Análise de chamas relatório

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U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E S A N T A C R U Z 
D e p a r t a m e n t o d e C i ê n c i a s E x a t a s e T e c n o l ó g i c a s 
C o l e g i a d o d o C u r s o d e Q u í m i c a 
 
 
 
Química Inorgânica – 2017.1 
Prof. Márcio Luis Ferreira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO I 
"Análise de Chamas" 
 
 
 
 
ALUNOS: Gabriel Pereira da Silva(201611338) 
Juciclésio Oliveira Silva(201611128) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Maio-2017 
Ilhéus-Bahia 
 
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento NoI: "Análise de Chamas” 
Alunos: Gabriel Pereira da Silva e Juciclésio Oliveira Silva 
 
 
1. APRESENTAÇÃO 
 
Este relatório descreve as atividades desenvolvidas por Gabriel Pereira da Silva e 
Juciclésio Oliveira Silva, alunos do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual de 
Santa Cruz, no âmbito da parte experimental da disciplina – Química Inorgânica, durante o 1o 
semestre/2017. 
A disciplina é ministrada pelo Prof. Márcio Luis Ferreira. 
Serão descritos os objetivos, a parte experimental, os resultados, a discussão e as 
conclusões referentes ao experimento intitulado "Análise de Chamas". 
 
Ilhéus, 16 de maio de 2017. 
 
 
 __________________________ 
 Gabriel Pereira da Silva 
 __________________________ 
 Juciclésio Oliveira Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. INTRODUÇÃO 
A partir do modelo atômico proposto por Rutherford, o físico dinamarquês Niels Bohr tentou 
resolver alguns problemas que o modelo planetário de Rutherford havia apresentados, 
referentes à estabilidade dos elétrons em torno do núcleo, baseando se agora na mecânica 
quântica. A mecânica quântica tem uma das suas principais características baseadas em 
estudos realizados por Max Planck, que procurava uma maneira para explicar as radiações 
emitidas pelos corpos ao se tornarem luminosos. Ele conseguiu derivar uma fórmula do 
espectro dessas radiações em função da temperatura do corpo que estava de acordo com a 
experiência, desde que admitisse que a radiação fosse emitida descontinuamente em 
pacotes de discretos de energia. Os pacotes discretos de energia receberam o nome de 
quantum. Propondo também os quantas associados afreqüência particular 𝑣de luz possuem 
todos a mesma energia e que essa energia E é diretamente proporcional a 𝑣. Na equação 
𝐸 = ℎ𝑣, está representada a relação entre a energia de um quantum da luz, cuja freqüência 
é 𝑣, emitido ou absorvido e h é a constante de proporcionalidade, base de toda teoria 
quântica, também conhecida como constante de Planck. Albert Einstein também teve 
grande contribuição na mecânica quântica, onde evidenciou que a luz ao incidir sobre uma 
superfície metálica limpa e no vácuo, provocava a emissão de elétrons da mesma, tal efeito 
foi denominado efeito fotoelétrico, onde concluiu que isso poderia ser explicado se a luz 
fosse constituída por partículas discretas, de energia h.𝑣. 
 Esses dois pontos da mecânica quântica, juntamente com o modelo de átomo proposto 
por Rutherford foram importantes para influenciar as pesquisas realizadas por Niels Bohr, 
que em 1913, enunciou um novo modelo, detalhando o comportamento dos elétrons nos 
átomos mediante conclusões resumidas a cinco postulados: 1º postulado – A energia 
emitida (ou absorvida) por um sistema atômico não é contínua, como mostrado pela 
eletrodinâmica, mas se processa através de transições do sistema de um estado 
estacionário para algum outro diferente.2º postulado – Radiação de frequência bem definida 
é emitida por um sistema atômico quando há transição de elétron entre camadas. Sendo a 
energia total liberada pela transição desse elétron definida por 𝐸 = ℎ𝑣, onde 𝑣 = frequência 
da radiação (em hertz) e h = constante de Planck (em J.s).3º postulado – O equilíbrio 
dinâmico dos sistemas nos estados estacionários (baseados em interações eletrostáticas e 
eletromagnéticas) obedece às leis da mecânica clássica.4º postulado – As possíveis órbitas 
descritas por elétrons em torno do núcleo atômico são múltiplos inteiros de h/2π. Inclusive 
nas órbitas provenientes de uma transição. 5º postulado – O estado no qual a energia 
emitida é máxima deve ser, também, um múltiplo inteiro da constante de Planck corrigida 
para um movimento circular em relação ao momento angular do elétron. 
 
