Reação do alumen com hidroxido de sódio, Reação do vinagre com bicarbonato de sódio, queima da palha de aço

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Centro de Ciências Físicas e Matemáticas Departamento de Química QMC5120 – Química Geral Experimental -T02205 – 2020.2
Relatório referente aos experimentos 1,2 e 3
Yoanna Triches – 13205308
Introdução
A palavra estequiometria foi inserida na sociedade por Richter em 1792, que se referiu as medidas dos elementos químicos em uma substância. Hoje em dia, a estequiometria alcança os conhecimentos quantitativos relacionados a fórmulas e equações químicas. A estequiometria é baseada nas leis denominadas ponderais, que são principalmente a lei da conservação das massas e a lei das proporções definidas. A lei das proporções definidas foi proposta por Proust, onde afirmava que uma substância, independentemente de onde originou-se, sempre apresenta a mesma composição em massa. As leis ponderais são importantes para estruturação da química como ciência, e estão veladas na teoria atômica de Dalton que é a base para explicar as ligações entre as leis ponderais nas reações químicas. [5] Através de cálculos estequiométricos podemos calcular quantidades de substâncias que participam de uma reação química. 
A balança é sem sombra de dúvida um equipamento indispensável em laboratório e para os experimentos contidos neste relatório este utensílio foi o crucial para a um bom êxito nos procedimentos. Há relatos de sua origem surgiu no Antigo Egito e em uma de suas versões tinham dois braços iguais, sendo o travessão amarrado à haste ou ainda fixado por orifícios unidos por um prego ou um anel. [1] Com o avanço e a valorização dos processos químicos este instrumento ganhou mais brilho e com isso ocorreram muitas melhorias ao utensílio. A que diz respeito a sensibilidade e precisão pois as balanças agora eram capazes de captar pequenas variações de massa. [2] Os procedimentos que tem alto grau de importância e que são fundamentais para a utilização da balança são experimentos que tratam do princípio da conservação da matéria, que tem como imagem central Antoine Laurent Lavoisier. Em poucas palavras, Lavoisier defendia que em uma reação química, independente de qual for esta reação, a massa total das substâncias permanecerá constante. Portanto, os experimentos deste relatório trazem o intuito de verificar se este princípio é realmente verdadeiro. 
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Verificar a relevância das relações entre as massas nos procedimentos experimentais propostos nesta disciplina e consequentemente em todas as reações químicas.
Objetivos Específicos
· Observar a lei da conservação das massas através de um experimento utilizando materiais caseiros;
· Verificar o conceito de reagente limitante para um melhor entendimento;
· Compreender a relevância dos coeficientes estequiométricos através de experimento;
· Perceber o avanço de uma balança;
· Aprender a importância da precisão das balanças para um experimento;
MATERIAIS E MÉTODOS 
REAGENTES E SOLUÇÕES
Experimento 01: Lei da Conservação das Massas
Parte A: Reação do alúmen com hidróxido de sódio
· 2 Copos de vidro 
· 2 Colheres 
· Micro-ondas 
· Pedra Hume (alúmen)
· Diabo verde
· Balança de cozinha
· Béquer
Parte B: Reação do vinagre e bicarbonato de sódio
· Copo de vidro
· Béquer
· 1 Garrafa plástica
· Balão de festa 
· Vinagre
· Bicarbonato de sódio 
· Balança de cozinha
	
Parte C: Queima da palha de aço
· Palha de aço 
· Recipiente de porcelana 
· isqueiro 
· Balança de cozinha
Experimento 02: Reagentes limitantes
· 6 Garrafas de vidro do tipo long neck
· colher medidora para ½ colher de chá
· Béquer
· Balões de látex
· Vinagre
· Bicarbonato de sódio
· Fita métrica
Experimento 3: Determinação dos coeficientes estequiométricos
· 5 Tubos de ensaio
· Sulfato de cobre, 0,5 mol L-1 
· 1 Suporte para tubos de ensaio
· Hidróxido de sódio, 0,5 mol L-1 
· 1 Palito de madeira
· Pipeta graduada 10 mL
· Régua
PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Experimento 01: Lei da Conservação das Massas
Parte A: Reação do alúmen com hidróxido de sódio
Primeiramente enumerou-se os dois copos de vidro e com o auxílio de uma balança, fora pesado e anotado as massas dos dois copos. Com o auxílio de uma béquer mediu-se 50mL de água que em seguida foi aquecida no micro-ondas, com a água ainda quente diluiu-se 15g de pedra Hume previamente pesado com o auxílio de uma balança. Após a água com alúmen esfriar, a solução foi transferida para o copo de número um, e o mesmo pesado novamente e anotado sua massa. Ao copo de número dois efetuou-se outra solução, com o auxílio de um béquer, 50mL de água fora adicionado ao copo e, com a ajuda de uma balança pesou-se 15g de Diabo verde, e o mesmo juntou-se a água, após o preparo da solução o copo número dois fora pesado e sua massa foi anotada. Com as duas soluções preparadas e prontas, a solução do copo número dois fora transferida ao copo de número um que continha a solução de água e pedra Hume. Observou-se a reação ocorrida e o copo número um fora pesado novamente utilizando uma balança. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A primeira parte do experimento 01 consistiu em preparar duas soluções, a primeira com água e pedra Hume, a água estava aquecida para facilitar a dissolução do alúmen, a segunda solução continha água e hidróxido de sódio, foi perceptível a alta liberação de calor desta solução, conclui então que tratasse de uma reação exotérmica.
