IFES - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ
ÁCIDOS, BASES E ÓXIDOS
AMANDA DA ROCHA SOUZA JANDERSON PEREIRA SANTA CLARA JESSICA RODRIGUES MOREIRA
ARACRUZ – ES MARÇO/2011
IFES - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO ESPÍRITO SANTO - CAMPUS ARACRUZ
ÁCIDOS, BASES E ÓXIDOS
AMANDA DA ROCHA SOUZA
JANDERSON PEREIRA SANTA CLARA JESSICA RODRIGUES MOREIRA
Trabal Trabalho ho aprese apresenta ntado do à discip disciplina lina de Químic Químicaa Analíti Analítica ca Quantitativa e Qualitativa para obtenção de nota referente ao 1° Bimestre.
ARACRUZ – ES MARÇO/2011
Introdução – Indicadores Naturais Soluções ácidas e básicas estão presentes no cotidiano de todos nós. Exemplo muito próximo de ácido é o ácido clorídrico (HCl) presente em nosso estômago que participa da digestão dos alimentos. Já as bases podem ser exemplificadas por frutas verdes que possuem o sabor adstringente, como a banana e o caqui verde, além de serem encontradas em produtos de limpeza como o sabão em pó. Através desses exemplos bastantes presentes no dia-a-dia é
possível explicar cientificamente o que são as substâncias ácidas e básicas assim como o pH. [1] O pH, potencial hidrogeniônico ou potencial hidrogênio hidrogênio iônico, é um índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de um meio qualquer. A escala do pH pode variar de 0 até 14, sendo que quanto menor o índice do pH de uma substância, mais ácida esta substância substância será. [2] O pH menor que 7 indica que tal substância é ácida, para pH maior que 7 indica que a substância é básica e para substância com pH 7 indica que ela é neutra.[2] O valor do pH está diretamente relacionado com a quantidade de íons hidrogênio de uma solução e pode ser obtido com o uso de indicadores.[2] Indic Indicado adores res visuai visuaiss são substâ substânci ncias as capaze capazess de mudar mudar de cor depend dependend endoo das das características físico-químicas da solução na qual estão contidos, em função de diversos fatores, fatores, tais como pH, potencial potencial elétrico, elétrico, complexaç complexação ão com íons metálico metálicoss e adsorção em sólidos. Podem ser classificados de acordo com o mecanismo de mudança de cor ou os tipos de titulação nos quais são aplicados. Os indicadores ácido-base ou indicadores de pH são substâ substânci ncias as orgân orgânic icas as fraca fracamen mente te ácid ácidas as (indi (indicad cadore oress ácido ácidos) s) ou fraca fracamen mente te básic básicas as (indic (indicad adore oress básic básicos) os) que apres apresent entam am cores cores difer diferent entes es para para suas suas formas formas proto protonad nadas as e desprotonadas; isto significa que mudam de cor em função do pH. [3] . Dentre os indicadores ácido-base destacam-se: destacam-s e: • Tornassol: Corante solúvel em água extraído de certos liquens. Torna-se vermelho em condições ácidas e azul em condições básicas. básicas. A mudança de cor ocorre para variações no pH de 4,5 a 8,3; ou seja, é possível determinar a função inorgânica (meio ácido ou meio básico) de substâncias substâncias com pH entre 4,5 e 8,3. Pode-se adquiri-lo também na forma de papéis azul e vermelho. O papel de tornassol azul é usado para testar se um certo material é ácido. Ácidos fazem-no mudar de cor, de azul para vermelho. O papel de tornassol vermelho é útil para indicar se determinado material é básico, uma vez que substâncias álcalis fazem-no mudar de vermelho para azul. [4] • Fenolftaleína (C 20H14O4): Indicador cuja mudança de cor ocorre da seguinte forma: para pH inferior a 8,3 permanece incolor e para pH superior a 10,0 adquire a coloração rosa
