UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZDEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS ETECNOLÓGICAS

Engenharia Civil e Engenharia Mecânica Química Geral I – Teórica e Prática

Professora: Acácia Gomes Pinho

Segundo semestre de 2013

Data do experimento: 16/08/2013

Gustavo Souza de Almeida (Turma P02) (201120230)

Adolfo Tanajura (Turma P01) ( )

COMPORTAMENTO DO COBRE SÓLIDO (Cu) IMERSO NUMA SOLUÇÃO

AQUOSA DE NITRATO DE PRATA (AgNO3)

ILHÉUS – BAHIA

2013.2

SUMÁRIO

RESUMO.....................................................................................................................................1

1 OBJETIVOS.............................................................................................................................2

2 INTRODUÇÃO........................................................................................................................2

3 PARTE EXPERIMENTAL.......................................................................................................3

3.1 MATERIAIS E REAGENTES...............................................................................................3

3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.................................................................................4

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO...............................................................................................5

REFERÊNCIAS...........................................................................................................................8

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RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo estudar as reações químicas, particularmente a reação que ocorre quando um fio de cobre (Cu) é imerso em uma solução aquosa de nitrato de prata (AgNO3). Todo fenômeno químico é uma reação química, em uma reação química a estrutura de cada átomo enquanto elemento químico permanece inalterado, ou seja: Na reação química os átomos não se transformam em outros átomos. Também não há perda dos átomos que iniciaram a reação, nem criação de átomos novos (pelo ou menos não nas reações “normais”, ou melhor, cotidianas). A transformação ocorre apenas ao nível de substância, isto é, os átomos das substâncias reagentes se reagrupam de uma nova maneira e assim formam as substâncias do produto. Contudo para deduzirmos se houve reação química precisamos observar certos fenômenos ao colocarmos em contato duas ou mais substâncias. Foi o que fizemos durante nosso experimento, colocamos o fio de cobre e a solução aquosa de nitrato de prata em contato, e notamos varias mudanças, desde a coloração da solução aquosa, ao aspecto físico do fio de cobre, comprovando que houve uma reação química.

Neste relatório buscaremos explicar os fenômenos que ocorreram ao colocarmos em contato essas duas substâncias.

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1 OBJETIVOS

- Identificar e estudar as reações químicas.

- Investigar quantitativamente quaisquer transformações que tenham lugar na mistura da

solução de nitrato de prata com cobre metálico.

2 INTRODUÇÃO

Esta experiência permite observar as alterações que ocorrem durante uma reação química, principalmente entre os metais e as soluções aquosas. Neste relatório trataremos em especial da reação entre uma solução aquosa de nitrato de prata (AgNO3) e um fio de cobre (Cu).

Uma reação química ocorre quando certas substâncias sofrem transformações em relação ao seu estado inicial (reagentes). Para que isso possa acontecer, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira. Como essas ligações podem ser muito fortes, geralmente é necessária energia na forma de calor para iniciar a reação, porém quando se consegue iniciar uma reação, ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos (outras substâncias). Tipos de Reações Químicas: - Reação de Combinação: Tem como produto uma substância complexa formada pela união de duas ou mais substâncias (simples ou composta). - Reação de Decomposição: Um reagente origina duas ou mais substâncias distintas, e pode ser chamada de reação de análise. -Reação de precipitação: Realizada em presença de reagente líquido ou em solução, o corre a formação de um material sólido insolúvel no meio. - Reação de Neutralização: É aquela que ocorre entre um ácido e uma base, produzindo sal e água. É um tipo de reação que sempre se realiza, independente de quais sejam os reagentes. Conforme a proporção de ácido e base que efetivamente reagir, obtém-se um determinado tipo de sal. - Reação de Óxido-redução: Quando ocorre uma variação no número de oxidação de alguns elementos que compõe os reagentes e produtos. - Reação de Polimerização: Transformação de uma da substância (monômera) em outra de massa molecular múltipla da primeira (polímero).-Reações de deslocamento, também denominadas reações de substituição ou ainda de simples troca, são aquelas que ocorrem quando uma substância simples (formada por um único elemento) reage com uma substância composta, “deslocando” essa última em uma nova substância simples. Podemos simplifica-la, e defini-la da seguinte maneira:

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A+XY→AX+ y

Para que isso ocorra, a substância simples, no caso simbolizado por A, deve ser mais reativo que o elemento que será deslocado do composto, transformando-se em uma nova substância simples (Y). As reações de deslocamento são um tipo de reação de oxi-redução, pois há transferência de elétrons da substância simples para a composta. As reações que mais se encaixam neste caso são as reações entre metais em solução aquosa, pois a maioria dos metais tem tendências a se oxidar (com exceção do ouro, que não é reativo e da platina que tem baixa tendência a se oxidar) e podemos descrever esta reação de oxidação desses metais, através da equação:

Me→Men+¿ (aq )+ne−¿¿ ¿

No caso de reação de simples troca com ametais, o mesmo é considerado: a reação só ocorrerá se o ametal mais reativo for a substância simples que poderá deslocar outro ametal menos reativo.

