Praticas pedagógicas de química, Manuais, Projetos, Pesquisas de Práticas e Gestão de Laboratórios

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Índice Introdução................................................................................................................................. 3 Objetivo geral............................................................................................................................ 3 Objetivos específicos.................................................................................................................. 3 Metodologia............................................................................................................................... 3 Fundamentação teórica............................................................................................................ 4 8a classe....................................................................................................................................... 4 Obtenção laboratorial de hidrogénio...................................................................................... 4 Obtenção industrial de hidrogénio.......................................................................................... 4 Obtenção laboratorial de oxigénio.......................................................................................... 4 Obtenção industrial de oxigénio.............................................................................................. 5 Identificação de oxigénio.......................................................................................................... 6 Unidade temática IV: cloro e os elementos do VII grupo principal..................................... 6 Obtenção laboratorial do cloro................................................................................................6 Obtenção do ácido clorídrico................................................................................................... 6 Unidade temática V: enxofre e os elementos do VI principal............................................... 7 Obtenção industrial de enxofre (método de Frasch, Calcaroni e a partir dos seus compostos FeS2 e H2S).............................................................................................................. 7 5ª Unidade temática: Enxofre e os elementos do VI Grupo principal................................. 7 Ácido sulfúrico: Obtenção industrial pelo método de contacto............................................8 Unidade temática VI: Nitrogénio e os elementos do V grupo principal...............................8 Obtenção laboratorial do nitrogénio.......................................................................................8 Obtenção industrial de ácido nítrico (processo de Ostwald)................................................ 8 Unidade temática I: Carbono e os elementos do IV grupo A................................................9 Obtenção laboratorial do dióxido de carbono........................................................................9 Unidade temática III: hidrocarbonetos.................................................................................. 9 Obtenção do metano................................................................................................................. 9 Obtenção laboratorial do etino.............................................................................................. 10 1 Unidade temática IV: álcoois e fenóis....................................................................................11 Obtenção do metanol industrial.............................................................................................11 Obtenção industrial do etanol................................................................................................11 Unidade temática V: aldeídos e cetonas................................................................................ 12 Obtenção dos aldeídos............................................................................................................ 12 Unidade temática VI: ácidos monocarboxílicos e esteres....................................................13 Obtenção de esteres.................................................................................................................13 Conclusão.................................................................................................................................14 Referências bibliográficas...................................................................................................... 