(carmim). Portanto, uma solução básica (meio básico), em presença de fenolftaleína, adquire a coloração résea. [4] • Alaranjado de metila (C 14H14 N N3O3SNa): Corante orgânico que muda desde vermelho para um pH abaixo de 3,1 (meio ácido) até amarelo para um pH acima de 4,4 a 25oC. É usado para titulações envolvendo bases fracas.[4] • Azul de Bromotimol (C 27H28Br 2O5S): Indicador de pH que em meio ácido adquire a coloração amarela, em meio básico fica azul e em solução neutra fica verde. Adequado para determinações determinações de ácidos e bases fracos, preferencialmente com pH próximo de 7.[4] • Indi Indica cado dorr univ univer ersa sal: l: Mist Mistur uraa em volu volume mess igua iguais is de solu soluçõ ções es dos dos segu seguin inte tess indicado indi cadores: res: vermelho vermelho de metilo, metilo, α-naftolf α-naftolftale taleína, ína, tim timolft olftaleí aleína, na, fenolft fenolftaleí aleína na e azul de bromotimol. O papel Universal pode checar por ambas as soluções ácidas ou básicas, e ainda, dar uma indicação do valor aproximado de pH da solução sendo analisada. O indicador irá mudar de cor quando umedecido na solução, e o pH será lido comparando-se a cor final do indicador com uma carta de cores, geralmente contida na embalagem do próprio indicador.[4] Por apresentar cores diversas conforme a acidez ou basicidade do meio em que se encontra, os indicadores naturais podem constituir-se em bons indicadores universais de pH, substituindo – ainda que para menor número de faixas de pH – os papéis indicadores universais que só podem ser adquiridos em lojas especializadas e não são encontráveis em todas as regiões do país.[5] Alguns indicadores indicadores naturais apresentam certas especificidades especificidades dependendo de onde se encontram, tais como: •
A solução aquosa de chá preto: preto: A sua solução aquosa é avermelhada/ amarelada, adquirindo cor amarelo-pálida em contato com soluções ácidas e, cor acastanhada em contato com soluções básicas.[6]
•
A solução aquosa de beterraba: beterraba: A sua solução aquosa adquire cor vermelha em contato com soluções ácidas e, cor roxa em contato com soluções básicas. [6]
•
A solução aquosa dos rabanetes: rabanetes: A sua solução aquosa adquire cor vermelha em contato com soluções ácidas e, cor acastanhada em contato com soluções básicas. [6]
•
A solução aquosa da pêra: pêra: A sua solução aquosa adquire cor vermelha em contato com soluções ácidas e, cor verde-seco em contato com soluções básicas. [6]
•
A solução aquosa do chá de repolho roxo: roxo : A sua solução aquosa adquire cor vermelha em contato com soluções ácidas e, cor verde ou azul em contato com soluções básicas.[6]
Introdução - Força dos Ácidos Ácidos são substâncias que, dissolvidas em água, se ionizam liberando, na forma de catíons, exclusivamente íons (H + ou hidroxônios H 3O+) [7]. A facilidade facilidade com que os ácidos se ionizam em água e outros solventes é determinada pela força ácida. Os ácidos considerados fortes liberam H+ com maior facilidade.[8] Para saber se um ácido é forte, fraco ou moderado, precisamos precisamos analisar a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número de moléculas dissolvidas, onde α (alfa) representa o grau de ionização do ácido. [8] • Ácido forte: são aqueles onde α é igual ou superior a 50%. • Ácido moderado (ou semiforte): α ocorre entre 5% e 50%. • Ácido fraco: α não ultrapassa a porcentagem de 5%. Uma Uma reaç reação ão de simp simple less troc trocaa ou reaç reação ão de desl desloc ocam amen ento to ou aind aindaa reaç reação ão de substituição é uma reação onde há dois reagentes e dois produtos, sendo que um reagente é um elemento químico e o outro é um composto, e entre os produtos há igualmente, um elemento e um composto.[9] Uma reação de simples troca possui a forma A + BC
B + AC.