Durante algumas reações químicas, podemos observar a formação de algumas outra substancias em soluções aquosas, e para que possamos estudar as substâncias formadas é essencial que consigamos separa-las, através da filtração, destilação ou decantação. Para que possamos realizar a separação da melhor forma possível, devemos analisar e utilizar a técnica de separação que melhor se aplique à situação.

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 MATERIAIS E REAGENTES

Nitrato de prata

Vidro de Relógio

Frasco Lavador

Tubo de ensaio

Béquer 100 mL

Água destilada

Fio de cobre (aproximadamente 30 cm nº 16)

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3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Pegamos um fio de cobre, de aproximadamente 30 cm, com uma palha de aço

fizemos o polimento até que a sua superfície ficasse brilhante.

2. Enrolamos o fio como uma bobina e deixamos cerca de 7 cm sem enrolar, para

que servisse como cabo.

3. Pesamos a massa da bobina com uma balança analítica.

4. Pegamos um béquer de 100 mL e marcamos com nosso nome.

5. Pesamos o béquer com uma balança analítica.

6. Anotamos todos os dados no caderno de laboratório.

7. Com uma espátula limpa pegamos cerca de 1g de nitrato de prata (a medida

exata será apresentada nos resultados.).

8. Colocamos a amostra de nitrato de prata dentro do béquer.

9. Adicionamos água destilada até a metade do béquer.

10. Misturamos a solução com um bastão de vidro, para que atingíssemos a melhor

heterogeneidade possível.

11. Descrevemos no caderno o aspecto da solução.

12. Dobramos a haste do fio de cobre, formando um gancho e o prendemos na borda

do Becker, deixando a bobina mergulhada na solução de nitrato de prata.

13. Comparamos o resultado com os aspectos iniciais das substâncias e anotamos.

14. Cobrimos o béquer com um vidro de relógio e papel alumínio.

15. Guardamos o béquer para ser avaliado na próxima aula.

16. Na aula seguinte pegamos o béquer e comparamos o resultado com o aspecto

anterior, observando e anotando atenciosamente as mudanças percebidas.

17. Sacudimos a bobina para que os cristais desprendessem do fio.

18. Lavamos o fio com um jato de água para soltar os últimos cristais.

19. Colocamos a bobina na estufa para que secasse.

20. Após a secagem pesamos a bobina com uma balança analítica.

21. Decantamos a solução que ficou no béquer, deixando o sólido dentro do

recipiente.

22. Adicionamos 5 ml de uma solução diluída de nitrato de prata dentro do béquer.

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23. Agitamos levemente e aguardamos para que todas as partículas de cobre

desaparecessem.

24. Decantamos novamente, tomando cuidado para que o sólido não saísse do

béquer.

25. Lavamos o resíduo com água destilada e decantamos novamente.

26. Repetimos por três vezes a operação anterior.

27. Após a separação, colocamos o sólido para secar na estufa.

28. Pesamos o sólido com a mesma balança utilizada anteriormente, para não ter

divergência nas medidas.

NOTA: Todos os procedimentos foram realizados de acordo com as normas de

segurança no laboratório e todos os materiais foram descartados nos locais indicados

pela professora.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Inicialmente, o cobre encontrava-se na sua totalidade na forma cristalina e a prata na solução aquosa.

A reação que ocorreu entre essas substâncias foi de óxido-redução, que está relacionada a uma transferência de elétrons entre os átomos e íons das substâncias reagentes. O metal (Cu) doou elétrons aos cátions Ag+ da solução, que sofreram redução e se depositaram na forma de cristais metálicos. Neste caso, o oxidante é a prata, que recebe elétrons cedidos pelo cobre, o agente redutor. Assim os íons Ag+ presentes na solução ao sofrerem redução depositam-se sobre a forma de Ag metálico sobre o fio de cobre e alguns íons Cu 2+ vão consequentemente para a solução. A concentração de íons cobre em solução vai aumentar ( o cobre hidratado tem cor azul, o que explica a alteração na coloração da solução de transparente para azul) e, consequentemente, a concentração de íons prata vai diminuir.  O cobre desloca a prata, e, portanto o cobre é mais reativo do que a prata, tendo a seguinte reação balanceada:

Cu (s )+2 AgN O3 (aq )→2 Ag ( s)+Cu ¿

Podemos ainda analisar a reação a partir dos dados obtidos:

Tabela 01: Dados

Massa do fio antes da imersão 9,46 gMassa de Cobre ao final da imersão 9,19 gVariação da massa de cobre -0,27 g

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Massa do nitrato de Prata 1,00 gMassa do béquer vazio 57,58 gMassa do béquer com prata 58,60 gMassa de prata produzida 1,02 g

Analisando a proporção de Cobre para a prata, é de 1:2, ou seja, se temos 9,46 g de Cobre no reagente, realizando os cálculos envolvendo o número de massa:

9,46 g−−−−X mol

63,5 g−−−−−1mol

X= 9,46 g63,5 g /mol

=0,149mol decobre(Cu)

Como a proporção é de 1:2 de cobre (Cu) para prata(Ag), no final da reação teremos 0,298mol de Prata ( Ag ) .

