Relatorios Fenomenos Fisicos E Quimicos 4w726v

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Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG Setor de Ciências Agrárias e Tecnológicas Departamento de Engenharia de Materiais

Relatório de Química Experimental Fenômenos Físicos e Fenômenos Químicos

Ponta grossa

2014

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Relatório de Química Experimental Fenômenos Físicos e Fenômenos Químicos

Relatório

apresentado

como

critério avaliativo a professora Elayne Cristina

da

Silva,

da

Universidade

estadual de Ponta Grossa, da disciplina de Química Experimental, do curso de Engenharia de Materiais, da turma A.

Ponta Grossa

2014

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SÚMARIO

1) Introdução.............................................................................................. 2) Objetivo.................................................................................................. 3) Materiais utilizados............................................................................... 4) Procedimento experimental................................................................. 4.1 Aquecimento do magnésio................................................................ 4.2 Fusão do estanho............................................................................... 4.3 Combustão do enxofre....................................................................... 4.4 Decomposição do dicromato de amônio.......................................... 4.5 Sublimação do iodo............................................................................ 4.6 Reação entre iodeto de potássio e nitrato de chumbo................... 4.7 Perda de água e cristalização............................................................ 5) Resultados e Discussão....................................................................... 5.1 Aquecimento do magnésio................................................................ 5.2 Fusão do estanho............................................................................... 5.3 Combustão do enxofre....................................................................... 5.4 Decomposição do dicromato de amônio.......................................... 5.5 Sublimação do iodo............................................................................ 5.6 Reação entre iodeto de potássio e nitrato de chumbo................... 5.7 Perda de água e cristalização............................................................ 6) Questões................................................................................................ 7) Conclusão.............................................................................................. 8) Referências............................................................................................

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1)

Introdução

A matéria existente a constantemente por vários fenômenos, podem esses ser físicos ou químicos (COLODEL, 2012). A diferenciação entre tais fenômenos é de alta importância no curso de Engenharia de Materiais, quando se tratar do estudo de propriedades dos materiais e no estudo de reações químicas. Os fenômenos físicos são caracterizados por não alterar a natureza do material, ou seja, o material ou substância não perde sua característica estrutural fundamental: a estrutura das suas moléculas. Elas podem se agitar, se desarrumar, porém, não se modificam estruturalmente (FELTRE, 2004, vol 1, p. 61). No geral, possibilitam que a substância volte ao seu estado inicial. A mudança de estado físico da matéria é um exemplo de transformação física: com o aumento da temperatura da substância, ela a do estado sólido para o líquido (fusão), do líquido para o gasoso (evaporação, sublimação ou calefação, dependendo da quantidade de calor fornecido e da velocidade com que ocorre). A nível microscópico, quando ocorre o aumento de temperatura, as moléculas vão ganhando energia e ficam mais agitadas, ocupando espaço maior e volume menos definido. Ou pode ocorrer o contrário: com a diminuição de temperatura, a substância a do estado gasoso para o líquido (condensação), e do líquido para o sólido (solidificação). A nível microscópico, diminuindo-se a temperatura, diminui-se a energia das moléculas, diminuindo-se a agitação entre elas, e a substância a a ocupar um volume menor e mais definido. Uma transformação particular que ocorre com poucas substâncias é a sublimação, que é a agem direta, com o aumento da temperatura, do estado sólido para o gasoso, e a ressublimação, com diminuição da temperatura, que consiste na agem direta do estado gasoso para o sólido. Outros exemplos de transformações físicas são a dilatação térmica e a dissolução em meio líquido (FELTRE, 2004, vol 1, p.61). Já as transformações químicas são caracterizadas pela quebra das moléculas das substâncias que reagem entre si – os reagentes – e seus átomos que se reagrupam de formas diferentes das iniciais, formando novas substâncias – os produtos (FELTRE, 2004, vol 1, p. 61). Algumas reações químicas são reversíveis, como a reação que ocorre nas lentes do tipo transitions,que possuem íons Ag+ e Cu+, que na presença de luz, reagem formando Ag e Cu²+. Como a prata é escura, ela escurece a lente, protegendo os olhos da luz. Na ausência de luz, a reação é reversa, formando novamente os íons Ag+ e Cu+, que são ambos incolores, deixando a lente transparente (FELTRE, vol 2, p157) . Em geral, durante uma transformação química, ocorre liberação de energia (em forma de calor, luz ou explosão), liberação de gases, mudança de cor ou formação de precipitado (FELTRE, 2004, p. 62), podendo ocorrer mais de uma manifestação em uma única reação.

