Baixe Acetileno e oxigênio e outras Resumos em PDF para Engenharia de Materiais, somente na Docsity!
SÍNTESE E PROPRIEDADES DO ACETILENO
SÍNTESE E PROPRIEDADES DO OXIGÊNIO
1- Objetivos
- Preparar o acetileno;
- Testar algumas propriedades do acetileno;
- Preparar o oxigênio;
- Verificar as propriedades do oxigênio.
2- Fundamentos teóricos:
2.1- Acetileno:
O acetileno , conhecido pela nomenclatura IUPAC por etino , é um hidrocarboneto da classe dos alcinos. É o alcino mais simples, constituido por dois carbonos e dois hidrogênios (C (^) 2H2). Os dois átomos de carbono estão ligados através de uma tripla ligação.
É um gás incolor, de odor desagradável que se liquefaz à temperatura de -83 °C e solidifica a -85 °C. É muito instável; sob pequenas compressões se decompõe com muita facilidade liberando energia. É armazenado em cilindros de aço, sob pressão, dissolvido em acetona.
História
O acetileno foi descoberto por Edmund Davy em 1836 na Inglaterra. Berthelot foi o primeiro a sintetizá-lo através de um arco voltaico produzido entre eletrodos de grafite envolvidos numa atmosfera de hidrogênio:
2 C + H 2 → C (^) 2H (^2)
Produção por craqueamento
Os alcanos maiores do petróleo e gás natural são quebrados (através de craqueamento) em moléculas menores. Estas moléculas são desidrogenadas em elevadas temperaturas.
C (^) 2H 6 → C (^) 2H 2 + 2 H 2
Um processo em ascendência atualmente devido às novas tecnologias em catalisadores e as pesquisas na área.
Propriedades químicas
É o mais importante dos alcinos devido a sua reação extremamente exotérmica com o oxigênio, liberando aproximadamente 1.368 KJ/mol :
C (^) 2H 2 + 5/2 O 2 → 2 CO 2 + H2O ∆H° = -1.368 KJ/mol
Aplicações
Devido a sua queima extremamente exotérmica, é usado em larga escala na solda autogênica, no corte de metais por maçarico, na fabricação de objetos de vidro e em diversos processos que requeiram altas temperaturas. No maçarico oxiacetilênico obtem-se temperaturas de 2500 a 3000°C.
Dentre suas aplicações na indústria química como matéria-prima, encontra-se a síntese de centenas de compostos, dentre os quais os mais destacados são o etileno, o etanol, diversos compostos organoclorados, especialmente solventes como o clorofórmio e o ácido acético. É utilizado também na produção de borracha sintética e polímeros.
O acetileno é um gás incolor, instável, altamente combustível, e produz uma chama de elevada temperatura (mais de 3000° C ou 5400°F) em presença de oxigênio. O gás acetileno tem cheiro agradável quando está na forma pura, mas em geral possui odor irritante em razão das impurezas que o acompanham.
O acetileno é usado na fabricação dos seguintes materiais: explosivos, solventes industriais, plásticos de borracha sintética. Este composto também é empregado na síntese de compostos orgânicos como ácido acético e álcool etílico. É possível fabricar acetileno através das matérias primas: calcário e o carvão de pedra (hulha), os quais são abundantes na natureza.
Hulha: combustível fóssil que é encontrado geralmente em florestas antigas (pântanos). Essas florestas possuem propriedades diferentes, por terem passado por transformações da natureza, já foram encobertas pelas águas do mar e soterradas pelo acúmulo de detritos e sedimentos. Esses fatores proporcionam a formação de materiais ricos em carbono e após altas
É muito reativo com halogênios oxigênio, cobre, mercúrio e prata. Por isso deve ser mantido longe dessas substâncias; e seu transporte deve sempre ser feito em automóveis abertos em cilindro apropriados.
2.2 – Oxigênio:
Propriedades físicas e químicas:
O oxigênio natural é um gás incolor e inodoro, com densidade 1,105, que só liquefaz a -138º C, consiste numa mistura de três isótopos estáveis: o oxigênio 16 (99,758%), o oxigênio 17 (0,37%) e o oxigênio 18 (0,204%). Pouco solúvel em água, forma bolhas que se desprendem facilmente por simples agitação. À temperatura ambiente, a molécula de oxigênio é relativamente inerte, mas na presença de substâncias catalisadoras ou ao ser aquecida, reage com a maioria dos elementos para formar vários compostos.
Na baixa atmosfera e à temperatura ambiente, o oxigênio está presente na principalmente na forma de moléculas diatômicas (O (^) 2) que constituem um gás incolor,
inodoro e insípido, essencial para os organismos vivos. Apresenta densidade levemente superior à do ar e seus átomos são respectivamente pequenos, pois possuem oito elétrons (partículas elementares de carga negativa). Muito eletronegativo, une-se aos ametais (com exceção dos halogênios) e aos ametais, salvo o ouro e a platina. Essas combinações, que em geral desprendem calor, são chamadas “combustões” e podem ser vivas ou lentas. É o elemento mais abundante do globo terrestre. Constitui aproximadamente um quinto do ar, oito nonos do peso da água; figura na maioria dos constituintes do solo (silicatos, carbonatos) e das substância orgânicas. Sua combustão fornece vapor de água e gás carbônico, mas, se o oxigênio se encontra em quantidade insuficiente, o hidrogênio queima antes do carbono, do qual uma parte torna a chama brilhante e aparece sob forma de negro-de-fumo.
