Laboratório de quimica- Teste de chama PDF

Preview

Summary

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS
...

Description

ESCOLA DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA ENGENHARIA CIVIL Química Geral

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

2019

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 1 Elabore uma introdução de 3  páginas acerca do experimento Teste da Chama. A sua introdução deve conter os seguintes fundamentos teóricos: Estrutura Atômica, Representação do Modelo de Bohr para o átomo, Salto Quântico e a emissão de luz visível, Teste da Chama – o que é e para que serve e aplicações do fenômeno de emissão de cores pelos elétrons. AS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS USADAS PARA COMPOR O TEXTO DEVEM SER INDICADAS AO LONGO DO TEXTO CONFORME NORMA ABNT (VIDE DOCUMENTO NA UNIDADE WEB). CITAÇÃO DE OBRAS (SITES, REVISTAS, ARTIGOS ETC) NO TEXTO SEM REFERENCIAR É PLÁGIO. MUITA ATENÇÃO!!! ESTRUTURA ATÔMICA A ideia do átomo surgiu na Grécia antiga, onde os filósofos foram os primeiros a perceber que toda a matéria era constituída por uma série de partículas, de onde originou-se o nome átomo que significa indivisível. A concepção da estrutura do átomo evoluiu ao longo dos anos, desde a o primeiro modelo atômico contextualizado por John Dalton, onde a matéria era formada por partículas minúsculas, esféricas, maciças e indivisíveis até a descoberta do Modelo das Camadas Eletrônicas por Rutherford-Bohr. Onde, ficou definido que os átomos são compostos por partículas de prótons, nêutrons (Núcleo) e elétrons (órbitas). REPRESENTAÇÃO DO MODELO DE BOHR PARA O ÁTOMO O modelo de Rutherford, apesar de desclarecer os resultados da experiencia sobre a dispersão das particulas alfa, possuia algumas deficiencias como, por exemplo, instabilidade do eletron e nem explicar os espectros atômicos. Pouco tempo depois Bohr propos outro modelo que conseguia explicar o espectro de linhas. Os elétrons, nos átomos, movimentam-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares, chamadas de camadas ou níveis. (A camada, ou nível, mais próxima do núcleo é designada pela letra K, a segunda pela letra l, a terceira pela letra m, e assim sucessivamente.) • Cada um desses níveis tem um valor determinado de energia. • Não é permitido a um elétron permanecer entre dois desses níveis. • Um elétron pode passar de um nível para outro de maior energia, desde que absorva energia externa (ultravioleta, luz visível etc.). Quando isso acontece, dizemos que o elétron foi excitado e que ocorreu uma transição eletrônica (veja a ilustração esquemática A).

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS • O retorno do elétron ao nível inicial é acompanhado pela liberação de energia na forma de ondas eletromagnéticas (veja a ilustração B), por exemplo, como luz visível ou ultravioleta A teoria de Bohr contribuiu para a compreensão da estrutura atômica, os elétrons descrevem ao redor do núcleo órbitas circulares, chamadas de camadas eletrônicas, com energia constante e determinadas. Quando os elétrons se movimentam em uma mesma camada, não absorvem nem emitem energia espontaneamente. Entretanto, ao receber energia, o elétron pode saltar para outra órbita, mais energético. Dessa forma, o átomo fica instável, pois o elétron tende a voltar à sua orbita original. Quando o átomo volta à sua órbita original, ele devolve a energia que foi recebida em forma de luz ou calor. Alguns destes átomos podem adquirir um excesso de energia interna e emitir luz na região do visível, ultravioleta ou também infravermelho. Utilizando o modelo de Bohr descobrimos que a energia dos elétrons é quantizada, ou seja, só pode ter apenas alguns determinados valores. Primeiramente os elétrons são excitados na lâmpada de gás e, em seguida, ao retornarem aos níveis de menor energia, liberam energia na forma de luz. Como a cor da luz emitida depende da diferença de energia entre os níveis envolvidos na transição e essa diferença varia de elemento para elemento, a luz apresentará cor característica para cada elemento químico.