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O estudo da energia emitida por elétrons excitados, descritos pelos postulados de Bohr, 
possibilitou o conhecimento da estrutura atômica. Essa energia emitida por alguns átomos 
resulta em linhas de freqüências determinadas, os chamados espectros de linha do átomo. 
Quando átomos são aquecidos ou submetidos a uma descarga elétrica, eles absorvem 
energia, que me seguida é emitida como radiação. Por exemplo, se o cloreto de sódio for 
aquecido na chama do bico de Bunsen, serão produzidos átomos de sódio, que dão origem 
a uma coloração amarela característica na chama (há duas linhas no espectro de emissão 
do sódio, correspondentes aos comprimentos de onda de 589,0 nm e 589,6 nm). A 
espectroscopia se ocupa do estudo, tanto da radiação absorvida como da radiação emitida. 
A espectroscopia atômica é uma técnica importante para o estudo da energia e da 
disposição dos elétrons nos átomos. O espectrógrafo utilizado para a obtenção dos 
espectros de linha está representado na figura 1. 
Figura 1- Espectros de linha do hidrogênio. 
 
 
 Em nosso cotidiano, a luz é o exemplo mais comum de onda ou oscilação 
eletromagnética. Após a experiência de Newton, sabemos que um feixe de luz branca ao 
atravessar um prisma se decompõe em várias cores, que formam o chamado espectro 
visível. O espectro é assim, pois as cores vão variando gradativamente do vermelho ao 
violeta, que são os dois extremos da nossa visão. A diferença das cores está relacionada 
com os comprimentos de onda e as freqüências, que variam para cada cor, como segue na 
Figura 2. 
 
 
 
 
 
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Figura 2 - Espectro do visível. 
 
 
 Quando a luz visível é absorvida por alguns compostos químicos, seus elétrons são 
excitados do estado fundamental excitado, como descrito pelo modelo de Bohr. A energia 
absorvida geralmente é emitida na forma de radiação eletromagnética na região do visível, 
que varia do vermelho ao violeta. Por isso, a região do visível corresponde às excitações 
eletrônicas sofridas pelos átomos. 
 
3. Objetivos 
 
 O objetivo desse experimento foi estudar o espectro de algumas 
substânciasquímicas a partir do testa da chama e avaliar a cor característica de cada 
material segundo a teoria atômica de Niels Bohr. 
 
4. Parte Experimental 
 
Materiais 
 
Neste experimento, utilizamos os seguintes materiais e reagentes: 
 
1. Estante para tubos de ensaio; 
2. 7 tubos de ensaio; 
3. 2 béqueres; 
4. Bico de Bunsen 
 
Reagentes 
 
1. Cloreto de Potássio (KCl); 
2. Nitrato de Sódio [Na(NO)3]; 
3. Cloreto de Lítio (LiCl); 
4. Cloreto de Bário (BaCl2); 
5. Cloreto de cálcio (CaCl2); 
6. Nitrato de Cobre [Cu(NO3)2]; 
7. Cloreto de Cobre (CuCl2); 
8. Cloreto de Sódio (NaCl); 
9. Ácido clorídrico (HCl); 
 
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Métodos 
Inicialmente, separaram-se todos os materiais que seriam necessários para a 
realização do experimento. Após isto, foram coletadas pequenas amostras das soluções dos 
sais necessárias que foram dispostas pelo professor (KCl, Na(NO)3, LiCl, BaCl2, CaCl2, 
Cu(NO3)2, CuCl2e NaCl) e também foi adicionado em um béquer cerca de 25mL de ácido 
clorídrico, este, que por sua vez, foi utilizado parahigienizar o fio de Ni-Cr. 
Utilizou-se um fio Ni-Cr previamente mergulhado na solução de HCl e exposto à 
chama a fim de higienizá-lo e evitar possíveis contaminações ocasionadas por outros 
reagentes. Após este processo de higienização, o fio de Ni-Cr foi mergulhado na solução em 
questão que estava contida no seu respectivo tubo de ensaio e novamente exposto à chama 
gerada pelo bico de Bunsen, este processo foi repetido para todas as soluções a serem 
analisadas e, após a utilização prévia em cada solução, higienizado, o processo se deu, 
para todas as soluções como ilustra o fluxograma abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. RESULTADOS 
 Os dados obtidos nesta etapa do experimento estão todos dispostos na tabela 1, bem 
como o nome da substância em questão e o cátion responsável pela emissão observada. Já 
na tabela 2, encontram-se os valores de comprimentos de onda dos elementos primitivos 
aos cátions analisados. 
 
