Atividade prática: Chuva ácida Parte 1 Sugestão de atividade para 1º ano do Ensino Médio Objetivo Vivenciar a reação de queima do enxofre em pó, bem como realizar alguns testes simples para a determinação das propriedades dos óxidos gasosos produzidos nessa reação, principais responsáveis pelo fenômeno conhecido como chuva ácida. Os reagentes e materiais necessários são de fácil obtenção. Introdução A chuva ácida é um fenômeno ambiental, de abrangência mundial, causado por poluentes atmosféricos, principalmente os óxidos de elementos ametálicos, como enxofre (16S) e nitrogênio (7N). Mas a expressão chuva ácida é a denominação usada apenas para a chuva com ph abaixo de 5,5, uma vez que, mesmo a chuva despoluída, é naturalmente ácida, devido à reação do dióxido de carbono (CO2) com a água, que forma ácido carbônico (H2CO3), um ácido fraco. Como você sabe, a atmosfera tem, naturalmente, certa quantidade de dióxido de carbono (cerca de 0,03%; mas, aumentando a cada ano, devido à queima de combustíveis fósseis e desmatamentos). CO 2 (g) + H 2O (l) H 2CO 3 (aq) O dióxido de carbono ou anidrido carbônico é classificado como um óxido ácido ou anidrido ; ou seja, um óxido capaz de formar ácido em reação com água. Mas, como o ácido formado é fraco, a chuva não poluída tem um ph de acidez leve, em torno de 5,5 na escala de ph. Obs.1: Lembre-se de que a escala de ph vai de 0 a 14, sendo que qualquer meio aquoso, com valor de ph abaixo de 7, é considerado quimicamente ácido ; acima de 7, é básico ou alcalino, e o ph 7 corresponde ao meio neutro. Obs.2: Lembre-se de que uma unidade a menos na escala de ph ( potencial de hidrogênio ) representa uma concentração de íons hidrogênio (H + ou H3O + ) 10 vezes maior, uma vez que a escala corresponde a valores exponenciais da base 10 da concentração de hidrogênio. Em outras palavras, uma amostra de água de chuva que apresente ph igual a 4,5 é dez vezes mais ácida que uma amostra de chuva não poluída de ph 5,5. Além disso, o ácido carbônico é instável, e a reação acima é facilmente reversível, tornando a formar dióxido de carbono e água. Ou seja, nessas condições, o ácido carbônico é inofensivo. Você conhece essa reação: agite e depois destampe uma garrafa de refrigerante; o gás que sai é o dióxido de carbono produzido pela reação acima, porém invertida, como aparece abaixo: H 2CO 3 (aq) CO 2 (g) + H 2O (l) Mas o grande causador da chuva ácida não é o carbono (6C) ou o dióxido de carbono (CO2). Outros elementos ametálicos, como o nitrogênio (7N) e o enxofre (16S), presentes na madeira, carvão e nos diversos combustíveis fósseis, formam óxidos, que, por sua vez, formam ácidos fortes, como o nítrico (HNO3) e o sulfúrico (H2SO4). Esses ácidos causam grandes destruições naturais, alterando o ph do solo, de lagos, rios, agredindo vegetais e até mesmo monumentos e esculturas em rochas calcárias, como o mármore.
As regiões mais atacadas pela chuva ácida não são necessariamente as mais industrializadas, mas aquelas para as quais se dirigem as correntes atmosféricas das regiões industrializadas. O Canadá, por exemplo, é o que mais sofre com a poluição atmosférica produzida pelas indústrias e automóveis dos EUA, pois as correntes atmosféricas levam as nuvens com poluentes dos EUA para o norte, lá precipitando a chuva ou a neve ácida. Região florestal na Alemanha atacada pela chuva ácida, cujos poluentes foram produzidos na região industrial. Disponível (acesso: 29.9.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:waldschaeden_erzgebirge_3.jpg Se pudéssemos culpar apenas um elemento químico pela chuva ácida, este seria o enxofre (16S). Isto porque todos os combustíveis fósseis possuem quantidades expressivas de enxofre - elemento que, desde a revolução industrial (séc.19), vem sendo queimado e lançado na atmosfera na forma de óxidos ácidos, junto com dióxido e monóxido de carbono. Parte 1 Queima do enxofre e efeitos dos gases produzidos Material A) Uma colher metálica comum, pequena (das de café), que possa ser dobrada e, depois, descartada. B) Um vidro de azeitonas grande, com tampa. C) Um pedaço de fio de arame grosso, dobrável, de 15cm de comprimento. D) Uma caixa de fósforos. E) Uma vela de cera comum. F) Água de torneira. G) Enxofre em pó (obtido em farmácias de manipulação, produtos veterinários ou produtos químicos). H) Indicadores ácido-base naturais, como flores de azaleia, pétalas de rosas vermelhas ou pétalas de outras flores coloridas. I) Papel tornassol de três tipos: azul, vermelho e universal. Enxofre em pó (S 8), substância simples, cuja molécula é formada por um anel de oito átomos. O enxofre presente nos combustíveis fósseis está ligado às cadeias carbônicas dos compostos orgânicos. Mas, como na queima dos combustíveis, esses compostos são quebrados, reagindo com o oxigênio do ar, e produzindo os mesmos óxidos (SO2 e SO3) que a queima do enxofre em pó. Disponível (acesso: 29.9.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:sulfur-sample.jpg e http://en.wikipedia.org/wiki/file:cyclooctasulfur-above-3d-balls.png