15 2 Ex: 2H2O2(l) → 2H2O2(l) + O2(g) Obtenção industrial de oxigénio O oxigénio é obtido, na industria, tomando como matéria-prima a agua ou o ar atmosférico. Para tal são adotados como métodos s eletrolise da água e a destilação fracionada. (AFONSO, 2017) Eletrolise da água A eletrolise é a decomposição de substâncias por ação de corrente elétrica. Quando se submete a água a ação da corrente elétrica, ocorre a sua decomposição em substâncias elementares de oxigénio e de hidrogénio. A equação química que traduz o processo da eletrólise da água é: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) A eletrolise é um processo muito caro dado o custo elevado da energia elétrica. Assim sendo são poucos os países que recorrem a este método para a obtenção do oxigénio. Destilação fracionada do ar A destilação é um dos métodos de separação de componentes de misturas homogéneas, baseado na diferença de temperatura de ebulição dos componentes. O oxigénio ocorre na forma livre na livre na atmosfera, misturado com outros gases que compõem o ar, como o azoto, o vapor de água, o dióxido de carbono, ente outros. Procedimentos para obtenção do oxigénio a partir dos gases: Captação do ar atmosférico com auxilio de maquinaria especializada, introduzindo-o em recipientes adequados. Eliminação de dióxido de carbono e vapor de água. Compressão e resfriamento do ar (a temperatura de cerca de 200 0C) ate se transformar em líquido. Destilação fracionada Mediante sucessivas passagens do ar estes processos, obtém-se o oxigénio com cerca de 99,5% de pureza, que é depois armazenado sob pressão em garrafas ou botijas metálicas e depois é distribuído pelos sectores de consumo. 5 Identificação de oxigénio O oxigénio identifica-se pela característica que tem de avivar a chama de ardor de substâncias, isto é, por ser um gás comburente- alimenta as combustões. (AFONSO, 2017) 9a classe Unidade temática IV: cloro e os elementos do VII grupo principal Obtenção laboratorial do cloro No laboratório o cloro pode ser obtido a partir de: Aquecimento de ácido clorídrico concentrado com dióxido de manganês Ex: 4HCl (aq.) + MnO2 (s) → MnCl2 (aq) +2H2O (l) + Cl2 (g) Reção de cloreto de potássio e o ácido clorídrico concentrado. Ex: KClO3(s) + 6HCl(aq.) → KCl(aq) + 3H2O(l) + 3Cl2(g) Identificação do cloro O cloro é identificado pela coloração esverdeada com cheiro irritante. Obtenção do ácido clorídrico O ácido clorídrico puro e concentrado é uma solução incolor, fumegante mais densa que a água (densidade = 1,19 g/cm3, que corresponde a 38 % de HCl em massa). O gás clorídrico é preparado em laboratório pela reação: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl Depois o cloreto de hidrogénio é dissolvido com água: HCl + H2O → HCl Industrialmente pode se efetuar a mesma reação, ou melhor, ainda, atingir sua segunda etapa com maior aquecimento: (SILVA, 2017) NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl 6 Unidade temática V: enxofre e os elementos do VI principal Obtenção industrial de enxofre (método de Frasch, Calcaroni e a partir dos seus compostos FeS2 e H2S). Processo de Calcaroni Consiste em queimar enxofre (mineiro) na superfície dos antigos vulcões, em forma de plano inclinado e é recolhido em moldes. Este não exige grande tecnologia e é barato, com tudo cerca de 1/3 do enxofre e desperdiçado durante a combustão. O enxofre obtido tem elevado grau de impureza. Método de Frasch Consiste em introduzir, ate aos jazigos do mineiro, três tubos que se interpenetram. Pelo tubo mais externo introduz-se vapor de agua sobre aquecido a pressão elevado, cuja função e fundir o enxofre no jazigo. Pelo tudo mais interno introduz-se ar comprimido, o qual vai formar uma espuma leve com o enxofre fundido. Esta espuma sobe pelo tubo intermedio e recolhido em caixotes de madeira. O produto, assim obtido, tem apenas 0,5% de impurezas e, por isso, não precisa de refinação. Método industrial consiste em separar o enxofre dos compostos onde faz parte por aquecimento A partir da pirite. Ex: FeS2 → S + FeS A partir da oxidação do sulfureto de hidrogénio Ex. 2H2S +O2 →2S + 2H2O Ácido