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QUMICA NOVA NA ESCOLA N 15, MAIO 2002

A seo Experimentao no ensino de Qumica descreve experimentos cuja implementao e interpretao contribuempara a construo de conceitos cientficos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados so facilmente encontrveis,permitindo a realizao dos experimentos em qualquer escola. Neste nmero a seo apresenta trs artigos.

Reaes de enxofre de importncia ambiental

Recebido em 3/8/01, aceito em 4/4/02

Um curso introdutrio de Qumicadeve fornecer subsdios paraque o aluno entenda e discuta opapel da Qumica no mundo moderno.Nos dias de hoje, tem sido muitoexigido dos cursos de Qumica discus-ses sobre os aspectos relacionados poluio.

A poluio, especificamente aatmosfrica, um problema que seagrava no incio do sculo XXI; raro o dia em que pelo menos uma notciano divulgada sobre essa questopelos meios de comunicao. A polui-o atmosfrica, em alguns aspectos, problema global, resultado de pro-cessos de difuso e mistura gasosa naatmosfera. Este umcomportamento queest relacionado comas propriedades ge-rais dos gases.

A p r e s e n t a m o saqui as principais rea-es de interesse am-biental envolvendo aqumica do enxofre atmosfrico, bemcomo um experimento no qual essasreaes podem ser acompanhadas e

Arnaldo Alves Cardoso e Alexandre Franco

Atualmente, a poluio, especialmente a atmosfrica, tem recebido destaque nos cursos de Qumica. Entretanto,ainda faltam experimentos especficos que demonstrem a relao entre a Qumica e os fenmenos que ocorrem naatmosfera e como se pode fazer a determinao de um composto gasoso presente na atmosfera.

Este artigo discute algumas reaes de interesse ambiental envolvendo a qumica do enxofre e apresenta umexperimento no qual essas reaes podem ser acompanhadas e relacionadas com reaes que ocorrem no ambientee nos procedimentos de anlise de gases atmosfricos discutidos no texto.

poluio atmosfrica, dixido de enxofre, qumica atmosfrica do enxofre

relacionadas com reaes que ocor-rem no ambiente e nos procedimentosde anlise de gases atmosfricos dis-cutidos no texto.

A qumica do enxofre na atmosferaO gs dixido de enxofre um dos

principais poluentes atmosfricos queafeta a vida do homem. Sua presenana atmosfera resulta em danos aosvegetais, aos corpos de guas super-ficiais, aos bens artsticos e arquitet-nicos e sade dos seres vivos.

A principal fonte de emisso dessegs para a atmosfera a combustode materiais que contenham enxofre nasua composio. Na maioria das ve-

zes, o enxofre estpresente no materialcomo contaminante esua eliminao eco-nomicamente invivel,j que envolveria gas-tos proibitivos que ele-variam o preo doproduto final. o caso

do enxofre presente nos combustveisfsseis. Quando se queima um com-bustvel que contm enxofre, forma-se

o gs dixido de enxofre, que emitidojunto com os outros gases de exaus-to. Embora o enxofre se apresente naforma de diferentes compostos, a rea-o pode ser representada pela se-guinte equao geral:

S(s) + O2(g) SO2(g) (1)

Como o gs dixido de enxofre solvel em gua, ele pode ser incor-porado s gotculas de gua que for-mam as nuvens, formando o cidosulfuroso.

SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq) (2)

Outras substncias (R) presentesna atmosfera podem tambm serincorporadas s gotculas de gua dasnuvens e oxidar ou servir como catali-sador para a reao de oxidao docido sulfuroso a cido sulfrico.

H2SO3(aq) + R(oxidante) H2SO4(aq) (3)

A gua oxigenada um dos princi-pais oxidantes que existe na atmosferae participa da formao do cido sulf-rico. A reao pode ser representadapelas seguintes etapas:

H2SO3(aq) + H2O(l) H2SO4(aq) +2H+(aq) + 2e (oxidao) (4)

A presena do gs dixidode enxofre na atmosfera

resulta em danos aosvegetais, aos corpos de

guas superficiais, aos bensartsticos e arquitetnicos e

sade dos seres vivos

EXPERIMENTAO NO ENSINO DE QUMICA

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H2O2(l) + 2H+(aq) + 2e

2H2O(l) (reduo) (5)

H2O2(l)+ H2SO3(g) H2SO4(aq) +H2O(l) (reao total) (6)

Este um dos caminhos conheci-dos para a formao da chuva cida,resultado final do processo que ocorrequando as gotculas das nuvens se jun-tam e formam gotas pesadas o sufici-ente para cair como chuva.