Procedimento Preparação 1. Dobre o cabo da colher metálica, de forma a fazer um gancho com o cabo, para cima. O gancho deverá se apoiar na borda do vidro de azeitonas, de forma que a colher fique com o bojo na horizontal, no interior do vidro, à meia altura deste. 2. Entorte o arame, formando dois ganchos nas pontas, de forma que os ganchos se apoiem na borda do vidro, e o meio do arame sirva como uma espécie de varal, à meia altura, dentro do vidro. 3. Enfie no arame, de forma que fiquem à meia altura no varal (sem encostar no fundo), uma ou duas pétalas de rosa, azaleia ou outras flores coloridas disponíveis, e também tiras de papel tornassol vermelho, azul e universal. Se necessário, use mais de um fio de arame grosso para dependurar esses materiais dentro do vidro. 4. Coloque 100mL de água de torneira no vidro, de forma que não alcance a altura das pétalas ou da colher. Sistema pronto com as pétalas no varal de arame e colher dobrada. A colher dobrada é onde será queimado o enxofre. As pétalas e o papel tornassol ficam dependurados em um arame, como num varal, à meia altura, dentro do frasco. 5. Fotografe o vidro com as pétalas e tiras de papel tornassol, antes do experimento, de forma a captar bem a coloração de todos os materiais. Pode fotografar também o varal montado do lado de fora do vidro. Realização (em ambiente bem ventilado) 6. Retire a colher dobrada de dentro do vidro e coloque uma pitada de enxofre em pó em seu bojo. 7. Próximo a uma janela ou ambiente externo, acenda a vela e leve a colher à sua chama, de forma a aquecê-la por baixo. O enxofre irá derreter, depois uma fumaça começará a ser produzida. Assim que ver a fumaça, coloque a colher dentro do vidro, apoiando o cabo na sua borda, e coloque a tampa por cima. Observe a coloração das pétalas e das tiras de papel tornassol. Fotografe o resultado, sem abrir a tampa. 8. Retire rapidamente o arame e a colher, voltando a colocar a tampa, o mais rápido que puder, para haver perda mínima de gases. 9. Com o vidro bem fechado, agite o vidro para que a água, em seu interior, entre em contato mais efetivo com os gases. 10. Fotografe o varal com as flores e o tornassol, também do lado de fora do vidro, para comparações. 11. Reserve e guarde a água do frasco para a parte 2 deste experimento. Observações e questões 1) Anote na tabela suas observações: Antes Depois Comentários Rosa vermelha Azaleia Flor 3 - Flor 4 -
Tornassol vermelho Tornassol azul Tornassol universal 2) Qual dos tipos de papel tornassol sofreu mudança de cor? Por que isso aconteceu? Explique. 3) Qual informação o papel tornassol universal fornece a mais que o vermelho e o azul? Qual informação você obteve com seu uso? 4) Relate o que aconteceu com a coloração das flores. Todas elas sofreram mudanças de cor? Comente. 5) Sabendo que o enxofre sólido tem fórmula S8, complete e balanceie a equação da queima do enxofre, formando dióxido de enxofre. Qual é o nome do dióxido de enxofre, de acordo com a nomenclatura antiga? Qual é o número de oxidação ( Nox ) do enxofre nesse óxido? S 8 (s) + O 2 (g) Nome do dióxido de enxofre: Nox do enxofre: 6) Complete e balanceie a equação da queima do enxofre sólido, formando trióxido de enxofre. Qual é o nome do trióxido de enxofre, de acordo com a nomenclatura antiga? Qual é o número de oxidação ( Nox ) do enxofre nesse óxido? S 8 (s) + O 2 (g) Nome do trióxido de enxofre: Nox do enxofre:
7) O dióxido de enxofre reage com água, formando ácido sulfuroso. Monte a equação balanceada desta reação. Qual é o número de oxidação do enxofre nesse ácido? Nox do enxofre no ácido: 8) O dióxido de enxofre, em contato com o oxigênio do ar, é facilmente convertido em trióxido de enxofre. Monte a equação balanceada dessa reação. 9) O trióxido de enxofre reage com água, formando ácido sulfúrico. Monte a equação balanceada desta reação. Qual é o número de oxidação do enxofre nesse ácido? Nox do enxofre no ácido: 10) Uma das propriedades mais importantes dos ácidos é a sua força. O que querem dizer as expressões ácido forte e ácido fraco? Associe sua explicação com o conceito de grau de ionização. 11) Utilize seus conhecimentos sobre os ácidos e responda: qual é o ácido mais forte: o sulfuroso ou o sulfúrico? Como você deduziu sua resposta?