12º EXPERIMENTO - Inorgânica (A biosfera II sem oxigênio - Análise do concreto)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM 
Instituto de Ciências Exatas - ICE 
Departamento de Química - DQ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12º RELATÓRIO DE QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS - AM 
08 DE FEVEREIRO DE 2015 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM 
Instituto de Ciências Exatas - ICE 
Departamento de Química - DQ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A BIOSFERA II SEM OXIGÊNIO 
ANÁLISE DO CONCRETO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS - AM 
08 DE FEVEREIRO DE 2015 
1. INTRODUÇÃO 
Em Julho de 1987, a simulação de uma enigmática estrutura cristalina 
cobria as capas das revistas de divulgação científica. Através de um corte numa 
das paredes, podia ver-se que estava ocupada por árvores, aves, um lago e vá-
rios técnicos trabalhando em diversos sistemas de manutenção. Tratava-se 
da Biosfera 2, um enorme simulador de ecossistemas onde um grupo de inves-
tigadores pretendia encerrar-se durante dois anos. Em teoria, aquele complexo 
autossuficiente com mais um hectare de área iria albergar centenas de espécies 
que viveriam em diversos biomas ou paisagens bioclimáticas artificiais: uma 
selva, um mar, uma savana, um pântano. 
A ideia era que os recursos, do ar à água, se renovassem automatica-
mente. Por exemplo, o dióxido de carbono expulso pelas pessoas e pelos ani-
mais seria aproveitado pelas plantas, enquanto os detritos fertilizariam os terre-
nos de cultivo e serviriam de nutriente às algas. Estas, por sua vez, constituiriam 
a base alimentícia de outras formas de vida. No final, tratava-se de estudar até 
que ponto seria possível construir um habitat autónomo onde pudessem estabe-
lecer-se os futuros colonos que viajassem para a Lua ou para Marte. 
No entanto, uma série de incidentes deitou por terra aquela aventura de 
200 milhões de dólares. Durante a primeira missão, que teve lugar entre 1991 e 
1993, baratas e formigas penetraram no sistema, aparentemente estanque (di-
zia-se que apenas perdia dez por cento do ar por ano, enquanto nos vaivéns 
espaciais essa perda era de 2% por dia). Os níveis de CO2 aumentaram perigo-
samente, o que causou a morte dos insetos polinizadores e de muitos vertebra-
dos e tornou necessário injetar oxigénio para garantir a sobrevivência do projeto. 
As dissensões que surgiram durante a segunda missão, realizada em 
1994, deram o golpe de misericórdia na Biosfera 2. Durante 13 anos, a estação 
foi abandonada, reocupada pela Universidade de Columbia, objeto de especula-
dores e ícone da cultura New Age. 
Até que, em 2007, a Universidade do Arizona adquiriu-a e converteu-a 
num grande laboratório de ciências da Terra. Ali, é hoje possível estudar como 
em nenhum outro lugar do mundo o impacto das alterações climáticas sobre as 
espécies vegetais e a resposta dos ecossistemas a concentrações elevadas de 
gases de efeito de estufa. Além disso, segundo os responsáveis pela nova Bios-
fera 2, a instalação funciona como um modelo de cidade no qual também é pos-
sível ensaiar estratégias para reduzir as emissões poluentes ou a implantação 
de novos sistemas de distribuição elétrica. 
 
2. OBJETIVOS 
2.1. Objetivo Geral 
 Determinar o teor de carbonato de cálcio em uma amostra de mármore 
através do volume do gás carbônico gerado pela sua reação com uma 
solução de ácido forte. 
 
2.2. Objetivos Específicos 
 Determinar a quantidade de CO2 em amostras de concreto; 
 Identificar ácidos, bases, sais e óxidos; 
 Comparar o volume de gás produzido de diferentes amostras; 
 Analisar o volume de CO2 produzido pelo carbonato de cálcio e ácido. 
 
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
3.1. Materiais 
- Kitasato; - Bacia; 
- Rolha; - Provetas (250, 50 e 25 mL). 
- Mangueira de borracha; 
 
3.2. Reagentes 
 - HCl concentrado; - CaCO3; - Areia; 
 
3.3. Procedimentos 
3.3.1 Calibração do volume de CO2 
O carbonato de cálcio foi separado em 5 amostras enroladas em papel 
com diferentes pesos: 0,2g; 0,4g; 0,6g; 0,8g; e 1,0g de carbonato de cálcio. De-
pois das amostras já medidas, colocou-se 25 mL de ácido clorídrico no kitasato 
e em seguida a amostra de carbonato de cálcio enrolado em um pedaço de papel 
conforme a figura 1. O kitasato foi agitado por aproximadamente um minuto para 
completar a reação. Posteriormente, com o término da produção de gás na rea-
ção, foi medido o volume de gás na proveta. Esse procedimento foi repetido com 
as amostras de carbonato de cálcio com diferentes massas (0,2g; 0,4g; 0,6g; 
0,8g; e 1,0g). 
Figura 1 - Sistema para a obtenção de gás 
 