Reaes de identificao equantificao dos compostos deenxofre

Reconhecer a presena dos dife-rentes compostos de enxofre e deter-minar sua quantidade um trabalhofreqente dos profissionais respons-veis pelo controle da poluio daatmosfera. Um dos mtodos paraquantificar o dixido de enxofre atmos-frico fazer que ele se transforme emcido sulfrico. A oxidao do dixidode enxofre feita usando gua oxige-nada. As reaes so as mesmas queocorrem no ambiente (reaes 2, 4, 5e 6).

A soluo de cido sulfrico for-mada possui propriedades cidas, quepodem ser testadas com papel detornassol. Pode-se tambm testar apresena do on sulfato, adicionando-se a parte da soluo gotas de soluode cloreto de brio (BaCl2) e gotas desoluo de cido clordrico. A formaode um precipitado branco, mesmo empresena de meio cido, confirma aprecipitao de sulfato de brio(BaSO4). Outros precipitados brancospossveis de se formar como produtoda reao com o on brio seriam ocarbonato de brio (BaCO3) e o sulfitode brio (BaSO3), mas estes se decom-pem em meio cido. As represen-taes das reaes seriam:

H2SO4(aq) + BaCl2(aq) BaSO4(s) + 2HCl(aq) (7)

BaCO3(aq) + 2HCl(aq) BaCl2(aq) + H2CO3(aq) (8)

BaSO3(aq) + 2HCl(aq) BaCl2(aq) + H2SO3(aq) (9)

O cido sulfrico formado (reao6) pode ser quantificado por titulao

com uma soluo de base de concen-trao conhecida. Pode-se usar, porexemplo, soluo de hidrxido desdio. A reao pode ser representadapor:

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2H2O(l) (10)

Nessa reao, cada mol de H2SO4reage com (equivale a) 2 mols deNaOH. Portanto, conhecendo-se aquantidade de matria de NaOH quereagiu para neutralizar todo o cidosulfrico na titulao, pode-se calculara quantidade de matria do cidosulfrico e a sua massa.

Avaliao da quantidade de dixidode enxofre no ar

Determinar a quantidade de dixidode enxofre presentena atmosfera umaforma de conhecerquanto a atmosferaest poluda por ga-ses provenientes decombusto de com-bustveis fsseis. Odixido de enxofre,alm de ser um forma-dor da chuva cida,pode afetar a sadedos seres vivos.Quando no ar existedixido de enxofre e material particu-lado, forma-se uma mistura que tem a

propriedade de potencializar o efeitoda poluio. Esse fenmeno conhe-cido como efeito sinrgico. O ar quecontm dixido de enxofre e materialparticulado possui um efeito adverso sade que , muitas vezes, maior queo efeito do ar que contm s dixidode enxofre ou s material particulado.Isto , seus efeitos no se somam, massim se multiplicam. A Figura 1 mostraessa propriedade com exemplos. Ma-terial particulado ou aerossol sopoeiras e gotculas de diferentestamanhos que esto em suspenso naatmosfera.

Para quantificar o dixido de enxofrepresente na atmosfera, o analistaqumico inicialmente monta um sistemapara coletar o dixido de enxofre daatmosfera. Para isto, ele pode usar um

borbulhador, isto , umfrasco contendo solu-o de gua oxigena-da onde o ar atmos-frico borbulhadocom auxlio de umabomba que aspira o ar.A Figura 2 mostra ummodelo de borbulha-dor e um conjunto deequipamentos usadona coleta da amostra.Para calcular a con-centrao, importan-

te tambm medir o volume de ar quefoi amostrado. Para isto, usa-se um

Figura 1: Efeitos do dixido de enxofre associado ao material particulado [modificada deMoore e Moore, 1976].

Reconhecer a presena dosdiferentes compostos deenxofre e determinar suaquantidade um trabalhofreqente dos profissionaisresponsveis pelo controleda poluio da atmosfera.

Um dos mtodos paraquantificar o dixido de

enxofre atmosfrico fazerque ele se transforme em

cido sulfrico

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Abstract: Some Sulfur Reactions of Environmental Importance Currently, polution, specially atmospheric, has received attention in chemistry courses. However, specific experiments that demonstratethe relationship between chemistry and the phenomena that occur in the atmosphere and how one may carry out the determination of a gaseous compound present in the atmosphere are still lacking. Thispaper discusses some reactions of environmental importance involving the chemistry of sulfur and presents an experiment whereby these reactions may be followed and related to reactions that occur inthe environment and in the analysis procedures of atmospheric gases discussed in the text.Keywords: atmospheric pollution, sulfur dioxide, sulfur atmospheric chemistry

totalizador de volume, que mede todoo ar que passou pelo borbulhador.Esse equipamento muito semelhantea um medidor de consumo de gsexistente em residncias servidas porgs encanado. Aps finalizada aamostragem, o analista qumico deter-mina a quantidade de cido sulfricoformado no borbulhador e calcula aquantidade proporcional de dixido deenxofre. Usando o volume total do aramostrado, possvel, ento, calculara concentrao de dixido de enxofre.

