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Preparação e Propriedades do Oxigênio Os elementos do grupo 16 são comumente denominados calcogênios, nome que significa “formadores de cais”, como eram antigamente chamados os óxidos. Os calcogênios possuem caráter metálico menos intenso que os elementos que se encontram no grupo 15, ou inferior; o oxigênio e o enxofre são os que possuem maior caráter não metálico do grupo. Estes elementos possuem configuração eletrônica da camada de valência igual a s^2 p 4 , e apresentam a capacidade de formar pelo menos um íon com carga negativa igual a -2. O polônio é o único elemento deste grupo que não forma íon com carga -2. Esses elementos também formam compostos contendo duas ligações covalentes (pares eletronicos), como o H 2 O, F 2 O, Cl 2 O, H 2 S e SCl 2. Quando o atomo do calcogênio é o menos eletronegativo na molécula, por exemplo, no SCl 2 , (eletronegatividade do S= 2,5 e a do Cl= 3,5), o S se encontra em estado de oxidação (+II). Alem disso os elementos S, Se e Te podem estar nos estados de oxidação (+IV) e (+VI), sendo que estes são mais estáveis que o elemento no estado (+II).
Abundância: O oxigênio é o elemento mais abundante de todos os elementos. Ele existe na forma livre, como moléculas de O 2 , perfazendo 20,9% em volume e 23% em peso na atmosfera. O oxigênio constitui 46,6% em peso da crosta terrestre, sendo o principal constituinte dos silicatos minerais.
Obtenção de oxigênio: O oxigênio é obtido industrialmente pela destilação fracionada do ar liquido. A maior parte de O 2 é utilizada na fabricação de aço. O gás é produzido dessa
maneira geralmente contém pequenas quantidades de N 2 e de gases nobres, principalmente argônio. Cilindros de aço contendo O 2 comprimidos são usados para muitas finalidades, inclusive na solda oxiacetilênica e no laboratório. O O 2 é administrado juntamente com um anestésico em operações cirúrgicas. As vezes é preparado em pequna escala, em laboratório, pela decomposição térmica do KClO (^3) (com MnO 2 como catalisador), embora o produto possa conter pequenas
quantidades de Cl 2 ou ClO 2. Pequenas quantidades de O 2 são produzidas pelo aquecimento de NaClO 3 , como fonte emergencial de oxigênio em aviões (1).
2KClO 3 2 KCl + 3O 2
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. A reação espontânea de qualquer substância com o oxigênio é denominada oxidação (termo que também designa qualquer processo na qual uma substância perde elétrons). Quando a reação é imediata e produz calor e luz, chama-se combustão. São exemplos de processos de oxidação a corrosão do ferro e a putrefação da madeira, que formam óxidos de ferro e de carbono, respectivamente. A queima da madeira gera os mesmos produtos de sua putrefação: dióxido de carbono e água. Os fenômenos de combustão podem ser espontâneos e, em substâncias como o carvão betuminoso, provocar incêndios em virtude da reação instantânea entre oxigênio, carbono e hidrogênio. O ozônio (O 3 ), outra forma molecular de oxigênio puro, com uma elevadíssima reatividade, é também um composto de grande importância. Pode ser utilizado como oxidante e é um dos principais constituintes da camada superior da nossa atmosfera, a conhecida “camada de ozônio”, que nos protege da radiação exterior. O ozônio é também um componente importante, pela negativa, na poluição atmosférica causada pelo trânsito automóvel, sendo a concentração de ozônio um dos parâmetros mais importantes na medição da qualidade do ar nas cidades. Uma classe relevante de compostos de oxigênio é a dos óxidos. De fato, o oxigênio forma compostos binários com quase todos os elementos da tabela periódica (com exceção dos gases nobres mais leves). As propriedades dos óxidos são tão variadas como as dos elementos que os constituem em par com o oxigênio. A própria água é um óxido, o óxido de hidrogênio, e uma grande parte da crosta terrestre são
Objetivos Obter o gás oxigênio por reações de decomposição e de óxi-redução e testar experimentalmente as suas propriedades oxidantes.
Procedimento experimental a) Materiais utilizados
- Dióxido de manganês em pó;
- Tubos de ensaio;
- Bico de Bunsen;
- Pedaço de madeira;
- Permanganato de potássio em pó;
- Peróxido de hidrogênio 20 volumes;
- Funil de decantação;
- Kitasato;
- Rolhas;
- Mangueira de borracha;
- Cuba de vidro;
- Tubo de vidro dobrado;
- Suporte universal;
- Garra;
- Lã de aço;
- Cabo de Colin;
- Enxofre em pó;
- Espátula;
- Papel indicador de pH.
b) Procedimento Obtenção do oxigênio pela decomposição térmica do dióxido de manganês Adicionou-se uma pequena quantidade de MnO 2 ao tubo de ensaio, e aqueceu-se o tubo na chama do bico de Bunsen. Durante o aquecimento do MnO 2 , queimou-se na chama também a ponta do pequeno pedaço de madeira, até torná-lo incandescente. Assim que se observou a coloração vermelho-incandescente na
ponta da madeira, ela foi colocada dentro do tubo de ensaio, observando-se as alterações ocorridas.