 Figura 1
Solução 50mL de água com 15g pedra hume
 Figura 2
Solução 50mL de água com 15g Diabo verde.
Com as duas soluções já preparadas a solução de água com hidróxido de sódio foi transferida para o copo com a solução de água e pedra hume. Ao misturá-las imediatamente formou-se de um precipitado de coloração branca. 
 Figura 3 Figura 4 
Figuras 3 e 4 formação do precipitado
Na falta de limpa fornos que foi o sugerido no experimento para a obtenção de NaOH, optei por substitui-lo por Soda Caustica que foi encontrada em minha residência para a obtenção da mesma substância. A Soda caustica utilizada foi da marca Diabo verde, como observado na Figura 2 o rótulo informa que a composição contém Hidróxido de sódio,coadjuvantes, aditivos, espessante e corante. Este produto estava guardada a algum tempo e como sabemos que está substância é higroscópica, ou seja, é uma substância que possui como uma das características absorver água presente no ambiente, posso esperar que este grau de pureza tenha alterado com o tempo.
	Massa do copo
	211g
	Solução Alumen e água
	274g
	Solução NaOH
	277g
	Solução de Alúmen e NaOH
	336g
(274+277)-211=340g
A Lei da conservação das massas sempre se aplica, porém o experimento é feito em sistema aberto, ocorrendo perdas durante o processo.
Parte B: Reação do vinagre e bicarbonato de sódio
Com o auxílio de um béquer foi transferido a uma garrafa plastica 50mL de vinagre, e este sistema fora levado a balança para ser pesado e anotado sua massa. Após este procedimento, em um copo de vidro foi realizado uma solução de 5g de bicarbonato de sódio previamente pesado com o auxílio de uma balança e 30 mL de água medido com um béquer, esta solução fora transferida a um balão de festa e este balão contendo a solução, com o auxílio de uma balança, fora pesado e anotado sua massa. Logo após a pesagem do balão, o mesmo envolveu a boca da garrafa que continha vinagre, esta etapa fora realizada com cuidado para que a solução do balão de festa e da garrafa não se mistura-se. O sistema fechado fora levado a balança para ser pesado e anotado sua massa. Com o sistema ainda fechado misturou-se as soluções do balão com a solução da garrafa e após o termino da reação, pesou-se o sistema novamente, tendo o cuide de anotar sua massa.
RESULTADOS E DISCUSÕES
A segunda parte do experimento consistia em confeccionar um sistema fechado, então, pesei uma garrafa pet de 500mL e adicionei vinagre, em um balão de festa adicionei bicarbonato de sódio, por último tampei o orifício aberto da garrafa com o balão, e assim obtive um sistema fechado. Após tem fabricadoo sistema fechado, o bicarbonato de sódio se misturou ao vinagre produzindo uma reação com liberação de gás, percebi está formação de gás devido ao fato do balão de festa acoplado a garrafa inchar conforme a reação ocorria, além de observarmos a formação de gás, este episódio nos permite ter a certeza que o sistema está realmente fechado e que não há como o gás escapar. 
 Figura 5 
Massa da garrafa com adição de Vinagre
 Figura 6
Solução de água e bicarbonato de sódio
 Figura 7
Massa do balão com a solução de água e bicarbonato de sódio.
 Figura 8 
Reação do vinagre com bicarbonato de sódio e água, formando gás.
Reação:
NaHCO3(aq) + CH3COOH(aq) ⇌ CH3COONa(aq) + H2CO3(aq)
Porém, o ácido carbônico tem uma vida curta pois é um ácido fraco, e portanto, se dissocia rapidamente para a formação de água e gás carbônico. 
H2CO3(aq) → H2O(l) + CO2(g)
Na tabela abaixo conseguimos observar a pesagem de todo o sistema e substâncias utilizados no processo.
