Relatório Quimica Ambiental 01

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ETEC RAPOSO TAVARES
QUÍMICA AMBIENTAL
RELATÓRIO
DETERMINAÇÃO DA PORCENTAGEM DE OXIGÊNIO NA COMPOSIÇÃO DO AR
Grupo 04
	Brenda Rodrigues
	Fabiola Fiaes
	Larissa Aparecida de Oliveira Giordano 
	William de Oliveira Deiró Costa
Experimento realizado em 15/03/2018
RESUMO
	Neste experimento foi realizado o processo de indução da oxidação do ferro, montando uma aparelhagem simples que consistia em oxidar uma lã de aço umedecida em ácido acético, contida num tudo de ensaio invertido em um Béquer contendo água até dois terços de seu volume. Deixando-o em repouso até que o nível da água se mantivesse constante e se pudesse proceder com os cálculos necessários para a determinação de tal porcentagem. 
1. INTRODUÇÃO TEÓRICA
	Durante muito tempo os cientistas investigaram a existência do ar. Criaram, então, uma teoria, ou seja, imaginaram uma explicação para a existência da atmosfera terrestre. O resfriamento da crosta terrestre produziu uma grande quantidade de gases e vapores. Uma parte dos vapores de água foi formando nuvens e precipitando-se sob a forma da chuva, enquanto a outra permanecia suspensa na própria atmosfera. Os demais gases, originados da "queima" das rochas, também faziam parte da atmosfera primitiva. Assim, a mesma foi transformando-se e compondo-se dos mais diferentes gases, como o gás carbônico, o gás metano, o gás nitrogênio, o gás amônia e outros. Nesta atmosfera primitiva, o oxigênio, ainda não existia.
	No entanto, a descoberta do oxigênio só ocorreu no século XVIII. Geralmente, a descoberta deste elemento é atribuída a Joseph Priestley, em 1774,   O fato é que Priestley não sabia de início, que havia descoberto o oxigênio, ele acreditava que havia obtido o óxido nitroso. E foi Lavoisier que mostrou que o gás produzido no tratamento do óxido de mercúrio com ácido nítrico seguido da decomposição do nitrato por calor, era oxigênio.
	O oxigênio é o elemento que existe em maior quantidade na natureza. Em condições ambientais, o oxigênio (O2) é uma gás incolor, sem sabor e inodoro.
	Segundo Torricelli, o ar exerce uma força sobre tudo que está imerso no ar, e essa força distribuída por toda a parte se chama pressão. A atmosfera terrestre é composta por vários gases, que exercem uma pressão sobre a superfície da Terra. Essa pressão, denominada pressão atmosférica, depende da altitude do local, pois à medida que se afasta da superfície do planeta, o ar se torna cada vez mais rarefeito, e, portanto, exercendo uma pressão cada vez menor.
	A porcentagem de oxigênio no ar foi determinada pela primeira vez com exatidão por Lavoisier, que aqueceu, em recipiente fechado, uma quantidade conhecida de ar, em contato com mercúrio. Passados doze dias, o mercúrio absorvera um quinto do ar existente e apresentava-se coberto de placas vermelhas. Mediante novo aquecimento, Lavoisier fez o mercúrio liberar uma quantidade equivalente de oxigênio.
	Muitos metais reagem com oxigênio formando um oxido do metal, essa reação é denominada reação de oxirredução. Nas reações de oxirredução ocorre transferência de elétrons, no caso da oxidação do metal mais precisamente, o metal perde elétrons para o oxigênio, formando um composto iônico de íon metálico e íon óxido. A ferrugem é um exemplo bastante clássico, quando há deposição de oxigênio na superfície de objetos à base de ferro. Esse processo provoca a corrosão desses metais.
	A palha de aço é bem conhecida de todos pois, freqüentemente no dia-a-dia, a usamos ou a vemos ser usada em serviços domésticos na cozinha, na lavagem de pratos, panelas e talheres, bem como na limpeza de pias e vasos sanitários. Porém, se formos mais atentos, veremos que a palha de aço umedecida e exposta ao ar, adquire aspecto amarelado, resultado de sua reação com o oxigênio do ar, em um processo de oxidação.
	Dessa forma, o experimento tem como finalidade, por meio de reações em ambiente fechado, que consumirá o oxigênio presente nesse ambiente, calcular a percentagem desse gás presente no ar, pela variação da altura da água que entrará em um vidro. Isso se deve ao fato de que, à medida que o oxigênio é consumido na oxidação da palha de aço, a pressão no interior do vidro diminui e, com isso, a diferença de pressão faz com que mais água seja empurrada.
2. OBJETIVO
	Determinar a porcentagem de oxigênio presente na composição do ar.
3. METODOLOGIA E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
 
