relatório 1 - equilíbrio químico (química analítica qualitativa)

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Professor: Ciro Maurício Zimmermann

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1. INTRODUOA grande parte das reaes qumicas acontece em dois sentidos: um em favor da produo dos produtos e outro em favor da produo dos reagentes. Essas reaes, nomeadas de reversveis (no apresentando constantes infinitamente pequenas ou grandes), tendem a alcanar um estado especfico: o equilbrio qumico. Aps o mesmo alcanado, a velocidade da reao direta e inversa se igualam e consequentemente, a razo entre a concentrao de reagentes e produtos constante. Baseado nisso, pde-se estabelecer uma frmula especfica para a obteno da constante de equilbrio.Quando o equilbrio atingido em uma reao, transmite-se a falsa ideia de que as reaes param, mas, durante esse perodo, as reaes diretas e inversas acontecem em ritmos balanceados. Destaca-se tambm que, dependendo dos mtodos utilizados, possvel o deslocamento do equilbrio. Quem esclarece essa seco da qumica Henri Louis Le Chtelier, qumico e metalurgista francs, que desenvolveu o postulado seguinte: "Se for imposta uma alterao, de concentraes ou de temperatura, a um sistema qumico em equilbrio, a composio do sistema deslocar-se- no sentido de contrariar a alterao a que foi sujeita." Chamado de Princpio de Le Chtelier.Exemplificando o postulado, primeiramente no caso da concentrao, caso se adicione mais reagente, a formao de produto favorecida e, caso se retire produto, a formao do mesmo favorecida concomitantemente. Quando a temperatura modificada, precisa-se conhecer a natureza da reao direta e inversa, especificamente qual a exotrmica e qual a endotrmica. Aumentar a temperatura facilita a reao endotrmica e, logicamente, diminuindo-a se favorece a exotrmica. Com a mudana de presso, se aumentada, a reao de formao do lado menos volumoso favorecida, caso se diminua a presso, o lado de maior volume ganha vantagem. interessante ressaltar que h excees nas regras (principalmente relacionadas ao estado fsico das substncias envolvidas) e que o equilbrio s deslocado com aes externas, nunca espontaneamente. O conhecimento adquirido com a descoberta das regras de equilbrio imprescindvel para o desenvolvimento humano, pois elas regem a eficincia das reaes encontradas no mundo que o cerca.

2. OBJETIVOSA prtica descrita neste relatrio teve como objetivos alcanar o equilbrio qumico de seis reaes e, depois de alcanado, perturbar esse equilbrio a fim de observar o princpio de Le Chtelier. Contudo, as mudanas externas empregadas nesta prtica foram apenas de temperatura e concentrao dos reagentes e produtos, visto que as mudanas de presso ocorrem apenas com substncias gasosas.

3. MATERIAIS E MTODOS

3.1. Equilbrio hexaaquocobalto (II) tetraclorocobalto (II)Materiais e Reagentes:-10 tubos pequenos de ensaio;-Micro pipeta;-gua destilada;-cido clordrico (HCl) concentrado;-cido sulfrico (H2SO4) concentrado;-Soluo 0,1 Mol/L e cristais de cloreto de potssio (KCl);-Soluo 0,25 Mol/L de cloreto de cobalto (II) (CoCl2);-Solues 0,1 Mol/L de nitrato de prata (AgNO3).

