PRÁTICA REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO: REATIVIDADES QUÍMICAS DOS METAIS

Prévia do material em texto

REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO: REATIVIDADES QUÍMICAS DOS METAIS 
 
1) INTRODUÇÃO: 
 
Nas reações químicas as moléculas iniciais são rompidas e se unem para formar 
novas moléculas, p​ode-se afirmar que uma reação química é uma transformação da matéria 
em que pelo menos uma ligação química é criada ou desfeita, ​as reações para formação de 
novos compostos podem ser classificadas seguindo vários critérios, como reações de 
síntese ou de adição, reações de análise ou de decomposição, reações de deslocamento 
ou de substituição, reações de dupla troca ou de dupla substituição e reações de simples 
troca. 
 Dependendo da condição de temperatura, concentração de substâncias e do contato 
entre elementos químicos envolvidos, as reações químicas podem ocorrer de maneira 
rápida ou lenta, sendo assim, uma reação química ocorre quando duas ou mais substâncias 
entram em contato, as quais reagem resultando uma nova substância. Para que ela ocorre, 
os reagentes presentes nas reações químicas devem ter afinidade química para reagirem. 
 Nas reações de simples troca ocorrem as reações conhecidas como reações de 
oxirredução, para que isso ocorra, um dos reagentes deve apresentar a tendência de ceder 
elétrons, e o outro, de receber elétrons, nesse caso é fundamental destacar o 
comportamento dos metais e o dos não-metais.(FELTRE) 
 Onde os metais têm sempre tendência para ceder elétrons; consequentemente, eles 
se oxidam e agem como redutores, para a determinação de quais metais tem a maior 
tendência ou não a doar elétrons, os químicos comparando vários metais conseguiram 
determinar quais são os metais e consequentemente organizaram a fila da reatividade ou 
fila de tensões eletrolíticas.(FELTRE) 
 
Imagem 1 : Fila de reatividade dos metais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Feltre,2004. 
 
 Nessa fila, qualquer metal mais reativo irá deslocar o menos reativo, ou seja, 
qualquer metal pode deslocar (ceder elétrons) a outro metal situado mais à direita na 
fila.(FELTRE) 
 Os não-metais têm sempre tendência para receber elétrons; consequentemente, os 
não-metais se reduzem e agem como oxidantes. Podemos também arrumar os não-metais 
em uma fila de reatividade, e qualquer não-metal desta fila pode deslocar (receber elétrons) 
de outro não-metal situado mais à direita na fila.(FELTRE) 
 
Imagem 2:Fila de reatividade dos não-metais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Feltre,2004. 
 
 Dentre as reações que não são de oxirredução as mais importantes são as de dupla 
troca, elas ocorrem em três situações, 1-quando um dos produtos for menos solúvel que os 
reagentes, 2- quando um dos produtos for mais volátil que os reagentes e 3- quando um 
dos produtos for menos ionizado que os reagentes. (FELTRE) 
 
 
2) OBJETIVOS 
 
O objetivo almejado através da prática foi verificar experimentalmente a capacidade 
de reatividade e a tendência de oxidação e/ou redução que determinados metais 
apresentam. 
 
3) MATERIAIS E MÉTODOS 
 
a) Materiais: 
· Béquer de 250 mL; 
· Capela; 
· Espátula; 
· Palha de aço; 
· Pisseta; 
· Placa de petri; 
· Tubos de ensaio; 
 
b) Reagentes: 
· Alumínio – Al​(s) 
· Cobre – Cu​(s) 
· Ferro – Fe​(s) 
· Magnésio – Mg​(s) 
· Zinco – Zn​(s) 
· Água – H​2​O​(l) 
· Ácido clorídrico – HCl​(aq)​ 2 mol L​-1 
· Ácido nítrico – HNO​3(aq)​ concentrado 
· Fenolftaleína – C​20​H​14​O​4(aq) 
· Sulfato de cobre – CuSO​4(aq)​ 0,1 mol L​-1 
· Sulfato de zinco – ZnSO​4(aq)​ 0,1 mol L​-1 
 
 
4) PROCEDIMENTOS 
 
a) Reatividade dos metais em água: 
Primeiramente, utilizou-se uma palha de aço para lixar pedaços de cobre, ferro, 
zinco, alumínio e magnésio até que ficaram com aparência brilhosa. Em seguida, 
depositou-se cada um dos pedaços dos metais em um tubo de ensaio, exceto o zinco que 
foi depositado em um béquer de 250 mL devido ser um pedaço muito grande. Depositou-se 
água destilada em cada vidraria, de forma que cobrisse cada metal. Observaram-se cada 
vidraria por um tempo, caso ocorresse modificação no metal ou na solução, dessa forma, 
anotaram-se as observações. 
Cortou-se com uma espátula, um pedaço pequeno de metal sódio e colocou-o em 
uma placa de Petri previamente com água destilada e algumas gotas de fenolftaleína. 
Anotaram-se as modificações observadas. 
 