 
3.3.2 Testando a amostra desconhecida 
A amostra desconhecida contendo carbonato de cálcio e areia que são 
ingredientes do concreto, foi colocada num pedaço de papel e adicionada no 
kitassato contendo ácido clorídrico. O kitassato foi fechado e agitado por aproxi-
madamente um minuto e com o término da reação, foi medido o volume de gás 
na proveta. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 Desvio padrão de CO2 
Observou-se a reação das bolhas de dióxido de carbono que eram forma-
das na proveta, e que determinaram o volume de dióxido de carbono liberado 
pela reação, sendo estes os dados obtidos através do experimento. A reação 
pode ser analisada na equação a seguir: 
𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑠) + 2𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 𝐶𝑎𝐶𝑙2 (𝑎𝑞) + 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝐻2𝑂(𝑙) 
 
Utilizou-se os dados obtidos experimentalmente e através de cálculos plo-
tou-se o seguinte gráfico: 
 
Massa de 
Ca’CO3 (g) 
Volume de CO2 
encontrado (mL) 
Volume de CO2 
ideal (mL) 
0,2 48,0 44,8 
0,4 80,0 89,6 
0,6 130,0 134,4 
0,8 174,0 179,2 
1,0 219,0 224,0 
x1 73,0 x2 
 
 
Gráfico 1 - Relação da massa de CaCO3, em relação ao volume de CO2 
Obs.: As unidades de medidas utilizadas foram mm³ (ou mL) para volume de 
y = 218x ± 2,76
y = 224x ± 0,01
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
V
o
lu
m
e 
d
e 
C
O
2
 (
m
L)
Massa de CaCO3 (g)
Massa de CaCO3 em relação ao volume de CO2 produzido
Volume de CO2 encontrado
Volume de CO2 ideal
Linear (Volume de CO2 encontrado )
Linear (Volume de CO2 ideal)
CO2 representado no eixo y, e gramas (g) para a massa de carbonato de cálcio repre-
sentado no eixo x. 
Calculou-se a equação da reta de ambos os volumes: 
 Volume de CO2 encontrado: 218x ± 2,76 mL 
 Volume de CO2 ideal: 224x ± 0,01 mL 
 
Pode-se então calcular a massa CaCO3 a partir da equação da reta: 
𝑋1 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑡𝑎
 
𝑋1 =
73 𝑚𝐿
218
≈ 𝟎, 𝟑𝟑𝟓 𝒈 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 
Além disso, pode-se então calcular o volume ideal CO2 a partir da equação 
da reta: 
𝑋2 = 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑡𝑎 × 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 
𝑋2 = 224 × 0,335 = 75,04 𝑚𝐿 𝑑𝑒𝐶𝑂2 
 
Massa de 
CaCO3 (g) 
Volume de CO2 
encontrado (mL) 
Volume de CO2 
ideal (mL) 
0,20 48,0 44,8 
0,34 73,0 75,0 
0,40 80,0 89,6 
0,60 130,0 134,4 
0,80 174,0 179,2 
1,00 219,0 224,0 
 
Calculou-se a massa de areia, pela seguinte equação: 
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 → 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝐶𝑎𝐶𝑂3 
𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂𝒂𝒓𝒆𝒊𝒂 = 0,6 𝑔 − 0,34𝑔 = 0,26 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 
Calculou-se a porcentagem de carbonato de cálcio presente amostra des-
conhecida pela seguinte equação:% 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝐶𝑎𝐶𝑂3
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
=
0,34𝑔
0,6 𝑔
∗ 100 = 𝟓𝟔, 𝟔𝟕% 𝒅𝒆 𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑 
Para calcular o valor da fração molar do produto da reação tem-se: 
𝑿𝑯𝟐𝑶 = 
𝑃𝐻2𝑂 
𝑃
 = 
14,5430
760
= 19,12 × 10−3 = 1,912 % 
A fração molar de gás carbônico no produto será: 
𝑿𝑪𝑶𝟐 = 100% − 𝑋𝐻2𝑂 → 𝑋𝐶𝑂2 = 100% − 1,912% = 98,088% 
Com este pode-se calcular a pressão parcial do CO2. 
 𝑷𝑪𝑶𝟐 = 𝑋𝐶𝑂2 × 𝑃 = 0,98088 × 760 = 745,4688 𝑚𝑚𝐻𝑔 
 
Usando a lei dos gases ideais temos: 
𝑃 × 𝑉 = 𝑅 × 𝑛 × 𝑇 → 
𝑉
𝑛
 =
𝑅𝑇
𝑃
 → 𝑉𝑚 =
𝑅𝑇
𝑃
 