Procedimento:Preparam-se dez tubos de ensaio com dez gotas cada da soluo aquosa de cloreto de cobalto, adicionando a soluo de cido clordrico at obter a cor violeta em cada tubo. Separa-se o primeiro para utilizao de natureza comparativa posteriormente e prossegue-se o experimento aquecendo um segundo tubo em banho-maria (pelo nmero de tubos usados, til a numerao deles). Com um terceiro tubo, coloc-lo em banho de gelo. Aps uma breve espera, comparar a colorao dos trs tubos. Separando esses trs primeiros dos outros sete e tendo em mo esses ltimos adicionam-se, em dois deles, cinco gotas da soluo de cloreto de potssio cada, sendo que em um deles adicionam-se mais cinco gotas da soluo de cido sulfrico. Num sexto e stimo tubo adicionam-se alguns cristais de cloreto de potssio e, em um deles, adicionam-se duas gotas da soluo concentrada de cido sulfrico. Em um oitavo tubo adicionar cinco gotas da soluo de cido clordrico, em um nono, duas gotas de soluo de nitrato de potssio e, no dcimo e ltimo tubo, acrescentam-se dez gotas de gua destilada. Feitas todas as misturas, comparam-se todos os tubos e se d encerrado o experimento, agora cabendo ao feitor os devidos estudos.

3.2. Equilbrio cromato-dicromato

Materiais e reagentes:-2 tubos de ensaio pequenos;-Pipetas;-cido clordrico concentrado;-Soluo 0,1 Mol/L de cromato de potssio (K2CrO4);-Soluo 0,1 Mol/L de dicromato de potssio (K2Cr2O7);-Soluo 1 Mol/L de hidrxido de sdio (NaOH);-Soluo 1 Mol/L de cido clordrico (HCl).

Procedimentos:Adicionam-se em um tubo de ensaio dez gotas da soluo de cromato e em outro tubo a mesma quantia s que de dicromato de potssio. Presta-se ateno s coloraes. No tubo de cromato, acrescentam-se algumas gotas de cido clordrico, sob agitao, at haver mudana de cor. Faz-se o mesmo no tubo de dicromato, mas ao invs de cido clordrico utiliza-se o hidrxido de sdio. Compara-se ento os dois tubos. Realizar ento o processo inverso, adicionando cido clordrico na soluo de dicromato/hidrxido de sdio e hidrxido de sdio na outra, novamente esperando a mudana de cor nas duas. Repetir os procedimentos citados, at no haver dvidas.

3.3. Equilbrio do CO2 em gua mineral

Materiais e reagentes:- 2 Bqueres de 100mL;-Trip;-Tela de amianto;-Bico de Bunsen;-100 mL de gua gaseificada gelada;-Indicador azul de bromotimol.-Indicador fenoftalena.

Procedimentos:Adicionar cinquenta mililitros de gua gaseificada a cada um dos bqueres, aquecer o conjunto com a ajuda do trip, tela de amianto e bico de Bunsen. Aps montar o sistema, gotejar a gua com aproximadamente trs gotas do indicador azul de bromotimol em um bquer e 3 gotas de fenoftalena no outro. Observar as mudanas acontecidas por alguns minutos.

3.4. Efeito do on comum

Materiais e reagentes:-4 tubos de ensaio;-Soluo 0,1 mol/L de cido actico (CH3COOH);-Indicador alaranjado de metila;-Soluo 1 mol/L de acetato de sdio (NaCH3COO-);-Soluo 0,1 mol/L de hidrxido de amnio (NH4OH);-Indicador fenolftalena;-Soluo 1 mol/L de cloreto de amnio (NH4Cl);-Soluo 6 mol/L de cido clordrico (HCl).

Procedimentos:Em um tubo de ensaio adicionar dois mililitros de cido actico e uma gota de alaranjado de metila. Em outro tubo, adicionar o mesmo alm de mais poucas gotas de acetato de sdio em outro tubo, agitando-o. Analisar as diferenas de cores nos dois tubos. Em outros dois tubos de ensaio colocar dois mililitros da soluo de hidrxido de amnio e uma gota de fenolftalena em cada. Escolher um deles e adicionar a soluo de cloreto de amnio, poucas gotas de cada vez, agitando-o. No tubo restante acrescentar, uma gota de cada vez, agitando, a soluo de cido clordrico. Desde o incio do experimento at o final analisar o odor e as mudanas de cor em cada caso.

