RELATÓRIO 2 - TESTE DA CHAMA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO
Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas
Fábio Lúcio Felix
Fernanda Lahr
Guilherme de Melo Lozano
Pedro José Trindade Campos
Rafael José de Freitas
Experimento nº: 02
Uso do bico de Bunsen e teste de chama
Benecildo Amauri Riguetto
Laboratório de Química
Uberaba – MG
16/09/2014
Fábio Lúcio Felix
Fernanda Lahr
Guilherme de Melo Lozano
Pedro José Trindade Campos
Rafael José de Freitas
Experimento nº: 02
Uso do Bico de Bunsen e teste de chama
Relatório apresentado para fins avaliativos da disciplina de Laboratório de Química da Universidade Federal do Triângulo Mineiro.
Prof. Dr. Benecildo Amauri Riguetto
Uberaba - MG
16/09/2014
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	4
2. OBJETIVOS	5
3. PARTE EXPERIMENTAL	5
3.1 MATERIAIS	5
3.2 MÉTODOS	5
3.2.1 Uso do Bico de Bunsen	5
3.2.1.1 Acendendo o Bico de Bunsen	5
3.2.1.2 Ajustando o Bico de Bunsen	2
3.2.1.3 Apagando a chama	2
3.2.1.4 Aquecimento da água	2
3.2.2 Teste de Chama	3
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO	3
4.1 USO DO BICO DE BUNSEN	3
4.2 AQUECIMENTO DA ÁGUA	3
4.3 TESTE DA CHAMA	5
5. CONCLUSÃO	6
6. QUESTIONÁRIO	6
7. REFERÊNCIA	8
1. INTRODUÇÃO
 Em laboratório, o bico de Bunsen é um dispositivo amplamente usado como fonte de calor para aquecer substâncias. Basicamente, um bico de Bunsen é um queimador de gás de pequeno porte com uma chama ajustável, onde se pode manipular a quantidade de gás e ar. O utensílio recebeu este nome em homenagem a Robert Wilhelm Bunsen, um químico alemão que recebeu os créditos pela invenção do aparelho, baseado no projeto de seus assistentes, Michael Faraday e Peter Desaga [1]. Nesse contexto, saber manuseá-lo é fundamental para se evitar acidentes, tais como os incêndios e, principalmente, conquistar êxito nos resultados experimentais. Dessa forma, empregou-se o bico de Bunsen como fonte calor para dois experimentos: o aquecimento da água e o teste de chama.
Sabe-se que em alguns processos de mudança de estado físico ocorre à ruptura de interações atrativas entre as partículas, é o caso da vaporização, por exemplo. A ebulição é tipo específico de vaporização e caracteriza-se por ser um processo rápido e, normalmente, não espontâneo para as substâncias na fase líquida, à temperatura e pressão ambientes. Além disso, ocorre em toda massa líquida com a formação e desprendimento de bolhas [2]. Nessas condições, ao aquecer uma amostra de água utilizando-se, para isso, o bico de Bunsen, foi possível observar a variação da sua temperatura em função do tempo, assim como, identificar o critério correto para verificar se um líquido está em ebulição.
Por outro lado, o teste da chama é procedimento típico da análise química que envolve a introdução de uma amostra em uma chama seguida da observação da cor resultante emitida por ela. De acordo com o modelo atômico de Bohr, isso é possível, pois os elétrons dos átomos, quando submetidos a uma fonte de energia adequada, sofrem uma mudança de um nível de energia mais baixo para outro mais alto, ficando então, excitados. Quando um desses elétrons excitados retorna ao seu estado fundamental, ele então libera energia em forma de radiação. Cada elemento libera uma radiação em forma de onda com características próprias, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é quantizada [3]. Com esse teste, portanto, torna-se possível identificar alguns íons metálicos presentes em uma solução, baseando-se, nesse sentido, no espectro de emissão característico para cada elemento.
