reações químicas

CENTRO DE ENGENHARIAS E
CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE QUÍMICA - LICENCIATURA
INSTRUMENTAÇÃO PARA O ENSINO
DE QUÍMICA
SÉRIE: EXPERIÊNCIAS DEMONSTRATIVAS
REAÇÕES QUÍMICAS
ORGANIZAÇÃO: Márcia Adriana Warken Magalhães
ORIENTAÇÃO: Profa Márcia Cunha
2001
INTRODUÇÃO
OBJETIVO
A experimentação em sala de aula, é uma boa forma de tornar
a aula mais interessante, menos rotineira e de fazer com que
os alunos compreendam melhor, por exemplo, uma reação
química, ou seja, faz – se a mistura adequada dos reagentes e
a partir dos resultados observados, procura – se esquematizar
a reação, tornando o conteúdo menos abstrato.
Para duas substâncias reagirem quimicamente é necessário
que duas moléculas sejam postas no melhor contato possível.
É por isso que se pulverizam os reagentes sólidos ou se
procura dissolver os mesmos em água ou outro solvente
apropriado. Mas, é necessário que haja afinidade química
entre os reagentes, pois existem reagentes “mais reativos” e
outros “menos reativos”.
Os experimentos que se pretende trabalhar nesse módulo, são
relativos a ocorrência de reações de dupla troca, que são
reações em que duas substâncias compostas reagem
trocando um de seus elementos e produzindo duas novas
substâncias compostas, conforme reação geral:
AB + CD ⇒ AD + CB
Serão verificados experimentalmente os casos em que ocorre
a formação de precipitado, desprendimento de gás, formação
de ácido volátil e formação de um eletrólito fraco.
• Abordar o conteúdo de ocorrência de reações (reações de
dupla troca), tendo como apoio a experimentação em sala de
aula, o que facilita a compreensão do conteúdo por parte dos
alunos, pois poderão relacionar a teoria com a prática.
• Utilizar em alguns casos, experimentos que envolvam a
química contextualizada e o cotidiano do aluno, para que o
mesmo possa verificar as aplicações do conteúdo em questão.
EXPERIMENTOS
REAÇÕES DE DUPLA TROCA:
1− Reações em que ocorre a formação de precipitado;
2− Reações em que ocorre desprendimento de gás;
3− Reações em que ocorre a formação de um ácido volátil;
4− Reações em que ocorre a formação de um eletrólito fraco;
EXPERIMENTOS
1− Reações em que ocorre a formação de precipitado
Experimento 1:
Material : 1 tubo de ensaio
Reagentes: NaCl 1M e AgNO3 1M
Procedimento:
•Transfira para um tubo de ensaio uma pequena quantidade
de uma solução de cloreto de sódio (incolor)
•Adicione a esta solução, algumas gotas de solução de nitrato
de prata (incolor).
Questão:
1-Considerando que se trata de uma reação de dupla troca,
indique os produtos formados após a reação e indique qual é
a substância insolúvel formada (precipitado).
Discussão: Ocorre o aparecimento de um precipitado branco,
devido a formação de AgCl, o que é uma evidência da
ocorrência da reação. Poderíamos pensar que o precipitado
formado fosse devido à formação de NaNO3. Mas, se
analisarmos uma tabela de solubilidade verificaremos que a
solubilidade do AgCl é muito menor que a do NaNO3, pois pela
regra de solubilidade temos que, todos os nitratos são
solúveis.
Reação
AgNO3 (aq)
:
+ NaCl (aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s) ↓
↓ Indica a formação de uma substância insolúvel (precipitado)
Experimento 2: Tratamento de água de piscinas ou água das
estações de tratamento ( método de floculação)
Material:
• Becker de 100ml (ou recipiente transparente semelhante)
•Espátulas (podem ser confeccionadas com tampas plásticas)
Reagentes: água, terra, Al2(SO4)3, Ca(OH)2 ,
Procedimento:
• Transfira para um becker, 30ml de água e adicione uma
ponta de espátula de terra (água suja).
•Adicionar à água suja, 1g de sulfato de alumínio Al2(SO4)3 e
agitar até dissolver.