3.1. MATERIAS UTILIZADOS:
Béquer de 600 mL
Béquer de 150 mL 
Proveta de 100 mL 
Recipiente de plástico 
Bastão de vidro
Régua milimetrada
Vidro de relógio
 
3.2. REAGENTES:
Água 
Palha de aço
Vinagre
3.3. PROCEDIMENTOS:
Foi colocado no béquer de 150 mL, 40 mL de vinagre e 40 mL de água da torneira;
Transferiu-se a solução para um recipiente plástico;
Em um vidro de relógio, foram pesados, na balança analítica, 4 g de palha de aço descompactadas o máximo possível;
Colocou-se a palha de aço no recipiente plástico e com o auxílio de um bastão de vidro foi mexida a palha de aço até que a mesma estivesse bastante encharcada na solução de vinagre diluído. Banhou-se por aproximadamente 1 minuto;
Retirou-se a palha de aço da solução e eliminou-se o excesso de vinagre diluído, sacudido-a vigorosamente;
Rapidamente foi colocada a palha de aço no interior de uma proveta graduada de 100 mL, a mesma foi empurrada para o fundo da proveta graduada com o auxilio de um bastão de vidro;
Inverteu-se rapidamente a proveta graduada com a palha de aço para dentro de um béquer de 600 mL com água até 2/3 de sua capacidade; e
Aguardou-se 30 minutos e foi observada a água subindo para dentro do tubo, e mediu-se a altura da coluna d’água que se encontrava na proveta graduada.
Figura 1. Esquema do Experimento
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
	 
	A palha de aço é composta por ferro e carbono, sendo que o ferro apresenta-se em maior quantidade. O ferro, em contacto com o ar e com a água, sofre oxidação, enquanto o oxigênio se reduz (agente oxidante). Esse processo é representado da seguinte forma:
Oxidação: Fe → Fe 2+ + 2 e-
Redução: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
	Dessa forma, a reação total é a seguinte:
2 Fe + O2 + 2 H2O → Fe2+ + 4 OH-,
	Onde:
2 Fe2+ + 4 OH- → 2 Fe (OH)2
	Com isso, constatamos o consumo de oxigênio presente no tubo, por meio de reações de óxido-redução, onde o Fe(OH)2  é oxidado pelo gás oxigênio, e se transforma em Fe(OH)3, mais estável e, comumente, conhecido como ferrugem. Observamos isso devido à coloração adquirida pela palha de aço após o processo, que é alanrajada, cor característica do cátion Fe3+.
	Observamos, também, que o vinagre tem a finalidade de limpar a superfície da palha de aço, eliminando os óxidos presente na mesma, e, principalmente, auxiliar no aumento da velocidade do experimento, uma vez que o vinagre desempenha um papel catalisador (tem o papel de acelerar a reação). Sem o auxílio do vinagre, o experimento levaria dias para ser concluído, pois os outros ácidos liberam íons H+(aq). Os íons acetatos desempenham um papel na aceleração no processo de oxidação da palha de aço.
	Após observar o experimento durante 30 minutos, o nível da água permaneceu inalterado. Isto indica que a reação de oxidação do ferro é limitada por falta de oxigênio. A reação vai ocorrendo e o oxigênio dentro do tubo vai sendo consumido. Isso gera uma diferença de pressão entre a parte interna e externa. A pressão dentro do recipiente fica menor e com isso a pressão atmosférica "empurra" a água para dentro do cilindro. Assim, conseguiu-se observar a mudança no nível de água no interior do recipiente.
	De posse dos dados referentes à altura da coluna d`água, altura e diâmetro da proveta de 100 mL e com auxílio de algumas fórmulas matemáticas, podemos calcular o teor de oxigênio no ar:
	Altura da coluna d´água
	2,3 cm
	Altura da proveta de 100 mL
	23,7 cm
	Diâmetro da proveta de 100 mL
	2,6 cm
	Substituindo os dados obtidos no experimento na equação I, calculamos o volumetotal da coluna d`água, que se refere ao volume total de oxigênio consumido.
	Portanto, o volume total de oxigênio consumido no experimento foi igual a 0,01221 L.
	Substituindo, agora, os dados obtidos no experimento na equação II, calculamos o volume total da proveta de 100 mL, que se refere ao volume total do ar, que basicamente podemos dizer que é formado por oxigênio e nitrogênio.
	Portanto, o volume total do ar (oxigênio + nitrogênio) contido na proveta de 100 mL foi igual a 0,12636 L.
	Logo, podemos estabelecer a seguinte relação para determinar a porcentagem em volume de oxigênio que estava presente no ar:
volume total do ar (oxigênio + nitrogênio) (em L) ----------- 100 % (em volume)
volume total de oxigênio consumido (em L) -----------   x (em volume)
(III)
0,12636 L ----------- 100 % (em volume)
0,01221 L -----------   x (em volume)
	Resolvendo a equação III, concluímos que a porcentagem de oxigênio presente no ar em volume, será igual a 9,66 %.
	De acordo com a literatura o teor de oxigênio no ar é maior do que o encontrado neste experimento. No experimento realizado encontrou-se o valor igual a 9,66%. Segundo a literatura, no ar atmosférico existe oxigênio, mas não é constituído totalmente desse gás, o mesmo, é encontrado no teor de 20% a 21%.Ressaltamos, também, que, em locais que estão acima do nível do mar a pressão atmosférica é menor. À medida que a pressão atmosférica diminui, diminui também as pressões parciais dos componentes do ar atmosférico.
	Além do que o ambiente no laboratório estava fechado, onde quase não ocorriam trocas com o ambiente externo.
	Outro fator que pode ter contribuído para o resultado obtido é que a medida da altura da coluna d`água foi feita com o nível de água dentro da proveta de 100 mL e no béquer diferentes, portanto não conseguimos assegurar que a pressão atmosférica dentro e fora da proveta eram as mesmas.
5. CONCLUSÕES
	O experimento para determinar a porcentagem de oxigênio presente na composição do ar mostrou-se satisfatório, prático e de baixo custo para utilização num laboratório acadêmico. Não obtivemos um valor exato para porcentagem de oxigênio na atmosfera. Porém, conhecemos métodos para determinação do mesmo. Observamos, também, que para determinação do oxigênio durante o experimento é mais eficaz utilizar vinagre, pois este acelera a reação entre o ferro e o oxigênio.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FELTRE, R. Química: Química Geral, Volume 1. 5ª edição. São Paulo: Moderna, 2000.
SISTEMA – IMAGEM 1. Disponível em: <http://www.robertocouto.com.br/2017/
09/15/eletroquimica-questoes-de-vestibulares/>. Acesso em: 22 de março de 2018.
SISTEMA – IMAGEM 2. Disponível em: <http://quimicosariquemes.blogspot.
com.br/2011/10/>. Acesso em: 22 de março de 2018.
VOGEL, A.I. Química Analítica Qualitativa. Tradução por Antônio Gimeno da 5ª edição. Revisada por G. Svehla. Editora Mestre Jou. São Paulo, 1981. 
7. ANEXO
	
