Relatório_de_Experimental_IV

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
RELATÓRIO IV:
Estequiometria – Leis das Combinações
Curso: Licenciatura Plena em Química.
Departamento de Química (DQ).
Disciplina: Química Experimental LI.
Turma: LQ3 – Vespertino.
Docente: Ivoneide de Carvalho Lopes Barros
Colaboradores: Anne Katarine
Helena Lorena
José Felipe de Barros
Recife, 29 de maio de 2019.
INTRODUÇÃO
As substâncias químicas são representadas por suas fórmulas moleculares, estruturas ou eletrônicas.
A partir da análise da composição de uma substância desconhecidas é possível determinar os elementos que a constitui e em quais proporções eles se encontram o que evidencia que a química não é apenas uma ciência qualitativa, mas também quantitativa, a esse ultimo é dado o nome de estequiometria.
Os cálculos estequiométricos relacionam a quantidade de massa, de matéria, números de partículas, entre outras grandezas das substâncias que estão envolvidas em uma reação química, que são proporcionais aos coeficientes estequiométricos da reação (os números que multiplicam todas as fórmulas químicas de uma equação química), que indicam a quantidade relativa de uma substância que reage ou é produzida. Os cálculos estequiométricos são fundamentais em todas as reações químicas, pois torna possível mensurar e prever a quantidade de produtos que será formado, a partir da quantidade de reagentes conhecidos.
A observação de várias rações químicas e a relação quantitativa de grandezas físicas (quantidade de massa, matéria, partículas, volume, entre outras), levaram os cientistas a princípios, conhecidos como Leis de combinações químicas, sendo o cálculo estequiométrico consequência dessas de leis.
As Leis das combinações químicas são divididas como Leis Ponderais, que relacionam as massas dos participantes de uma reação, e Leis Volumétricas, que relacionam os volumes dos participantes das reações.
As Leis ponderais mais importantes foram, a Lei de Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier (como mostra a Figura I), onde diz “Em um sistema fechado, quando duas ou mais substâncias reagem entre si, a massa total permanece constante, isto é, a somadas massas dos reagentes é igual a dos produtos”, também conhecida pela frase “Na natureza nada se cria, nada se forma, tudo se transforma.”
Figura I. Representação da Lei de Lavoisier. A massa do produto é a mesma dos reagentes. Fonte: Química Legal (2019).
E a Lei das Proporções Constantes ou Lei de Proust, onde diz “A proporção em massa das substâncias que reagem e que são produzidas numa reação é fixa, constante e invariável”. Que pode ser observada na Figura II.
Figura II. Representação da Lei de Proust. As substâncias reagem em proporções constantes. Fonte: Química Legal (2019).
OBJETIVOS
Reconhecer a existência de proporções fixas e definidas entre as quantidades de reagentes nas reações químicas;
Fazer uso de equações químicas para efetuar cálculos estequiométricos.
MATERIAIS E REAGENTES
Pinça de madeira;
Pinça metálica;
Tubos de ensaio;
Estante para tubos;
Conta gotas;
Bico de Bunsen;
Espátula;
Béquer;
Lã de aço;
Nitrato de potássio;
Cloreto de sódio;
Fita de magnésio;
Efervescente;
Fenolftaleína;
Hidróxido de sódio em lentilhas;
Solução de Hidróxido de sódio – 0,1mol/L;
Solução de Cloreto de sódio - 0,1mol/L;
Ácido clorídrico concentrado;
Ácido clorídrico – 0,1mol/L;
Nitrato de prata – 0,1mol/L;
Sulfato de cobre penta-hidratado – 0,2mol/L.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PARTE A. COMPROVAÇÃO DA LEI DE LAVOISIER.
A.1. Formação de um Precipitado.
