relatorio preparação de gás cloro (1)

Prévia do material em texto

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
Química Tecnológica – Laboratório de Química Inorgânica Básica
Lídia Amin Gonçalves
Saulo da Silva Ramos
Yasmin Rezende
“Preparação e caracterização de gás 
Cloro”
Belo Horizonte
Setembro de 2019
RESUMO
Este relatório tem como objetivo relatar a metodologia utilizada na realização do experimento de preparação e caracterização do gás cloro. Sendo que, os resultados obtidos também serão abordados. É importante ressaltar,que o objetivo dessa prática é observar as propriedades do gás clora e sintetizá-lo e caracterizá-lo utilizando o método de Scheele.
INTRODUÇÃO
O cloro é o 11º elemento mais abundante na crosta terrestre e o gás cloro, e é um dos produtos químicos produzidos em maiores quantidades. O gás cloro é obtido principalmente do cloreto de sódio por eletrolise do sal mineral fundido na salmoura. É um gás amarelo-esverdeado pálido, formado por moléculas de Cl2, que condensa em 34°C. Ele reage diretamente com quase todos os elementos (exceto o carbono, o nitrogênio, o oxigênio, e os gases nobres). Ele é um agente oxidante forte e oxida metais até altos estados de oxidação. [1]
O cloro è usado em vários processos industriais, inclusive na fabricação de plásticos, solventes e pesticidas. É também usado como alvejante nas indústrias têxtil e papel, e como desinfetante no tratamento da água. O cloro também é usado na produção de bromo a partir da salmoura por oxidação dos íons Br –. Borbulhando-se ar na solução (equação 1) para vaporizar o bromo e retira-lo. [1]
2Br –(aq) +Cl2(g)→ Br2(l)+2Cl -(aq) (Equação 1)
Compostos orgânicos clorados são extremamente importantes para a indústria de polímeros. O dicloro foi amplamente empregado como agente de branqueamento na indústria de polpa de papel, mas leis ambientais levaram a mudanças. O dióxido de cloro ClO2 é mais vantajoso que o Cl2 porque ele não produz efluentes tóxicos. Além de alvejante de poupa de papel, o ClO2 é empregado no tratamento de água potável. Entretanto, como o ClO2 é instável na forma de gás comprimido, ele deve ser produzido no local a partir tanto de NaClO3 como de NaClO2 (equação 2 e 3). [2]
2NaClO3 + 2NaCl + H2SO4 → 2ClO2 + Cl2 + 2NaSO4 + 2H2O (Equação 2)
5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O (Equação 3)
No experimento proposto, obteve-se o gás cloro de acordo com a equação 4.
MnO2 + 4HCl →Cl2 + 2H2O + MnCl (Equação 4)
OBJETIVOS
Essa pratica tem o objetivo a preparação e caracterização do gás cloro através do método de Scheele e analisar suas propriedades.
METODOLOGIA
 Materiais Necessários
Cinco tubos de ensaio, quatro pipetas volumétricas, tira de papel tornassol azul, um balão de fundo chato, pinça e suporte universal, tubo de vidro coletor de gases com torneira.
 Reagentes
Os reagentes utilizados foram ácido clorídrico (HCl), dióxido de manganês (MnO2), clorofórmio (CHCl3), solução de iodeto de potássio (KI) e solução de brometo de potássio (KBr).
Parte Experimental
Observação:
Os procedimentos de obtenção do gás a serem descritos no parágrafo a seguir foram realizados na capela de exaustão de gases. 
Foi montado um sistema de vidrarias com um balão de fundo chato e um tubo de vidro coletor de gases. No balão de vidro inseriram-se 2 g de dióxido de manganês e em seguida, pelo tubo coletor, adicionaram-se 10 mL de ácido clorídrico e, só após todo esse volume ter sido inserido no tubo é que a torneira foi aberta e o ácido foi vertido no balão de fundo chato. 
Após a interação desses reagentes, o gás gerado foi coletado em cinco diferentes tubos de ensaio que já possuíam os reagentes necessários para a realização dos testes de caracterização.
Testes de caracterização
No tubo A introduziu-se uma fita de papel tornassol azul levemente umedecida em água destilada. Em seguida, um pequeno pedaço de palha de aço foi aquecido na chapa e em seguida introduzido no tubo B. 
Ao tubo de ensaio C, acrescentou-se 1 mL de brometo de potássio e mais 1 mL de clorofórmio. Usando alguns dos reagentes do tubo C, no tubo E colocaram-se 2 mL de brometo de potássio, 2 mL de água de cloro e, após agitação, 3 mL de clorofórmio. Ambos os tubos passaram por agitação vigorosa após todos os reagentes terem sido adicionados. 