Tabela 1 – Dados correspondentes às cores obtidas. 
 
Solução Coloração observada Cátion responsável λ (Referente à cor) - nm 
KCl Violeta K+ ~380-440 
Na(NO3) Amarelo Na+ ~565-590 
LiCl Vermelho Li+ ~625-740 
BaCl2 Amarelo Ba2+ ~565-590 
CaCl2 Alaranjado Ca2+ ~590-625 
Cu(NO3)2 Verde Cu2+ ~500-565 
CuCl2 Verde Cu2+ ~500-565 
NaCl Amarelo Na+ ~565-590 
 
 
Higienização 
do fio Ni-Cr 
em solução 
de HCl(aq). 
Fio de Ni-Cr 
mergulhado 
na solução 
em questão. 
Observou-se 
a coloração 
da chama e a 
anotou. 
 
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Tabela 2 – Comprimentos de onda dos metais analisados. 
 
Elemento Comprimento de onda –nm 
K 408,5 
Na 589 
Li 680,8 
Ba 535,5 
Ca 665,4 
Cu 468,5 
 
6. DISCUSSÃO 
O potássio, sódio e lítio são metais alcalinos, por conta disso, eles apresentam o mesmo 
número de elétrons (um elétron) na camada de valência. Já o bário e o cálcio são metais 
alcalinos terrosos e apresentam dois elétrons na camada de valência, o número de oxidação 
do cobre nas ligações dos compostos analisados é de 2+. 
Para o potássio, temos um comprimento de onda de 408,5 nm, região que corresponde à 
faixa espectral da cor violeta. A partir do experimento, utilizando-se a solução de KCl, foi 
verificado com êxito esta coloração, que está associada a um comprimento de onda no 
intervalo de ~ 380-440nm 
No caso do sódio, o comprimento de onda tem valor de ~589 nm, região do espectro 
correspondente à cor amarela. A partir do experimento, utilizando-se às soluções de 
Na(NO)3 e NaCl, foi verificado com êxito esta coloração, que está associada a um 
comprimento de onda no intervalo de ~ 565-590. É válido salientar que, o comprimento de 
onda observado a partir da análise destas duas soluções são os mesmos, ou seja, o que 
nos interessa de fato neste experimento é a natureza do cátion e não do ânion. 
Já para o lítio, a cor observada e correspondente são equivalentes, com comprimentos de 
onda de~ 625-740nm e para o elemento propriamente dito ~ 680,8nm. A cor equivalente 
para estes comprimentos de onda fica dentro da faixa espectral da cor vermelha. 
Para o Bário, também foram observadas cores correspondentes entre os valores do 
intervalo do espectro da cor observada e do espectro da cor do elemento, ~ 565-590nme 
~535,5nm respectivamente. 
Por fim, o Cobre. As cores apresentadas pelas soluções de Cu(NO3)2 e CuCl2, como já era 
de se esperar, foram as mesmas, aqui também é válido o que já foi citado anteriormente, o 
que nos interessa é a natureza do cátion e não do ânion. O cobre possui um intervalo 
espectral de ~ 500-565nm, que é correspondente à coloração verde, já o próprio elemento 
tem valor de ~ 468,5 que está contido no intervalo do espectro da cor verde. 
Tendo em posse os valores de comprimentos de onda, é possível determinar qual foi o 
elemento que sofreu a transição eletrônica mais energética, a tabela 3 explicita estes 
valores e o elemento que sofreu a transição eletrônica mais energética foi o potássio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 3 – Energia de emissão de fótons (𝐸 = ℎ𝜐). 
 
Elemento Comprimento de onda - nm Energia (J) 
K 408,5 4,87 x 10-19 
Na 589 3,37 x 10-19 
Li 680,8 2,92 x 10-19 
Ba 535,5 
Ca 665,4 2,99 x 10-19 
Cu 468,5 4,24 x 10-19 
 
A partir da análise das linhas espectrais (Figuras de 1 a 5), é observável que o cobre é o 
elemento com maior número de transições eletrônicas, isto se deve ao fato do cobre ser um 
metal de transição, ou seja, ele possui elétrons livres que permitem tais transições com 
maior facilidade em relação aos outros elementos analisados. 
 