Descoberta e métodos de obtenção:
Embora o químico sueco Carl Wihelm Scheele tenha conseguido preparar uma amostra de oxigênio em 1772, atribui-se tradicionalmente seu descobrimento ao britânico Joseph Priestley, que sintetizou o gás em 1774 e publicou antes de Scheele o resultado de suas experiências. O trabalho de Priestley, aperfeiçoado depois por Lavoisieir (que criou o nome oxigênio), se baseava no aquecimento de óxido de mercúrio, que produzia um gás puro, perfeitamente respirável, consumido por completo em novas combustões.
Esse método, também aplicado aos óxidos de prata e de bário e a certa variedade de sais, produz oxigênio de grandeza pura, ainda que em pequenas quantidades. Outra fonte comum de síntese do oxigênio em laboratório é a decomposição da água oxigenada. Na indústria, são mais utilizadas a eletrólise da água, que resulta na separação de seus dois elementos constituintes, hidrogênio e oxigênio; e a destilação fracionada do ar líquido. O primeiro processo consiste em submeter à ação de corrente elétrica uma cuba eletrolítica cheia de água, à grave; qual se adicionou uma substância condutora, como o ácido sulfúrico ou a soda cáustica. A destilação fracionada do ar líquido, processo de maior rentabilidade econômica para aplicação em grande escala, se baseia na diferença existente entre os pontos de ebulição do nitrogênio e do oxigênio, componentes mais abundantes na mistura.
Variedades alotrópicas:
O oxigênio apresentasse habitualmente na forma de moléculas diatômicas, mas se altera sob a ação de fortes descargas elétricas ou na presença de substâncias ionizadas que tenham perdido parte de sua carga eletrônica ou capturado partículas do ambiente. Produz-se dessa maneira uma variedade alotrópica chamada ozônio, de molécula O3. Essa substância,
empregada industrialmente como descolorante, esterilizador de líquidos e depurador de ambientes, está presente nas altas camadas da atmosfera. Desempenha um papel fundamental na manutenção da vida sobre a Terra ao proteger o planeta da radiação ultravioleta do Sol. Compostos oxigenados:
A combinação do oxigênio com outros elementos forma óxidos, cuja reação com a água produz oxiácidos e bases. A combinação dos quais existem numerosas famílias e variedades, presentes na natureza na maioria dos fenômenos geológicos. Inúmeras substâncias orgânicas, como álcoois, ésteres, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e ésteres, também possuem átomos de oxigênio em sua estrutura.
Configuração eletrônica: 1 s^22 s^22 p^4
3- Materiais e vidrarias:
- 1 estante para tubos de ensaio
- 1 caixa de fósforo
- 1 cuba de água
- 6 rolhas para tubos de ensaio
- 1 rolha para kitassato
- 1 suporte universal
- 1 mangueira de látex
- 1 garra
- 1 argola
- 1 Bécker de 250 mL
- 1 Bécker de plástico 1000 mL
- 6 tubos de ensaio
- 1 funil de decantação de 250 mL
- 1 kitassato de 250 mL
- 2 Béckers de 50 mL
- (^) 2 provetas de 50 mL
4- Equipamentos:
- Balança semi-analítica - 110 V
- Capela de exaustão - 220 V
- Estufa - 110 V
5- Reagentes usados:
- Solução aquosa de permanganato de potássio (KMnO4) – 0,5% m/v
- Peróxido de hidrogênio P.A (H2O (^) 2) – 30% m/v
- Carbureto de cálcio (CaC2)
- Dióxido de manganês P.A (MnO2)
- Solução aquosa de ácido sulfúrico P.A (H (^) 2SO4)
- Enxofre Ortorrômbico
- Carvão Mineral
- Solução aquosa de Nitrato de Prata Amoniacal (AgNO 3 + NH4OH)
6- Procedimentos:
6.1- Síntese e Propriedades do Acetileno
6.1.1- Obtenção:
Montou-se a pratica conforme indicada no esquema. Ao balão de fundo redondo adicionou-se 10 g de dióxido de manganês e 6 ml ácido sulfúrico concentrado.
Transferiu-se para o funil de separação 5,0 ml de água oxigenada 30% m/v. Gotejou-se a água oxigenada sobre a mistura contida no balão.
Colocou-se em pé na tuba de água três tubos de ensaio de tamanho grande, cheios de água (não deixou formar bolhas de ar) e com a boca invertida. Por deslocamento da coluna de água escolheu-se o oxigênio produzido nesses três tubos de ensaio. Fechou-se os tubos com rolhas de borracha sem incliná-los, para não entrar água. Retirou-se os tubos para os testes.