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2)

Objetivo

O principal objetivo desses experimentos é verificar de forma experimental as diferenças entre os fenômenos químicos e os fenômenos físicos. 3)

Materiais utilizados

Dicromato de amônio - (NH4)2Cr2O7 Tubos de ensaio Bastão de vidro Fita de magnésio (Mg) Pinça de madeira Espátula Estanho em aparas (Sn) Fio de níquel-cromo Tela de amianto Solução 0,25% de iodeto de potássio (KI) Bico de Bunsen Béquer de 100 mL Sulfato de cobre pentahidratado - CuSO4 .5H2O Cápsula de porcelana Tripé de ferro Enxofre em pó (S) Vidro de relógio Solução 0,25% de Pb(NO3)2 Estante para tubos de ensaio 4)

Procedimento experimental

4.1 Aquecimento do magnésio Utilizando-se a pinça metálica, a fita de magnésio foi levada até a chama do Bico de Bunsen. 4.2 Fusão do estanho Colocou-se uma porção de aparas de estanho em um tubo de ensaio, e com o auxílio da pinça de madeira para segurá-lo, o tubo foi levado até a chama do bico de Bunsen. 4.3 Combustão do enxofre Utilizando-se a espátula, colocou-se uma porção de enxofre dentro de um tubo de ensaio, e segurando-o com a pinça de madeira, o tubo foi levado até a chama do bico de Bunsen.

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4.4 Decomposição do dicromato de amônio Com o auxílio da espátula, colocou-se uma pequena quantidade de dicromato de amônio, um sólido de cor laranja, dentro de um tubo de ensaio, que foi levado à chama do bico de Bunsen utilizando-se a pinça de madeira para segurá-lo. 4.5 Sublimação do iodo Foram colocadas dentro de um béquer algumas esferas (cristais) de iodo, e colocou-se o béquer sobre a tela de amianto, disposta sobre o tripé de ferro, colocada em cima do bico de Bunsen. Tampou-se o béquer com um vidro de relógio, dentro do qual foi adicionado água até aproximadamente 2/3 do seu volume. Aqueceu-se os cristais de iodo. 4.6 Reação entre iodeto de potássio e nitrato de chumbo Utilizando-se a pipeta graduada e a pêra, mediu-se 2 ml de iodeto de potássio e transferiu-se o volume para um tubo de ensaio . O mesmo procedimento foi repetido para o nitrato de chumbo. Após, despejou-se o conteúdo de um tubo de ensaio no outro tubo. O sistema resultante foi aquecido na chama do bico de Bunsen, com o auxílio da pinça de madeira. 4.7 Perda de água e cristalização Colocou-se uma porção de sulfeto de cobre pentahidratado em um tubo de ensaio, utilizando-se a espátula. Usando-se a pinça de madeira para segurá-lo, levou-se o tubo de ensaio até a chama do bico de Bunsen para que fosse aquecido. Após o aquecimento, deixou-se a substância esfriar e, em seguida, adicionou-se algumas gotas de água. 5)

Resultados e Discussão

5.1 Aquecimento do magnésio Observou-se que quando aquecida, a fita emite uma forte luz branca, e após o aquecimento, a fita, que tinha cor cinza-metálica e era sólida e compacta (Figura 1), ou a apresentar uma substância em forma de pó de cor branca ao seu redor (Figura 3). Isso deveu-se ao fato de que, aquecido em presença do ar atmosférico, o magnésio em combustão, formando o óxido de magnésio (MgO), de acordo com a equação: 2Mg + O2 → 2MgO + luz

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Durante o aquecimento, o magnésio absorve energia da chama; após o processo de óxido-redução, a energia é emitida em forma de luz (Figura 2). Como o magnésio emite luz ultravioleta, a luz é vista a olho nu na cor branca. Este processo era utilizado em antigos bulbos de flash fotográfico (LEE, 1999, p. 170). Figura 1: Magnésio antes da queima

Fonte: o autor, 2014.

Figura 2: Queima do Magnésio

Fonte: o autor, 2014

Figura 3: Magnésio após a queima

Fonte: o autor, 2014.