2. OBJETIVOS
Os principais objetivos do experimento estão vinculados à promoção do contato entre alunos com o bico de Bunsen e também ao modo correto de manuseá-lo. Além disso, os discentes deveriam observar a variação da temperatura da água em função do tempo, quando submetida ao aquecimento, e também definir o critério ideal para determinar se uma substância entrou em ebulição. Finalmente, com o teste de chama, identificar alguns metais alcalinos e metais alcalinos terrosos, presentes em certas soluções fornecidas para o experimento, pela cor característica da chama emitida no bico de gás.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 materiais
9
Para a realização do experimento utilizamos os seguintes instrumentos listados abaixo:
Bico de Bunsen
Béquer de 250 mL
Termômetro (- 10 a 110 °C)
Tripé
Tela de amianto
Suporte universal
Cronômetro
Frasco borrifador
Soluções aquosas de: 
LiCl, NaCl, KCl, CaCl2, SrCl2
3.2 MÉTODOS
3.2.1 Uso do Bico de Bunsen
3.2.1.1 Acendendo o Bico de Bunsen
Abriu-se a válvula do distribuidor, deixando-a paralela a mangueira de saída e, em seguida, a válvula de controle de gás do Bico de Bunsen. Logo depois, acendeu-se um fósforo próximo ao tubo de saída do queimador. 
Observação: Uma vez que o gás apagasse o palito de fósforo, a válvula de controle deveria ser fechada enquanto um novo fósforo fosse aceso.
3.2.1.2 Ajustando o Bico de Bunsen
Inicialmente, ajustou-se a altura da chama ao abrir e fechar a válvula de controle do gás. Verificou-se que para executar o experimento adequadamente, a menor chama, de 5 a 8 cm, é a mais apropriada. Por conseguinte, regulou-se o controle de ar até que a chama ficasse azul e pudessem ser observados dois ou mais cones distintos. Por último, girou-se o anel inferior de um lado para o outro com a finalidade de se analisar a chama com o anel aberto e fechado. 
3.2.1.3 Apagando a chama
Apagou-se a chama na ordem inversa a qual ela foi acesa. Primeiramente, fechou-se a válvula de controle do Bico de Bunsen e, depois disso, a válvula do distribuidor.
3.2.1.4 Aquecimento da água 
A princípio, colocou-se a tela de amianto sobre o tripé e sobre a tela, um béquer de 250 ml contendo 150 ml de água. Posteriormente, adaptou-se uma garra de três dedos à haste de ferro e fixou-se o termômetro de mercúrio, com o auxílio de um papel toalha. Após isso, mergulhou-se o termômetro na água observando se o bulbo do termômetro não se encostava ao fundo e nem nas laterais do béquer. Pouco depois, acendeu-se o bico de Bunsen, ajustou-se a entrada de ar até obter a chama azul e aqueceu-se a água que estava contida no recipiente. Em seguida, observou-se como a temperatura variava com o tempo utilizando, para isso, um cronômetro. Marcou-se a primeira leitura da temperatura como zero e em intervalos de dois minutos, verificava-se e anotava-se a temperatura, simultaneamente, até que o sistema entrasse em ebulição. 
3.2.2 Teste de Chama
Borrifou-se cada uma das soluções fornecidas para o experimento na zona oxidante da chama. Assim, observou-se e anotou-se a cor da chama em cada caso e repetiu-se o experimento até que todas as soluções fossem utilizadas.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 USO DO BICO DE BUNSEN
Ao manusear o bico de Bunsen, verifica-se que a chama produzida de coloração amarela indica que as entradas de ar estão fechadas. De fato, quando não há entrada de oxigênio na parte inferior da haste do tubo do bico, tem-se a combustão incompleta do gás liquefeito de petróleo (GLP), uma mistura de hidrocarbonetos (alcanos), sendo que o principal combustível é o butano (C4H10). Esse tipo de chama é denominada, comumente, por “chama de segurança” uma vez que, ela apresenta coloração visível e também possui temperaturas mais baixas e, por isso, não é ideal para se utilizar em experimentos, porque a mistura é pouco oxidante. A equação química (1) abaixo representa a combustão incompleta do butano.
C4H10(g) + 9 O2(g) → 8 CO(g) + 10 H2O(g)			 		 (1)
	Em contrapartida, quando as entradas de ar estão abertas os gases comburente e combustível se misturam e, nesse contexto, acontece a combustão completa do GLP. Esse tipo de chama apresenta aspecto invisível. Sendo assim, ao efetuar sistemas de aquecimento empregando o Bico de Bunsen, deve-se utilizar essa chama, pois ela apresenta produz mais energia e é capaz de atingir temperaturas mais elevadas para se executar o aquecimentode um determinado sistema. A equação química (2) abaixo representa a combustão completa do butano.
