Reatividade de Metais - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Roberto_880
Roberto_8805 de Março de 2013

Reatividade de Metais - Apostilas - Engenharia Quimica, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas e exercicios de engenharia quimica sobre o estudo da identificação de substâncias e reatividade de metais, procedimento experimental.
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EXPERIMENTO N º 02 :

Identificação de Substâncias e Reatividade de Metais

01.Introdução.

[1] Metais comumente encontrados no cotidiano, embora não estejam em seu estado puro, possuem características particulares, cujo tornam-se essenciais para a humanidade, devido suas propriedades.

Os materiais metálicos possuem resistência, da qual os fazem mais utilizáveis que outros elementos, por causa dos seus átomos mais unidos que compõem a liga metálica, na prática eles são escolhidos para compor elementos de construções civis, como vigas, e cabos de aço. Além de serem bons condutores elétricos e ter altas medidas de ponto de fusão e ebulição.

[2] A densidade (absoluta - d) de um elemento é calculada pelo quociente entre massa (m) e o volume (v). Serve para saber o quanto de matéria existe em determinado volume.

d = m_

v

[3] A fila de reatividade demonstra em ordem crescente os metais cujo possuem mais poder de reagir, de tender a ceder elétron e ficarem menos nobres.

Fila de reatividade química dos metais.

Ex: Fe + 2HCl  Fe Cl2 + H(g)

A reação ocorre, pois o Ferro (Fe) desloca o Hidrogênio (H), por ser mais reativo do que ele.

[4] Para que reações ocorram se analisa vários aspectos, como temperatura (interferindo na agitação de moléculas), fila de reatividade (imagem acima), concentração (saturado ou insaturado), além de que se a cor for alterada, houve reação. Podendo ser reações de quatro tipos, dupla - troca, e simples troca: ocorrido neste experimento (ou deslocamento – é quando uma substância simples reage com uma substância composta para formar outra substância simples e outra composta) outra categoria é reações de oxi-redução (ou redox – simplificando, ocorre em todas reações de simples-troca.)

[5] Segundo Bohr, os elétrons estão distribuídos em camadas fora do núcleo dos átomos, formando órbitas circulares e níveis de energia. Então, quando realizado o teste de chamas, encontra-se uma coloração para cada metal, através de indução por choque elétrico ou fogo. Essa coloração surge por causa da excitação causada nos elétrons de camadas mais internas, que

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os fazem saírem para camadas mais externas (cátions), e quando voltam, produzem cores que é a liberação de carga em forma de luz. As cores são diferentes, pois cada metal realiza esse processo em freqüência diferenciada possuindo sua cor característica. Este fenômeno foi denominado por Borh de fóton.

Por objetivo desse experimento, têm-se determinar a densidade de amostras sólidas, comprovar a ocorrência de reações de deslocamento entre metais através da fila de reatividade química e identificar cátions metálicos através do teste da chama.

02. Material e Reagentes:

05. Procedimento Experimental

A) Determinação de densidade de uma amostra sólida por leitura direta de volume.

Aferir cuidadosamente no vidro de relógio uma amostra do metal disponível na bancada. Utilizando uma proveta de 10 mL coloque 6 mL de água destilada. Em seguida, deslize com cuidado o pedaço do metal na proveta com água e determine o volume deslocado. Repetir a operação com as outras amostras de metais disponíveis.

B) Reações de Metais Com sais.

Adicionar um pouco de Zinco(Zn) em pó a 3 tubos de ensaio. Posteriormente, adicione 2 mL de uma solução de sulfato de cobre(CuSO4) ao Tubo 1. Ao Tubo 2, adicionar 2 mL da solução de cloreto de sódio (NaCl), e 2 mL da solução de nitrato de prata ao Tubo 3. Aguarde 10 minutos agitando os tubos de vez em quando.

C) Reações de Metais com Ácido.