b) Reatividade dos metais em meio ácido: 
 Depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de HCl 2 mol L​-1 em quatro 
tubos de ensaio e em um béquer de 250 mL. Logo após, mergulhou-se em cada vidraria um 
metal diferente: cobre, ferro, alumínio, zinco e magnésio, respectivamente. Anotaram-se as 
observações feitas em cada metal. 
 
c) Deslocamento de um metal por outro: 
 Foi feita a reutilização dos pedaços dos metais do procedimento A. Utilizaram-se 
cinco tubos de ensaio e um béquer de 250 mL (as vidrarias foram lavadas para serem 
reutilizadas em cada procedimento). 
No primeiro tubo, depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de CuSO​4 
0,1 mol L​-1 ​e introduziu-se o pedaço de magnésio. Anotaram-se as observações acerca da 
reação. 
No segundo tubo, depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de CuSO​4 
0,1 mol L​-​1, introduziu-se o pedaço de ferro e observou-se a reação. Em seguida, utilizou-se 
1 mL de uma solução de HCl 2 mol L​-1​ para acidificar e anotaram-se as observações. 
No terceiro tubo, depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de CuSO​4 
0,1 mol L​-1​, introduziu-se o pedaço de alumínio e observou-se a reação. Em seguida, 
utilizou-se 1 mL da solução de HCl 2 mol L​-1​ para acidificar e anotaram-se as observações. 
No quarto tubo, depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de CuSO​4 0,1 
mol L​-1​, introduziu-se o pedaço de cobre e observou-se a reação. Em seguida, utilizou-se 1 
mL da solução de HCl 2 mol L​-1​ para acidificar e anotaram-se as observações. 
No béquer, depositou-se aproximadamente 3 mL de uma solução de CuSO​4 0,1 mol 
L​-1​, introduziu-se o pedaço de zinco e anotaram-se as observações. 
No quinto tubo, adicionou-se aproximadamente 3 ml de uma solução de ZnSO​4 0,1 
mol L​-1​ e introduziu-se o pedaço de cobre, anotaram-se as observações. 
 
d) Reação do cobre em ácido nítrico: 
 Em uma capela, depositou-se ácido nítrico (HNO​3​) concentrado em um tubo de 
ensaio até cerca de 25% do seu volume. Adicionou-se um pedaço de cobre e anotou-se as 
observações. 
 
5) RESULTADOS E DISCUSSÃO: 
 
a) Reatividade dos metais em água: 
 A tabela a seguir mostra quais metais reagiram ao entrar em contato com a água. 
 
Tabela 1: 
 
Tubo Metal Reagiu? 
1 cobre não 
2 ferro sim 
3 zinco sim 
4 alumínio sim 
5 magnésio sim 
 
 No tubo 1 não houve reação, pois o cobre não tem força (reativo) suficiente para 
deslocar o hidrogênio da água e assim reagir. 
 No tubo 2 houve reação, pois o ferro é reativo suficiente para deslocar o hidrogênio, 
como mostra a seguinte reação. 
 
Reação 1: 
 
Fe​​(s)​​ + H​​2​​O​​(l)​​ → Fe​​(aq)​​ + OH​​-​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 3 houve reação, pois o zinco é reativo suficiente para deslocar o hidrogênio,demonstrado pela seguinte reação. 
 
Reação 2: 
 
Zn​​(s)​​ + H​​2​​O​​(l)​​ → Zn​​(aq) ​​+ OH​​-​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 4 houve reação, pois o alumínio é reativo suficiente para deslocar o 
hidrogênio, porém não foi possível observar essa reação na prática por ser muito fraca, a 
seguir a reação que exemplifica o deslocamento do hidrogênio. 
 
Reação 3: 
 
Al​​(s)​​ + H​​2​​O​​(l)​​ → Al​​(aq)​​ + OH​​-​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 5 houve reação, pois o magnésio é reativo suficiente para deslocar o 
hidrogênio, como mostra a seguinte reação. 
 
