ÁREA 1 Curso: Engenharia Ambiental Laboratório de Química e Experimental Turno: Noturno Professor(a): Elisangela Figueiredo Alunos: Andrea Caldas Angélica Araújo Ianara Lima José Luiz Lima Letícia Rodrigues Sirana Costa
Experimento nº 02 Data do Experimento 04/03/10 Data de Entrega do relatório 25/03/10
FORÇAS OXIDANTE E REDUTORA
Salvador – BA 2010
Andréa Caldas Angélica Araújo Ianara Lima José Luiz Letícia Rodrigues Sirana Costa
FORÇAS OXIDANTE E REDUTORA
Relatório descrevendo o segundo experimento, sobre as forças oxidante e redutora, apresentado como pré-requisito para aprovação em Química Geral e Experimental, no curso de Engenharia Ambiental da Faculdade Área 1.
Professor Orientador: Elisangela Figueiredo
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Salvador – BA 2010
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RESUMO Na classificação das reações químicas, os termos oxidação e redução abrangem um amplo e diversificado conjunto de processos. Muitas reações de oxi-redução são comuns na vida diária e nas funções vitais básicas, como o fogo, a ferrugem, o apodrecimento das frutas, a respiração e a fotossíntese. Oxidação é o processo químico em que uma substância perde elétrons, partículas elementares de sinal elétrico negativo. O mecanismo inverso, a redução, consiste no ganho de elétrons por um átomo, que os incorpora a sua estrutura interna. Tais processos são simultâneos. Na reação resultante, chamada oxi-redução ou redox, uma substância redutora cede alguns de seus elétrons e, conseqüentemente, se oxida, enquanto outra, oxidante, retém essas partículas e sofre assim um processo de redução. Ainda que os termos oxidação e redução se apliquem às moléculas em seu conjunto, é apenas um dos átomos integrantes dessas moléculas que se reduz ou se oxida.
Palavras chave: Oxidação, redução e Oxi- Redução.
ABSTRACT In the classification of the chemical reactions, the terms oxidation and reduction enclose an ample and diversified set of processes. Many reactions of oxi-reduction are common in the daily life and basic the vital functions, as the fire, the rust, the roting of the fruits, the breath and the photosyntheses. Oxidation is the chemical process where a substance loses electrons, elementary particles of negative electric signal. The inverse mechanism, the reduction, consists of the electron profit for an atom, that incorporates them its internal structure. Such processes are simultaneous. In the resultant reaction, called oxi-reduction or redox, a reducing substance yields some of its electrons and, consequently, if it oxidates, while other, oxidant, holds back these particles and suffers thus a process from reduction. Despite the terms oxidation and reduction if apply to molecules in its set, he is only one of integrant atoms of these molecules that if reduce or if it oxidates.
Keywords:Oxidation, reducion e oxi – reduction.
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SUMÁRIO 1 – INTRODUÇÃO.................................................................................................... 05 2 – OBJETIVOS.........................................................................................................07 3 - MATERIAIS UTILIZADOS E REAGENTES..........................................................08 4 – PROCEDIMENTO................................................................................................09 5 - RESULTADOS, DISCUSSÃO E OBSERVAÇÕES..............................................10 6 - CALCULOS DAS ENERGIAS DAS REAÇÕES..................................................12 7 – CONCLUSÃO......................................................................................................13 8 - BIBLIOGRAFIA CONSULTADA...........................................................................14 9 - LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .............................................................. 15