 Fig. 1 – Espectro de emissão do K 
 Fig. 2 – Espectro de emissão do Na 
 Fig. 3 – Espectro de emissão do Li 
 Fig. 4 – Espectro de emissão do Ba 
 Fig. 5 – Espectro de emissão do Ca 
Fig. 6 – Espectro de emissão do Cu 
 
7. CONCLUSÕES 
A partir do experimento realizado foi possível observar que ao mergulhar o fio de Ni-
Cr higienizado nas soluções (KCl, Na(NO)3, LiCl, BaCl2, CaCl2, CuCl2, NaCl, Cu(NO3)2) e 
levá-lo a chama do bico de Bunsen é emitida uma respectiva colocação, isso devido a 
estrutura eletrônica dos átomos. Com a energia liberada na combustão, os elétrons externos 
dos átomos de metais são promovidos a estado excitado e ao retornarem ao seu estado 
eletrônico inicial, liberam a energia excedente na forma de radiação eletromagnética. 
Por meio da análise dos resultados, foi possível enxergar as cores para cada cátion 
responsável. Sendo para o K+a coloração violeta, Na+- amarelo, Li+ - Vermelho, Ba2+ - 
Amarelo, Ca2+ - Alaranjado, Cu2+ - verde. Observa-se que a coloração está diretamente 
ligada ao cátion, comprovando isso com a analise das chamas de Na(NO)3 e NaClque 
apresenta o mesmo cátion e a mesma coloração, assim como o CuCl2 e Cu(NO3)2. 
Vale ressaltar algumas limitações que reside no fato de que a faixa de detecção em 
relação à quantidade de luz emitida fica difícil de mensurar a olho nu e que contaminação de 
elementos em amostras pode ocasionar em sobreposições das cores emitidas pelos 
diferentes compostos. Porém nada que afetasse um boa percepção das cores, e a partir 
desse experimento foi possível comprovar fatos das teorias de Bohr mediante a mecânica 
quântica. 
 
 
 
 
 
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8. QUESTIONÁRIO 
1) Explique o mecanismo de emissão de luz pelo material aquecido na chama (use a 
teoria de Bohr). 
O postulado de Bohr se resume em elétrons que saltam de camadas que estão 
bem definidas quando recebem energia. Dessa forma, quando o elétron volta à sua camada 
de origem, ele libera energia na forma de luz cuja frequência de onda dependerá do 
elemento em questão. 
2) Por que os elementos químicos emitem um espectro descontínuo e não um espectro 
contínuo ao serem aquecidos? 
Por que em um espectro contínuo não há uma distinção entre as cores, ou seja, 
seria algo próximo de branco, porém, ao se realizar os experimentos, é observável que cada 
elemento emite apenas uma cor específica, dessa forma, só são observáveis algumas linhas 
luminosas coloridas. 
3) Consultando a tabela a seguir, determine qual o elemento sofre transição eletrônica 
mais energética e qual sofre a menos energética. Justifique. 
O potássio é o elemento que sofre maior transição eletrônica, pois ele é o que 
demanda mais energia para saltar para camadas mais exteriores, dessa forma, os fótons 
são emitidos com menores comprimentos de onda. Já o lítio é o elemento que sofre a 
transição eletrônica menos energética, como necessita de pouca energia para saltar para 
camadas mais externas, seu comprimento de onda será maior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Compare as linhas espectrais observadas na chama com os valores tabelados 
(na questão 3) . Analise os desvios experimentais (se ocorreram), para cada 
metalda solução. 
Os comprimentos de onda explicitam a cor que o elemento emitirá a luz, 
distinguindo assim um do outro. Os desvios experimentais podem ter origem na calibração 
do bico de Bunsen, que apresentou chama amarelada, isto é, combustão incompleta do gás 
combustível. 
 Elemento Químico Linhas Espectrais (comprimento de onda em nm) 
Sódio 589,6 e 589 
Potássio 410,9 e 408,5 
Bário 535,5 
Cálcio 665,4 
Lítio 680,8 
Cobre 468,5 
 
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8. Referências 
Lee, J. D. Química inorgânica não tão concisa. Tradução da 5ª ed. inglesa. 
EditoraEdgardBlücher Ltda. 
 
http://w3.ufsm.br/ppgecqv/Docs/Dissertacoes/GIOVANNA.pdf 
 
http://casanchi.com/did/er.htm 
 
ATKINS, Peter W.; JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a vida 
moderna o meio ambiente. 3 ed. Guanabara Koogan, 2006.