Aula prática de Laboratório Oxidação Palha de Aço

Ensino Médio - Primeiras Séries  A, B, C, 1TA, 1TB

                                     Aula prática de Laboratório

             Interações e Transformações Químicas

Reação do Sulfato de Cobre Com o Ferro 

CuSO4  +  H2O   +   Fe

Reação do vinagre com Bicarbonato de Sódio

NaHCO3 + CH3COOH

Relatando os Processos Experimentais das Análises

Sumário

Foram realizadas duas experiências de laboratório. A primeira foi utilizado o sulfato de cobre pentahidratado com um prego do metal ferro, ocorreu a reação de ionização e posterior transformação do cobre da solução de sulfato com o ferro metálico sólido do prego, gerando a síntese de novos compostos. A outra experiência foi feita com vinagre, de comportamento ácido e bicarbonato de sódio, sal que se comporta como base, que ao  reagir ionizou, formou outros compostos com produção de efervescência e formação de bolhas de ar.

Objetivo

Comprovar dois experimentos em sala de aula estariam realmente corretos, um utilizando sulfato de cobre com ferro, e outro; uma substância ácida interagindo com bicarbonato de sódio.

Preparação dos reagentes da solução de sulfato de cobre com o ferro e dos reagentes da reação vinagre e bicarbonato de sódio

Experimento Com Sulfato de Cobre

Metodologia do Sulfato de Cobre Com Ferro Metálico

Para o primeiro ensaio, realizado com a solução de sulfato de cobre pentaidratado foi preparado antecipadamente do seguinte modo: uma colher de sulfato de cobre pentaidratado na forma de sal foi diluido em aproximadamente 100 ml de água destilada e obteve-se uma solução de cor azul transparente.  Foi utilizado como metal reagente o ferro ou seja; um prego de aço sem ferrugem.

No segundo experimento o bicarbonato de sódio foi colocado primeiro no tubo de ensaio. Uma pequena quantidade de vinagre, o suficiente para a reação foi separada num béquer. Como a reação para este experimento é instantânea, há a necessidade de se  preparar os reagentes antecipadamente. 

Desenvolvimento do experimento

O cobre é elemento químico sólido, de massa atômica 63,5 u.m.a., quando ionizado forma o cátion Cu++. Apresenta-se na forma de um metal ductil e condutor de eletricidade.

O sulfato de cobre é um composto químico que se apresenta-se na forma de sal cuja fórmula molecular é CuSO4. Na forma anidra o mineral é chamado de calcocianita apresenta-se como um pó de coloração verde opaca ou cinzenta. Na forma pentaidratado chamado de calcantita que se pode visualizar na cor azul. Esse sulfato de cobre é usado como herbicida, fungicida e pesticida e vários outros empregos.

A composição do prego é o aço temperado, carbono 0,23 %,  manganês 0,60%  e frações de fósforo  0,040%. O ferro é um elemento químico metálico de massa 56 u.m.a. que se ioniza nas formas Fe+; Fe++; e Fe+++. Reage intensamente como o oxigênio formando óxido de ferro. O ânion sulfato SO4--; possui quatro átomos de oxigênio ligados ao enxofre central com uma carga negativa de dois elétrons portanto também muito reagente.

Observações Experimentais

O experimento realizou-se da seguinte maneira. No béquer com solução de sulfato cobre foi colocado o prego de aço, sem ferrugem; que reagiu como a solução de sulfato de cobre de cor azul á temperatura ambiente.  Em poucos minutos o prego dentro da solução de sulfato de cobre foi mudando a sua aparência externa e ficou recoberto com uma camada metálica sólida da cor do cobre metálico. A explicação para este fato é o seguinte. 

Uma pequena parte superficial do ferro do prego que tem mais tendência de se oxidar, ou de sofrer corrosão do que o cobre, sofreu ação do reagente e então uma pequena parte da superfície do prego reagiu com o sulfato da solução, retirando o cobre desse composto deixando-o livre e então uniu-se agora a esse sulfato livre presente na solução. Visualizando o prego durante a experiência, o prego apresenta-se da cor metálica brilhante ou ferro puro. Continuando a observação concluímos que o ferro ligado ao sulfato da solução passa a ocupar o lugar do cobre. Se a experiência durasse muito tempo a solução da cor azul pela presença do cobre, passaria para a cor vermelho marrom de ferrugem pela ação do ferro do prego. Assim a pequena parte do ferro mudou de posição passando a formar o novo composto da solução do béquer o sulfato de ferro (FeSO4). Continuando a reação do ferro com a solução de sulfato de cobre; Só há uma explicação viável para que o metal puro cobre de carga positiva se fixe no prego também de carga positiva, é a carga positiva do ferro estar reduzido para Fe+ se portar como íon de carga negativa e o cobre estar oxidado em Cu++ se portar como íon de carga positiva. Essa diferença de cargas pode atrair os dois metais, ambos de cargas positivas. Nessa reação o ferro comporta-se como se possuisse carga negativa, o cobre oxidado como o íon de carga positiva.

