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Relatório sobre experimentos realizado: Leis das Combinações
Tipologia: Notas de estudo
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Estequiometria – Leis das Combinações
Curso: Licenciatura Plena em Química. Departamento de Química (DQ). Disciplina: Química Experimental LI. Turma: LQ3 – Vespertino. Docente: Ivoneide de Carvalho Lopes Barros Colaboradores: Anne Katarine Guilherme Vieira Helena Lorena José Felipe de Barros
Recife, 29 de maio de 2019.
INTRODUÇÃO
As substâncias químicas são representadas por suas fórmulas moleculares, estruturas ou eletrônicas. A partir da análise da composição de uma substância desconhecidas é possível determinar os elementos que a constitui e em quais proporções eles se encontram o que evidência que a química não é apenas uma ciência qualitativa, mas também quantitativa, a esse último é dado o nome de estequiometria. Os cálculos estequiométricos relacionam a quantidade de massa, de matéria, números de partículas, entre outras grandezas das substâncias que estão envolvidas em uma reação química, que são proporcionais aos coeficientes estequiométricos da reação (os números que multiplicam todas as fórmulas químicas de uma equação química), que indicam a quantidade relativa de uma substância que reage ou é produzida. Os cálculos estequiométricos são fundamentais em todas as reações químicas, pois torna possível mensurar e prever a quantidade de produtos que será formado, a partir da quantidade de reagentes conhecidos. A observação de várias rações químicas e a relação quantitativa de grandezas físicas (quantidade de massa, matéria, partículas, volume, entre outras), levaram os cientistas a princípios, conhecidos como Leis de combinações químicas, sendo o cálculo estequiométrico consequência dessas leis. As Leis das combinações químicas são divididas como Leis Ponderais , que relacionam as massas dos participantes de uma reação, e Leis Volumétricas , que relacionam os volumes dos participantes das reações. As Leis ponderais mais importantes foram, a Lei de Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier (como mostra a Figura I ) , onde diz “ Em um sistema fechado, quando duas ou mais substâncias reagem entre si, a massa total permanece constante, isto é, a somadas massas dos reagentes é igual a dos produtos ”, também conhecida pela frase “ Na natureza nada se cria, nada se forma, tudo se transforma. ”
Figura I. Representação da Lei de Lavoisier. A massa do produto é a mesma dos reagentes. Fonte: Química Legal (2019).
OBJETIVOS
Reconhecer a existência de proporções fixas e definidas entre as quantidades de reagentes nas reações químicas; Fazer uso de equações químicas para efetuar cálculos estequiométricos.
MATERIAIS E REAGENTES
4 béqueres de 50 mL; Balança semi-analítica; Papel filtro; Funil; Erlenmeyer; 4 pipetas graduadas; Lã de aço; 2 cápsula de porcelana; Béquer de 400 mL; Fósforo; 05 tubos de ensaio; Estante de Tubos Solução de KI 0,5 mol/L; Solução de Pb(NO 3 ) 2 0,5 mol/L; Solução de sulfato de cobre (CuSO4(aq)); Solução de hidróxido de sódio (NaOH(aq)); Álcool, C 2 H 6 O(l); Carbonato de cálcio (CaCO3(s)); Vinagre (CH 3 COOH(aq)); Lã de aço;
chama até que a chama apagou-se espontaneamente. Anotaram-se todas as observações experimentais.
B.1.1 Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão. Com o auxílio de uma pipeta graduada, foi adicionado a um béquer cinco mililitros (5mL) de álcool etílico (C 2 H 6 O), em seguida foi vertido os mililitros (5mL) de C 2 H 6 O numa capsula de porcelana, logo pegou-se um palito de fósforo aceso e colado em contato com o álcool, que entrou em combustão, em seguida foi pego um béquer de quatrocentos mililitros (400mL) e colocou-se sobre a cápsula de porcelana, de modo a cobri-la, o mesmo foi deixado em chama até que a chama apagou-se espontaneamente. Anotaram-se todas as observações experimentais.