•Acrescentar, 0,5g de hidróxido de cálcio Ca(OH)2 e agitar.
•Aguardar 10 min. e observar.
Questão:
1-Indique quais os produtos da reação entre o sulfato de
alumínio e o hidróxido de cálcio.
2-Levando em consideração as regras de solubilidade em
relação aos produtos formados, indique qual é a substância
insolúvel formada ( precipitado) e como ocorre o processo de
limpeza da água.
Discussão: O Al(OH)3 é um precipitado coloidal gelatinoso,
que se deposita no fundo do becker, arrastando consigo
impurezas sólidas. Nas estações de tratamento de água, as
comportas da base dos tanques se abrem para a eliminação
do corpo de fundo. Nas piscinas suga-se o material do fundo
com aspiradores.
OBS: Este é apenas um dos processos de tratamento da
água, pois existem ainda outras etapas de tratamento até que
se obtenha água de boa qualidade.
Reação:
Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 → 2 Al(OH)3(s) + 3 CaSO4
2− Reações em que ocorre desprendimento de gás
Simulação da ação de um antiácido no estômago:
Material:
•1 tubo de ensaio (ou frasco transparente de perfume de
aproximadamente 25 ml)
•1 balão
Reagentes utilizados: NaHCO3 sólido (antiácido) e HCl 0,1N à
1M (representa a acidez estomacal). Para a obtenção de uma
melhor visualização do resultado, sugere-se a utilização de
HCl 1M, mas deve ser deixado bem claro que a concentração
desse ácido no nosso estômago é pequena.
Procedimento:
•Transfira para um tubo de ensaio uma pequena alíquota de
solução de ácido clorídrico (HCl).
• Coloque uma pequena quantidade de bicarbonato de sódio
(NaHCO3) dentro do balão.
• Conecte o balão no tubo de ensaio e verta o conteúdo do
balão de forma que entre em contato com a solução ácida de
HCl.
Questão:
1- Considerando o princípio das reações de dupla troca,
indique os produtos da reação e o gás formado ( responsável
por encher o balão).
Discussão: Ao ser ingerido, o NaHCO3 reage com o HCl
presente no estômago, combatendo a acidez estomacal e a
azia. O resultado dessa reação é a formação de um gás
(CO2), que é evidenciado pela fato do balão encher durante a
reação, ou melhor, forma-se o H2CO3 que é um ácido muito
instável e este se decompõe à H2O e CO2.
Reação:
HCl + NaHCO3 → NaCl + H2CO3
H2CO3 → H2O + CO2(g)
2-Qual a cor da solução contida no tubo de ensaio (no qual se
encontra a presença do gás formado) ao ser adicionado o
indicador e o que significa o aparecimento desta coloração.
3 − Reação em que ocorre formação de um ácido volátil.
Nesse caso, parte-se de um ácido reagente fixo (com
alto ponto de ebulição), para obter um ácido volátil (com baixo
ponto de ebulição).
Experimento :
Formação de um ácido volátil (HCl) a partir de um ácido fixo
(H2SO4).
Material:
•Tubo de ensaio; Conta - gotas
•Tubo de ensaio (ou recipiente de injetáveis)
•Tampa de borracha com furo central
•Tubo externo de uma caneta (curvado de forma adequada)
Reagentes: NaCl (sólido), H2SO4 (concentrado), alaranjado
de metila e água
Discussão: Observa-se o desprendimento de gás, que indica a
formação do ácido volátil (HCl), o que é uma evidência da
ocorrência dessa reação. Ao se adicionar o indicador,
observa-se uma coloração vermelha, característica da
presença de ácido no meio aquoso.
Reação:
Procedimento:
•O tubo externo da caneta deve ser introduzido no furo central
da tampa de borracha e esta por sua vez, será acoplada ao
recipiente de injetáveis após a adição dos reagentes
necessários dentro do recipiente.
•Transfira para um tubo de ensaio uma pequena quantidade
de H2SO4, aproximadamente 4 ml.
•Acrescente aproximadamente duas pontas de espátula de
NaCl ao H2SO4 concentrado.
•O gás formado é canalizado (através do tubo de caneta) até
um outro tubo contendo água, para que se evite a inalação
deste gás formado. Para se comprovar a formação do ácido
no tubo receptor do gás, pode-se fazer uso de algum tipo de
indicador (alaranjado de metila).