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5.2 Fusão do estanho Ao ser aquecido, o estanho inicia seu processo de fusão, ando do estado sólido para o estado líquido. Como o ponto de fusão do estanho é 231,9ºC, ao ser aquecido pela chama do bico de Bunsen, que pode alcançar temperaturas entre 1540ºC e 1560ºC (TRINDADE, et al., 2006, p. 21), o estanho é facilmente fundido, ando de seu estado sólido para o estado líquido. Figura 4: Estanho no estado sólido

Figura 5: Estanho após sua fusão

Fonte: o autor, 2014.

Fonte: o autor

5.3 Combustão do enxofre Ao ser aquecido, o enxofre, que antes se apresentava em forma de um pó amarelo, forma um líquido e libera vapores, que deixam uma substância amarelocastanha nas laterais do tubo (Figura 6). Ao ser aquecido rapidamente, o enxofre funde-se e forma um líquido instável, que escurece à medida que a temperatura aumenta. O vapor liberado é o SO2, que forma-se pela reação de óxido-redução entre o oxigênio presente na atmosfera e o enxofre (2014, 03. Ácido sulfúrico. TrabalhosFeitos.com), segundo a fórmula: S + O2 → SO2↑ Figura 6: Aquecimento do enxofre

Fonte: o autor, 2014.

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5.4 Decomposição do dicromato de amônio Ao ser aquecido, o dicromato de amônio, que apresentava forte coloração laranja (Figura 7), sofreu decomposição, em uma reação violenta, produzindo faíscas dentro do tubo de ensaio, e ao final da reação, o volume do sistema aumentou consideravelmente, sendo produzida uma substância de cor verde, de baixa densidade, e também houve formação de gotículas nas paredes do tubo e liberação de gás (Figura 8). Isso ocorreu devido à decomposição do dicromato de amônio segundo a reação: (NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + 4H2O A substância de cor verde é o óxido de cromo (que possui tal cor devido à presença do íon Cr3+, o mesmo que dá a cor verde à esmeralda (ATKINS, JONES, 1999, p. 857), o gás desprendido é o nitrogênio, e as gotículas que se formam nas paredes do tubo são resultado da formação de água durante a reação de decomposição. Figura 7: Dicromato de amônio antes

Figura 8: Dicromato de amônio após reagir

Fonte: o autor, 2014.

Fonte: o autor, 2014.

5.5 Sublimação do iodo O iodo é uma das poucas substâncias que sofrem o processo de sublimação. Assim, ao ser aquecido, esta substância, que na forma de cristais possui cor cinza escura e metálica, formou vapores de cor violeta dentro do béquer (Figura 9). Estes vapores, ao subirem e entrarem em contato com a superfície do vidro de relógio, resfriado pela água contida em seu interior, ressublimam, formando novamente o iodo cristalizado, com brilho metálico e de cor cinza escura (Figura 10).

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Figura 9: Sublimação do iodo

Figura 10: Ressublimação do iodo

Fonte: o autor, 2014.

Fonte: o autor, 2014.

5.6 Reação entre iodeto de potássio e nitrato de chumbo Ao misturar-se 2 ml de solução 0,25% de KI com 2 ml de solução 0,25% de Pb(NO3)2 , ambas substâncias incolores (Figura 11), forma-se um precipitado de cor amarela intenso (Figura 12), obedecendo a seguinte reação: 2KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2K(NO3) O precipitado de cor amarela é o iodeto de chumbo (PbI2), formado pela união do ânion I- e o cátion Pb2+, ocorrendo também a formação do nitrato de potássio (K(NO3)), pela união do ânion (NO3)- com o cátion K+. Ao aquecer-se o sistema (Figura 13), observou-se a aceleração da separação das duas substâncias: o PbI2, pouco solúvel, depositou-se no fundo do tubo, enquanto o K(NO3), solúvel em água, permaneceu em solução (Figura 14). Figura 11: soluções de KI e Pb(NO3)2

Figura 12: Precipitado amarelo

Fonte: o autor, 2014

Fonte: o autor, 2014.

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Figura 13: Aquecimento do sistema

Figura 14: Separação das fases

Fonte: o autor, 2014.

Fonte: o autor, 2014.

5.7 Perda de água de cristalização: Quando o sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O), cuja a coloração é azul intenso (Figura 15), foi aquecido, observou-se a formação de gotículas nas paredes do tubo de ensaio. Este fato deveu-se à evaporação da água do composto. Quando os cristais perderam água, ocorreu a destruição do complexo azul [Cu(H2O)4]2+ e a formação do CuSO4 anidro, que é um composto acinzentado, quase branco (Figura 16). Ao adicionar-se água novamente ao CuSO4 anidro, novamente ocorreu a formação do complexo azul, e a substância voltou à sua formação e cor inicial. Figura 15: CuSO4.5H2O

Figura 16: CuSO4 anidro

Fonte: o autor, 2014.