3.5. Equilbrios de ons complexos

Materiais e reagentes:-Bquer de 100 mL;-4 tubos de ensaio;-Soluo 0,1 mol/L de nitrato de ferro (III) {Fe(NO3)3};-Soluo 0,1 mol/L de tiocianato de potssio (KSCN);-Soluo 6 mol/L de hidrxido de sdio (NaOH);-gua destilada.

Procedimentos:No bquer, misturar dois mililitros da soluo de nitrato e da soluo de tiocianato, diluindo com a adio de cinquenta a sessenta mililitros de gua at que a cor vermelha-escura tenha sua intensidade reduzida. Separar cinco mililitros desta soluo em quatro tubos de ensaio. Em um deles adicionar um mililitro de soluo de nitrato de ferro (III), em outro um mililitro da soluo de tiocianato de potssio e em um terceiro cinco ou seis gotas da soluo de hidrxido de sdio. Comparar a intensidade da cor dos 4 tubos.

3.6. Equilbrio em solues saturadas

Materiais e reagentes:-1 tubo de ensaio;-Soluo 1 mol/L de cromato de potssio (K2CrO4);-Soluo 0,1 mol/L de cloreto de brio (BaCl2);-Soluo 6 mol/L de cido clordrico (HCl).

Procedimentos:Preparar o tubo com trs mililitros da soluo de cloreto de brio e adicionar cinco a seis gotas da soluo de cromato de potssio, misturando-as. Por fim, adicionar dez a doze gotas da soluo de cido clordrico. Observar as mudanas ocorridas.

4. RESULTADOS E DISCUSSO

4.1. Equilbrio hexaaquocobalto (II) tetraclorocobalto (II)[Co(H2O)6]2+(aq) + 4Cl- [CoCl4]2-(aq) + 6H2O(l) (1)

A reao acima ilustra o equilbrio que ser deslocado durante este procedimentos e nela os compostos [Co(H2O)6]2+, 4Cl- e [CoCl4]2- apresentam, respectivamente, as cores: rosa, incolor e azul. Alm, do equilbrio da reao ter uma cor violeta. A constante matemtica de equilbrio para a reao dada por:

Quando adicionado HCl em todas as solues de cloreto de cobalto, o cido se ioniza em H+ e Cl- e com isso o equilbrio deslocado no sentido de consumir o Cl- em excesso, deixando as solues em equilbrio e com uma cor violeta. Quando os primeiros tubos foram aquecidos suas cores ficaram de um azul mais intenso, enquanto que quando esfriados tornaram-se rosa. Com isso, pode-se perceber o deslocamento trmico do sistema, constatando que a reao direta endotrmica e a inversa exotrmica.No tubo 4, foi adicionado KCl lquido substncia e tambm apresentou uma colorao rosada, diferente do que se esperava. Isso porque quando o cloreto de potssio se ioniza, ocorre um aumento de Cl- que desloca o equilbrio do HCl para a sua formao. Desse modo o on consumido e o equilbrio se desloca para compensar essa perda. J no tubo 5, alm do KCl adicionou-se cido sulfrico concentrado, que com a ionizao do HCl anteriormente colocado, provoca um acumulo de ons H+ que desloca o equilbrio no intuito de produzir mais H2SO4, deixando um maior nmero de ons Cl- e fazendo com que o tubo se torne azulado por favorecer a reao direta consumindo esses ons. Quando adicionado o KCl slido no tubo 6, percebeu-se que no mudou a colorao, visto que substncias slidas no participam do equilbrio. Entretanto, quando adicionado o slido e posteriormente o H2SO4 percebeu-se que o tubo 7 ficou mais azulado visto que essas substncias reagem entre si aumentando a concentrao de HCl exemplificado pela reao abaixo:2KCl + H2SO4 2HCl + K2SO4Com o acumulo de cido clordrico, o seu equilbrio se desloca no sentido de produzir mais on Cl- e consequentemente desloca o sentido da equao (1) no sentido direto. O mesmo ocorre quando se adicionou HCl concentrado reao no tubo 8, aumentando-se a quantidade de Cl- que desloca o equilbrio a fim de consumir o excesso. Importante ressaltar que o cido clordrico influi mais no equilbrio da reao (1) por estar concentrado, produzindo muito mais ons cloro do que a ionizao do sal de KCl.No tubo 9, quando se coloca AgNO3, o HCl presente reage com a substncia formando um precipitado branco de clorato de prata. Como on Cl- foi consumido, o equilbrio se desloca no sentido inverso para poder produzi-lo tornando o tubo cor-de-rosa novamente. No tubo 10, a reao tambm apresentou uma colorao rosa, mas por ter sido diluda em maiores quantidades de gua, pois pela reao da constante de equilbrio substncias lquidas como a gua no influenciam no mesmo.