Questão:
1-Indique os produtos da reação e destaque o ácido fixo e
volátil envolvidos na reação.
H2SO4 + 2NaCl → Na2SO4 + 2HCl
4 − Reação em que ocorre a formação de um eletrólito
mais fraco.
Pelas reações vistas até então, observou-se que sempre
tínhamos uma evidência visual de que a reação havia ocorrido.
Mas, em alguns casos de ocorrência de reação não se observa
nenhuma evidência visual, é o caso das reações envolvendo a
formação de um eletrólito fraco, ou seja, forma-se um produto
menos ionizado. Se medíssemos a condutividade elétrica antes e
depois da reação, verificaríamos uma diminuição da mesma após
a reação, já que a condutividade elétrica está relacionada com a
quantidade de íons.
Experimento 1:
Material:1 tubo de ensaio
Reagentes: NH4Cl 1M e NaOH 1M
Procedimento:
•Transfira uma pequena alíquota de uma solução de NH4Cl
para um tubo de ensaio
•Adicione algumas gotas de solução de NaOH.
Questão:
1-Esquematize a equação química envolvida na reação.
2-Indique qual é o eletrólito fraco formado e qual é a
interferência do mesmo no valor da condutividade elétrica, se
esta tivesse sido medida. OBS: Bases da família 1A e 2A e
grande parte dos sais são eletrólitos fortes.
Discussão: Aparentemente não ocorre nenhuma alteração.
Mas, se medíssemos a condutividade elétrica da solução
resultante iríamos verificar uma diminuição de passagem de
corrente elétrica, se comparada com a do estado inicial (antes
da reação), pois inicialmente tínhamos dois eletrólitos fortes
(NaOH e NH4Cl, de alta condutividade elétrica) e após a
reação foram formados um eletrólito forte (NaCl) e um fraco
(NH4OH), diminuindo a condutividade elétrica devido a
formação do NH4OH.
Reação:
NaOH(aq) + NH4Cl(aq) → NH4OH(aq) + NaCl(aq)
Experimento 2: Reação de neutralização:
Material: 1 tubo de ensaio
Reagentes: HCl 1M, NaOH 1M
Procedimento:
•Transfira para um tubo de ensaio uma pequena alíquota de
solução de HCl
•Acrescente algumas gotas de solução de NaOH.
Questão:
1-Esquematize a equação química envolvida na reação e
indique qual é o eletrólito fraco formado.
Discussão: Aparentemente a reação não ocorreu. Mas se
medíssemos a corrente elétrica iríamos verificar uma
diminuição da mesma, pois inicialmente tínhamos dois
eletrólitos fortes (HCl e NaOH) e após a reação foram
formados um eletrólito forte (NaCl) e um fraco (H2O).
Experimento 2.1
Material: 1 tubo de ensaio
Reagentes: HCl 1M, NaOH 1M e fenolftaleina (indicador)
Por se tratar de uma reação entre um ácido e uma base, podese repetir novamente o procedimento descrito acima, mas,
agora fazendo uso de uma substância indicadora
(fenolftaleína, que pode ser obtida, pulverizando-se um
comprimido de purgante, que é constituído de fenolftaleína, e
dissolvendo esse pó em uma certa quantidade de álcool).
•Transfira para o tubo de ensaio algumas gotas de solução de
HCl
•Acrescente solução indicadora (percebe-se que em meio
ácido o indicador é incolor). Posteriormente, adicione solução
de NaOH até o aparecimento de uma coloração rosa (em meio
básico o indicador apresenta coloração rosa).
Questão:
1-Fazendo uso de indicador no sentido de comprovar a
ocorrência da reação de neutralização, indique quais as cores
do indicador em contato com a base ( NaOH) e com o ácido
(HCl). Como se pode explicar a ocorrência desta reação, pela
utilização de substância indicadora.