O critério para se saber se uma determinada reação de simples troca irá ocorrer é dado em função da reatividade. Em última instância a reatividade, que é a medida da propensão para a ocorrência de uma reação, r eação, depende da variação de Energia de uma reação.[9]
Introdução – Sangue do Diabo
O experimento “Sangue do Diabo” existe há muito tempo. Antigamente, Antigamente, ele era usado para dar medo nas pessoas quando a solução era jogada na roupa das mesmas. A substância manchava a roupa, mas o que eles não sabiam que depois sumia.[10] Esse experimento é baseado em conhecimentos simples de química, que podem ser feitos por qualquer pessoa. Ele é baseado baseado na evaporaç evaporação, ão, que é um fenômeno fenômeno no qual átomos átomos ou molécula moléculass no no estado estado lí líqui quido do ganham ganham energi energiaa sufic suficie iente nte para para passar passar ao estad estadoo vapor vapor.. Este Este fenôm fenômen enoo acontece tão facilmente com o Hidróxido de amônio é uma substancia volátil, ou seja, tem grande capacidade de passar do estado liquido para o gasoso.[11]
Introdução - Reações com Óxidos
Um óxido é um composto químico binário formado por átomos de oxigênio com outros elementos. Os óxidos constituem um grande grupo na química pois a maioria dos elementos químicos formam óxidos. Nos óxidos, o elemento mais eletronegativo deve ser o oxigênio. Alguns exemplos exemplos de óxidos com os quais convivemos são: ferrugem (óxido ( óxido de ferro III), gás, cal (óxido de cálcio), carbônico (óxido de carbono IV ou dióxido de carbono) que será o objeto de estudo dessa parte da prática.[12] Ao respirar grande quantidade dos seres vivos utilizam o gás oxigênio, e a expirar, eliminamos CO 2, que é uma gás que combinado com a água liquida forma o acido carbônico. H2O + CO2(g) H2CO3(aq) Essa propriedade de formação de ácido carbônico e a solubilidade de um gás em água é que será demonstrada nessa prática.
Objetivo
Verificar algumas propriedades dos ácidos, bases e óxidos;
Extrair indicador ácido-base natural do repolho roxo e beterraba;
Utilizar os indicadores naturais em algumas soluções ácidas e básicas.
Materiais e Reagentes •
Carbonato de Sódio
•
Solução de Ácido Clorídrico
•
Hidróxido de Sódio
•
Repolho Roxo (extrato)
•
Hidróxido de Amônio
•
Refrigerante Refrigerante (Laranja)
•
Suco de Limão
•
Magnésio
•
Fenolftaleína
•
Azul de Bromotimol
•
Vinagre
•
Ácido Acético
Procedimento 1ª Parte: Indicadores Naturais
Cortar uma fatia de beterraba e um folha de repolho-roxo, em pequenos pedaços e os colocar em béqueres separados;
Ferver em um bico de gás, os pedaços cortados em água durante 10 minutos;
Filtrar o líquido e deixe esfriar.
2ª Parte: O Arco-Íris Químico
Preparar os tubos de ensaio de acordo com a tabela abaixo: Tabela 1 – Soluções a preparar
Tubo
Solução
1 2 3 4 5 6 7
2 mL de água + 3 gotas de HCl Suco de Limão + 2 mL de água 1 mL de Vinagre + 2 mL de água 2 mL de água Na2CO3 + 2 mL de água 2 mL de sol. NaOH 1 mol/L Refrigerante de Laranja
Em cada tubo, adicionar 5 gotas do indicador e agitar a solução. Observa e anotar os resultados. 3ª Parte: Força dos Ácidos
Numerar dois Erlenmeyer;
Colocar 20 mL de cada ácido HCl e CH 3COOH nos respectivos respectivos Erlenmeyers;
Em cada Erlenmeyer colocar 10 cm de fita de magnésio (dobrada);
Colocar, rapidamente, um balão de borracha na boca de cada Erlenmeyer (amaciar o balão de borracha previamente); previamente);
Agitar até o magnésio começar a reagir com o ácido. Anotar os resultados e discutir com o grupo.