Peruzzo, Francisco Miragaia. Quimica: na abordagem do cotidiano, Volume unico/Francisco Miragaia Peruzzo (Tito) Rduardo Leite de Canto – 3 Ed.- São Paulo: Moderna,2007.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 1 SALTO QUÂNTICO E A EMISSÃO DE LUZ VISÍVEL Segundo a teoria do modelo atômico de Rutherford-Bohr, os elétrons possuem determinada quantidade de energia limitada pelos níveis das camadas eletrônicas que ocupam. Quando esses elétrons recebem energia de fonte externa (calor ou descarga elétrica, por exemplo) são capazes de, temporariamente, sair de seu estado fundamental e se deslocar para a seguinte camada eletrônica mais energética. A este deslocamento foi dado o nome Salto Quântico. Toda partícula tende a permanecer em seu estado de menor energia, sendo assim, os elétrons ao realizarem o salto quântico, voltam logo em seguida para seu estado fundamental, emitindo luz ou fótons (radiação eletromagnética) no processo. A luz é uma forma de radiação que oscila em campos eletromagnéticos. Esses campos empurram os elétrons de forma periódica e constante, formando ondas características para cada tipo de luz emitida (visível ou não a olho nu). A oscilação em ondas possui altura e distância entre si que definem sua frequência. Esta determina a cor da luz emitida, quanto maior a distância entre ondas, menor é a frequência da radiação e mais perto ela está da luz infravermelha. As menores distâncias entre ondas formam maiores frequências e a luz se aproxima do ultravioleta. A luz visível está compreendida no intervalo de 700nm a 400nm de comprimento de onda (entre o infravermelho e o ultravioleta, que são radiações não visíveis).

TESTE DA CHAMA O teste de chama é um ensaio utilizado para descobrir a presença de alguns íons metálicos (sais metálicos), de acordo com o espectro eletromagnético característico para cada elemento. Neste ensaio, ocorrerem interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada de um átomo de um cátion metálico. No átomo os elétrons podem absorver energia (quantum de energia), passando para níveis mais elevados do que os anteriores, atingindo assim o estado excitado. Dessa maneira, o elétron excitado apresenta tendência a retornar ao seu estado natural (estado fundamental), deste modo pode emitir a energia absorvida em quantum de energia (fóton), cujos comprimentos de onda e frequência são característicos do salto quântico sofrido. Estes comprimentos de onda, da radiação emitida, formarão a luz visível, no qual irá servir para identificação de tais elementos. Contudo, a radiação emitida no estado fundamental, quando os elementos presentes em uma amostra cuja composição seja desconhecida forem excitados pela absorção do calor de uma chama (Bico de Bunsen), apresentam características como cor e intensidade visível, através da observação visual da chama podemos identificar o elemento.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 1 A cor irá depender do elemento químico e da diferença de energia emitida pelo seu elétron ao retornar à sua camada eletrônica original. Podemos ver esse princípio do salto quântico em fogos de artificio, lâmpadas fluorescentes e luminosos de neon.

ATKINS, Peter e JONES, Loretta. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente; tradução Félix José Nonnenmacher; revisão técnica Ricardo Bicca de Alencastro. 7ª Edição. Editora Bookman. Porto Alegre, 2018.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 2 O teste da chama foi realizado com o objetivo de se observar o salto quântico realizado pelos elementos químicos contidos nos sais. Qual modelo atômico pode ser usado para explicar tal fenômeno? Descreva sobre as principais caraterísticas desse modelo, explicando em conjunto como ocorre o salto quântico ao excitar os elétrons com o calor da chama. O teste de chama é um fenômeno que pode ser explicado pela teoria atômica de Bohr (Salto Quântico), na qual ele explica como a emissão da luz é provocada por uma descarga elétrica através do hidrogênio. O teste de chama é baseado no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico (no caso da chama, energia em forma de calor), alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado. Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, ele libera a energia recebida anteriormente em forma de radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa de espectro visível, ou seja, o olho humano é capaz de enxergá-las através de cores. Dessa forma, é possível identificar a presença de certos elementos devido á cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama. Disponível em: http://clube-ciencia.blogspot.com/ Acesso em 18/03/19 -18h23 min.

Questões N° 3 Citar ao menos três vantagens e três desvantagens observadas na prática pelo grupo ao se realizar o Teste da Chama. ATENÇÃO: Objetivo da prática (ex: cada cátion emite uma luz de cor distinta) não é vantagem! VANTAGENS ● Praticidade para realizar o experimento ● Obtenção rápida dos resultados ● Utilização de poucos materiais DESVANTAGENS ● Cores semelhantes em compostos diferentes ● Contaminação fácil do fio de platina pelos sais utilizados

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS ● Não é possível identificar os ânions pela cor

