir à cerca dos resultados obtidos. 3.1 Resultados do primeiro experimento Após a realização dos procedimentos já citados, observou-se o comportamento de cada solução. Para caracterizar os produtos obtidos em cada reação, foi utilizada como base a tabela de solubilidade (que pode ser visualizada no item Anexos - Imagem 1), identificando assim as reações de precipitação. Nas reações de oxirredução, avaliou-se a variação de NOX de cada elemento envolvido. A primeira reação ocorreu entre o cloreto de sódio e o nitrato de prata, resultando na formação de cloreto de prata que é um composto insolúvel. Desta forma foi possível observar a formação de um precipitado branco em suspenção ao mesmo tempo que era adicionado o cloreto de sódio ao nitrato de prata. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 1 No segundo tubo de ensaio, adicionou-se nitrato de prata e sulfato de zinco. Neste caso não foi obtido nenhum precipitado, porém a solução ficou levemente turva. Atkins (2011) explica que o sulfato de prata (AgSO4) é um composto ligeiramente solúvel, explicando assim o produto visualizado. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 2 NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) ZnSO4(aq) + 2 AgNO3(aq) → Ag2SO4(aq) + Zn(NO3)2(aq) 12 Na terceira reação, utilizou-se iodeto de potássio e nitrato de prata, obtendo assim o precipitado iodeto de prata, um composto insolúvel de coloração amarela. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 3 No quarto tubo, o sulfato de cobre ao reagir com ferro metálico provocou uma reação de oxirredução, onde o ferro oxidou e formou-se ao seu redor uma camada de cobre metálico (oxidante) além de sulfato de ferro II. Neste caso, o NOX do ferro foi alterado de 0 para +2 (sofreu oxidação), e o do cobre de +2 para 0 (sofreu redução). A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 4 Na quinta reação, não foi observada nenhuma alteração visível na solução, isso ocorreu devido à peculiaridade do metal zinco com o metal ferro, e pode ser explicada Faldini (2011): Em outras palavras os metais mais redutores corroem-se no lugar dos menos redutores. Como o zinco é mais anódico do que o elemento ferro [...], é ele que se corrói preferencialmente quando estes metais são acoplados num meio agressivo, ou seja, o zinco se sacrifica para proteger o ferro. (SILVA, FALDINI, 2011) Na reação o zinco reduziu de Zn2+ para Znº e o ferro oxidou de Fe0 para Fe2+, caracterizando a reação como reação de oxirredução e simples troca. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 5 Na sexta reação, que consistiu em adicionar ferro ao ácido clorídrico, ocorreu a formação de bolhas ao redor do ferro, as mesmas representam a liberação de gás hidrogênio. Esta reação é caracterizada mais KI(aq) + AgNO3(aq) → AgI(s) + KNO3(aq) Cu2+ (SO4) 2-(aq) + Feº(s) = Cuº(s) + Fe2+ (SO4) 2-(aq) Zn2+ (SO4) 2-(aq) + Feº(s) → Fe2+ (SO4) 2-(aq) + Znº (s) 13 uma vez como uma reação de oxirredução, onde o hidrogênio reduz deH+ para Hº e o ferro oxida de Feº para Fe2+. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 6 Na sétima reação foi adicionado cloreto de bário a sulfato de ferro. Rapidamente houve a formação de um precipitado branco, correspondente ao sulfato de bário, caracterizando a reação como uma reação de dupla troca. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 7 No oitavo tubo de ensaio com a adição de sulfato de cobre e cloreto de bário, foi formado um precipitado de cor levemente branca, a reação produziu o precipitado sulfato de bário e cloreto de cobre em solução aquosa. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 8 Na nona reação, ao combinar o iodeto de potássio ao cloreto de bário, a olho nu nada ocorreu, pois nessa reação de dupla troca, os reagentes levam à formação de cloreto de potássio e iodeto de bário, e ambos os compostos resultantes dessa reação são solúveis, logo, não houve formação de precipitado. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 9 Nesse experimento é válido destacar que a coloração inicial do sulfato de ferro II é laranja e o hidróxido de sódio é incolor. Ocorrida a reação, 2 H+CL-(aq) + Feº (s) → Fe2+ (CL2)2- + H2º(g) BaCl2 (aq) + FeSO4 (aq) → BaSO4 (s) + FeCl2 (aq) CuSO4(aq) + BaCl2(aq) → BaSO4(s) + CuCl2(aq) 2 KI(aq) + BaCl2(aq) → BaI2(aq) + 2 KCl(aq) 14 houve formação de um precipitado esverdeado, visto que hidróxidos são insolúveis e a coloração do precipitado Fe(OH)2 é verde. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 10 A partir do permanganato de potássio e do sulfato de ferro II, é possível se obter o permanganato de ferro II e sulfato de potássio como produtos da reação de dupla-troca. O KMnO4 apresenta uma coloração púrpura e o Fe(SO 4), uma coloração amarelada; logo, após o término do processo de reação entre esses dois compostos, observou-se um líquido de coloração bastante escura, tendendo para o vinho (cor predominante do procedimento). A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: Equação 11 Na reação 12, utilizou-se permanganato de potássio e iodeto de potássio. O produto da solução apresentava coloração esverdeada, tal cor indica que o manganês reduziu (de +7 para +6), além disso o iodo sofreu oxidação (de -1 para 0), sendo assim, trata-se de uma reação de