Prática do Experimento 

Sulfato de Cobre Penta Hidratado Com Ferro Metálico - Pregos e Palha de Aço. 

Nomes dos alunos participantes da equipe de trabalho.

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Primeira parte do experimento

Material Utilizado

Balança digital, béquer de 100 ml, bastão de vidro ou bagueta, 2 pregos de aço, palha de aço e o reagente sulfato de cobre penta hidratado (CuSO4 . 5 H2O).

     

Colocar um béquer de 100 mL na balança e tarar.

Colocar 4 ou 5 gramas de sulfato de cobre no béquer.

Pesar 4 gramas de sulfato de cobre.
Colocar em um béquer de 100 mL e diluir com água e observar a cor.

Colocar água no béquer até a 
marca 100 na graduação.

Mexer até dissolver todo o sulfato 
de cobre.

Separar dois pregos de aço limpos, sem ferrugem. Um 
prego normal, o outro galvanizado.

Colocar os dois pregos na solução de sulfato de cobre e 
esperar mais ou menos 5 minutos. Retirar e observar.

Observe que o prego não galvanizado ficou com uma 
camada amarelo ocre,o que indica que o cobre saiu 
da solução e aderiu nele.

Retirar os pregos e reaproveitar
a mesma solução.

Experimento 2.  

Na segunda parte do experimento, colocar a palha de aço na mesma solução de sulfato de cobre em que haviam sido colocado os pregos, e observar a reação que acontece tanto na palha de aço como na solução.

Após retirar o prego da solução de sulfato de cobre, 
colocar palha de aço na solução e observar.

Observe que houve uma grande aderência do cobre 
metálico na palha de aço.

Observe que o cobre metálico saiu da solução e 
aderiu na palha de aço. A solução perdeu a cor azul.

No final a solução ficou meio amarelada ocre,
porque escapou da palha de aço óxido de ferro.

Resultados ou Conclusão

Em ambas as reações que ocorrem, a transformação é imediata. A força dos reagentes diferentes que interagem são as forças de oxidação e redução as quais proporcionam o fenômeno físico químico observado. 

Nesse tipo de reação a oxidação do ferro é monovalente, comporta-se como ânion  a do cobre é bivalente, portanto é atraído pelo ferro do prego que se porta como um condutor impregnado de elétrons,  desprendidos do sulfato, pela água da solução, por esse motivo o cobre Cu2+ migra para o prego sobrando sulfato (SO4--) de carga negativa livre na solução.

Na segunda experiência o contato de duas substâncias, uma comportando como ácido e outra como base são fortes reagentes que proporcionam uma reação de ionização rápida e ressintetização de novos compostos.

Responda as Perguntas Sobre o Experimento.
        
1) Represente a fórmula do sulfato penta hidratado.............................................................

2) Como ficou a nível molecular o sulfato de cobre quando você diluiu na água? Qual 

a cor  da solução?

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3) Ao colocar o prego na solução por alguns minutos o que aconteceu com o prego?
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4) Qual é a aparência da parte da palha de aço mergulhada na solução depois de alguns minutos?

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5) Qual é a cor da solução após ser retirada a palha de aço?
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6) Porque o prego de aço atraiu o cobre Cu2+
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7) Por que a palha de aço atraiu o cobre Cu2+? ...............................................................
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8) Por que com a demora para retirar a palha de aço da solução de sulfato de cobre a solução do béquer adquiriu uma cor de tom amarelado ocre ou cor de ferrugem?

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Experiência do Vinagre Com Bicarbonato