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INTRODUÇÃO Força redutora deve ser interpretada como a tendência de um elemento sofrer oxidação, cedendo elétrons, provocando a redução em outra espécie química. Força oxidante é interpretada como a tendência de um elemento sofrer redução, recebendo elétrons, provocando a oxidação em outra espécie química. São transformações que envolvem a transferência de elétrons, e que ocorrem simultaneamente. Isto é, enquanto ocorre a oxidação, ocorre também a redução, e vice-versa. É característica dos metais ceder elétrons, caracterizando-os, em sua maioria, como agentes de força redutora, eles também possuem boa condutividade elétrica e de calor, geralmente apresentando cor prateada ou amarelada, um alto ponto de fusão e de ebulição e uma elevada dureza. Um metal pode ser definido também como um elemento químico que forma aglomerados de átomos com caráter metálico. Num metal cada átomo exerce apenas uma fraca atração nos elétrons mais externos, da camada de valência, que podem então fluir livremente, proporcionando a formação de íons positivos (ou cátions) e o estabelecimento de ligações iônicas com não metais. Os elétrons de valência são também responsáveis pela alta condutividade dos metais. Os metais são um dos três grupos dos elementos distinguidos por suas propriedades de ionização e de ligação, junto com os metalóides e os não metais. A maioria dos metais é quimicamente estável, com a exceção notável dos metais alcalinos e alcalinos terrosos. Os metais apresentam grande diversidade de propriedades físicas e químicas, conforme a pressão, temperatura e outras variáveis. Os átomos dos ametais possuem energia de ionização elevadas e afinidades eletrônicas grandes. Os elementos existem mais frequentemente sob forma de moléculas relativamente pequenas, em todas as fases. Nos seus compostos, os não metais, com exceção do flúor, apresentam estados tanto positivos como negativos, mas os últimos tendem a ser mais estáveis na maioria das circunstâncias. Eles recebem elétrons, caracterizando-os, em sua maioria, como de força oxidante. A oxidação pode ocorrer sob três circunstâncias: quando se adiciona oxigênio à substância, quando uma substância perde hidrogênio ou quando a substância perde elétrons. Enquanto a Redução é o inverso e ocorre também de três maneiras: 6
quando uma substância perde oxigênio, quando ganha hidrogênio ou quando ganha elétrons. Este experimento procurará explicar como ocorrem estas reações em alguns elementos químicos, e demonstrar as mudanças que ocorrem durante os processos de oxidação e redução.
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OBJETIVOS Este relatório tem como objetivos: Acumular conhecimentos à cerca das reações químicas de oxidação e redução; relacionar as propriedades de oxidação e redução com alguns elementos químicos observados; Buscar informação quanto ao caráter antioxidante da vitamina C; e verificar a relação entre a energia de ionização e a afinidade eletrônica entre as forças de redução e oxidação.
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MATERIAIS UTILIZADOS E REAGENTES Vidrarias e diversos : - Béquer - Proveta - Pipeta - Tubo de ensaio - Lixa - Piscete (contendo água destilada)
Reagentes: Sódio metálico, fita de magnésio, fenolftaleína, solução aquosa de cloro, solução aquosa de iodeto, solução etanólica de iodo e ácido ascórbico (vitamina C).
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PROCEDIMENTO 1a Parte 1 - Em um béquer de 100 mL colocamos 10 mL de água destilada e 3 gotas de fenolftaleína. 2 - Tomamos um pedaço de 1 a 2 cm de fita de magnésio e lixamos. Colocamos a fita de magnésio limpa no béquer preparado no item 1. 2a Parte
1 - Em um béquer de 100 mL colocar 10 mL de água destilada e 3 gotas de fenolftaleína. 2 - Tomar um pedaço bem pequeno (tamanho de uma cabeça de fósforo) de sódio metálico. 3 - Colocar o sódio metálico no béquer preparado no item 1.
3a Parte 1 - Colocamos num tubo de ensaio cerca de 2 mL de solução aquosa de iodeto. 2 - Adicionamos ao tubo preparado no item 1, 3 gotas de água de cloro.
4a Parte 1 - Colocamos 1 mL de uma solução 1 % de ácido ascórbico (vitamina C) num tubo de ensaio. 2 - Adicionamos cerca de 2 mL de solução etanólica de iodo ao tubo do item 1 3 - Transferimos a solução resultante do item 2 para outro tubo de ensaio e adicionamos 3 gotas de água de cloro.