Em um béquer de cinquenta mililitros (50mL) adicionou-se de dez mililitros (10mL) de solução de sulfato de cobre II (CuSO4), em um outro béquer também de cinquenta mililitros (50 mL), adicionou-se dez mililitros (10 mL) de solução de hidróxido de sódio (NaOH). Em seguida pesaram-se os dois béqueres juntos. Posteriormente, as soluções de NaOH e CuSO4, foram misturadas. Logo depois, pesaram-se novamente os béqueres juntos, que em seguida foram deixados em repouso. Anotaram-se todos os procedimentos experimentais.
A.2. Desprendimento de Gás
Em	béquer	de	cinquenta₃	mililitros	(50mL),	foram	adicionados	vinte
mililitros(20 mL) de vinagre (CH COOH), em outro béquer de oitenta mililitros₃ (80mL) foram adicionadas duas espátulas de carbonato de cálcio₃ (CaCO ). Em₃ seguida pesou-se os dois béqueres juntos, o que continha CaCO e o de CH COOH, na balança semi-analítica. Depois da pesagem dos dois béqueres, fez-se a mistura das substâncias. Anotaram-se todos os procedimentos experimentais.
A.3. Combustão da Lã de Aço
Foi colocado um pedaço de lã de aço em uma cápsula de porcelana, em seguida pesaram-se o conjunto. Na sequência, iniciou-se a queima da lã de aço com a chama de um palito de fósforo, ao término da combustão deixou-se esfriar a capsula com os resíduos da queima e em seguida o conjunto foi pesado. Anotaram-se todos os procedimentos experimentais.
PARTE B. COMPROVAÇÃO DA LEI DE PROUST.
B.1. Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão.
Com o auxílio de uma pipeta graduada, foi adicionado a um béquer cinco mililitros (5mL) de álcool etílico (C2H6O), em seguida foi vertido os mililitros (5mL) de C2H6O numa capsula de porcelana, logo pegou-se um palito de fósforo aceso e
colado em contato com o álcool, que entrou em combustão, o mesmo foi deixado em
chama até que a chama apagou-se espontaneamente. Anotaram-se todas as observações experimentais.
B.1.1 Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão.
Com o auxílio de uma pipeta graduada, foi adicionado a um béquer cinco mililitros (5mL) de álcool etílico (C2H6O), em seguida foi vertido os mililitros (5mL) de C2H6O numa capsula de porcelana, logo pegou-se um palito de fósforo aceso e colado em contato com o álcool, que entrou em combustão, em seguida foi pego um béquer de quatrocentos mililitros (400mL) e colocou-se sobre a capsula de porcelana, de modo a cubri-la, o mesmo foi deixado em chama até que a chama apagou-se espontaneamente. Anotaram-se todas as observações experimentais.
B.2.	Reação de Iodeto de Potássio em Nitrato de Chumbo.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
PARTE A. COMPROVAÇÃO DA LEI DE LAVOISIER.
A.1. Formação de um Precipitado.
O resultado da pesagem dos béqueres, realizada em conjunto, pode ser observada na Tabela I. Ao misturar a solução de NaOH, líquido incolor, com a solução de CuSO4, líquido azul, observou-se a ocorrência de reação, pois pôde-se ver partículas azuis submersas no sistema, quando o sistema foi deixado em repouso essas partículas precipitaram-se, caracterizando um sistema heterogêneo, como mostra a Figura A.1.
Figura A.1 Sistema Heterogêneo. Fonte: Barros et al.(2019)
As partículas observadas são resultado do reagrupamento dos íons dissolvidos nas soluções de NaOH e CUSO4, a qual, formam-se o hidróxido de cobre
[Cu(OH)2], uma substância alcalina, que em temperatura ambiente encontra-se como um sólido gelatinoso azul, insolúvel em água, o que explica as partículas azuladas submersas observadas no experimento , e o sulfato de sódio (Na2SO4), um sal solúvel em água. Ao fim da reação, foi feita uma nova pesagem, dos dois béqueres, a qual o resultado pode ser observado na Tabela I.
Tabela I. Massa dos Conjuntos (Béqueres + Soluções)
	Massa do Conjunto Antes
	89,3149
	
	da Mistura (g)
	