Na experiência do vinagre com o bicarbonato de sódio é a seguinte, ao adicionar o vinagre no tubo  que continha o bicarbonato de sódio, a reação foi imediata; com uma forte reação explosiva e liberação de gás ou bolhas de ar. Coloca-se rapidamente a bexiga para que esta segure o gás formado e não se perca, dessa maneira a bexiga toma a forma de um balão inflado, comprovando experimental e visualmente a produção de gás carbônico (CO2), substância invisível aos nossos olhos. O que acontece realmente a nível químico molecular é uma quebra de ligações e troca de posições entre os elementos químicos dessas moléculas, dos dois reagentes formando novas substâncias que possibilitam a “montagem de uma outra reação” para que a partir dela aconteça a reação de formação, a do gás carbônico com a liberação das bolhas de ar que se desprendem do tubo de ensaio e enche a bexiga. Resumindo a reação, podemos assim descrever passo a passo essas transformações. Primeiramente o vinagre (CH3COOH) reage com o bicarbonato de sódio (NaHCO3) liberando cátions Na+, H+ e  ânions CH3COO-, e CO3- que sofrem combinação com os cátions formados e produz o acetato de sódio (CH3COONa) e o ácido carbônico (H2CO3) que em contato com a água da solução formada e com os cátios e ânions que ainda estão livres na solução, reagem cindindo essa molécula, formando gás carbônico (CO2) que produz a forte condição físico química visualizada, ou seja; a formação das bolhas de ar e água.

Atividade Prática 

Reação do bicarbonato de Sódio Com Vinagre

Determinar o volume e a massa em gramas do gás carbônico produzido na reação do bicarbonato de sódio com o vinagre.

Equipe - Nomes dos participantes Sala 

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Material

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Técnica

Pesar 10 g de bicarbonato de sódio.

Colocar no tubo de ensaio seco de 40 mL. 

Pegar uma bexiga e adaptar na boca do tubo.

Passar todo o bicarbonato do tubo para a bexiga.

Retirar a bexiga do tubo de ensaio.

Colocar 20 mL de vinagre no tubo de ensaio.

Conectar a bexiga novamente no tubo de ensaio, vedar com fita crepe.

Despejar todo o bicarbonato que está dentro da bexiga, dentro do tubo de ensaio com vinagre.

Observar a reação.

Quando a bexiga parar de expandir com o gás produzido, medir o perímetro da bexiga e anotar.

Fazer a listagem do material utilizado.
Balança, bicarbonato de sódio, vinagre, tubo de ensaio
de 40 mL, grade suporte para tubos, fita métrica,
fita adesiva.

Pesar 10 gramas de bicarbonato de sódio.

É aconselhável que se pese o bicarbonato de sódio
em papel vegetal para que não haja aderência de
partículas na folha e se perca parte do material.

Após ser pesado o bicarbonato de sódio é passado para
um tubo de ensaio de 40 mL.

Passar todo o material do tubo de ensaio para a bexiga.

Após retirar do tubo a bexiga com o bicarbonato do tubo,
colocar 10 mL de vinagre dentro do tubo
de ensaio.

Voltar a bexiga com o bicarbonato para a boca do tubo
de ensaio. Vedar com fita crepe a bexiga no tubo,
para que não escape o gás produzido.

Virar de uma vez, todo o bicarbonato de sódio que está
dentro da bexiga no tubo de ensaio com o vinagre.
começa a reação.

Esperar até que todo o bicarbonato de sódio reaja com
o vinagre.

Quando você notar que parou de borbulhar a mistura do
vinagre com o bicarbonato, medir o perímetro do balão
com uma fita métrica ou barbante.

Fazer um círculo com a medida da fita métrica ou
 barbante, do perímetro da bexiga que foi de 34 cm
de comprimento. Medir o diâmetro do círculo formado.
Anotar. 

         

Pode-se também fazer um circulo ou circunferência
com um barbante com a mesma medida do
perímetro da bexiga.
Medir o diâmetro do circulo e anotar.

Achar o Raio do Círculo.

            D           

R =  --------  =   -------- = 

            2             

Calcular o volume do gás carbônico produzido pela reação do ácido acético com o bicarbonato de sódio.

        4   x   π . r³               

V =  -----------------    =  ---------------------------- =  ----------------------- = ---------- = 

               3                                                                                                    

Calcular a massa em gramas do gás carbônico produzido.

Como:

A massa do CO2 = 12 + 32 = 44 g então:

44g -------à 22,4 L de gás CO2           

                                                      x = ------------------- =  ------------ =  

 X   ˂--------    L de gás CO2                 

Perguntas

1) O que é o bicarbonato de sódio? 

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2) Qual é o gás que é produzido na reação do bicarbonato de sódio com o vinagre?

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3) O que faz a torta ou o bolo crescer quando são assados?

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4) A temperatura influencia na expansão de um gás, que expande a massa do produto ou substância que o contém?

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Bibliografia

    Sulfato de cobre (II) - Wikipédia, a enciclopédia livre.

    [Chemistry] Fe + CuSO4 - The Student Room

     cienciaemcasa.cienciaviva.pt/extintor.html

  Aço - Wikipédia, a enciclopédia livre

    Joe Pastry - NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2