Atividade prática: Chuva ácida Parte 2 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 Como vimos na primeira parte deste material, o principal elemento causador da chuva ácida é o enxofre (16S). Quando queimado, há formação de óxidos que reagem com água, formando os ácidos sulfuroso e sulfúrico. Mas, como o dióxido de enxofre é facilmente convertido a trióxido em contato com o ar, o principal ácido formado nesse processo é o ácido sulfúrico. 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 rochas calcárias são ricas em carbonato de cálcio (CaCO3), que, como todo carbonato ou bicarbonato, reage com ácidos, liberando gás carbônico, água e um sal. Você já colocou bicarbonato em limonada alguma vez? Lembra-se do que aconteceu? Esculturas em rocha calcária deformadas pela chuva ácida. O carbonato de cálcio (CaCO3) é convertido pelo ácido sulfúrico em sulfato de cálcio (CaSO4), conhecido como gesso, substância facilmente deformável em contato com a água. Disponível (acesso: 29.9.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:-_acid_rain_damaged_gargoyle_-.jpg e http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pollution_-_damaged_by_acid_rain.jpg A principal fonte do enxofre poluente são os combustíveis fósseis, como carvão e os derivados do petróleo. No petróleo bruto, o enxofre aparece misturado, principalmente na forma de ácido sulfídrico (H2S). Mas, depois do refino, a gasolina e o diesel comercializado nos postos contêm enxofre, principalmente na forma combinada; ou seja, com átomos de enxofre ligados diretamente à cadeia carbônica de um lado, e a um hidrogênio de outro (R-S-H), que são os compostos denominados mercaptanas. O grupo funcional -SH é chamado sulfidrila ou tiol. Dois exemplos de mercaptanas. O átomo de enxofre está em amarelo na representação da direita. Disponíveis (acesso: 29.9.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:4-methoxybenzyl_mercaptan.svg e http://commons.wikimedia.org/wiki/file:prenyl-mercaptan-3d-balls.png
Obs.1: Mercaptanas leves são adicionadas ao gás GLP ( gás liquefeito de petróleo ou gás de cozinha ), para dar o cheiro característico ao gás, por motivos de segurança, avisando possíveis vazamentos. Obs.2: Alimentos ricos em enxofre também possuem cheiro forte característico, principalmente durante a digestão, provocando a formação de gases de cheiro desagradável. Ovo, repolho, cebola e alho são alguns exemplos, apesar de suas inegáveis qualidades nutricionais e até medicinais. Uma das grandes preocupações da indústria do petróleo é justamente a redução do teor do enxofre durante os processos de refino para a produção de gasolina e óleo diesel. A quantidade de enxofre na gasolina brasileira, por exemplo, já foi de 800ppm, em décadas passadas; e, desde dezembro de 2013, a Petrobrás passou a distribuir gasolina com apenas 50ppm de enxofre, conhecida como gasolina S-50. Alguns poucos países no mundo já produzem a gasolina S-10, com 10ppm. No Brasil, os postos de combustíveis já comercializam o diesel S-10, mas não a gasolina S-10. Obs.3: A unidade ppm significa partes por milhão, em massa. Por exemplo, para a gasolina S- 50, temos 50g de enxofre para cada 1ton de gasolina. Assim, expressando em percentuais, temos: 50g --------------- 1.000.000g X --------------- 100% X = 5 / 1.000 X = 0,005% À primeira vista, parece pouca quantidade de enxofre. Mas, a quantidade de combustíveis fósseis queimados, a cada segundo, no planeta, é de tal ordem que estima-se o lançamento de 75 milhões de toneladas anuais de enxofre na atmosfera, das quais 70 milhões de toneladas sejam referentes à queima de combustíveis e o restante provenientes de queimadas florestais. Dependendo dos ciclos geológicos, os vulcões também liberam grandes quantidades de enxofre na atmosfera em suas erupções. Parte 2 testes da água presente no ambiente de reação Material A) Nove tubos de ensaio, pelo menos. B) Uma pipeta qualquer (pode ser volumétrica, graduada ou de Pasteur). C) Suporte para tubos de ensaio. D) Um bastão de vidro. E) Um béquer ou erlenmeyer de 200mL. F) 500mL de chá de repolho roxo (basta cozinhar meio repolho roxo por 20min, e separar apenas o líquido), ou 200mL de suco de amoras (amoras maduras batidas no liquidificador ou amassadas). G) Bicarbonato de sódio (NaHCO3) em pó. H) Um punhado de cinzas de qualquer tipo, podendo ser obtidos de churrasqueira, de cigarros etc. I) 100mL de vinagre branco ou suco de limão. Pode ser uma outra solução ácida fraca qualquer. J) Água de torneira. Procedimento Preparação 1. Numere os tubos de ensaio, de 1 até 9. 2. Nos tubos de 1 a 3, adicione até um terço de chá de repolho roxo. 2. Nos tubos de 4 a 6, adicione até um terço de suco de amora. 3. Nos tubos de 7 a 9, adicione uma pitada de bicarbonato de sódio. 4. Em um béquer ou erlenmeyer, coloque umas três colheres de cinzas e adicione cerca de 100mL de água de torneira. Esta mistura será a solução básica ou alcalina, para comparação. 5. O vinagre ou suco de limão será a solução ácida, também para comparação.
