Atividade prática - Como se forma a ferrugem? – Parte 1

Atividade prática - Como se forma a ferrugem? – Parte 1
1º e 2º anos do Ensino Médio
Objetivo
Vivenciar alguns testes para a determinação das causas do surgimento da ferrugem, ou seja, da
oxidação dos objetos de ferro metálico, assim como de alguns métodos interessantes de
prevenção dessa oxidação.
Introdução
O ferro é o elemento químico metálico mais utilizado pela humanidade desde os tempos mais
remotos da nossa história. Assim que o ser humano descobriu como fabricá-lo, utilizando carvão
em brasa enterrado junto com o minério de ferro, e também como trabalhá-lo para forjar
ferramentas, panelas, correntes, portões, facas, espadas e outros utensílios, a profissão de
ferreiro se tornou uma das mais importantes das sociedades antigas.
Naquele tempo, não havia os conhecimentos científicos de hoje e o ferro era produzido sem
conhecimento das causas e leis que regem os processos, das reações químicas envolvidas etc.
Mas, mesmo assim, o conhecimento foi sendo acumulado ao longo dos séculos de forma
“empírica” (tentativa e erro), e os objetos de ferro e também de outros metais foram sendo
produzidos, como cobre, estanho, bronze (liga de estanho e cobre), chumbo, zinco etc.
Tecnologia chinesa.
A ilustração de um livro chinês do ano 1313 a.C.
mostra a produção de ferro na qual a correnteza
do rio é utilizada para movimentar o fole que
fornece ar para o forno. O carvão em brasa e o
minério de ferro são os ingredientes do processo
até os dias de hoje.
Disponível (acesso: 11.12.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Yuan_Dynasty__waterwheels_and_smelting.png
Até hoje, o ferro é fabricado, basicamente, pelo mesmo método, porém aperfeiçoado de forma a
produzir muito mais ferro em grande escala, além de produzir com grande eficiência tecnológica e
econômica. O ferro pode ser produzido em diferentes proporções de impurezas e de outros
elementos combinados, de forma a produzir variedades de aço com diferentes propriedades de
resistência, tenacidade, maleabilidade, condutividade elétrica,
resistência mecânica e resistência química.
Facas da “Idade do Ferro” (século XII a.C.),
encontradas na Bielorússia.
Disponível (acesso; 11.12.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iron_Age_knives_from_Belarus.jpg
Metal – conceito
Todo metal tem, em geral, o mesmo brilho característico, boa condutividade térmica e boa
condutividade elétrica. Os elementos metálicos são maioria na Tabela Periódica, caracterizados
por poucos elétrons no último nível de energia, de forma que são elementos que tendem a
perder elétrons (sofrer oxidação) e por isso formar átomos com carga elétrica positiva (íons
positivos ou “cátions”).
Na verdade, os elementos metálicos dificilmente são encontrados no “estado metálico” (carga
elétrica neutra) na natureza; pois, como há grande quantidade de oxigênio e outros ametais no
nosso planeta, os elementos metálicos já reagiram com oxigênio (O) do ar ou com enxofre (S).
Como esses ametais possuem grande facilidade de ganhar elétrons, ficam com carga negativa e
atraem os cátions dos metais, formando então, os óxidos ou sulfetos sólidos, composição
predominante dos minérios.
Blenda (esquerda) e zinco metálico (direita)
Embora nesse caso as cores do metal e do minério sejam parecidas, isso quase sempre não acontece. O minério
é uma substância composta, iônica, com propriedades bem diferentes do metal, que é uma substância simples.
Disponível (acesso: 11.12.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sphalerite4.jpg e
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zinkgranalien.JPG
Amostra de hematita, minério de ferro de Minas Gerais (alto, à esquerda). Placa de cobre oxidado da ilha de
Creta, Grécia; apesar de o metal ser avermelhado, produz um sólido verde quando oxidado (embaixo, à
esquerda). Pedra de bauxita, minério do alumínio (direita).
Disponível (acesso: 11.12.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HematitaEZ.jpg,
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copper_Ingot_Crete.jpg e http://commons.wikimedia.org/wiki/File:140606_Les-Baux-12.jpg
Experimento 1: “Testando os reagentes da oxidação”
Material (por grupo de alunos)
A) Cinco pregos de ferro idênticos, que caibam completamente nos tubos de ensaio.