4ª Parte: Sangue do Diabo
Adicionar 4 gotas de fenolftaleína em um béquer;
Acrescentar 15 mL de água e agite o sistema;
Adicionar Adicionar 8 gotas de hidróxido de amônio à solução preparada e observar;
Borrifar em um pedaço de pano algumas gotas da solução preparada. Deixar o sistema em repouso e explicar o ocorrido.
5ª Parte: Reações com Óxidos
No Erlenmeyer, adicionar 20 mL de água da torneira e em seguida 4 gotas de azul de bromotimol. bromotimol. Observar a cor adquirida;
Com o auxilio de um canudo de refresco, assoprar, fazendo a solução borbulhar. Observar a mudança de cor;
Aquecer a solução, observar a nova mudança e explicar.
Resultados e Discussões
1ª e 2ª Parte:
Quando foram fatiados, a folha de repolho roxo e a beterraba, e colocados em béqueres para serem fervidos e depois filtrado, obteu-se ao final o extrato de repolho roxo e o extrato de beterraba que foram, nessa parte da prática, os nossos indicadores de pH. Após retirado o extrato que foram nossos indicadores, foi utilizado 14 tubos de ensaios, sendo metade para emprego do extrato de repolho roxo como indicador de ph e metade para a utilização de extrato de beterraba como indicador de pH.
Antes do emprego dos indicadores, todos os tubos apresentavam soluções transparentes e com a utilização dos indicadores obtivemos as seguintes identificações mostradas nas figuras abaixo:
Figura 1 – utilizando extrato de re olho ro roxo
Figura 2 – utilizando extrato de beterraba
Ao sere erem adi adicionad onadoos à algum umaas sol soluçõ uções, es, fora oram obser bservvados ados os seg seguin uintes comportamentos em relação às cores, como demonstra a tabela: Tabela 2 – Resultados obtidos com os indicadores naturais
Tubo
Solução
1 2 3 4 5 6 7
2 mL de água + 3 gotas de HCl Suco de Limão + 2 mL de água 1 mL de Vinagre + 2 mL de água 2 mL de água Na2CO3 + 2 mL de água 2 mL de sol. NaOH 1 mol/L Refrigerante de Laranja
Coloração
Coloração
Caráter
Repolho roxo rosa rosa turvo rosa claro lilás verde amarelo laranja claro
Beterraba roxo claro Rosa vermelho claro vermelho roxo escuro amarelo claro laranja avermelhado
ácido-base ácido acido acido neutro básico básico ácido
Ao analisarmos os dados obtidos através da pratica podemos perceber que o extrato de repolho roxo abrange uma maior parte do espectro de cor, indo do vermelho ao azul/verde. Já a beterraba é mais limitado indo do vermelho ao roxo. Ao Analisar os tubos com rótulos 1,2 e 3, que contem acido clorídrico, suco de limão e Vinagre, respectivamente, respectivamente, que são ácidos podemos observar que o espectro de cor varia pouco para o extrato extrato de repolho repolho roxo ficando ficando no rosa e variando variando um pouco mais para o extrato extrato de beterraba entre roxo claro, rosa e vermelho claro. Podemos observar também qual a coloração obtida em meio aproximadamente neutro, já que no tubo 4 está presente somente água destilada e o extrato, apresentando as cores, lilás para o extrato de repolho roxo e vermelho para o extrato de beterraba.