Fonte: o autor, 2014.

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Questões

1) Em cada caso, decida se a transformação é química ou física. Justifique sua resposta. a) Queima de uma vela. A transformação é química, pois ocorre um processo de combustão, onde o oxigênio atua como comburente, enquanto a parafina da vela atua com combustível. A reação ocorre da seguinte forma: C3H2 + 2O2 → C + CO + CO2 + H2O b) Filtração da água. A transformação é física, pois o que ocorre é apenas a separação de duas substâncias que estavam misturadas, mas que não reagiam entre si. Mesmo estando juntas em um mesmo sistema, a estrutura de cada substância permanece definida e inalterada. No caso da água, a filtração apenas separa a água pura das impurezas sólidas e insolúveis que existem misturadas a ela. c) Formação de ferrugem. A transformação é química, pois ocorre a interação do ferro (Fe 2+) e do oxigênio (O2), dando origem a uma nova substância, diferente das iniciais: o óxido de ferro (FeO), seguindo a reação: 2Fe + O2 → 2FeO d) Digestão de alimentos. Neste processo, ocorre uma série de transformações químicas. Na boca, pela ação de enzimas presentes na saliva, chamadas amilases, ocorre a quebra das moléculas de amido, por hidrólise, formando moléculas de maltose, de acordo com a seguinte reação: amido → maltose (glicose + glicose) No estômago, a função digestória é atribuída ao suco gástrico, formado por ácido clorídrico e as enzimas pepsina e renina. A pepsina digere as proteínas, quebrando-as em moléculas menores, para que sejam mais facilmente absorvidas pelo organismo.

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No intestino delgado, a bile, substância produzida pelo fígado, quebra os lipídeos em moléculas menores, facilitando a ação da enzima lípase, presente no suco pancreático, produzido pelo pâncreas. O suco pancreático é composto por: * Amilase pancreática: digere o amido que não foi digerido na boca, transformando-o em maltose; * Proteases (tripsina e quimiotripsina): agem sobre as proteínas não digeridas no estômago, transformando-as em peptídeos; * Lipase: age sobre os lipídeos, transformando-os em ácidos graxos e glicerol; * Nucleases: agem sobre os ácidos nucléicos (DNA e RNA) transformandoos em nucleotídeos. Até mesmo o epitélio (mucosa) do intestino produz substâncias digestórias: * Maltase: transforma a maltose em glicose; * Amidopeptidase: transforma os peptídeos em aminoácidos; Neste ponto da digestão, todos os nutrientes já estão prontos para serem absorvidos no intestino grosso. (ADOLFO, A.; CROZETTA, M.; LAGO, S.; 2005) e) Manteiga derrete quando colocada ao sol. É uma transformação física, pois a manteiga se funde pela ação do calor, porém, quando cessado o fornecimento de calor, ela volta à sua forma sólida, com as mesmas características iniciais. f) Plantas usam gás carbônico do ar para fazer açúcares. É uma transformação química, pois a partir do gás carbônico juntamente com a água e a luz do sol, as plantas produzem como novas substâncias o oxigênio, que é liberado para a atmosfera, e a glicose, que a planta utiliza como fonte de energia. A reação acontece de acordo com a seguinte fórmula: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 g) Fusão de um cubo de gelo em um copo de limonada.

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Ocorre uma transformação física, caracterizada pela fusão do gelo, causada pela diminuição de temperatura. Quando o gelo, que possui temperatura mais baixa, entra em contato com a limonada, contendo água líquida, que possui temperatura um pouco mais elevada, ocorre troca de calor entre as duas fases do sistema. Assim, o gelo perde calor para a água, até que ambos entrem em equilíbrio térmico. Dessa forma, a limonada fica mais gelada, porém, a temperatura não é baixa o suficiente para manter o gelo na fase sólida. 2) Ao acampar nas montanhas, você acende uma pequena fogueira com três galhos que estavam no solo. A madeira crepita e queima, aquecendo o ambiente. Antes de se enfiar no saco de dormir, você apaga com água fria apanhada em um riacho. Há evolução de vapor de água quando a água cai sobre os carvões acesos. Descreva as mudanças químicas e físicas neste episódio. Ao acender a fogueira, está ocorrendo o fenômeno químico da combustão da madeira. Ao jogar água sobre os carvões ainda acesos, ocorre um fenômeno físico, o da evaporação da água.