Discussão: Se inicialmente o indicador se apresentou incolor
na solução, quer dizer que tínhamos presença de ácido. Mas
depois, com o aparecimento da coloração rosa já não há mais
ácido livre presente na solução, o que quer dizer que o mesmo
foi transformado, ou melhor, ocorreu uma reação química, no
qual a base reage com o ácido formando sal (caráter neutro) e
água (caráter quase neutro). Não existindo mais ácido livre
para reagir com a base, tem-se que a primeira gota de base
adicionada após a neutralização faz com que apareça a
coloração rosa, devido a um pequeno excesso de base.
Reação:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
CONCLUSÃO
Os livros de química apresentam várias reações químicas, e
os produtos são representados seguidos de um índice que
indica o estado desse produto, ou seja, sólido, líquido ou
gasoso. Pela experimentação podemos confirmar os
resultados esquematizados na forma de reações químicas que
se encontram nos livros, pois sem a verificação prática, os
alunos muitas vezes atribuem o conteúdo a algo apenas
teórico, que muitas vezes é memorizado.
As experiências apresentadas, foram baseadas, quase
em sua totalidade, apenas nas reações químicas
apresentadas pelo livro. Assim, as concentrações de
reagentes utilizadas, foram selecionadas de modo a se obter
os melhores resultados.
No caso da reação de precipitação envolvendo cloreto
de sódio e nitrato de prata, a reação ocorre facilmente, mesmo
quando há uma diferença grande nas concentrações dos
reagentes utilizados.
Na reação envolvendo a simulação da ação de um
antiácido no estômago, deve –se usar um ácido que tenha
concentração semelhante a do ácido estomacal. Por isso é
que se utilizou a concentração 0,1M, e a quantidade desse
ácido e de bicarbonato usados deve produzir gás o suficiente
para que se visualize o enchimento do balão, caso contrário,
deve –se aumentar a quantidade de HCl 0.1M a ser utilizada
ou deve-se utilizar um ácido de maior concentração (HCl 1M).
Ao ser testado o experimento da formação de ácido
volátil, utilizou-se inicialmente soluções diluídas de ácido
sulfúrico e cloreto de sódio. Mas, dessa forma não foi possível
a verificação da formação de ácido volátil, pois, afinal, o ácido
que deveria ser produzido (HCl) é muito forte, e não é obtido
com tanta facilidade. Por isso, utilizamos amostras
concentradas dos reagentes, para facilitar a verificação da
ocorrência dessa reação e para complementar a comprovação
dessa reação, utilizou-se também um indicador que
evidenciasse a formação de um ácido (sendo essa uma forma
de relacionar o conteúdo em questão com os anteriores
referentes à ácido e base).
No caso da formação de eletrólitos fracos, utilizamos
concentrações semelhantes dos reagentes, pois, se na reação
de neutralização na presença de indicador, utilizássemos, por
exemplo, concentrações muito diferentes dos reagentes,
poderíamos ter dificuldade em prever o ponto de viragem para
a coloração rosa da solução.
Nessa etapa do experimento (utilizando indicador),
poderíamos pensar que o conteúdo seria mais apropriado para
alunos do 2º ano do ensino médio. Mas, o objetivo no caso de
se trabalhar esse experimento com alunos do 1º ano é
diferente, ou seja, não estamos interessados em descobrir a
concentração do ácido ou da base a partir do ponto de
viragem, mas, de comprovar a ocorrência de uma reação
utilizando uma substância que permite mudança de cor devido
a ocorrência da reação, o que não seria observável sem
ferramentas adicionais (uso de indicador; medida da
condutividade elétrica; etc.)
Enfim, para se apresentar um determinado
experimento, é necessário muitas vezes testar o mesmo com
antecedência, a fim de utilizarmos as melhores concentrações
dos reagentes e de fazermos as adaptações necessárias para
a obtenção da melhor visualização e comprovação do produto
final de uma reação química. Sempre que possível é
interessante que se use exemplos demonstráveis
experimentalmente que envolvam o cotidiano ou a
contextualização, como no caso do experimento da ação do
antiácido no estômago e o tratamento de águas de piscina
envolvendo reações de dupla troca.
BIBLIOGRAFIA
Sardella Antônio, QuímicaSérie Novo Ensino Médio – Volume
Único,Editora Ática, 2000
Tito e Canto, Química Na Abordagem do Cotidiano – Volume
Único, Editora Moderna ,1998