No tubo 5 e 6 podemos perceber uma variação mais marcante de cores, indo do verde ao amarelo no extrato de repolho roxo, e do roxo escuro ao amarelo claro no extrato de beterraba. Isso acontece, pois temos uma variação mais acentuada de pH, sendo o pH do hidróxido de sódio muito básico. Ao analisar o tubo de ensaio 7 percebemos que em ambos os extratos foi apresentado uma cor alaranjada. Ao analisar as amostras que obtivemos o mais sensato seria que o pH do refrigerante seria altamente básica, pois esta mais próximo do amarelo exibido pelo NaOH, mais isso é incorreto. Nessa amostra temos um fator adicional que é a própria cor do liquido, enquanto as outras soluções não apresentam coloração, na amostra 7 temos ela laranja antes do emprego do indicador. Podemos perceber, entretanto, que no meio ácido as amostra contendo extrato de repolho roxo são mais claras do que as contendo extrato beterraba.
3ª Parte:
Quando é colocada a fita de magnésio dento do Erlenmeyer contendo um ácido, acontece uma reação de deslocamento. No Erlenmeyer 1 em que acontecia a reação, 2 HCl(aq) + Mg(s) MgCl2 + H2 Percebeu Percebeu-se -se que a reação reação acontec aconteceu eu mais mais rapidame rapidamente, nte, desprend desprendendo endo muito calor calor e borbulhando, assim enchendo a bola. No Erlenmeyer 2 em que acontecia a reação, 2 CH3COOH(aq) + Mg(s) Mg(CH3COO)2 + H2 Notou-se ocorre mais lentamente, a reação ocorre com uma temperatura muito elevada, porem não tanto quando a do Erlenmeyer 1, a bola encheu aproximadamente o mesmo volume e demorou mais para terminar o consumo do magnésio metálico. Conclui-se que o magnésio reage com o ácido, "cedendo" seus elétrons para o cloro e o acetato. Forma-se assim o cloreto de magnésio e o acetato de magnésio. O hidrogênio livre do ácido combina-se na molécula de gás hidrogênio, saindo para fora do tubo. Tem-se então aqui o magnésio deslocando o hidrogênio do ácido, formando dele uma outra substância substância simples, o gás hidrogênio. Esse que pó sua vez é o responsável pelo enchimento de balão.
4ª Parte:
Ao misturar-se a água, fenolftaleína e o hidróxido de amônio percebeu-se a mudança de cor, ficando com uma cor rosa a fúcsia, isso se da por causa do contato entre o hidróxido de amônia com a fenolftaleína que tende a ficar na cor rosa a fúcsia estando em contato com soluções básicas básicas numa faixa de pH entre 8.2 e 12.
A reação para a formação do hidróxido de amônio é uma base que é preparada dissolvendo-se o gás amônia em água, formando o hidróxido de Figura 3 apresentada solução
–
amônio:
Cor pelo
NH3(aq) + H2O NH4OH(aq)
O tecido ou o papel irá ficar rosáseo, mas logo a cor desaparece. Isso ocorre porque a amônia é uma base volátil. Com isso, haverá a vaporização da mesma e a solução perderá seu caráter básico e passa a ter o caráter neutro, de acordo com a reação abaixo: NH4OH(aq) NH3(g) + H2O O odor característico também não ficará por conta da vaporização da amônia. Essa reação pode ser reversível, já que, se for adicionado NH 3 no local onde foi borrifado ocorrerá a reação inversa: NH3(aq) + H2O NH4OH(aq) Isso ocorre pelo fato de haver indicador presente na água, já que quando há presença de fenolftaleína na água esse não muda de cor, continuando a ser transparente.