oxirredução que pode ser visualizada abaixo: Equação 12 Por fim, ao último tubo de ensaio adicionou-se permanganato de potássio e hidróxido de sódio. A solução manteve a coloração púrpura, o que indica a permanência do manganês em seu estado de oxidação anterior fazendo parte do íon permanganato. Neste caso ocorre apenas uma reação de dupla troca. A equação balanceada do processo descrito pode ser visualizada abaixo: 2 NaOH(aq) + FeSO4(aq) → Fe(OH)2(s) + Na2SO4(aq) 2 KMnO4(aq) + FeSO4(aq) → Fe(MnO4)2(aq) + K2SO4(aq) 2 KMnO4(aq) + 2 K+ I-(aq) → I2º(g) + 2 K2MnO4(aq) 15 Equação 13 3.2 Resultados do segundo experimento Foi colocado 0,2mL da solução problema em três tubos de ensaio diferentes. Ao primeiro tubo foi adicionado 0,2mL de cloreto de sódio (NaCl), visto que se houvesse reação química haveria a formação de um cloreto, e como todos os cloretos são solúveis, exceto os de prata (Ag), mercúrio (Hg) e chumbo (Pb), se o íon Ag+ estivesse presente na amostra, ocorreria a formação do cloreto de prata (AgCl), que é insolúvel e precipita. Inferiu-se que não havia íons Ag+ na solução, pois não houve a formação de nenhum precipitado. No segundo tubo de ensaio adicionou-se 0,2mL de sulfato de zinco (ZnSO4), pois de acordo com Atkins (2011), se a amostra contivesse o íon Ba2+, haveria a formação do sulfato de bário (BaSO4), que é insolúvel. Porém, inferiu- se que a amostra não continha íons Ba2+ porque não houve a formação de precipitado. Por fim, foi adicionado 0,2mL de hidróxido de sódio (NaOH) no terceiro tubo. A intenção era fazer o suposto íon de ferro presente na amostra, precipitar. Como afirmado por Atkins (2011), todos os hidróxidos são insolúveis, exceto os hidróxidos que formam composto com os elementos dos grupos 1A e 2A. Como o elemento ferro pertence ao grupo 8B, certamente ao reagir com o hidróxido formaria um precipitado (hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso [Fe(OH)2]) que é insolúvel em água. Após o hidróxido de sódio ter sido adicionado, um precipitado surgiu num tom azul-esverdeado e com o passar do tempo, notou-se o surgimento de pequenos flocos no fundo do frasco na cor de ferrugem, comprovando a existência de íons Fe2+ na amostra. KMnO4(aq) + NaOH(aq) → KOH(aq) + NaMnO4(aq) 16 4 CONCLUSÃO É correto afirmar que diversos processos só ocorrem devido a manipulação das reações químicas e que com o passar dos anos, com o crescimento do conhecimento quantitativo e qualitativo sobre elas, diversos procedimentos realizados para o bem-estar social foram aperfeiçoados, a exemplo disso o tratamento de esgoto e obtenção de energia nuclear. Os procedimentos experimentais serviram para aproximar o conteúdo teórico do conteúdo prático aperfeiçoando assim o caráter científico dos alunos. Ao término do primeiro experimento pôde-se inferir que para um mesmo íon, é possível formar diversos outros compostos, e que cada composto pode gerar um produto diferente de acordo com o reagente que lhe faz companhia. Isso expande a gama de reações possíveis de serem feitas devido à infinidade de produtos que podem ser obtidos no final do processo em diversos estados físicos. Ademais, no segundo experimento, visto que o íon da solução problema foi identificado através de testes de precipitação, ficou explícito que o conhecimento da solubilidade de um determinado composto é de extrema importância, pois é com essa informação que é possível selecionar compostos ou soluções que, por reação, possam identificar a presença de íons em uma amostra. Como exemplo prático, no tratamento de águas residuais que contêm metais tóxicos, a precipitação química é o método mais comum para a remoção desses metais dissolvidos por meio da adição de um reagente que faça tal metal precipitar, para logo após passar pelo processo de filtração. 17 REFERÊNCIAS BACCAN, Nivaldo. Química analítica quantitativa elementar. 3ª ed. São Paulo: Edgard Blucher Ltda., 2001. ATKINS, Peter. Principios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 5ª ed. São Paulo: Bookman, 2011. ABRAHAM – Beth – Chemistry C3 – 2016 – Disponível em: <https://pt.slideshare.net/bethenabraham/chemistry-c3-revsion- notes> – Acesso em: [25 de abril de 2018 às 21:00h] SILVA, Fernanda; FALDINI, SONIA. “Galvanização a quente: processo por batelada”. Disponível em <http://www.mackenzie.br/fileadmin/Graduacao/EE/Revista_on_lin e/Galvanizacao_a_Quente.pdf> Acesso em: [22 de abril de 2018, às 19:55] 18 ANEXOS Questionário 1.1 Quais das reações acima são de oxirredução? As reações 4,5,6 e 13 são de oxirredução. Os elementos que sofreram oxidação e redução estão descritos no item Resultados. Os detalhamentos de cada uma das reações podem ser encontrados no mesmo item. 1.2 Os íons Ag+ podem ser precipitados por todos os ânions estudados nesta prática? Não, pois de acordo com Atkins (2011), o íon Ag+ é parcialmente solúvel com o (SO4)2-, logo, o sulfatode prata é levemente solúvel, portanto não forma precipitado (como observado na reação 2). 1.3 Escreva todas as equações balanceadas dos experimentos realizados. Todas as reações presentes nesse relatório que foram utilizadas nos experimentos estão devidamente balanceadas. Todas as reações de oxirredução nesse relatório apresentam, visivelmente, o NOX de cada elemento de forma clara. 19 Imagem 1
Compartilhar