B.2. Reação de Iodeto de Potássio em Nitrato de Chumbo. Foram utilizados cinco (5) tubos de ensaio, que com o auxílio de uma pipeta foram adicionados quatro mililitros (4mL) de iodeto de potássio em cada um, todos foram enumerados. Em seguida, de acordo com a tabela foi-se adicionando quantidades variáveis da solução de nitrato de chumbo (II). Os tubos de ensaio foram homogeneizados de modo que o KI não ficasse aderido às paredes dos tubos. Posteriormente, os tubos foram deixados em repouso para que depois pudesse medir a altura do precipitado formado. Foi pego cinco (5) papeis filtros, todos eles foram enumerados e pesados, logo após foi montado um sistema de filtração simples, onde foi realizada a filtração do sólido formado nos tubos de ensaio, os papeis filtros enumerados e com seus respectivos sólidos foram deixados para secar (por um dia), que logo foram pesados. Anotaram-se todas as observações experimentais.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A.1. Formação de um Precipitado. O resultado da pesagem dos béqueres, realizada em conjunto, pode ser observada na Tabela I. Ao misturar a solução de NaOH, líquido incolor, com a solução de CuSO 4 , líquido azul, observou-se a ocorrência de reação, pois pôde-se ver partículas azuis submersas no sistema, quando o sistema foi deixado em repouso essas partículas precipitaram-se, caracterizando um sistema heterogêneo, como mostra a Figura A..
Figura A.1 Sistema Heterogêneo. Fonte: Barros et al.(2019)
As partículas observadas são resultado do reagrupamento dos íons dissolvidos nas soluções de NaOH e CUSO 4 , a qual, formam-se o hidróxido de cobre II [Cu(OH) 2 ], uma substância alcalina, que em temperatura ambiente encontra-se como um sólido gelatinoso azul, insolúvel em água, o que explica as partículas azuladas submersas observadas no experimento , e o sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ), um sal solúvel em água. Ao fim da reação, foi feita uma nova pesagem, dos dois béqueres, a qual o resultado pode ser observado na Tabela I.
Tabela I. Massa dos Conjuntos (Béqueres + Soluções) Massa do Conjunto Antes da Mistura (g) 89, Massa do Conjunto Depois da Mistura (g)
Quando o vinagre entra em contato com o carbonato de cálcio, há formação de água (H 2 O) e gás carbônico (CO 2 ), esse último responsável pelo desprendimento gasoso observado no experimento, e formando o acetato de cálcio [Ca(C 2 H 3 O 2 ) 2 ], sal orgânico, solúvel em água. A reação ocorreu em sistema aberto, o que explica a diminuição na massa final da reação, mesmo sendo mínima (que pode ser observada na Tabela II ), já que um dos produtos é um gás (CO 2 ) e o sistema por ser aberto possibilita a troca de energia e matéria com o ambiente. Caso a reação ocorresse em sistema fechado, a Lei de Lavoisier ficaria mais evidente, pois seria possível medir a massa do CO 2 que foi desprendido do sistema. A reação química entre o vinagre e do carbonato de cálcio com seus respectivos coeficientes estequiométricos podem ser observados abaixo:
A.3. Combustão da Lã de Aço. O resultado da pesagem do conjunto (cápsula de porcelana e lã de aço) pode ser observado na Tabela II. Em seguida iniciou-se a combustão da lã de aço, como pode ser vista na Figura A..
Figura A.3 Combustão da Lã de Aço. Fonte: Barros et al.(2019) Observou-se que durante a queima da lã de aço, alguns resíduos começaram a desprender-se. A combustão faz com que as finas fibras de ferro
Tabela II. Massa dos Conjuntos (Béqueres + Substâncias) Massa do Conjunto Antes da Mistura (g) 104, Massa do Conjunto Depois da Mistura (g)
reajam rapidamente com o oxigênio do ar, resultando em óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) e calor. Logo após, pesou-se novamente o conjunto, o resultado pode ser observado na Tabela II.
Com o resultado do procedimento ( Tabela II) pode-se observar uma pequena diferença para menos no resultado final, pois houve uma perca de massa, o que pode ser explicado pelo fato de ao retirar os fósforos que ficaram na cápsula, também retirou-se um pouco do Fe 2 O 3 (pequenas partes desprendidas da lã de aço) resultado da combustão, dando essa diferença no resultado final. Caso não houvesse tido perca de massa, a combustão da lã de aço resultaria numa massa final maior que a massa da lã de aço. Satisfazendo a Lei de conservação das massas ou Lei de Lavoisier, - em uma reação química a massa dos reagentes é igual a massa dos produtos, ou seja, a massa é conservada -, considerando-se que esta reação deu-se em um sistema aberto, havendo uma troca de energia com o meio, ou seja, o oxigênio fez parte do sistema inicial e também parte do sistema final. A equação da reação de combustão da lã de aço, com seus respectivos coeficientes, podem ser observados abaixo:
PARTE B. COMPROVAÇÃO DA LEI DE PROUST.