	
	
	
	
	Massa do Conjunto Depois
	89,2392
	
	da Mistura (g)
	
	
	
	
	
A reação deu-se em um sistema aberto, havendo troca de energia e de matéria com o meio, o que explica a diferença na soma da massa dos reagentes e produtos no experimento realizado, já que as observações das reações nos experimentos feitos para a formulação da leide Lavoisier foram realizadas em um sistema fechado, o que deixa evidente a comprovação da lei de conservação das massas, admitindo um pequeno erro operacional nesse experimento em questão. A equação da reação química, com seus respectivos coeficientes, pode ser observada abaixo:
2 NaOH(aq) + CuSO4(aq) Na2SO4(aq) + Cu(OH)2(s)
A.2. Desprendimento de Gás.
₃	Num	bequer	de	40	mL,	foram	adicionados	20	mL	de	vinagre	(
CH COOH(aq)),₃ em outro bequer de 80 mL foi colocado carbonato de cálcio (CaCO ). Antes de realizar a mistura, fez-se a pesagem dos bequer juntos, com o carbonato e o vinagre, e constatou 104,3477 de massa. Realizando a mistura e observando a reação: formação de bolhas, desprendimento de gás e uma cor leitosa; ao fim da reação fizemos uma nova pesagem que constatou, após a reação, uma massa de 104,0599 de massa e a₃ formação de gás carbônico que foi o gás desprendido. A reação química entre CH COOH(aq) + CaCO3 > CO2
A.3. Combustão da Lã de Aço.
.
O resultado da pesagem do conjunto (cápsula de porcelana e lã de aço) pode ser observado na Tabela II. Em seguida iniciou-se a combustão da lã de aço, como pode ser vista na Figura A.3.
Figura A.3 Combustão da Lã de Aço. Fonte: Barros et al.(2019)
Observou-se que durante a queima da lã de aço, alguns resíduos começaram a desprende-se. A combustão faz com que as finas fibras de ferro reajam rapidamente com o oxigênio do ar, resultando em óxido de ferro (Fe2O3) e calor. Logo após, pesou-se novamente o conjunto, o resultado pode ser observado na Tabela II.
Tabela II. Massa do Conjunto (Cápsula de Porcelana + Lã de Aço)
	Massa do Conjunto Antes da
	116,1253
	
	Combustão (g)
	
	
	
	
	
	Massa do Conjunto Depois da
	116,0616
	
	Combustão (g)
	
	
	
	
	