TABELA DE DADOS EXPERIMENTAIS EXPERIMENTO
CORES OBSERVADAS
1ª
Rosa/Magenta
2ª
Rosa Intenso/ Magenta/ Carmim
3ª
Castanho
4ª
(o resultado final na verdade seria castanho)
Incolor
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1. RESULTADOS, DISCUSSÃO E OBSERVAÇÕES As forças de oxidação e redução são transformações que envolvem a transferência de elétrons. A oxidação e a redução ocorrem juntas na mesma reação química, e a transferência de elétrons entre substâncias faz com que o número de oxidação de uma substância aumente enquanto o da outra diminui. Podemos dizer então que em uma reação a substância que perde elétrons e sofre oxidação é designada agente redutor enquanto a substância que ganha elétrons e sofre redução é designada agente oxidante. Observamos a aplicação destas reações no desenvolvimento de novas baterias, na prevenção à corrosões, na produção industrial de Cl2, F2, Al, Cu, NaOH. Há também a importância na compreensão das reações de interesse biológico. Calculadoras, brinquedos, lâmpadas, rádios e muitos outros objetos eletroeletrônicos utilizam pilhas alcalinas para funcionarem. Outros processos como revelação fotográfica, fotossíntese, respiração, assim como os testes de glicose na urina ou de álcool no ar expirado são outros exemplos de reações que envolvem a transferência de elétrons. Durante os experimentos, foram observadas diversas reações, anotadas por ordem de realização conforme o procedimento experimental anterior:
1ª parte – Após a fita de magnésio ser colocada no béquer com a água destilada e fenolftaleína, foi observado que ao redor da fita a solução tornou-se magenta (rosa forte), e houve uma liberação mínima de gás. A reação da fita de magnésio com a água é relativamente lenta, mas sempre reagindo. Teoricamente, há uma efervescência, constatando a liberação de H2 e forma-se uma base Mg(OH)2 que é visto pela coloração rosa do indicador Fenolftaleína. O Magnésio só reage se for exposto, e após remoção da camada superficial de óxido. Constata-se então que os resultados esperados foram obtidos, e o porquê de termos tido que lixar a fita de magnésio. Energia de Vaporização (sublimação) do magnésio metálico, que é sólido à temperatura ambiente. Mg (s) → Mg (g) ( ΔHSUB = + 148 kJ/mol). 11
Mg (s) + 2H2O (l) → Mg(OH)2 (aq) + H2 (g) Oxigênio causou oxidação do Magnésio, ou, o magnésio reduziu o oxigênio.
2ª parte – Essa etapa foi realizada pela professora, pois o sódio possui um alto potencial de reatividade. Quando o pequeno pedaço de sódio foi adicionado ao béquer com a fenolftaleína foi observada uma reação muito forte e rápida, onde ocorreu uma intensa liberação de vapor, e uma coloração rosada muito forte. Teoricamente, há uma efervescência, constatando a liberação de H2 e forma-se uma base (NaOH) que é vista pela coloração rosa do indicador fenolftaleína. Constata-se então que os resultados esperados foram obtidos. Energia de Vaporização (sublimação) do sódio metálico, que é sólido à temperatura ambiente. Na (s) → Na (g) ( ΔHSUB = +107,8 kJ/mol). Na + H2O NaOH + H2 - As moléculas de hidrogênio e oxigênio causaram a oxidação do sódio, que é agente redutor e por isso se oxida.
3ª parte – No tubo de ensaio com solução aquosa de iodeto foi adicionado três gotas de água de cloro, então nota-se claramente a mudança de cor que ocorre de amarelo para castanho. 2 KI(aq) + Cl2(aq) → 2 KCl + I2(aq) - Iodeto é um médio agente redutor, enquanto o Cloro é agente oxidante. O iodeto oxidou e o cloro reduziu. I2 (aq) + 2e- → 2I- (aq) E°red= +0,54 v Cl2 (aq) + 2e- → 2Cl- (aq) E°red= +1,36 v
4ª parte – Após colocado 1 mL de ácido ascórbico no tubo de ensaio foi adicionado as 2 mL de solução etanólica de iodo, nessa etapa não foi obtido coloração alguma, No mesmo tudo de ensaio foi adicionado 3 gotas de cloro, nota-se uma mistura semelhante a água e o óleo, mas quando agitado torna-se incolor. C6H8O6 + I2 → C6H6O6 + 2I- + 2H+ Teoricamente: O ácido ascórbico é um redutor, portanto deve reduzir o iodo (I2) para iodeto (I-). Visualmente notamos que a cor castanho escuro (do iodo em solução com solventes polares como água e etanol) deve desaparecer (o iodeto é incolor). Por sua vez, como o cloro (Cl2) é um oxidante mais forte (com potencial de redução 12
maior) que o iodo, vai oxidar o iodeto e a solução incolor voltará a ser castanho devido ao iodo produzido. Porém, neste experimento houve uma alteração nos resultados, pois um dos reagentes (água de cloro) estava fora dos padrões, e a cor real que deveria ser observada era o castanho ao final da mistura. O objetivo esperado durante o procedimento em laboratório não foi satisfatório, mas após consultas ficou esclarecido o ocorrido.