sulfúrico: Obtenção industrial pelo método de contacto Entre as formas de obtenção do ácido sulfúrico pela indústria, a principal utiliza três etapas: 1ª) Obtenção do dióxido de enxofre (SO2(g)): Geralmente se utiliza a pirita ou marcassita (FeS2), que é um mineral. Ela é pulverizada, peneirada, misturada com água e colocada em um forno de ustulação, que queima seus sulfetos pela passagem contínua de ar quente, segundo a reação: 7 Obtenção laboratorial No laboratório, o metano é obtido pela reação entre carboneto de alumínio e a água ou pela fusão de acetato de sódio com uma mistura de hidróxido de sódio e óxido de cálcio: Al4C3 + 12H2O →3CH4 + 4Al (OH)3 CH3COONa + NaOH / CaO CH4 + Na2CO3 + CaO Obtenção do etileno Obtenção industrial do etileno O etileno é preparado industrialmente através da desidrogenação de etano. A desidrogenação ocorre a uma temperatura entre 500o C e 750 o C utilizando catalisadores como óxido de cromo, de molibdénio, de vanádio. Ex: H3C-CH3 H2C=CH2 + H2 Desidratação do álcool etílico Ex: H3C-CH2-OH H2C=CH2 + H2O Obtenção laboratorial do acetileno As matérias-primas utilizadas no fabrico de etino são: o calcário, carvão mineral e a água, onde ocorre em três fases de acordo com os seguintes equações químicas a seguir: 1a fase: CaCO3 CaO + CO2 2a Fase: CaO + 3C CaC2 + CO 3a Fase: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 Obtenção laboratorial do etino No laboratório o acetileno é obtido a partir da hidrólise de carboneto de cálcio: Ex: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 (CUCO & MONJANE, 2017) Unidade temática IV: álcoois e fenóis Obtenção do metanol industrial O metano é obtido a partir do carvão, pela reação do gás de síntese a uma temperatura de 10000C. 10 C(carvao) + H2O CO + H2 CO + 2H2 CH3 - OH Obtenção industrial do etanol Industrialmente o etanol é obtido através de dois processos: 10: hidratação catalítica do eteno O eteno que se obtém, por exemplo, pelo cracking do petróleo pode ser transformado em etanol, bastando para tal faze-lo reagir com água em meio com ácido sulfúrico. Ocorre uma reação de adição com rompimento da ligação dupla. (CUCO & MONJANE, 2017) H2C=CH2 + H2O CH3 – CH2 – OH 20 Fermentação alcoólica Em muito países agrícolas, o álcool etílico é obtido a partir da cana-de-açúcar. Assim, o melaço obtido no processo de produção de açúcar a partir da cana-de-açúcar é usado na produção de etanol contido nas bebidas alcoólicas. Etapas industriais para produção do álcool etílico 10 Lavagem e moagem da cana-de-açúcar; 20 Extração do caldo; 30 Tratamento do caldo para produção do álcool; 40 Fermentação do caldo; 50 Destilação do vinho; 60 Retificação; 70 Desidratação- álcool anidro ou hidratado. A fase da fermentação da sacarose do caldo ocorre naturalmente em condições aeróbias ou, então, na ausência do oxigénio, catalisadas por enzimas de microrganismos anaeróbios. Na presença da sacarose, os microrganismos produzem uma enzima denominada invertase, que catalisa a hidrólise da sacarose, produzindo a glicose e a frutose. C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 11 Por ação de outras enzimas, também produzidas por microrganismo, a glicose e a frutose transformam-se em etanol, com a libertação do dióxido do carbono, segundo a reção química: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 (CUCO & MONJANE, 2017) Unidade temática V: aldeídos e cetonas Obtenção dos aldeídos Artificialmente os aldeídos são obtidos de várias formas. As mais usuais são: Oxidação direta dos hidrocarbonetos Ex: CH3 – CH2 – CH3 + O2 CH3 – CH2 – CHO + H2O Hidratação doa alcinos CHCH +H2O → CH2 → CH3 – CHO Identificação dos aldeídos Obtenção das cetonas As cetonas podem ser obtidas artificialmente de várias formas. As formas mais usuais são: Oxidação ou desidrogenação de álcoois secundários CH3 CHOH – CH3 + ½ O2 CH3 CO –CH3 +H2O Hidratação dos alcinos CH3 CCH +H2O CH3 COH CH2 CH3 CO –CH3 Identificação dos aldeídos e das cetonas Os aldeídos são identificados a partir das reações dos quais se salientam o reagente de Tollens e o reagente, solução ou licor de Fehleing. Unidade temática VI: ácidos monocarboxílicos e esteres Obtenção de esteres Os esteres podem ser obtidos por: Esterificação direta Reação lenta e reversível, catalisada em meio acido, com rendimento na ordem de 60% CH3 COOH + CH3 OH CH3 COO CH3 +H2O (CUCO & MONJANE, 2017) 12