Com o resultado do procedimento (Tabela II) pode-se observar uma pequena diferença pra menos no resultado final, pois houve uma perca de massa, o que pode ser explicado pelo fato de ao retirar os fósforos que ficaram na cápsula, também retirou-se um pouco do Fe2O3 (pequenas partes desprendidas da lã de aço) resultado da combustão, dando essa diferença no resultado final. Caso não houvesse tido perca de massa, a combustão da lã de aço resultaria na massa final maior que a inicial. Satisfazendo a Lei de conservação das massas ou Lei de Lavoisier, - em uma reação química a massa dos reagentes é igual a massa dos produtos, ou seja, a massa é conservada-, considerando-se que esta reação deu-se em um sistema aberto, havendo uma troca de energia com o meio, ou seja, o oxigênio fez parte do sistema inicial e também parte do sistema final. A equação da
reação de combustão da lã de aço, com seus respectivos coeficientes, podem ser observados abaixo:
4 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s) + calor
PARTE B. COMPROVAÇÃO DA LEI DE PROUST.
B.1. Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão.
Pôde-se observar que o álcool etílico (C2H6O) em contato com a chama do palito de fósforo começou a queimar, o que caracterizou uma reação de combustão (Como poder ser observado na Figura B.1). Em um sistema aberto depois de quarenta segundos (40s) mais ou menos a chama produzida na reação se apagou.
Figura B.1 – Reação de Combustão do Álcool Etílico em Sistema Aberto. Fonte: Barros et al.(2019)
A reação de combustão é caracterizada pelo consumo do combustível, ou seja, o material gasto para produzir energia, que nesse experimento foi o C2H6O, na presenta de um comburente, que geralmente é o gás oxigênio (O2) presente no ambiente (o mesmo foi usado no presente experimento como comburente). A reação de combustão pode ser uma reação completa, onde irá produzir dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e energia, como pode ser uma reação incompleta, tendo como produto monóxido de carbono (CO), água (H2O) e energia. Quando todo combustível
consumido a chama proveniente da reação se paga, o que evidencia o término da reação, o que explica a chama se apagar depois de alguns segundos (observação feita durante o experimento). A reação de combustão completa e incompleta são reações que liberam energia na forma de calor, ou seja, são reações exotérmicas,
suas equações químicas e seus respectivos coeficientes estequiométricos (o que demonstram as proporções constantes dos reagentes para a formação de produtos, comprovando a lei de Proust), podem ser observadas abaixo:
C2H6O(l) + 2 O2(g) 2 CO(g) + 3 H2O(g) + calor
Reação de Combustão Incompleta.
C2H6O(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor
Reação de Combustão Completa.
B.1.1 Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão.
O procedimento anterior foi repetido, mas não foi deixado que a chama proveniente da reação do álcool com o gás oxigênio ficasse em sistema aberto, foi colocado um béquer de quatrocentos mililitros (400mL) sobre a chama, cobrindo-a, criando um sistema fechado (como mostra a Figura B.1.1), o que resultou no apagamento da chama depois em mais ou menos quatro segundos (4s).
Figura B.1.1 - Reação de Combustão do Álcool Etílico em Sistema Fechado. Fonte: Barros et at.(2019)
A reação de combustão precisa de combustível e comburente para que possa ocorrer, se um dos dois é cessado a reação é interrompida, o que se pôde observar quando a reação foi colocada dentro do sistema fechado, impedindo a entrada de gás oxigênio (comburente) no sistema, o que explica a chama ser
apagada. A reação de combustão consumiu todo oxigênio que ficou dentro do sistema, resultando no apagamento da chama.
B.2.	Reação de Iodeto de Potássio em Nitrato de Chumbo.
CONCLUSÃO
QUESTIONÁRIO
Quando se adiciona o ácido oxálico, ocorre a liberação de um gás. Colete e identifique o gás liberado, reagindo 5 ml de KMnO4(aq) + 1 ml de H2SO4(aq) + 8ml de H2C2O4(aq) a 70ºC.
Ocorre liberação de gás simplesmente misturando os reagentes?
Um dos fatores para que ocorra a reação (descoloração do KMnO4(aq)), é a presença de um ácido forte. Qual é esse ácido?
Além da presença do ácido forte, precisa de outra condição para ocorrer a reação. Qual?
Como você poderia provar que H2SO4(aq) é necessário para ocorrer a reação?
Como você pode relacionar os resultados de suas experiências com a Lei de Proust, que determina as quantidades de massa com que se combinam os reagentes?
Procure em diversos livros o enunciado completo da Lei de Proust e as experiências realizadas para enunciá-la.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ATKINS, P. Princípios de Química, 3ºEd. Porto Alegro: Bookman,2006.
COVRE, G. JOSÉ, Química total, Volume único, Ed. Não consumível, Editora FTD,2001.
MAHAN, B. MYERS, R.J. Química um curso Universitário, Ed. Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1993.
RUSSEL, J.B. Química Geral, MacGrall-Hill Ltda. São Paulo.
Usberco e Salvador, QUÍMICA, VOLUME ÚNICO, 5º Ed. Reformulada, Editora SARAIVA, 2004.