Reação 4: 
 
Mg​​(s)​​ + H​​2​​O​​(l)​​ → Mg​​(aq)​​ + OH​​-​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 O ferro, zinco e magnésio reagiram minimamente e lentamente, liberando pequenas 
bolhas ao redor dos metais em água. Quando reagiram liberaram OH​-​ para a solução e gás 
hidrogênio. 
 Nem todos os metais reagiram porque existe uma ordem de reatividade dos metais 
que define qual elemento envolvido tem mais reatividade ou eletropositividade, que é a 
tendência em perder elétrons. Assim a reação ocorrerá somente se o metal envolvido é 
mais reativo que o hidrogênio, deslocando ele e formando novas substâncias e gás 
hidrogênio. 
 A reação do metal sódio na placa de petri em água ocorreu de maneira intensa. O 
sódio quando reage com água produz hidróxido de sódio, alcalinizando o meio no qual 
ocorre a reação. Além disto, o gás hidrogênio é produzido durante a reação. Nesta situação, 
frequentemente ocorre a queima do hidrogênio, com o oxigênio do ar, favorecida pelo calor 
produzido na reação do sódio. A seguir a reação entre sódio e água. 
 
Reação 5: 
 
Na​​(s)​​ + H2O​​(l)​​ –> NaOH​​(aq)​​ + H​​2(g) 
 
 A cor rosa, aparece por causa da adição de fenolftaleína na água. A fenolftaleína passa 
de incolor a rosa quando o pH do líquido torna-se alcalino (acima de 8,2 para a 
fenolftaleína). 
Através das reações, evidenciou-se que em contato com a água, os metais formam 
como produtos uma base e o gás hidrogênio. 
 
 
b) Reatividade dos metais em meio ácido: 
 A seguir a tabela mostrando quais metais reagiram em meio ácido: 
 
Tabela 2: 
 
Tubo Metal Reagiu? 
1 cobre não 
2 ferro sim 
3 alumínio sim 
4 zinco sim 
5 magnésio sim 
 
 No tubo 1 não houve reação, pois o cobre é menos reativo que o hidrogênio. 
 No tubo 2 houve formação de pequenas bolhas ao redor do ferro, mais intensa do que a 
reação com a água. Essa reação de oxidação (5) indicou início da ferrugem no ferro, pois 
começou a ficar avermelhado a parte do ferro que estava reagindo. A seguir a reação do 
ferro com o HCl. 
 
Reação 5: 
 
Fe​​(s)​​ + H​​+​​(aq)​​ → Fe​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 3 houve reação, liberando uma grande quantia de gás de hidrogênio, visto que 
o alumínio deslocou o hidrogênio, mostrado através da reação a seguir. 
 
Reação 6: 
 
Al​​(s)​​ + H​​+​​(aq)​​ → Al​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 4 houve reação, visualizada pela formação de pequenas bolhas (liberação de 
gás) e da aquisição de cor preta na parte do zinco que reagiu. A reação abaixo mostra o 
deslocamento do hidrogênio, o qual é menos reativo que o zinco. 
 
Reação 7: 
 
 ​Zn​​(s)​​ + H​​+​​(aq)​​ → Zn​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 No tubo 5 o ácido reagiu com o magnésio, houve formação de bolhas (liberação de gás), 
a solução adquiriu cor preta e liberou calor, esquentando o béquer, classificando assim 
como uma reação exotérmica. A reação a seguir exemplifica isso. 
 
Reação 8: 
 
Mg​​(s)​​ + H​​+​​(aq)​​ → Mg​​(aq)​​ + 1/2H​​2(g) 
 
 
c) Deslocamento de um metal por outro: 
 
 A tabela a seguir mostra quais metais reagiram ao adicionar CuSO​4​, HCl ou ZnSO​4​. 
 
Tabela 3: 
 
Tubo Metal Reagiu? 
1 magnésio sim 
2 ferro sim 
3 alumínio sim 
4 cobre sim 
5 cobre não 
béquer zinco sim 
 
Analisando a tabela de uma forma geral, percebeu-se que todos os metais 
conseguiram deslocar o cobre do sulfato e por assim dizer, reagir. o único a não reagir foi o 
tubo 5 no qual quem deveria deslocar era o cobre no sulfato de zinco. O sulfato de cobre 
apresentava coloração azul. 
No tubo 1 houve reação de simples troca, conhecida também como reação de 
deslocamento, no qual o magnésio ocupou o lugar do cobre, visto que é mais reativo. A 
seguir, a reação de deslocamento. 
 