No tubo D colocou-se 1 mL de iodeto de potássio e 1 mL de clorofórmio. Já no tubo F adicionaram-se 2 mL de iodeto de potássio e 2 mL de água de cloro. Após agitação, colocaram-se nessa solução 2 mL de clorofórmio. A esse mesmo tubo, foram acrescidas quatro gotas de suspensão de amido. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Inicialmente,foi colocado em um balão de vidro de fundo chato(recipiente 1) 2,0g de MnO2(dioxido de manganês).Em seguida,pelo tubo coletor foram adicionados 10 mL de acido clorídrico .Feito isso, a torneira foi aberta e o balão foi aquecido,ocorrendo a seguinte reação (Equação 5): 
MnO2 + 4HCl→Cl2 + MnCl2 + 2H2O (Equação 5)
Por causa ocorrência da equação 1, a mistura formada no balão de fundo chato apresentava uma coloração preta e cheiro forte ,em decorrência da formação do gás cloro.O gás gerado foi coletado em quatro tubos de ensaio.
Tubo A: este tubo continha uma fita de papel tornassol azul. Ao se adicionar o gás,a coloração da fita mudou de azul para branco.Isso ocorreu,porque houve a quebra das aromaticidades presentes na parte orgânica do papel tornassol.
Tubo B: este tubo continha palha de aço(Fe). Ao se adicionar o gás cloro e aquecer o tubo,ocorreu a seguinte reação:
2Fe(s) + 3Cl2(g)→2FeCl3(s) (Equação 6)
A formação do cloreto de ferro iii(FeCl3) foi comprovada, pela presença de vários pontos amarelos espalhados pelo tubo. 
Tubo C: este tubo continha brometo de potássio(KBr) e clorofórmio(CHCl3). Ao se 
adicionar o gás ,ocorre a seguinte reação (Equação 7) :
2KBr(s) + Cl2(g)→2KCl(aq) + Br2 (Equação 7)
Em decorrência da formação de Br2, o tubo c passou a apresentar uma coloração amarelada e bastante clara.
Tubo D: este tubo continha iodeto de potássio(KI) e clorofórmio(CHCl3). Ao se 
adicionar o gás cloro,ocorreu a seguinte reação (Equação 8) :
KI(l) + Cl2 + CHCl3 I2 + 2KCl (l) + H2O.HCl (Equação 8)
Essa mistura apresentou 2 fases.A primeira,continha I2 e apresentava coloração amarelada.A segunda fase,continha clorofórmio e I3 apresentava uma coloração rosada e escura.
Tubo E: este tubo continha brometo de potássio(KBr),água de cloro e clorofórmio(CHCl3).Após a adição do gás cloro,ocorreu a seguinte reação (Equação 9):
HClO+ 2 KBr + 2HCl 2 KCl(aq)+ Br2(aq)+ H2O.HCl(Equação 9)
Em consequência disso, a mistura passou a apresentar duas fases, uma transparente, outra amarelada, havendo a formação de bolhas.
Tubo F: este tubo continha iodeto de potássio(KI), água de cloro e ami
do(C6H10O5).Nesse tubo,após a adição do gás cloro ocorreu a seguinte reação (Equação 10):
I2 + 6C6H10O5(amido)→2C18H30O15I(Equação 10)
Em decorrência disso, ocorreu a formação de um complexo de amido com o triodeto, resultando em uma mistura de coloração preta. Isso ocorreu,porque o amido é utilizado como indicador de triodeto.Em razão disso,a mistura apresentava uma coloração amarelada antes da introdução do amido e ficou preta depois que o amido foi colocado.
QUESTIONÁRIO
Que substâncias estão presentes no tubo C?
No tubo C, pode-se observar -após a caracterização- produtos como o cloreto de potássio (KCl) e Bromo molecular. É possível notar a presença desses produtos através da formação de duas fases na mistura contida no tubo, na qual a fase superior é formada por bromo e possui menisco amarelado, enquanto o volume incolor na fase abaixo é o cloreto de potássio e clorofórmio.
Qual a função do recipiente 3 e 4?
Esses recipientes são os tubos de ensaio que contém KBr e KI com clorofórmio e gás cloro. Utilizando esses reagentes, é possível certificar se a mistura formada é homogênea ou heterogênea, além de facilitar a identificação dos elementos em questão em virtude das cores exibidas ao final da reação. 
O recipiente4, o qual é o tubo de ensaio D, precipitou partículas sólidas e de tom amarelado e amarronzado característico do iodo. No que se refere ao tubo 3, o tubo de ensaio C, a solução gerada é amarelada e translúcida, marcando assim a característica do Bromo envolvido no procedimento.
Escreva todas as reações envolvidas na prática e discuta as do item 6 e 7 da 
caracterização. 
A equação 5 descreve a obtenção do gás cloro, efetuada na capela.