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 4 O Teste da Chama serve para identificar qualquer elemento químico? Em caso negativo, quais elementos podem ser identificados pela observação visual da chama? Justifique a sua resposta. O teste de chama é utilizado para associar a cor da chama à presença de elementos químicos metálicos, ou seja, verificar a reação dos íons metálicos no fogo através do comprimento de onda emitido por ele na região do visível. Logo, a identificação dos materiais é limitada, como os elementos possuem características diferentes, há metais que sua identificação é visível e necessitam de menor energia para mudarem de nível, porem o mesmo não ocorre com íons metálicos que não podem ser vistos a olho nu.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 5 Apresentar nessa parte a tabela contida no roteiro experimental, constando os sais analisados, os cátions metálicos e a cor da chama (experimental e a pesquisada na literatura) Faça uma discussão acerca das observações experimentais. Sua discussão deve conter os seguintes aspectos: confiabilidade do teste, qualidade, dificuldades (se houver, discutir), comparação entre as cores observadas e as relatadas em trabalhados pesquisados, se o objetivo do experimento foi alcançado, relação entre os cátions e as cores, entre outros que julgar necessário.

AMOSTRA

CÁTION METÁLICO

COR DA CHAMA (OBSERVADA)

COR DA CHAMA (LITERATURA)

Cloreto de estrôncio, SrCl₂

Sr²⁺

Vermelho

Carmim

Cloreto de sódio, NaCl

Na⁺

Amarelo

Amarelo

Bicarbonato de sódio, NaHCO₃

Na⁺

Amarelo

Amarelo

Cloreto de cálcio, CaCl₂

Ca²⁺

Laranja escuro / Vermelho

Laranja Avermelhado

Cloreto de bário, BaCl₂

Ba²⁺

Verde

Verde Amarelado

Cloreto de potássio, KCl

K⁺

Lilás

Violeta

Amostra Desconhecida (Cobre)

Cu

Verde

Verde

ATKINS, Peter e JONES, Loretta. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente; tradução Félix José Nonnenmacher; revisão técnica Ricardo Bicca de Alencastro. 7ª Edição. Editora Bookman. Porto Alegre, 2018. CHANG, Raymond. Química geral: conceitos essenciais; tradução Maria José Ferreira Rebelo. 4ª Edição. Editora AMGH. Porto Alegre, 2010.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 5 Através do experimento realizado com os sais, observamos em cada amostra uma cor de chama distinta possibilitando a identificação de cada íon metálico. Observamos também, que as amostras diferentes, mas de mesmo cátion metálico, emitem a mesma cor de chama. Dessa forma, comparando-se as cores obtidas no experimento e na literatura podemos ver que estão compatíveis, como na tabela acima. Em suma, o teste de chama é uma evidência prática da transição de elétrons (salto quântico) e da identificação de elementos a partir da coloração emitida na liberação de energia, fazendo com que os elétrons voltem para seu estado fundamental, assim emitam luz característica de cada cátion.

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 6 Escolher um dos sais analisados na aula do Teste da Chama e com base na cor emitida na chama, calcular a frequência de luz e a energia da onda, usando os comprimentos de onda dados na tabela abaixo (para o cálculo usar comprimento de onda médio). Dados: Contanste de Planck (h) = 6,63 x 10^-34 J.s Vel. Luz (c) = 3,0 x 10^8 m/s

Disponível em: http://qnint.sbq.org.br/qni/popup_visualizarMolecula.php?id=UIXUMlMBIjB4Rn_m0ST3yb_87jXrj94kEb4QqBlFCyE54l7 sRatdUJiTnjLS1u8ExbawQazI3q283EQN4YP5Fw – acesso em 08.03.19

A amostra selecionada para fins de cálculo foi o Cloreto de sódio, NaCl, que emite luz amarela. COMPRIMENTO DE ONDA DA LUZ AMARELA λ=

435+480 2

λ = 457, 5 nm

FREQUÊNCIA DE LUZ x =c λ = comprimento de onda; ν = frequência; c = velocidade da luz ν=

3,0 x 108 457,5 x 10−9

ν = 6, 56 x 1014

ENERGIA DA ONDA E=hx E = energia de onda; h = constante de Planck; ν = frequência E = 6, 6 3 x 10−34 x 6, 56 x 1014

E = 4, 35 x 10−19

TESTE DA CHAMA E REATIVIDADE DE METAIS

Questões N° 7 Propor uma fila de reatividade para os metais: Zn  (zinco), Mg (magnésio), Cu (cobre) e Fe (ferro) por meio das observações experimentais de reatividade desses metais quando em contato com HCl 2,0 mol/L. Justifique a sua resposta usando conceitos de propriedades periódicas. A fila de reatividade para os metais analisados é, respectivamente, do mais reativo para o menos reativo: Mg – liberação de calor, gás e cheiro; dissolve rapidamente Zn – liberação de calor, gás e cheiro; o metal apresenta opacidade Fe – liberação de gás; oxidação Cu – sofre limpeza...