6. Fotografe os tubos de ensaio, antes do teste. 7. Anote a coloração de cada tubo na tabela, antes do teste. Realização teste com vinagre ou limão (solução ácida) 1. Com o auxílio de uma pipeta, despeje um pouco de vinagre ou suco de limão (ou outra solução ácida) no primeiro tubo com repolho roxo (tubo 1), até a metade da altura do tubo. Anote as mudanças de cor. 2. Lave a pipeta e repita a operação acima para o primeiro tubo com suco de amora (tubo 4). Anote as mudanças de cor. 3. Lave a pipeta e repita a mesma operação para o primeiro tubo com bicarbonato de sódio (tubo 7). Observe se há formação de espuma ou bolhas. Anote. Realização teste com cinzas em água (solução básica) 4. Com o auxílio de uma pipeta, despeje um pouco da água de cinzas no segundo tubo com repolho roxo (tubo 2), até a metade da altura do tubo. Anote as mudanças de cor. 5. Lave a pipeta e repita a operação acima para o segundo tubo com suco de amora (tubo 5). Anote as mudanças de cor. 6. Lave a pipeta e repita a mesma operação para o segundo tubo com bicarbonato de sódio (tubo 8). Observe se há formação de espuma ou bolhas. Anote. Realização teste com a água do vidro de reação, onde aconteceu a queima do enxofre 7. Com o auxílio de uma pipeta, despeje um pouco da água da reação no terceiro tubo com repolho roxo (tubo 3), até a metade da altura do tubo. Anote as mudanças de cor. 8. Lave a pipeta e repita a operação acima para o terceiro tubo com suco de amora (tubo 6). Anote as mudanças de cor. 9. Lave a pipeta e repita a mesma operação para o terceiro tubo com bicarbonato de sódio (tubo 9). Observe se há formação de espuma ou bolhas. Anote. Observações e questões 1) Anote as informações obtidas na tabela abaixo: Com vinagre / limão Com água de cinzas Com água de reação Chá de repolho roxo Suco de amora Bicarbonato de sódio Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8 Tubo 9 2) Sabendo que as cinzas contêm óxidos metálicos (óxidos básicos), principalmente de sódio, de potássio e de cálcio, dentre vários outros metais na forma de cátions, responda: I) Monte a equação balanceada da reação do óxido de sódio (Na2O) com água. Qual é o nome do composto formado? Nome do composto formado:
II) Monte a equação balanceada da reação do óxido de cálcio (CaO) com água. Qual é o nome do composto formado? Nome do composto formado: III) Os compostos formados pela reação dos óxidos presentes nas cinzas com água têm propriedades ácidas ou básicas? Justifique. 3) Monte a equação balanceada da reação do bicarbonato de sódio (NaHCO3) com ácido sulfúrico, sabendo que todo bicarbonato ou carbonato reage com ácidos, formando gás carbônico, água e um sal. Nome do sal formado: 4) Considere a reação do ácido sulfúrico com o carbonato de cálcio, mencionada nas ilustrações da introdução. Monte a equação balanceada. 5) Se o ácido envolvido na reação acima fosse o ácido sulfuroso reagindo com carbonato de cálcio, qual seria o sal formado? Monte a equação balanceada e forneça o nome do sal. Nome do sal: 6) Dentre os dois testes de referência (com vinagre e com água de cinzas), com quais resultados a amostra de água de reação apresentou mais semelhanças? 7) Os óxidos gasosos produzidos na queima do enxofre, mesmo antes de serem dissolvidos em água, conseguiram causar danos e mudanças visíveis nas cores das flores e no papel tornassol. Podemos dizer que esses óxidos reagem como ácidos, mesmo não tendo hidrogênio em suas fórmulas? Pesquise os três conceitos de ácido dos químicos teóricos - Arrehnius (1), Bronsted e Lowry (2) e Lewis (3), para responder a essa pergunta.
8) Os indicadores ácido-base são substâncias que entram em equilíbrio com os íons hidrogênio (H 1+ ) e íons hidróxido (OH 1- ) presentes no meio aquoso, formando substâncias com cores diferentes. Conhecendo as propriedades de cada indicador, bem como seus pontos de viragem (ph em que mudam de cor), podemos deduzir se o meio aquoso é ácido, básico ou neutro. Quais são as cores apresentadas pelo chá de repolho roxo, nos meios ácido, básico e neutro? Ácido: Básico: Neutro: 9) Diante dos resultados obtidos, você diria que as substâncias indicadoras, presentes no repolho roxo, são semelhantes às presentes na amora? Pesquise sobre a substância chamada cianidina e responda.