B) Cinco tubos de ensaio.
C) Suporte para tubos de ensaio.
D) Algodão.
E) Água de torneira.
F) Óleo de cozinha.
G) Cloreto de cálcio puro (CaCl2).
H) Sistema de aquecimento: bico de Bunsen, tela de amianto, tripé.
I) Erlenmeyer de 250mL.
J) Câmera fotográfica ou aparelho celular com câmera.
K) Caneta pincel para identificar os tubos de ensaio.
L) Espátula ou colher pequena.
Procedimento
1. Identifique os tubos de ensaio, numerando-os de 1 a 5.
2. Cuidadosamente, coloque um prego em cada tubo de ensaio, com a ponta para cima e
inclinando o tubo para que o prego não o quebre ao bater no fundo.
3. Tubo 2: Aqueça e ferva uma pequena quantidade de água em um erlenmeyer, suficiente para
preencher um tubo de ensaio. Transfira a água fervida para o tubo 2, de forma a cobrir totalmente
o prego. Adicione um pouco de óleo de cozinha ao tubo 2, formando uma camada de óleo sobre a
água.
4. Tubo 3: Adicione água de torneira não fervida e fria ao tubo 3, cobrindo o prego. Não adicione
óleo nesse tubo.
5. Tubo 4: Adicione água de torneira não fervida e fria ao tubo 4, até a metade da altura do prego.
Não adicione óleo nesse tubo.
7. Tubo 5: Adicione uma medida de espátula de cloreto de cálcio no tubo 5 e tampe o tubo com
um pedaço de algodão, formando uma camada grossa na boca do tubo.
Tubos
Conteúdo
Objetivo / Explicação
1
Prego e ar.
Controle.
2
Prego, água fervida e
óleo.
Prego em contato com água, mas sem contato com o ar. A água fervida
não contém gás oxigênio dissolvido e o óleo impede novas dissoluções.
3
Prego e água não fervida
cobrindo o prego.
Prego em contato com água e com o ar.
4
Prego e água não fervida
até a metade do prego.
Prego em contato com água e com o ar, mas com mais contato direto com
o ar do que o prego do tubo 3.
5
Prego, cloreto de cálcio e
algodão.
Prego em contato com o ar, mas com baixo contato com a umidade, já que
o cloreto de cálcio é higroscópico, absorvendo o vapor de água do ar.
8. Coloque os cinco tubos de forma ordenada no suporte de tubos de ensaio. Fotografe os tubos
em conjunto no suporte e também em separado, para captar os detalhes da montagem de cada
tubo.
9. Com a orientação do professor, cada grupo de alunos deverá escolher um lugar para que os
tubos permaneçam em repouso durante sete dias.
Obs.: Cada local deve ter cobertura para evitar riscos de chuva, mas com diferentes graus de
umidade do ar, como: a) próximo à piscina ou bacia com água; b) dentro de um armário fechado,
em cômodo bem seco; c) em um banheiro, posicionado no alto, onde há banhos frequentes com
água quente; d) em uma varanda, e anotar se houve tempo chuvoso ou não.
10. Após sete dias, fotografe os tubos novamente, em grupo sobre o suporte, e em separado para
comparação com as primeiras fotos.
11. Além de registrar com fotos, anote suas observações na tabela abaixo, como alterações de
cor da água, grau de corrosão do prego etc.
Tubos
Graus de alteração do sistema e de oxidação do prego
1
2
3
4
5
Observações e questões
1) Baseado em suas observações, anotações e fotografias, quais fatores mais contribuíram para
a oxidação dos pregos de ferro? Comente.
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2) Dentre os grupos, quais locais escolhidos apresentaram maior grau de oxidação dos pregos
presentes nos tubos 1, 3 e 4? Quais as características de umidade, ventilação e temperatura
desses locais? Comente.
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3) É possível afirmar qual dos dois regentes é mais determinante na oxidação do ferro, se é o
oxigênio ou a água? Verifique bem os resultados do experimento e comente.
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4) Imprima e cole as fotos coloridas de antes e depois, para cada tubo do experimento.
Tubos
1
2
3
Foto antes
Foto depois
4
5