Numere quatro (04) tubos de ensaio e coloque em cada, 2 mL de Ácido Sulfúrico 0,5 mol/L em cada tubo e adicione a cada tubo um pouco de: Alumínio (Al) em pó, Zinco (Zn) em pó, Cobre (Cu) em pó e Magnésio (Mg) em pó. Observar ocorrências e aproximadamente, quanto tempo leva para ocorrer cada reação.

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D) Reações de Metais em Meio Alcalino.

Em dois (02) tubos de ensaio limpos, adicione 3 mL da solução de Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,5 mol/L. Ao Tubo 1 adicione um pouco de Alumínio (Al) em pó, ao Tubo 2 adicione um pouco de Cobre (Cu) em pó. Aqueça e observe em qual(is) tubo(s) houve(ram) reação.

E) Identificação de Cátions Metálicos Pelo Teste da Chama.

Retire as luvas e enrole um pedaço de algodão na ponta do bastão de vidro e mergulhe no béquer contendo a solução do sal a ser analisado, em seguida leve até a chama do bico de Bunsen. Repitir esta operação para todas as amostras disponíveis observando sempre a cor adquirida pela chama. Em caso de dúvida repita a operação até ter certeza da cor.

03.Resultados e Discussões:

A) Determinação de Densidade Pelo Volume Deslocado.

TABELA 01: Dados para determinação de densidade pelo volume deslocado.

Amostra de Metais: mMetal (g) V.IH2O (mL) V.DH¬2O (mL) ΔV (cm3) d (g.cm- 3)

M1:Zn (Zinco) 2,1288 g 6,0 mL 6,4 mL 0,4 cm35,32 g.cm-3

M2:Pb(Chumbo) 16,0231 g 6,0 mL 7,4 mL 1,4 cm3 11,45g.cm-3

M3:Cu (Cobre) 0,7918 g 6,0 mL 6,1 mL 0,1 cm37,92 g.cm-3

M4:Fe (Ferro) 2,9404 g 6,0 mL 6,4 mL 0,4 cm37,35 g.cm-3

M5:Al(Alumínio) 0,5762 g 6,0 mL 6,2 mL 0,2 cm3 2,88 g.cm-3

Índice: V.I H¬2O: Volume inicial da água (mL); V.D H¬2O: Volume deslocado da água(mL); ΔV: Variação de Volume(mL); d: Densidade(g.cm-3); mMetal = Massa dos metais avaliados (g); M1, M2, M3, M4, M5: Sequência de Metais avaliados.

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Fonte: A autora.

Cálculos.

V(mL) =___massa(g)_____  d g.cm-3 =___ assa(g)_____ (1mL = 1 g.cm-3)

densidade (g.cm-3) volume (mL)

M1: Zinco (Zn)

dM1: 2,1288 g = 5,3220 g.cm-3 apróx. 5,32 g.cm-3

0,4 cm3

dM2: 11,4451 g.cm-3 apróx. 11,45 g.cm-3

dM3: 7,9180 g.cm-3 apróx. 7,92 g.cm-3

dM4: 7,3510 g.cm-3 apróx. 7,35 g.cm-3

dM5: 2,8810 g.cm-3 apróx. 2,88 g.cm-3

Conforme, os cálculos acima foi possível encontrar a densidade dos metais avaliados, apresentando variação pequena de acordo com valores da literatura. A diferenciação se deve a manipulação do experimento, podendo haver erros aleatórios.

B) Reações com Metais e Sais

TABELA 02: Dados de Reações de Metais com Sais.

Adição de... Após 10 minutos

Tubo 1 Zn em pó + 2 mL de CuSO4 Formação de precipitado. “Cu”

Tubo 2 Zn em pó + 2 mL de NaCl Não ocorreu reação.

Tubo 3 Zn em pó + 2 mL de AgNO3 Forma precipitado. “Ag”

Fonte: A autora.

Reações:

Zn(s) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(s)

Zn(s) + NaCl (aq)  não reagiu.

Zn(s) + 2AgNO3(aq)  Zn(NO3)2 + 2Ag(s)

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O Sulfato de Cobre (CuSo4) foi reduzido pelo Zinco (Zn), que é mais reativo, formando uma reação de simples - troca (deslocamento) e redox (oxi-redução).