5ª Parte:
Após adicionar-se 4 gotas de Azul de Bromotimol a 20 mL de água percebeu-se que a coloração adquirida foi a verde claro. Após borbulhar a solução com a ajuda do canudo, houve uma alteração de cor, passando do verde claro para o amarelo. Isso deve-se a presença de CO2 que entrou em contato com a solução, com a presença de CO2 ocorreu em que houve a formação de ácido carbônico. H2O + CO2(g) H2CO3(aq)
Na presença de um ácido o azul de bromotimol apresenta a cor amarela. Após esta constatação foi aquecido e aconteceu uma nova reação. H2CO3(aq) H2O + CO2(g) Com o aquecimento, o ácido carbônico decompõe-se formando água e liberando dióxido de carbono para o meio ambiente. Assim fazendo com que o meio fique neutro novamente, apresentando cor verde claro. Quando após o aquecimento for inserido dióxido de carbono novamente na solução, esta apresentar uma coloração a amarela, por a solução volta a ficar ácida.
Conclusão Podemos concluir concluir com essa pratica, que os indicadores indicadores naturais de pH pode ser bastante eficientes, ajudando muito na determinação do pH de soluções. Foi possível verificar a diferença existente entre os indicadores, pois cada um tem sua particularidade. Concluiu-se também que cada ácido libera uma quantidade de energia dependendo de sua força, sendo os ácidos com menor pH os mais fortes e com maior desprendimento desprendimento de energia. Analisamos também a ação do hidróxido de amônio em brincadeiras, sendo esta de fácil acesso para o publico em geral. E sendo muito intrigante no seu desaparecimento.
Concluímos que Os óxidos constituem um grande grupo na química pois a maioria dos elementos elementos químicos formam óxidos. E os utilizamos para demonstrar a reversibilidade reversibilidade de um processo.
Referências Leal, Aline; Aline; Santos, Santos, Gisele Gisele dos; Barbosa, Marcos; Oliveira Oliveira,, Zaqueu. Zaqueu. Indicador ácido[1] Leal, Disponível em: Base, Atividades de Ciências da Naturez.a acessado em 13 de abril 2010. [2] Disponível em: Acessado em 17 de abril 2010. [3] Terci, Daniela Daniela Brotto Lopes Lopes e Rossi, Adriana Adriana Vitorino Vitorino . Indicadores naturais de ph: usar papel ou solução? Quim. Nova, Vol. 25, No. 4, 684-688, 2002 [4] Dispo Disponí nível vel em: < http://pt.scribd.com/doc/51619868/Indicadores-acido-base > acessado em 17 de abril 2010.
[5] GOMES, M. E. M.; VENÂNCIO, V. S.; SOUZA, A. E. M.; DANTAS, S. L. A.; SANTOS, J. C. O. Uso de frutos da castanhola como indicador natural de ácidos e bases. http://www.abq.org.br/c www.abq.org.br/cbq/2008/tra bq/2008/trabalhos/13/ balhos/13/13-567-4914.htm 13-567-4914.htm> > Acessado Disponivel em: < http:// em 22 de abril 2010. [6] Disponivel em: Acessado em 17 de abril de 2010. [7] Sardella, Antônio.Curso de Química - Química Geral. Ed. Atica. 2002 [8] Disponível Disponível em: < http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/forca-acida.htm > Acessado em 17 de abril 2010 [9
] Reações de Simples troca. Disponível acessado em: 17 de abril 2010.
em:
[10] FERREIRA, F. de M.; PAMPONET, B.S.S.; CERDEIRA, I.M.G.; ARAÚJO, B.R.N. de. SBQ Jovem. Disponivel em: Sangue do Diabo. Acessado em 23 de abril 2010. [11] Evaporação . Disponivel em: < http:// http://pt.wikipedia pt.wikipedia.org/wiki/E .org/wiki/Evapora%C3%A7%C3%A3 vapora%C3%A7%C3%A3oo > Acessado em: 22 de abril 2010 [12] Óxidos. Disponivel em: Acessado em: 22 de abril 2010 Dias, Marcelo Vizeu; Guimarães , Pedro Ivo C. e Merçon, Fábio. Extração o e Emprego como Indicador g o e Emprego como Indicador . QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 17, MAIO 2003