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Conclusão

7.1 Aquecimento do magnésio É um fenômeno químico, pois quando se queima magnésio, antes da combustão havia uma substância, o magnésio, e, depois dela, há a formação de outra, o óxido de magnésio (MgO).

7.2 Fusão do estanho É um fenômeno físico, pois apenas ocorreu a agem do metal que estava no estado sólido para o estado líquido, sem ocorrer uma reação química. Quando a temperatura diminuiu, o metal voltou à sua forma inicial, sem nenhuma alteração estrutural ou outra indicação de reação química. 7.3 Combustão do enxofre É uma transformação física e química ao mesmo tempo. Física devido à mudança de estado do enxofre, que, pelo aumento da temperatura, ou do estado sólido para o estado líquido. Mesmo ocorrendo mudança de cor nesta transformação, isto é uma característica particular do enxofre, não constituindo, por este motivo, uma reação química. Porém, houve indício de reação química pela liberação do gás SO2, resultante da oxidação do enxofre.

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7.4 Decomposição do dicromato de amônio É uma transformação química, pois houve formação de novas substâncias a partir da substância inicial. Ocorreu mudança de cor, liberação de gás e alteração de volume, o que caracteriza uma reação química. 7.5 Sublimação do iodo É uma transformação física, pois se observou apenas a agem direta de estado físico do iodo, ando de sólido para gasoso devido ao aumento de temperatura. 7.6 Reação entre iodeto de potássio e nitrato de chumbo A transformação é química, pois se observou a formação de novas substâncias a partir das substâncias iniciais, e houve mudança de cor e formação de um precipitado, umas das evidências de reações químicas. 7.7 Perda de água de cristalização Pode ser considerada uma transformação física ou química, pois ocorre a evaporação da água, deixando apenas o Sulfato de cobre. Por este ângulo, pode-se classificar esta transformação como física, pois a alteração principal é a mudança de estado da água, ando, com o aumento de temperatura, do estado líquido para o gasoso. Porém, com a evaporação da água, ocorre a destruição do complexo azul, que é um ânion ([Cu(H2O)4]2+), e tem-se a formação do sulfato de cobre anidro, que é branco. Desta forma, pode-se considerar a transformação como sendo química, pois se observa a transformação da substância inicial, que era um cátion, em uma nova substância, estável. Além da formação de nova substância, ainda há a mudança de cor, característica de reações químicas (CONSTANTINO, 2004). 8)

Referências:

CONSTANTINO, M. G.; SILVA, G. V. J.; DONATE, P. M.; Fundamentos de Química Experimental. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 2004. LEE, J. D.; Química Inorgânica não tão Concisa. 5. ed. Tradução de Henrique E. Toma, Koiti Araki e Reginaldo C. Rocha. São Paulo: Blucher, 1999. FELTRE, R.; Química / Química Geral. 6. ed., vol. 1. São Paulo: Moderna, 2004. FELTRE, R.; Química / Físico-Química. 6. ed., vol. 2. São Paulo: Moderna, 2004.

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TRINDADE, D. F. et al.; Química Básica Experimental. 3. ed. São Paulo: Ícone, 2006. SLABAUGH, W. H.; PARSONS, T. D.; Química Geral. Tradução de Alcides Caldas. Rio de Janeiro: LTC, 1977. ATKINS, P.; JONES, L.; Chemistry: Molecules, Matter and Change. 4. ed. United States of America: Freeman, 1999. BRADY, J. E; RUSSEL, J. W.; HOLUM, J. R.; Química: A Matéria e Suas Transformações. 3. ed., vol. 2. Tradução de J. A. Souza. Rio de janeiro: LTC, 2003. PAULINO, W. R.; Biologia. Série Novo Ensino Médio, vol. único. 4. ed. São Paulo: Ática, 2000. ADOLFO, A.; CROZETTA, M.; LAGO, S.; Biologia: Ensino Médio. vol. único. 2. ed. São Paulo: Editora Lago, 2005. COLODEL, Cristiane. Fenômenos Químicos e Fenômenos Físicos. Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2012. (2014, 03). Acido sulfurico. TrabalhosFeitos.com. Retirado 03, 2014, de http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Acido-Sulfurico/48481914.html