QUESTÕES DE VERIFICAÇÃO
1. Qual o volume total da proveta?
Resposta: Volume total da proveta = 0,12636 L ou 126,36 mL
	Substituindo, os dados obtidos no experimento na equação, calculamos o volume total da proveta de 100 mL.
	
	Portanto, o volume total da proveta de 100 mL éi igual a 0,12636 L.
2. Como calculamos o volume de um cilindro, tendo como instrumento apenas uma régua?
Resposta: Através da medição da altura e do diâmetro do cilindro e substituição esses valores na fórmula matemática do volume do cilindro.
3. Qual o volume de água deslocada? 
Resposta: Volume de água deslocada = 0,01221 L ou 12,21 mL
	Substituindo, os dados obtidos no experimento na equação, calculamos o volume total de água deslocada.
	
	Portanto, o volume total de água deslocada é igual a 0,01221 L.
4. Qual reação de oxirredução exemplifica o procedimento?
Resposta: Essa reação é representada da seguinte forma:
Oxidação: Fe → Fe 2+ + 2 e-
Redução: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
	Dessa forma, a reação total é a seguinte:
2 Fe + O2 + 2 H2O → Fe2+ + 4 OH-,
	Onde:
2 Fe2+ + 4 OH- → 2 Fe (OH)2
	Nessa reação o Fe(OH)2  é oxidado pelo gás oxigênio, e se transforma em Fe(OH)3, mais estável e uma coloração alanrajada, cor característica do cátion Fe3+, que é comumente, conhecido como ferrugem.
5. Qual a porcentagem de oxigênio contida no ar? Sabendo que o volume desse gás corresponde ao volume de água deslocada.
Resposta: A porcentagem de oxigênio contida no ar é igual a 9,66%.
volume total do ar (oxigênio + nitrogênio) (em L) ----------- 100 % (em volume)
volume total de água deslocada (em L) -----------   x (em volume)
(III)
0,12636 L ----------- 100 % (em volume)
0,01221 L -----------   x (em volume)
	Resolvendo a equação III, concluímos que a porcentagem de oxigênio presente no ar em volume, será igual a 9,66 %.