 
Por esta equação obteve-se o volume molar do gás dada temperatura e 
pressão, logo: 
𝑽𝒎 𝑪𝑶𝟐 =
(62,3632 𝐿 . 𝑇𝑜𝑟𝑟. 𝐾−1 . 𝑚𝑜𝑙−1) × (298,25 𝐾)
745,469 𝑇𝑜𝑟𝑟
= 24,94 𝐿 . 𝑚𝑜𝑙−1 
 
Sendo o volume molar 𝑉𝑚 =
𝑉𝑚 𝐶𝑂2
𝑛⁄ , o inverso desta resultará na con-
centração molar (M) do gás, pois os dados usados para o cálculo do volume 
molar do gás são os obtidos a partir do experimento. 
 𝑴 𝑪𝑶𝟐 = 𝑉𝑚 𝐶𝑂2
−1 =
1
24,94
 = 40,09 . 10−3 𝑚𝑜𝑙 . 𝐿−1 
 
Portanto a massa de CO2 será: 
𝑴 𝑪𝑶𝟐 =
𝑚 𝐶𝑂2
𝑃𝑀 × 𝑉
 → 𝒎 𝑪𝑶𝟐 = 𝑀 × 𝑃𝑀 × 𝑉 
𝒎 𝑪𝑶𝟐 = (40,09 . 10
−3 𝑚𝑜𝑙 . 𝐿−1) × (44 𝑔 . 𝑚𝑜𝑙−1) × (21,8 . 10−3 𝐿) = 𝟎, 𝟎𝟑𝟖𝟒 𝒈 = 𝟑𝟖, 𝟒 𝒎𝒈 
 
 
5. CONCLUSÃO 
 
Tendo por base os dados citados, observou-se que a amostra desconhe-
cida continha 0,34 g de carbonato de cálcio, o que corresponde a 56,67% de 
toda a amostra. Pode-se chegar a esse resultado, através do desvio padrão do 
gráfico 1 (Relação da massa de CaCO3, em relação ao volume de CO2), calcu-
lado por meio da equação da reta, 218x ± 2,76 mL. E para fins de comparação, 
avaliou-se também o desvio do CO2 padrão, 224x ± 0,001mL. 
Portanto, em locais de alta concentração de CO2, como em viadutos, tu-
neis, grandes centros (em funções do alto tráfego), deve-se ter o cuidado de 
fabricar um concreto com baixa porosidade para que o dióxido de carbono não 
entre em contato com o hidróxido de cálcio e cause as reações que irão carbo-
natar o concreto, reduzindo a sua qualidade. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
SZPOGANICZ, B.; DEBACHER, N. A.; STADLER, E. Experiências de Química 
Geral. 2. ed.Florianópolis: EdUFSC, 2003 
GREENWOOD, N.N & EARHSAW, A. Chemistry of the elements. Oxiford, Per-
gamon Press, 1984, p. 119, 113-135. QUAGLIANO, J.V & VALLARINO, L.M. 
Química. Trad. De Espinola. 3° Ed. Rio de Janeiro, Guanabara Dois, 1979 p. 
108-114, 119-1936. RUSSEL, J.B. Química Geral. Trad. De Geraldo Vicentini ET 
AL. São Paulo, McGraw-Hill, 1982 p.77-99. 
Química, a ciência central/ Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr., Bruce E. 
Bursten; tradutor Robson Matos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 
LEE. J. D. Química inorgânica não tão concisa. Trad. Henrique E. Toma, Koiti 
Araki e Reginaldo C. Rocha. 5ª ed. São Paulo: Blucher, 1999; 
Química Geral/ John B. Russell; tradução e revisão técnica Márcia Guekezian...| 
et. al. | - 2. ed. – São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. Volume I. 
7. ANEXOS 
 
1. Qual componente do cimento reage com o CO2? Escreva a equação ba-
lanceada para a reação: 
R = A frente de carbonatação e a frente de dissolução são frentes de 
reações químicas, onde a frente de dissolução é a zona na qual as fases 
do cimento reagem com o CO2 para formar carbonatos de cálcio anteri-
ormente à frente de carbonatação. A carbonatação (formação de 
CaCO3) do cimento propicia uma frente menos permeável ao ataque 
ácido (mais resistente à solubilidade do que o hidróxido de cálcio 
(Ca(OH)2), aumentando a resistência à compressão. Índices moderados 
de carbonatação podem ser benéficos para a porosidade, permeabili-
dade e resistência do cimento. Porém, uma vez que o hidróxido de cálcio 
(Ca(OH)2) tenha sido totalmente dissolvido, inicia-se a dissolução da 
aragonita (CaCO3) na forma de bicarbonato de cálcio. 
𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 𝐶𝑂2 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐻2𝑂 
 
2. Complete