	 Massa da garrafa
	21g
	Massa da Garrafa + vinagre
	70g
	 Massa balão água e bicarbonato de sódio
	36g
	 Massa do balão 
	2g
	Massa da Garrafa + balão 
	103g
	Reação do bicarbonato água e vinagre
	102g
Nesta tabela conseguimos evidenciar mais uma vez a veracidade da lei da conservação das massas, pois, a medida do sistema fechado antes de realizar a reação e após a realização desta reação com o sistema ainda fechado é praticamente a mesma, obtive um valor de 102g. Ou seja, não ocorre alteração na massa, apesar de possuirmos substancias diferentes das iniciais. 
Parte C: Queima da palha de aço
Inicialmente fora pesado, com a ajuda de uma balança, um recipiente de porcelana vazio e anotou-se sua massa, neste mesmo recipiente fora adicionado uma palha de aço, que voltou a balança para pesagem e anotação de sua massa. Com o auxílio de um isqueiro a palha de aço foi queimada dentro do recipiente de porcelana, após a queima o recipiente fora pesado, novamente com a ajuda de uma balança e anotou-se sua massa. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A palha de aço foi queimada para utilizarmos o oxigênio presente no ar para a transformação do ferro em um óxido. Como o experimento foi realizado Em casa não consigo realizar outros experimentos na palha de aço após sua queima para afirmar com certeza qual é o óxido de ferro formado, mas há três possibilidades.
4Fe(s) + O2(g) → 2FeO(s)
2Fe(s) + 3O2(g) → 2FeO3(s)
6Fe(s) + 2O2(g) → 2Fe3O4(s)
Das três reações possíveis de ocorrer, descartei a última reação pois esta forma um composto magnético e, com os recursos de minha residência, testei com um imã de geladeira se a substância formada após a queima poderia ser magnética, e conclui que a terceira reação não poderia ser a formação obtida.
 
	Palha de aço
	8g
	Recipiente de porcelana
	460g
	Palha de aço após a queima
	468g
A partir desta tabela e, com um cálculo rápido de subtração entre a palha de aço após sua queima e o peso do recipiente, concluímos que aqui também se aplica a lei da conservação das massas, pois, mesmo após sua queima o massa da palha de aço não sua massa. 
 Figura 9
Massa do recipiente de porcelana
 Figura 9
Massa da Palha de aço + recipiente
 figura 10
Queima da palha de aço.
Experimento 02: Reagentes Limitantes
Primeiramente enumero as garrafas de 1 a 6, logo após, seguindo primeiro a tabela número um e depois a tabela número dois coloca-se a quantidade de vinagre em cada garrafa correspondente da tabela utilizando um béquer e a quantidade correspondente de bicarbonato de sódio em cada balão de festa. Após todos os procedimentos realizados, conecte cada balão correspondente a sua garrafa conforme as tabelas número um e dois e vire o balão de modo a cair o bicarbonato de sódio ao vinagre, e agitou-se a mistura até que não ocorra mais produção de gás. Ao termino da reação comparou-se os balões e mediu-se com o auxílio de uma fita métrica. As tabela um e dois serão encontradas no item resultados e discussões.
RESULTADOS E DISCUSÕES
Inicialmente frisarei que realizei o experimento utilizando a tabela correspondente colher medidora de café. O experimento consistia em adicionar vinagre, com o auxílio de um béquer a seis garrafas de vidro, os volumes de vinagre de cada garrafa estão indicamos na tabela abaixo.
	Garrafa
	Volume de Vinagre (mL)
	Número de colheres medidoras (chá)
	Circunferência do balão (cm)
	Qual é o reagente limitante
	1
	15
	1
	24,3
	Vinagre
	2
	25
	1
	27,5
	Vinagre
	3
	35
	1
	31,0
	Vinagre
	4
	45
	1
	33,2
	Bicarbonato de Sódio
	5
	60
	1
	34,7
	Bicarbonato de sódio
	6
	60
	2
	36,9
	Bicarbonato de Sódio
Figura 11- Material utilizado no experimento.
Figura 12- Garrafas com Vinagre e balões preenchidos com Bicarbonato de sódio prontos para a reação
Figura 13 – Reação do Bicarbonato de sódio com Vinagre
Após o fim da reação em algumas garrafas consegui perceber o consumo completo de bicarbonato de sódio e em outras garrafas houve acumulo no fund, isso significa que temos reagentes limitante e reagentes em excesso nestas reações.Também medindo a circunferência de cada balão de festa, adotando que o balão é um círculo e utilizando a fórmula V= (4/3).π.r3, onde:
V é igual ao volume e;
R é equivalente ao raio do circulo
Pode ser calculado o volume que o gás ocupa, visível na tabela abaixo.