A segunda reação não ocorreu, devido o Zinco ser menos reativo que o Sódio (Na).

Assim como o Sulfato de Cobre, o Nitrato de Prata (AgNO3) reagiu formando Prata (Ag) como precipitado, porém formando uma reação de simples - troca.

C) Reações de Metais com Ácidos.

TABELA 03: Dados de Reações dos Metais com Ácidos.

Adição de... Ocorrência Tempo(m:s)

Tubo 1 2 mL H2SO4 + Al em pó Formação de camada escura 04:34

Tubo 2 2 mL H2SO4 + Zn em pó Formação de bolha e precipitação granulada. 05:50

Tubo 3 2 mL H2SO4 + Cu em pó Não ocorre reação 10:00

Tubo 4 2 mL H2SO4 + Mg em pó Liberação de gás instantâneo. 00:03

Fonte: A autora.

Reações:

2 Al + 3 H2SO4  Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g)

2 Zn(s) + 3 H2SO4 (aq)  Zn(SO4)3(aq) + 3H2(g)

Cu(s) + H2SO4  não ocorre

Mg(s) + 3H2SO4  Mg(SO4)3(aq) + 3H2(g)

No Tubo 1, o Alumínio(Al) consegue deslocar o Hidrogênio (H), pois tem mais poder reativo que ele. É uma reação de deslocamento, porque o alumínio "desloca" o Hidrogênio do ácido. É também de oxi-redução, pois o Alumínio passa de número de oxidação zero para +3 no segundo membro, e o Hidrogênio passa de +1 para 0 (zero). Ocorre liberação de Hidrogênio.

Assim como no primeiro Tubo, o Zinco (Zn) é mais reativo que o Hidrogênio (H), deslocando-o, e forma no Tubo 2 reação de deslocamento e oxi-redução.Ocorre liberação de Hidrogênio.

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Na reação do Tubo 3, o Cobre (Cu) não é mais reativo que o Hidrogênio, o que não resulta na ocorrência espontânea da reação.

No quarto Tubo ocorre tendo as mesmas características das duas primeiras, ocorrendo liberação de Hidrogênio.

D) Reações de Metais Em Meio Alcalino.

TABELA 02: Dados de Reação de Metais Em Meio Alcalino.

Adição de... Ocorrência

Tubo 1 3 mL NaOH + Al em pó Formação de camada escura e Liberação de vapor.

Tubo 2 3 mL NaOH + Cu em pó Formação de precipitado

Fonte: A autora.

Reações:

Al(s) + 3NaOH(s)  Al(OH)3(aq) + 3Na(g)

Cu(s) + NaOH(aq)  não ocorre .

A reação do Tubo 1, aconteceu devido o aumento de temperatura, com a agitação de moléculas, foi possível induzir a ocorrência.

No Tubo 2 não ocorreu, devido o Cobre(Cu) ser um elemento de baixa reatividade diante do Sódio (Na), e mesmo com aquecimento não foi possível induzir a ocorrência de reação.

E) Identificação de Cátions Metálicos Pelo Teste de Chama.

TABELA.05: Cores Obtidas nas Chamas dos Metais.

Amostras Cor Amostras Cor

K Violeta Li Vermelho

Na Amarelo Cu Verde cana

Ba Verde Limão Ca Vermelho Alaranjado.

Fonte: A autora.

Assim como na literatura, as cores das chamas estavam corretas. As cores obtidas no experimento são ocasionadas pelo fenômeno “fóton”. De acordo com a teoria de Bohr, quando o átomo é aquecido ele fica no estado excitado então os elétrons saltam para camadas superiores, e quando voltam (cátions) a ocupar o espaço das camadas mais baixas emitem luzes.

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As luzes emitidas são em freqüências diferenciadas para cada substância, o que possibilita identificação pela cor.

04. Conclusão.

Com nos dados da discussão desse relatório, foi possível determinar a densidade de amostras sólidas de metais, através da leitura de variação do volume, com resultados próximos aos da literatura. Além de comprovar a ocorrência de reações e de deslocamento entre metais através da fila de reatividade química e identificar cátions metálicos através do teste da chama.