Parte experimentalNeste procedimento, mostra-se

como ocorrem as principais reaesdo enxofre que foram acima discutidas.O experimento pode ser apresentadocomo exemplo das reaes que ocor-rem na atmosfera ou nos procedimen-tos para determinao do gs dixidode enxofre.

Materiais e reagentes necessriosPara conhecer as reaes do en-

xofre descritas acima, sero necess-rios os seguintes materiais:

1 frasco de cerca de 200 mL comtampa de rosca;

fio de cobre (20 cm); 1 lpis ou caneta; palitos de fsforo; enxofre slido; gua oxigenada 10 volumes; NaOH 0,1 mol/L; indicador fenolftalena; soluo de gua oxigenada um

volume (soluo absorvente): em

um bquer de 100 mL, coloque10 mL de H2O2 10 volumes e com-plete o volume com gua desti-lada.

Procedimento experimentalEnrole parte de um fio de cobre na

ponta de um lpis ou de uma caneta,para formar um cone onde ser colo-cado enxofre em p para ser queima-do. O cabo do cone de cobre deve serlongo o suficiente para manter o conecom o enxofre queimando dentro dofrasco de vidro. A Figura 3 mostra oresultado esperado deste procedi-mento.

Adicione, em seguida, 20 mL dasoluo de gua oxigenada no frasco.Coloque uma ponta de esptula de en-xofre em p dentro do cone de fio decobre. Com a chama de um palito defsforo, inicie a combusto do enxofre.Coloque a chama do enxofre dentro dofrasco e segure a tampa sobre a bocado frasco para que os gases emana-dos da combusto fiquem confinadosdentro do mesmo. Quando a chamase apagar, rapidamente retire o suportede fio de cobre e tampe o frasco. Agiteo frasco vigorosamente para que a so-luo entre em contato com a fumaabranca. Abra o frasco para que oexcesso de fumaa saia. Retire algu-mas gotas de soluo e teste a presen-a de sulfato com soluo de cloretode brio em meio de cido clordrico.Transfira o restante da soluo para umerlenmeyer, adicione 3 gotas de fenol-ftalena e titule com soluo de NaOH0,1 mol/L at que a soluo se tornerosa.

Referncia bibliogrficaMOORE, J. W. e MOORE E.A. Envi-

ronmental chemistry. Nova Iorque: Aca-demic Press, 1976. p.183-253.

Para saber maisCARDOSO, A.A. e PITOMBO, L.R.M.

Contribuio dos compostos reduzidosde enxofre no balano global do esto-que de enxofre ambiental. Qumica No-va, v. 15, p. 219, 1992.

GEPEQ (Grupo de Pesquisa e Educa-o em Qumica). Interaes e transfor-maes II - Reelaborando conceitos so-bre transformaes qumicas (cinticae equilbrio). So Paulo: EDUSP Editora da Univesidade de So Paulo,1996.

Figura 2: 1 - entrada de ar em forma defunil; 2 - filtro para reteno das partculas;3 - borbulhador contendo soluo de guaoxigenada; 4 - totalizador de volume paramedida do ar total amostrado; 5 - bombapara aspirar o ar.

Clculos

Clculo da concentrao de H2SO4Conhecendo a concentrao e o

volume gasto da soluo de NaOH natitulao, pode-se obter a concentra-o de cido sulfrico que foi formado.

De acordo com a estequiomtricadas reaes:

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2H2O(l) (10)

e

H2O2 (l) + SO2(g) H2SO4(aq) (6)

para cada mol de SO2 forma-se 1 molde H2SO4 que, por sua vez, reage com2 mols de NaOH. Assim, a quantidadede matria de SO2 ser metade dade NaOH. Usa-se o volume de soluode NaOH e sua concentrao paracalcular a concentrao do cidoformado. Para calcular a concentraodo SO2 no ar contido no frasco pode-se dividir a quantidade de matria (oumassa) de SO2 pelo volume de ar quefoi amostrado.

Arnaldo Alves Cardoso (acardoso@iq.unesp.br), ba-charel e licenciado em Qumica, doutor em Qumicapela USP, docente do Departamento de Qumica Ana-ltica do Instituto de Qumica de Araraquara (Unesp).Alexandre Franco bacharel e mestre em Qumicapela Universidade Estadual Paulista Jlio de MesquitaFilho Unesp.

Figura 3: 1 - fio de cobre enrolado na pontade um lpis, 2 - tampa com rosca, 3 - frascode vidro, 4 - soluo de gua oxigenada,5 - suporte com enxofre.