	Garrafa
	Volume do gás (L)
	1
	0,060
	2
	0,087
	3
	0,124
	4
	0,153
	5
	0,175
	6
	0,210
Experimento 3: Determinação dos coeficientes estequiométricos
Primeiramente enumerou-se cada tudo de ensaio de um a cinco e, seguindo a tabela que se encontra no item resultados e discussões, fora colocado os volumes de sulfato de cobre e hidróxido de sódio correspondente a cada tudo de ensaio, com o auxílio de uma pipeta graduada. Após este procedimento agitou-se cada tudo de ensaio e, em seguida, os mesmos repousaram por cerca de vinte minutos. Enquanto os tubos de ensaio descansam ocorre a percepção de formação de precipitado, portanto, passado os vinte minutos este precipitado formado é medido com o auxílio de uma régua e anotado os centímetros obtidos. Ao final deste experimento, lavou-se as vidrarias e matérias utilizados. 
RESULTADOS E DISCUSÕES
Para este experimento foi utilizado cinco tubos de ensaio com volumes diferentes de sulfato de cobre e hidróxido de sódio, como podemos observar na tabela abaixo
	Tubo de ensaio
	1
	2
	3
	4
	5
	Volume de CuSO4 (mL)
	2
	4
	6
	8
	10
	Volume de NaOH (ml)
	10
	8
	6
	4
	2
	Altura do precipitado (cm)
	3,1
	4,8
	1,1
	0,8
	0,5
A reação entre sulfato de cobre e hidróxido de sódio forma um precipitado de coloração azul, onde conseguimos observar pela equação da reação:
CuSO4(aq) + 2NaOH(aq) ⇌ Cu(OH)2(s) + NaSO4(aq)
Também pela tabela conseguimos observar que a altura do precipitado aumenta ou diminui dependendo do volume de cada reagente. E pelo gráfico abaixo conseguimos observar que o volume de sulfato de cobre que obteve a maior altura de precipitado é 4mL.
Observando o Gráfico e a tabela acima , percebe-se que o coeficiente estequiométrico da reação é 1 mol de sulfato de cobre para 2 mol de hidróxido de sódio, pois, se dividirmos por 4 a coluna da tabela 6 corresponde ao maior precipitado obtemos um resultado de 1:2.
.
CONCLUSÃO
Com relação ao experimento um pode ser concluído que nas três partes do experimento consegui comprovar o princípio da conservação das massas, pois ficou evidenciado que as massas não se alteram antes e após as reações ocorridas, apesar de que na segunda parte deste experimento ocorreu uma discrepância de valores, esta foi uma diferença pequena e pode ser facilmente reparada com equipamentos mais sensíveis e de tecnologia mais avançada. Falando do segundo experimento consegui atingir o objetivo de entender o conceito de reagentes limitantes, observando através das garrafas após a reação ocorrida. Mesmo com a falta de um laboratório os experimentos um e dois foram uma forma divertida e interativa de fazer química sem sair de casa, e foi de grande valia para os dias atuais. O experimento três também serviu ao propósito de compreender a importânciade coeficientes estequiométricos e a necessidade de entender sobre qual é a necessidade de se observar uma reação que esteja balanceada, pois, sem as quantidades exatas necessárias para uma reação pode ocorrer perda de reagentes de forma desnecessária.
REFERENCIAS
REFERÊNCIAS
1 AFONSO, J.C, E; SILVA, R.M. A evolução da balança analítica. Assuntos Gerais. Quimica Nova, Vol. 27, No. 6, 2004, p. 1022.
2 AFONSO, J.C, E; SILVA, R.M. A evolução da balança analítica. Assuntos Gerais. Química Nova, Vol. 27, No. 6, 2004, p. 1026-1027.
3 VIDAL, P.H.O, et all. O Lavoisier que não está presente nos livros didáticos. Química nova na escolar. nº 26, 2007, p. 30.
4 GHANG, R, E; GOLDSBY, K.A. Química. Mc Graw Education. Bookman. 11.ed. Disponível em: file:///C:/Users/Amanda/Documents/LAB/Chang%20-%20Qu%C3%ADmica,%2011%C2%AA%20Edi%C3%A7%C3%A3o%20(Bookman)%20cap%203%20(para%20o%20exp%203).pdf. Acesso em: 14/03/2021.
5 CAZZARO, FLÁVIO. Um experiment envolvendo estequiometria. Química nova na escola, nº 10, 1999. Disponível em: https://aedmoodle.ufpa.br/pluginfile.php/370080/mod_resource/content/1/21%20-%20Um%20experimento%20envolvendo%20estequiometria.pdf. Acesso em: 14/03/2021.
6 SKOOG. D. A, et all. Fundamentos de química analítica: tradução da 9ª edição norte-americana. 9.ed. Cengage. 2015, p. 198.