05. Referências Bibliográficas.

[1] Conhecimentos do Autor.

[2] Feltre, Ricardo. Fundamentos da Química. Volume único. Ed. Moderna.

[3] Acessado em 12/03/2012 às 14:00.

[4] < http://pt.wikipedia.org/wiki/Reação_química> Acessado em 24/03/2012 às 20:00.

[5] RUSSEL, J.B.,Química Geral, Volume 1. 262 pág.

06. Questões Pós-Laboratório.

1) Compare os valores das densidades determinados por você no experimento com os da literatura.

Justifique as diferenças encontradas nos valores.

Substância dE(g.cm-3) dL(g.cm-3) Δd (g.cm-3)

Zn 5,3220 g.cm-3 7,1420 g.cm-3 1,8200 g.cm-3

Pb 11,4451 g.cm-3 11,3400 g.cm-3 0,1051 g.cm-3

Cu 7,9180 g.cm-3 8,9200 g.cm-3 1,0020 g.cm-3

Fe 7,3510 g.cm-3 7,8740 g.cm-3 0,5230 g.cm-3

Al 2,8810 g.cm-3 2,6970 g.cm-3 0,1840 g.cm-3

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Índice: dE = Densidade experimento (g.cm-3), dL= Densidade da Literatura (g.cm-3) e Δd= Variação de Densidade (g.cm-3)

Fonte: A autora.

A diferenciação, embora baixa, se deve a manipulação do experimento, podendo haver erros aleatórios.

2) A que se deve a cor adquirida pela chama nos testes do item B.

As cores obtidas no experimento são ocasionadas pelo fenômeno “fóton”. De acordo com a teoria de Bohr, quando o átomo é aquecido ele fica no estado excitado então os elétrons saltam para camadas superiores, e quando voltam (cátions) a ocupar o espaço das camadas mais baixas emitem luzes. As luzes emitidas são em freqüências diferenciadas para cada substância, o que possibilita identificação pela cor.

3) Escreva as equações químicas ocorridas e justifique as que não ocorreram.

1 - Zn(s) + CuSO4  ZnSO4 + Cu (s)

2- Zn(s) + NaCl(aq) 

Não ocorre, A segunda reação não ocorreu, devido o Zinco ser menos reativo que o Sódio (Na).

3 - Zn(s) + 2 AgNO3(aq)  Zn(NO3)2(aq) + 2 Ag(s)

4 - 2 Al + 3 H2SO4  Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g)

5 - 2 Zn(s) + 3 H2SO4 (aq)  Zn(SO4)3(aq) + 3H2(g)

6 - Cu(s) + H2SO4 

Não ocorre pois, pois o Cobre (Cu) não é mais reativo que o Hidrogênio, o que não resulta na ocorrência espontânea da reação.

7 - Mg(s) + 3H2SO4  Mg(SO4)3(aq) + 3H2(g)

8 – Al(s) + 3NaOH(s)  Al(OH)3(aq) + 3Na(s)

9 - Cu(s) + NaOH(aq) 

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Não ocorre pois, devido o Cobre(Cu) ser um elemento de baixa reatividade diante do Sódio (Na), e mesmo com aquecimento não foi possível induzir a ocorrência de reação.

4) Ordene os metais usados no experimento em ordem de reatividade crescente e compare com a fila de reatividade química.

Fila de Reatividade Utilizada:

Magnésio(Mg) < Cobre (Cu) < Hidrogênio (H) < Chumbo (Pb) < Ferro (Fe) < Zinco (Zn) < Alumínio (Al) < Cálcio (Ca) < Potássio (K) < Lítio(Li) < Bário (Ba) < Sódio (Na).

Fila de Reatividade da Literatura:

Au < Pt < Hg < Pd < Ag < 2Hg < Cu < H < Fe < Pb < Sn < Ni < Co < Cd < Fe < Cr < Zn < Al < Mg < Na < Ca < Sr < Ba < Cs < K < Rb < Li.

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