Metais e água: Metais alcalinos, como o sódio, fazem reação muito violenta com a água, mesmo a frio. Metais alcalino-terrosos, como o magnésio, fazem reação branda com a água, a frio. O magnésio faz reação muito lenta com a água fria; com a água quente é mais rápida, porém branda.
CALCULOS DAS ENERGIAS DAS REAÇÕES •
Energia da reação do Mg.
ΔHR = ΔHSUB + ΔHI + ΔHHID ΔHR = 148 + (740+1450) + (-1921) ΔHR = 417 KJ.mol-1 •
Energia da reação do Na.
ΔHR = ΔHSUB + ΔHI + ΔHHID ΔHR = 107 + 500 + (-406) ΔHR = 201 KJ.mol-1
2. CONCLUSÃO Conclui-se que quando um átomo absorve energia, os elétrons podem ser transferidos de um nível para outro mais afastado do núcleo. Se a sua energia for 13
suficientemente alta, será possível arrancar o elétron do átomo em questão, transformando o num íon positivo. Os metais de modo geral, possuem baixos potenciais de ionização e baixa afinidade eletrônica, ou seja, eles perdem elétrons facilmente; enquanto os ametais possuem altos potenciais de ionização e alta afinidade eletrônica e seus elétrons são difíceis de serem arrancados. Em todas as etapas desse experimento foi possível observar essas reações, alcançando assim o objetivo dessa aula pratica no laboratório que era de observar as propriedades de oxidação e redução entre alguns elementos, porém houve apenas um exceção durante a 4ª parte do experimento onde o resultado obtido (sem coloração – incolor) não foi o esperado (coloração castanho). A medição do potencial de redução e oxidação também é muito utilizada em processos industriais, em tratamento d'água e em laboratórios. Uma grande aplicação para esta tecnologia é o controle de cloro na água potável, industrial, de torres de resfriamento ou de efluentes. O experimento realizado é de demasiada importância num curso de engenharia ambiental, já que nos dá uma idéia de que tipos de materiais se oxidam mais facilmente, e outros que podem causar a oxidação e também de que formas essas reações podem ocorrer. E também no relativo a alterações no meio e prejuízos que um oxidante ou redutor poderia causar num ambiente, em seres vivos e materiais de trabalho.
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ALVES, Líria. Brasil Escola – Química - Oxidação e Redução. Disponível em: . Acesso em 16 de mar. 2010.
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Et. Al. – Wikipédia - Enciclopédia digital - Afinidade Eletrônica. Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2010. Et. Al. – Wikipédia - Enciclopédia digital – Fenolftaleína. Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2010. Et. Al. - Ligações Químicas I – Apostila eletrônica. Disponível . Acesso em 17 de mar. 2010.
em:
Et. Al. – Wikipédia - Enciclopédia digital - Potencial de Redução. Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2010. FACULDADE DE CIÊNCIAS, UNIVERSIDADE DE LISBOA – Química Inorgânica I, Problemas. Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2010. FACULDADES INTEGRADAS RUI BARBOSA - Normas ABNT. Disponível em: . Acesso em 24 de fev. 2010. Física.net – Química Reações Inorgânicas. Disponível em: . Acesso em 15 de mar. 2010. GONÇALVES, Norberto Sanches. – Química Inorgânica Teórica. Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2010. PEDROSA, Simone Dias - Reações de Oxidação e Redução. Disponível em: . Acesso em 16 de mar. 2010. CANTO, Eduardo Leite; PERUZZO,Tito Miragaia , Química na Abordagem do Cotidiano. Editora Moderna. Volume 1.P 143-147. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA. Óxido-Redução – Bioquímica. Disponível em: . Acesso em 15 de mar.2010.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
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KJ/mol = ( mil Joule por cada mol de partículas/átomos/moléculas - neste caso falamos em mol de molécula) ΔHSUB
ΔHI
= Energia/entalpia de Sublimação
= Energia de Ionização
ΔHHID
= Energia de Hidratação
= Energia da Reação
ΔHR
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