6.1.2- Testes:
Retirou-se a rolha do tubo e introduziu rapidamente um palito em brasa no tubo. Observou-se.
CaC 2 + 2H2O → H−C≡C−H + Ca(OH) (^2)
H−C≡C−H + 5/2 O 2 → 2CO 2 + H 2 O
- Reação do Acetileno com KMNO 4 (oxidação branda):
- Reação do Acetileno com Nitrato de Prata Amoniacal:
H−C≡C−H + AgNO 3 → H−C≡C−Ag + HNO (^3)
Síntese e Propriedades do Oxigênio
- Reação entre o Permanganato de Potássio, Acido Sulfúrico e peróxido de hidrogênio contidos no balão:
MnO 2 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 → MnSO 4 + 2 H 2 O + O 2
- Reação da brasa do palito de fósforo com o oxigênio:
10 KClO 3 + 3 P 4 → 3 P 4 O 10 + 10 KCl
- Reação de Combustão do Enxofre:
S + O 2 → SO 2
8- Cálculos e Resultados:
Resultados dos testes para o Acetileno
a) Combustão: Há combustão incompleta do acetileno, o que é evidenciado pelo aparecimento de fuligem dentro do tubo de ensaio. b) Reação com KMnO (^) 4: O permanganato, que se apresenta normalmente sob cor roxa, ao entrar em contato com o acetileno passa a apresentar-se sob cor castanha. Essa mudança de cor se deve ao fato do acetileno doar elétrons para o permanganato, que se reduz a Mn(V). O acetileno sofre oxidação pelo permanganato. c) Prova da Ligação Tripa Terminal: Após a reação do acetileno com nitrato de prata amoniacal, verificou-se a presença de um precipitado acinzentado, que era o acetileno de prata.
Resultados dos testes para o Oxigênio
a) Reação do palito em brasa com o oxigênio: Há queima do oxigênio no tubo, e por isso o palito em brasas reacendeu, devido ao forte poder comburente do oxigênio. b) Reação do carvão em brasa com o oxigênio: Da mesma forma que no palito em brasa, o oxigênio reativa a brasa do carvão. c) Reação do enxofre inflamado em oxigênio:
propriedades e comportamentos de cada um, em face à algumas substâncias químicas que foram utilizadas no laboratório.
10 – Esquema:
11- Bibliografia:
- http://pt.wikipedia.org/wiki/Acetileno acessado em: 29/03/
- http://reocities.com/Vienna/choir/9201/reacoes_dos_alcinos.htm acessado em: 29/03/
- http://www.tabela.oxigenio.com/nao_metais/elemento_quimico_oxigenio.htm acessado em: 29/03/
- Livro – Introdução à Química Orgânica – PEARSON – EDITORA UFV – Luiz Cláudio de Almeida Barbosa, 2004.
Assinaturas:
Gabriela Paula de Souza
Karinne Ramos de Souza
Caroline Robaina de Barros
Antônio José
- Reação do Acetileno com Nitrato de Prata Amoniacal:
H−C≡C−H + AgNO 3 → H−C≡C−Ag + HNO (^3)
e) Pesquise a respeito da oxidação branda e enérgica de alquinos:
Oxidação por KMnO (^4)
Oxidação branda - Nessa reação, a tripla ligação não chega a se romper, e aos carbonos são adicionados oxigênios. Os produtos dependem dos tipos de carbono iniciais. Geralmente resulta um aldeído ou uma função mista, como no exemplo abaixo - um cetoaldeído:
Oxidação enérgica - A oxidação enérgica dos alquinos por permanganato segue uma reação semelhante à oxidação enérgica dos alquenos. Carbonos primários dão CO 2 e H (^) 2O,
secundários dão ácidos carboxílicos e terciários, cetonas.
Síntese e Propriedades do Oxigênio
a) Equacione a reação de obtenção do oxigênio em laboratório, balanceando-a.
MnO 2 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 → MnSO 4 + 2 H 2 O + O 2
b) O que você notou ao colocar um palito em brasa em contato com o oxigênio?
O oxigênio reativa a chama do palito devido a seu poder comburente.
c) O que você notou ao colocar o carvão em brasa em contato com o oxigênio?
O oxigênio reativa a brasa do carvão.
d) O que você notou ao inserir enxofre inflamado no tubo,colocando-o em contato com o oxigênio?
O oxigênio se combinou ao enxofre (S) e houve a produção de dióxido de enxofre (SO2).
e) Equacione a reação de combustão do Enxofre.
S(s) + O 2 →SO (^2)
f) Calcular o volume de O2 que se desprende na CNTP na disposição de 2g de cloreto de potássio.
Dados: 2KClO 3 + MnO 2 KCl + 3O (^2)
K=39 Cl=35.5 O=16 1 mol CNTP=22.4 L
1 mol KClO3 _____ 122,5 g
X _____ 2g
X= 0,0163 mol de KClO
2 mols KClO3 _____ 3 mols O
0,0163 mol _____ Y
Y= 0,02448 mol O
1 mol O2 CNTP ______ 22,4 L
0,002445 mol ______ V
V= 0,55 L de O