MnO2(s) + 2HCl(aq) → MnO(s) + Cl2 (g) + H2O(l) (Equação 11)
No tubo B, no qual foi introduzido uma palha de aço aquecida na chapa ocorreram as seguintes reação (equação 6 e 7) :
4Fe(s)+ 3O2(g) 2Fe2O3(s) (Equação 12) (combustão da palha de aço)
2Fe2O3 + Cl2(g) FeCl (s) (Equação 13)
No tubo C, aconteceu a reação (Equação 8) :
Cl2(g) + 2KBr (l) Br2 + 2KCl (l) (Equação 14)
No tubo D, a equação 9 descreve as alterações observadas:
KI(l) + Cl2 + CHCl3 I2 + 2KCl (l) + H2O.HCl (Equação 15)
Nos tubos E e F aconteceram as reações dos itens 6 e 7:
HClO + 2 KBr + 2HCl 2 KCl(aq)+ Br2(aq)+ H2O.HCl (Equação 16)
No tubo E, a solução formada possuía duas fases, a partir das quais foi possível verificar a presença de Bromo, haja vista que a fase inferior meio amarelada e translúcida corresponde ao cloreto de bromo (BrCl).
I2 + 6C6H10O5 (amido) 2C18H30O15I (Equação 17)
Nesse momento, ocorreu a formação de um complexo do amido com triodeto, no qual o amido aprisiona o iodo, conforme evidenciado na figura 1:
 Figura 1. Amido aprisionando átomos de Iodo. Fonte: UNESP
Devido a esse complexo, o tubo de ensaio evidencia uma mistura com duas fases: a fase inferior e de coloração azul é o complexo de amido e triodeto e a fase superior e rosa é o clorofórmio. 
Qual o potencial de redução dos halogênios envolvidos nessas reações?
Os halogênios envolvidos nas reações são o Cloro (Cl), o Bromo (Br) e o Iodo (I). O potencial de redução desses elementos diminui a medida que se desce um mesmo grupo na tabela periódica[3]. Com isso, conclui-se que o potencial de redução desses halogênios é I>Br>Cl.
Qual o ponto de ebulição do gás Cl2? Seria possível liquefazer o gás nesse 
experimento ou outro similar? Como isso poderia ser feito?
O ponto de ebulição do gás cloro é -34,04º C [4]. Em virtude da baixa e negativa temperatura na qual o gás passa pela ebulição, não é possível liquefazer o gás através do experimento aqui descrito. 
É possível liquefazer o gás cloro por meio de eletrólise aquosa, processo o qual pouco se assemelha a metodologia utilizada na preparação executada.
Discuta a diferença de estado físico dos halogênios a temperatura ambiente.
Tomando como exemplo os seguintes halogênios F2,Cl2, Br2 e I2 as suas temperaturas de fusão e ebulição foram organizadas no quadro 1:
Quadro 1. Pontos de fusão e ebulição dos quatro primeiros halogênios da tabela periódica. Fonte UFPR
Nota-se que cada elemento permeia uma faixa diferente entre os valores para pontos de fusão e ebulição. A temperatura de fusão explica o estado físico do elemento a temperatura ambiente (25º C).
O Flúor é gasoso a temperatura ambiente devido a sua baixa temperatura de ebulição, a qual corresponde a -188º C. O cloro é naturalmente encontrado como gás também devido a sua baixa temperatura de ebulição: -34º C. 
O Bromo é líquido a temperatura ambiente. Isso ocorre porque seu ponto de ebulição é mais alto em relação aos elementos anteriores e, com isso, é mais simples alcançar o estado gasoso.
No que se refere ao Iodo, tal halogênio é sólido a temperatura ambiente. Tal fato decorre não só da temperatura de ebulição mais alta como também de um ponto de fusão mais elevado, conferindo mais estabilidade aos átomos do elemento e possibilitando sua organização no estado sólido. 
CONCLUSÃO 
O gás cloro é um gás bastante reativo com a maioria das espécies químicas, podendo comprovar nos experimentos que este reagiu com todos os compostos, formando substancias distintas. Sua produção a partir da eletrolise da salmoura é relativamente simples, e por reagir com diversas espécies químicas possui diversa aplicações. Somando foi possível identificar visualmente, algumas propriedades do gás cloro devido ao seu caráter reativo como o deu caráter alvejante.
BIBLIOGRAFIA
[1] Atikins, P: Jones, L. Principios de Quimica. 5°ed. Editora ,Bookman,2012.
[2] Housecroft, C. E: Sharp, A.G. Química Inorgânica.4°ed. (Vol. 1). 
Editora,LTC,2013.
[3] Universidade Federal do Paraná. Família dos Halogênios. Disponível em: http://www.quimica.ufpr.br/paginas/marcio-peres/wp-content/uploads/sites/6/2018/06/Familia-dos-Halogenios-1.pdf. Acesso em setembro de 2019.
[4] Laboratório Virtual de Química da Universidade Estadual Paulista. Cloro. Disponível em: http://www2.fc.unesp.br/lvq/LVQ_tabela/017_cloro.html. Acesso em setembro de 2019.