C4H10(g) + 13/2 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(g)				 (2)
4.2 AQUECIMENTO DA ÁGUA
	O quadro, a seguir, fornece os dados relativos às temperaturas coletadas em intervalos de tempo de dois minutos.
Quadro 1 – Variação da temperatura da água em função do tempo
	Tempo (min)
	Temperatura (°C)
	0
	32
	2
	35
	4
	43
	6
	52
	8
	60
	10
	66
	12
	72
	14
	78
	16
	81
	18
	87
	20
	96
	22
	97
A partir desses dados, construiu-se o gráfico da temperatura da água pura em função do tempo evidenciado, abaixo.
Gráfico 1 – Temperatura da água em função do tempo
A partir da análise do gráfico, observa-se que, no experimento, após o minuto 20 a temperatura da água permaneceu constante, aproximadamente 97°C, mesmo sem interromper o fornecimento de calor ao sistema. Isso ocorre, pois uma substância só entra em ebulição quando a pressão de vapor de um líquido se iguala à pressão atmosférica. Define-se que a pressão máxima de vapor é a pressão exercida pelas moléculas do vapor de determinado líquido, a uma dada temperatura, no estado de equilíbrio entre a vaporização e a condensação [4]. Portanto, quanto maior for à pressão ambiente, maior terá de ser a pressão máxima de vapor para que o líquido entre em ebulição. Em outras palavras, maior deverá ser a temperatura para que essa mudança de estado físico possa ser observada.
4.3 TESTE DA CHAMA
O quadro a seguir, retrata o átomo que se excita em cada solução, a cor observada quando o elétron retorna ao nível menos energético, o comprimento de onda estimado, definido pela tabela de espectro contínuo das radiações eletromagnéticas na região do visível e a energia aproximada de transição, calculada com a equação de Planck.
Quadro 2 – Caracterização da solução estudada
	Solução
	Átomo que se excita
	Cor observada
	λ estimado do fóton (nm)
	Energia aproximada de transição (Joules)
	LiCl
	Li
	Vermelho
	698,5
	2,84x10-28
	KCl
	K
	Violeta
	432,5
	4,59x10-28
	SrCl2
	Sr
	Laranja – avermelhado
	607
	3,27x10-28
	CaCl2
	Ca
	Alaranjado
	592
	3,35x10-28
	NaCL
	Na
	Laranja – amarelado
	583,5
	3,4x10-28
De acordo com o modelo de Bohr, ao girar ao redor do núcleo os elétrons não ganham nem perdem energia, pois essas órbitas são níveis quantizados de energia. No contexto em que experimento foi realizado, ao fornecer energia aos átomos de cada solução, na forma de calor, seus elétrons ganham energia e, então, são promovidos a um nível mais energético. Logo depois, retornam ao nível de origem liberando toda a energia recebida na forma de fótons. Observa-se, portanto, que essa energia de transição, é característica de cada elemento químico e por isso, torna-se possível diferenciá-los por meio do teste da chama.
Nota-se, contudo, que certos espectros luminosos são mais difíceis de serem identificados, pois seu intervalo de comprimento de onda é muito pequeno, e assim, as cores são muito próximas, como é o caso do alaranjado e do laranja – amarelado. Já a cor vermelha é, entre as demais, a fácil de ser observada visto que, seu intervalo de comprimento de onda (617 – 780 nm) é, relativamente, grande.
5. CONCLUSÃO
Os objetivos dos experimentos foram obtidos. No primeiro experimento, aprendemos a manipular, de forma correta, as entradas de ar do bico de gás com o intuito de se obter a chama ideal para executar uma experiência. Nesse contexto, para efeito de observação, analisamos seu funcionamento ao aquecer a água e constatamos que é fundamental definir o critério correto para afirmar se um líquido entrou em ebulição.