Reação 9: 
 
Mg​​(s)​​ + CuSO4​​(aq)​​ → Cu​​(s)​​ + MgSO4​​(aq) 
No tubo 2 houve reação de simples troca, no qual o ferro deslocou-se o cobre, 
formando-se uma camada vermelha no prego, representando a ferrugem, visto que o ferro 
foi oxidado. A reação abaixo mostra o deslocamento ocasionado pelo ferro. 
Reação 10: 
 
Fe​​(s)​​ + CuSO4​​(aq)​​ → Cu​​(s)​​ + FeSO4​​(aq) 
No tubo 3 houve reação de simples troca, no qual o alumínio deslocou-se o cobre, visto 
que é mais reativo. Foi visualizado durante a reação (11), a formação de bolhas e mudança 
na coloração do alumínio, escurecendo a parte que reagiu. 
 
Reação 11: 
 
Al​​(s)​​ + CuSO4​​(aq)​​ → Cu​​(s)​​ + AlSO4​​(aq) 
 
No tubo 4, novamente houve reação, a qual escureceu o pedaço de cobre. Como 
mostra a reação a seguir. 
 
Reação 12: 
 
Cu​​(s)​​ + CuSO4​​(aq)​​ → Cu​​(s)​​ + CuSO4​​(aq) 
No tubo 5 não houve reação, isso porque o zinco é mais reativo que o cobre, logo este 
não conseguiu deslocar o zinco do sulfato. 
 
Reação 13 : 
 
Cu​​(s)​​ + ZnSO4​​(aq)​​ → não ocorre 
 
No béquer houve reação, é facilmente visualizada porque a solução inicialmente 
continha íons cobre (Cu2+) que conferiam a cor azul. Mas quando a reação ocorreu, a 
solução foi ficando incolor com o passar do tempo, pois os cátions do cobre ganharam 
elétrons e formaram o cobre metálico, que foi depositado em cima da placa de zinco. O 
zinco sofreu oxidação perdendo elétrons, já o cobre sofreu redução ganhando elétrons. A 
seguir, a reação que exemplifica o ocorrido. 
 
Reação 14: 
 
equação global:​ Zn​​(s)​​ + CuSO4​​(aq)​​ → Cu​​(s)​​ + ZnSO4​​(aq) 
 ​​equação iônica simplificada:​ ​​Zn​​(aq)​​ + Cu​​2+​​(aq)​​ → Zn​​2+​​(aq)​​ + Cu​​(aq) 
 
 
 ​d) Reação do cobre em ácido nítrico: 
 A seguir a reação que ocorre entre o cobre e o ácido nítrico. 
 
Reação 15: 
 
3Cu​​(s)​​ + 8HNO​​3(aq)​​ → 3Cu(NO​​3​​)​​2(aq)​​ + 4H​​2​​O​​(l)​​ + 2NO​​(g) 
 
Ocorreu a reação de oxirredução, pois o nox do cobre que era zero aumentou para 2, 
havendo assim oxidação do cobre e fazendo-o perder elétrons. Já o nitrogênio sofreu 
redução no valor de nox, ganhando elétrons, o cobre conseguiu reagir nesse caso, pois a 
liberação de bolhas se vem pela formação de óxido nítrico NO​(g)​. O cobre não reagiu sobre 
o hidrogênio, pois não é o agente redutor forte o suficiente para deslocá-lo da substância 
envolvida, como nesse procedimento o agente oxidante é o nitrogênio, ocorre reação. 
 
6) CONCLUSÃO: 
 
Através da prática e da fila de reatividade dos metais, foi averiguado a capacidade 
de reatividade de alguns elementos, assim, concluiu-se que elementos da família 1A e 2A 
são os mais reativos, visto que eles têm a possibilidade de ceder 1 e 2 elétrons, 
respectivamente. Também foi apurado, que nas reações de metais com água ou ácido, o 
hidrogênio só será deslocado pelos metais mais reativos que ele, logo, com os metais 
nobres (Cu, Ag, Au) não ocorrerá deslocamento, ou seja, não haverá reação. No caso de 
deslocamento de um metal pelo outro, seguirá essa mesma ordem, ou seja, um metal só 
deslocará outro metal, se ele for mais reativo. 
 
 
7) BIBLIOGRAFIA: 
 
FELTRE, Ricardo.QuímicaGeral. 6 ed. São Paulo: Moderna, 2004. 
RUSSEL, John Blair. Química Geral: Volume 1. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 
SANTOS, Valderi Pacheco. Fundamentos da Química Experimental: Roteiros de Aulas 
Práticas. 1 ed. Cascavel: Edunioeste, 2013.