Realizando os cálculos e achando a massa correspondente a essa quantidade de prata:

Xg−−−−−0,298mol

107,9 g−−−−−1mol

X=107,9 g .0,298mol1mol

=32.15 gde prata(Ag)

Este resultado está muito diferente do resultado que encontramos durante a prática, mas isso pode ter sido causado por uma reação incompleta. Se a reação não se completou, podemos apontar principalmente 2 motivos: a reação é lenta e não demos tempo necessário ou não colocamos nitrato de prata suficiente(o nitrato de prata é o reagente limitante).

Vamos testar a segunda hipótese, levando em consideração a proporção de mol da reação:

A proporção de Cobre (Cu) para nitrato de prata (AgNO3 ¿ é de 1:2, logo

deveríamos ter:0,298mol denitrato de prata(AgNO3 ¿, a massa molar do nitrato de prata é 170g/mol e a quantidade utilizada de nitrato de prata foi 1 g. Fazendo os cálculos, temos:

1,0 g−−−−X mol

170 g−−−−−1mol

X= 1,0 g170 g /mol

=0,0059molde nitrato de prata(AgNO3 ¿

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Foram utilizados 0,0059 mols de nitrato de prata(AgNO3 ¿ , porém a reação pedia 0,298 mols. Logo um dos motivos responsável pela reação incompleta foi o Cobre (Cu) em excesso (reagente em excesso) e a falta de nitrato de prata (AgNO3 ¿ (reagente limitante).

Vamos realizar os cálculos novamente, agora levando em consideração a quantidade de matéria que reagiu do cobre (Cu), que de acordo com a proporção, foi 0,0029 mols de cobre(Cu)

Como a proporção é de 1:2 do cobre (Cu) para a prata (Ag), no final da reação teremos 0,0059mol de Prata ( Ag ) .

Realizando os cálculos e achando a massa correspondente a essa quantidade de prata:

Xg−−−−−0,0059mol

107,9 g−−−−−1mol

X=107,9 g .0,0059mol1mol

=0,63 gde prata(Ag)

Comparando os resultados, temos:

Resultado prático: 1,02 g

Resultado Teórico: 0,63 g

e=¿1,02−0,63∨ ¿0,63

x 100=61,9 % ¿

O que é uma margem de erro absurda. Porém, se observarmos, de acordo com a proporção de mol, somente 0,0029 mols de cobre (Cu) teriam reagido na solução, o que equivale a 0.184 g de cobre (Cu), entretanto tivemos uma variação na massa do cobre de -0,27 g, ou seja, 0,27 g de cobre reagiram na reação, o que equivale a 0,00425 mol de cobre (Cu), utilizando a proporção, isso equivale a 0,0085 mol de prata(Ag), que equivale a 0,92 g de prata(Ag). Este resultado é bem próximo do real, ou seja, o problema estava na quantidade de nitrato de prata, na realidade não colocamos somente 1,00g de nitrato de prata, se observarmos a proporção de mol, colocamos cerca de 0,0085 mol de nitrato de prata, ou ainda 1,445 g de nitrato de prata. Esse seria um erro humano grotesco e pouco provável, pois todas as medidas foram observadas e anotadas pelos dois membros do grupo, também podemos atribuir esse erro a uma serie de fatores que influenciaram diretamente nos resultados, tais como: incertezas dos equipamentos, a massa medida no laboratório não seria somente prata, pode ter ocorrido um erro durante a separação, o sólido não ter secado totalmente ou ainda ter ficado alguns resíduos de cobre dentre o sólido o que explicaria também a variação de cobre maior do que a

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quantidade utilizada na reação. Portanto consideraremos que essas são as causas do erro de 62% entre o valor teórico e prático.

5 CONCLUSÃO

Há várias maneiras de se identificar uma reação química, com tudo a mais determinante é a formação de precipitado.

A reação que ocorreu entre essas substâncias foi de óxido-redução, que está relacionada a uma transferência de elétrons entre os átomos e íons das substâncias reagentes. Esse tipo de reação é muito comum entre os metais e as soluções aquosas por conta da tendência dos metais de se oxidar. A crosta que se formou na superfície do fio de cobra na realidade era prata, decorrente dos íons Ag+¿¿ da solução aquosa que vão gradualmente passando para a forma de Ag metálico, devido à reação de óxido-redução. E o aumento de cobre hidratado na solução faz com que ela mude de cor, pois o cobre hidratado possui coloração azul.

REFERÊNCIAS

CHANG, Raymond; Química Geral: Conceitos Essenciais, 4ª ed. Editora  McGraw-Hill: São Paulo, 2006.

GENTIL, Vicente; Corrosão, 4ª Ed. Editora LTC: Rio de Janeiro, 2003.

VOGEL, Arthur Israel. Análise química quantitativa. 5ª Ed. Rio de janeiro: LTC, 2011.

BESSLER, K. E. ; NEDER, A. V. F. Química em Tubos de Ensaio – Uma abordagem para principiantes, São Paulo, Ed. Edgard Blucher, 2004.

BROWN, Theodore L. – Química: a ciência central. 9 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

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