Já no segundo experimento, com os conceitos relacionados ao funcionamento do bico de Bunsen mais bem fixados, analisamos a cor emita pelos átomos de algumas soluções borrifadas na chama, proveniente da combustão completa, produzida nesse utensílio. Diante disso, percebemos que a cor emitida é característica de cada átomo excitado, pois ao retornar a um nível menos energético o elétron emite energia na forma de fóton e como a cada fóton está associado um comprimento de onda específico, torna-se possível, nessas condições, identificar uma cor do espectro visível.
Assim, compreende-se que o bico de Bunsen é amplamente utilizado em laboratório para aquecer substâncias e, por isso, saber manuseá-lo de forma correta e segura e fundamental para evitar acidentes. Por outro lado, entendeu-se que, ao realizar o teste da chama, certas cores do espectro visível podem ser identificadas com maior facilidade que outras devido à dimensão de sua faixa de comprimento de onda e, além disso, a habilidade para identificá-las varia para cada pessoa, pois depende também das limitações do olho humano.
6. QUESTIONÁRIO
Qual a função do anel no bico de Bunsen?
RESPOSTA:
O anel do bico de Bunsen tem a função de controlar a quantidade de oxigênio que entra na parte inferior do tubo e vai até ponta do bico de Bunsen, onde lá é queimado para formar a chama.
Em que situação o combustível é queimado totalmente? 
RESPOSTA:
O combustível é queimado totalmente na situação em que o anel do bico se encontra aberto, pois o oxigênio entra pelas fendas do anel controlador e, dessa forma, se mistura com o gás que é utilizado para que assim a queima seja mais eficiente.
Descreva os fenômenos responsáveis pelo aparecimento de cor característica quando os sais estudados são levados à chama.
RESPOSTA:
O fenômeno responsável pelo aparecimento de cor característica de cada sal quando entra em contato com a chama é a excitação dos elétrons de cada átomo que difere nos sais, por exemplo, no cloreto de lítio, quem se excita é o lítio, já no cloreto de potássio, quem se excita é o potássio. Cada átomo ganha energia ao entrar em contato com a chama, desta forma os elétrons da camada de valência são excitados para uma camada mais externa absorvendo essa energia e, em seguida, os elétrons retornam ao seu estado fundamental. Nesse retorno ocorre a liberação energia em forma de luz.
Qual a explicação que se dá para as diferenças de cores características dos vários sais estudados?
RESPOSTA:
Ao se levar um sal à chama do bico de Bunsen, é fácil notar que alguns possuem uma coloração diferente na chama quando são queimados. Isso acontece, pois cada sal emite certo tipo de luz com comprimento de onda diferente e, mesmo que sejam bem próximos os comprimentos de ondas, consegue-se notar uma pequena diferença na cor.
O teste de chama pode ser usado para identificação de qualquer cátion? Por quê?
RESPOSTA:
Sim, o teste pode ser utilizado para identificar qualquer cátion, pois cada cátion emite um tipo luz com comprimento de onda característico, mesmo que esses comprimentos de ondas sejam muito próximos uns dos outros, após diversos testes feitos com os sais, haverá sempre uma diferença de coloração.
Como o modelo atômico de Bohr pode ser usado para explicar esses resultados?
RESPOSTA:
O modelo atômico de Bohr nos diz que os elétrons da camada de valência dos átomos, ao serem expostos ao calor, saltam para um nível de energia mais externo do qual se encontravam ao absorver a energia fornecida pelo calor. Quando é interrompida a exposição, os elétrons retornam para o estado fundamental, e liberam uma energia nesse retorno. Essa energia é liberada em forma de luz, e que de acordo com o átomo envolvido na reação, possui um comprimento de onda característico desse átomo.
7. REFERÊNCIA
[1] O bico de Bunsen. Disponível em: http://www.infoescola.com/materiais-de-laboratorio/bico-de-bunsen/
[2] RAGAZZI, Marcos. Matéria e suas transformações. Apostila Bernoulli. 4 ed. Vol 1. Editora Bernoulli. Belo Horizonte – MG, p.3 - 17.
[3] RAGAZZI, Marcos. Teoria Quântica. Apostila Bernoulli. 4 ed. Vol 1. Editora Bernoulli. Belo Horizonte – MG, p.31- 41.
[4] RAGAZZI, Marcos. Propriedades Coligativas. Apostila Bernoulli. 4 ed. Vol 3. Editora Bernoulli. Belo Horizonte – MG, p.15 - 25.