Obtenção do oxigênio a partir do permanganato de potássio e peróxido de hidrogênio O kitasato, contendo permanganato de potássio, foi preso ao suporte universal por meio da garra, e foi tampado com uma rolha com orifício. Neste orifício, foi acoplado o funil de decantação, contendo peróxido de hidrogênio. À saída lateral do kitasato, foi presa a mangueira de borracha, encaixando-se o tubo de vidro dobrado ao final da mangueira. A cuba foi preenchida com água, e o tubo de vidro dobrado foi mantido submerso. Para obter-se o oxigênio, abriu-se a torneira do funil de decantação, fazendo com que o peróxido de hidrogênio reagisse com o permanganato de potássio, enquanto que o gás foi recolhido em dois tubos de ensaio, com a abertura imersa na água e, em seguida, rapidamente arrolhados.
Caracterização do oxigênio - propriedades oxidantes
- Oxidação do ferro: Usando-se um cabo de Colin, prendeu-se um pequeno pedaço de lã de aço na ponta do cabo, e levou-se à chama do bico de Bunsen, a fim de fazê-lo entrar em combustão. Assim que a lã de aço apresentou coloração vermelho-intensa, devido à combustão, ela foi retirada da chama e colocada dentro de um dos tubos de ensaio contendo oxigênio recolhido, observando-se as transformações ocorridas.
- Oxidação do enxofre: Com uma espátula, pegou-se uma pequena quantidade de enxofre em pó, e levou- se à chama, na ponta da espátula, fazendo-a entrar em combustão. Assim, que a combustão na chama foi completada, transferiu-se o produto formado para o segundo tubo de ensaio contendo oxigênio previamente recolhido. Em seguida, adicionou-se água, e mediu-se, com o papel indicador, o pH da solução formada. Em uma segunda etapa, queimou-se um pequeno pedaço de fita de magnésio na chama, e, após a combustão completa, a fita foi colocada em um tubo de ensaio. Em seguida, adicionou-se uma pequena quantidade de água destilada ao tubo, com algumas gotas de fenolftaleína, observando-se as transformações ocorridas e comparando-se com a primeira etapa do experimento.
apesar de o oxigênio apresentar, na reação, tanto características de redução (do nox -1 para -2) quanto de oxidação (do nox -1 para 0), como o manganês está sofrendo redução, considera-se somente o processo de oxidação para o oxigênio (método pelo qual foi possível balancear a equação). Pela equação, pode-se observar que há grande produção de oxigênio, pois para 3 mols de H 2 O 2 e 2 mols de KMnO 4 , formam-se 3 mols de O (^) 2.
Propriedades oxidantes do oxigênio
- Oxidação do ferro Ao aquecer um pedaço de palha de aço na chama, ela oxida-se formando oxido de ferro, sendo essa reação uma reação endotérmica. Observa-se também que, quando a palha de aço é exposta à chama, ela queima, ficando vermelha e incandescente, devido à liberação de energia. Quando ela foi colocada na entrada do tubo contendo maior concentração de oxigênio, ela oxidou mais fortemente e mais rapidamente, e o que foi observado foi o aumento da incandescência da palha de aço, sendo que o oxigênio reagiu facilmente com a palha de aço, transformando o ferro presente na palha de aço em oxido de ferro. Segue a reação descrita abaixo:
2 Fe + O 2 Fe 2 O 3
- Oxidação do enxofre Quando se expõe enxofre puro na chama, ocorre sua combustão e tem-se a formação do dióxido de enxofre, pela reação do oxigênio presente no ar. Durante esta combustão, observa-se a chama azul-violeta, característica da produção de SO 2. A reação é descrita por:
S (^) (s) + O (^) 2(g) → SO2(g)
Ao transferir-se o dióxido de enxofre formado para o tubo contendo oxigênio puro, há uma nova reação com o oxigênio, formando o trióxido de enxofre:
SO2(g) + O (^) 2(g) → SO3(g)
Quando se adiciona água a este gás, o gás reage com a água, formando o ácido sulfúrico:
SO3(g) + H 2 O(l) → H 2 SO (^) 4(aq)
Devido à formação do ácido, que é um ácido forte, tendo dois hidrogênios ionizáveis, é que o papel indicador ficou vermelho, indicando caráter ácido da solução.
- Oxidação do magnésio Ao aquecer-se a apara de magnésio na chama, tem-se a formação do óxido de magnésio, pela reação do magnésio metálico com o oxigênio presente no ar, em uma reação exotérmica. Também se observa um brilho intenso, devido à liberação de parte da energia recebida durante o aquecimento. Após a reação, nota-se a formação de uma camada de uma substância em forma de pó branco em torno de toda a apara, caracterizado pela formação do óxido. A reação ocorrida é: Mg (^) (s) + O2(g) MgO (^) (s)
Quando colocado água no tubo onde a apara contendo o óxido de magnésio, há a formação do hidróxido, Mg(OH) 2 , pela reação:
MgO (^) (s) + H 2 O(l) → Mg(OH) (^) 2(aq)
Para confirmar a formação do hidróxido, colocou um pedaço de papel de tornassol, que indicou a presença de uma substância básica, pela coloração azul apresentada. Comparando-se as duas etapas, com a combustão do enxofre e do magnésio, nota-se que nos dois casos, as substâncias reagiram com o oxigênio e posteriormente com a água, porém, apresentaram pH’s diferentes, sendo um básico e o outro ácido. Isso ocorre porque o enxofre é um ametal, que, ao reagir com o oxigênio, forma óxidos ácidos, capazes de reagir com a água formando ácidos. Já o magnésio, como é um metal alcalino, reage com o oxigênio formando um óxido básico, capaz de formar uma base ao reagir com a água.
