REAÇÕES QUÍMICAS ORGANIZAÇÃO: Márcia Adriana Warken Magalhães ORIENTAÇÃO: Prof a Márcia Cunha 2001
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1 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: Prof a Márcia Cunha 2001
2 INTRODUÇÃO 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. 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; OBJETIVO 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 1 Reações em que ocorre a formação de precipitado Experimento 1: Material : 1 tubo de ensaio Reagentes: NaCl 1M e AgNO 3 1M 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). 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 NaNO 3. Mas, se analisarmos uma tabela de solubilidade verificaremos que a solubilidade do AgCl é muito menor que a do NaNO 3, pois pela regra de solubilidade temos que, todos os nitratos são solúveis.
3 Reação : AgNO 3 (aq) + NaCl (aq) NaNO 3 (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, Al 2 (SO 4 ) 3, Ca(OH) 2, 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 Al 2 (SO 4 ) 3 e agitar até dissolver. Acrescentar, 0,5g de hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 e agitar. Aguardar 10 min. e observar. 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. Al 2 (SO 4 ) Ca(OH) 2 2 Al(OH) 3 (s) + 3 CaSO 4 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: NaHCO 3 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. Transfira para um tubo de ensaio uma pequena alíquota de solução de ácido clorídrico (HCl). Coloque uma pequena quantidade de bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) 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. 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 NaHCO 3 reage com o HCl presente no estômago, combatendo a acidez estomacal e a azia. O resultado dessa reação é a formação de um gás (CO 2 ), que é evidenciado pela fato do balão encher durante a reação, ou melhor, forma-se o H 2 CO 3 que é um ácido muito instável e este se decompõe à H 2 O e CO 2.
4 HCl + NaHCO 3 NaCl + H 2 CO 3 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 (g) 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 (H 2 SO 4 ). 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), H 2 SO 4 (concentrado), alaranjado de metila e água 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 H 2 SO 4, aproximadamente 4 ml. Acrescente aproximadamente duas pontas de espátula de NaCl ao H 2 SO 4 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). 1-Indique os produtos da reação e destaque o ácido fixo e volátil envolvidos na reação. 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. 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. H 2 SO 4 + 2NaCl Na 2 SO 4 + 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: NH 4 Cl 1M e NaOH 1M Transfira uma pequena alíquota de uma solução de NH 4 Cl para um tubo de ensaio Adicione algumas gotas de solução de NaOH. 1-Esquematize a equação química envolvida na reação.
5 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 NH 4 Cl, de alta condutividade elétrica) e após a reação foram formados um eletrólito forte (NaCl) e um fraco (NH 4 OH), diminuindo a condutividade elétrica devido a formação do NH 4 OH. NaOH(aq) + NH 4 Cl(aq) NH 4 OH(aq) + NaCl(aq) Experimento 2: Reação de neutralização: Material: 1 tubo de ensaio Reagentes: HCl 1M, NaOH 1M Transfira para um tubo de ensaio uma pequena alíquota de solução de HCl Acrescente algumas gotas de solução de NaOH. 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 (H 2 O). 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). 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. HCl + NaOH NaCl + H 2 O
6 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
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