B.1. Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão. Pôde-se observar que o álcool etílico (C 2 H 6 O) em contato com a chama do palito de fósforo começou a queimar, o que caracterizou uma reação de combustão (Como poder ser observado na Figura B.1 ). Em um sistema aberto
Tabela II. Massa do Conjunto (Cápsula de Porcelana + Lã de Aço)
Massa do Conjunto Antes da Combustão (g) 116,
Massa do Conjunto Depois da Combustão (g) 116,
B.1.1 Investigação Sobre Reagentes e Produtos da Reação de Uma Combustão. O procedimento anterior foi repetido, mas não foi deixado que a chama proveniente da reação do álcool com o gás oxigênio ficasse em sistema aberto, foi colocado um béquer de quatrocentos mililitros (400mL) sobre a chama, cobrindo-a, criando um sistema fechado (como mostra a Figura B.1.1 ), o que resultou no apagamento da chama depois de mais ou menos quatro segundos (4s).
Figura B.1.1 - Reação de Combustão do Álcool Etílico em Sistema Fechado. Fonte: Barros et at.(2019).
A reação de combustão precisa de combustível e comburente para que possa ocorrer, se um dos dois é cessado a reação é interrompida, o que se pôde observar quando a reação foi colocada dentro do sistema fechado, impedindo a entrada de gás oxigênio (comburente) no sistema, o que explica a chama ser apagada. A reação de combustão consumiu todo oxigênio que ficou dentro do sistema, resultando no apagamento da chama.
B.2. Reação de Iodeto de Potássio em Nitrato de Chumbo. Foi observado que na medida em que adicionava-se iodeto de potássio (KI) na solução de nitrato de chumbo (II) [Pb(NO 3 ) 2 ] ia-se formando um sólido amarelado, como pode ser observador na Figura B..
Figura B.2. Nitrato de Chumbo em Contato com Iodeto de Potássio. Fonte: Barros et at.(2019). Em cada tubo de ensaio que continha volumes constantes de Pb(NO 3 ) 2 , foram adicionados volumes variados de KI, de modo que quando ia-se aumentando o volume de KI e consequentemente o números de mols, a altura do precipitado também aumentava, junto com sua massa. Os resultados obtidos experimentalmente são observados na Tabela III. Tabela III. Resultados Experimentais Tubo de Ensaio
Volume (mL) de Iodeto de KI 0,5mol/L
Volume (mL) de Pb(NO 3 ) 2 0,5 mol/L
Altura aproximada (cm) do precipitado formado
Massa do papel filtro (g)
Massa do papel filtro + precipitado (g)
Massa formada do precipitado (g)
Quando o tubo 4 e 5 é comparado com o tubo 3, nota-se que a massa do precipitado formado no tubo 3 é maior do que os outros dois, isso se deu por erro operacional, pois durante a filtração passou-se uma pequena quantidade para o filtrado, o que ocasionou essa diferença. Levando em consideração o experimento observado e a Lei de Proust de proporcionalidade das substâncias, tem-se que para que haja uma reação onde todo
CONCLUSÃO
As leis das combinações químicas são de fundamental importância para o entendimento das relações entre massa, partículas, volume, quantidade de matérias, entre outros. Nos experimentos realizados pode-se ter contato com duas das leis ponderais mais conhecidas, a de conservação da massa e a das proporções constantes, sendo responsáveis pela formulação dessas leis os cientistas Lavoisier e Proust, respectivamente. Sendo elas bases para outras teorias, entre elas o cálculo estequiométrico, tornando possível prever e mensurar a quantidade de substâncias que reagem e a quantidade de produto que serão formados a partir dos reagentes. Com os experimentos foi possível reconhecer qual o melhor sistema para poder mensurar a quantidade de reagentes e produtos a depender do estado físico dos mesmos, sistemas esses que podem ser aberto, fechado ou até mesmo isolado. O que evidencia o quão importante é apropriar-se das leis ponderais e dos cálculos estequiométricos.
QUESTIONÁRIO
R: A lei de Proust pôde ser observada no experimento B.2, feito em laboratório. No experimento B.2 quando era adicionado quantidades de Pb(NO 3 ) 2 na solução de KI (que estava em volume constante) o precipitado formado aumentava proporcionalmente, provando a lei de Proust..
R: A Lei de Proust ou a Lei das proporções definidas diz que: “dois ou mais elementos, ao se combinarem para formar substâncias, conservam entre si proporções definidas”.
Ex:
Experiência 1:
Experiência 2:
Nota-se que para cada átomo de carbono que reage com uma molécula de oxigênio é produzido uma molécula de gás carbônico, ou seja, a proporção das massas na primeira experiência é de 6:16:22, enquanto no segundo é 12:32:44, os valores das massas aumentaram de maneira proporcional.