4.2. Equilbrio cromato-dicromato 2CrO4 2- (aq) + 2H+(aq) Cr2O72- (aq) + H2O (l)

Na reao apresentada, o cromato tem uma colorao amarela enquanto o dicromato uma cor alaranjada. Este procedimento consistiu em aumentar a quantidade de ons H+ ou OH- mexendo nas cores desse equilbrio.Primeiro, ao adicionarmos um cido (HCl) aumentou-se a quantidade de ons H+ deslocando o equilbrio para a reao direta e formando dicromato alaranjado. J quando adicionamos uma base (NaOH), as hidroxilas reagem com o on H+ produzindo gua e deslocando o equilbrio no sentido inverso.4.3. Equilbrio do CO2 em gua mineralCO2(aq) + 2H2O(l) H3O+ (aq) + HCO3-(aq)

A gua gaseificada basicamente uma substncia de H2O em que foi adicionado cido carbnico ou CO2 em excesso tendendo o equilbrio para a formao do cido, mesmo mtodo usado na gaseificao de refrigerantes. Quando se aquece esse conjunto, libera-se CO2 em forma de gs e se transforma o cido H2CO3 em gua, pois tende ao equilbrio na forma inversa, a fim de compensar essa perda.Como o azul de bromotimol um indicador cido-base que em meio cido amarelo e em meio bsico azul, a medida que se aquece o lquido, libera-se o gs e a substncia comea a ficar mais azulada. O mesmo ocorre com o indicador de fenoftalena, quando cido o lquido incolor, mas depois de aquecido torna-se rosa, pois o pH aumentou.Interessante ressaltar que nem todo indicador prescrito para tal experimento, pois necessrio que tenha um ponto de viragem cido-base bem visvel a fim de se observar a mudana do pH quando o gs liberado. Bem como nada ocorreria com uma gua mineral sem a adio desse gs, pois a nica diferena no aquecimento seria a mudana da mesma para o estado gasoso.

4.4. Efeito do on comumCH3COOH H+ + CH3COO-

Quando se coloca o alaranjado de metila no cido actico, por ter um pH muito cido, apresenta-se na colorao alaranjada. Se for adicionado o acetato de sdio substncia, o on em comum entre eles (CH3COO-) estar em excesso e isso deslocar o equilbrio a fim de consumir esse excedente. Portanto, ser produzido mais acetato de sdio, aumentando o pH dos lquidos e tornando-se mais amarelado seguindo a constante abaixo:

A mesma estrutura ocorre com o hidrxido de amnia, pois quando adicionado o NH4Cl, percebe-se o acumulo do on NH4+ comum as duas substncias que modifica a cor do lquido de rosa para um tom mais claro a medida que o equilbrio se desloca para a formao de mais sal. Essa mudana ocorre, porque o pH anteriormente muito bsico, vai abaixando a medida que mais NH4Cl formado, visto que o mesmo um sal cido. Sua constante de equilbrio inico definida por:

Pode-se perceber pelas constantes Ki, que se houver a adio de sais o denominador da constante ir aumentar e far o valor da mesma diminuir. Assim como a adio de sais tambm far o grau de ionizao diminuir, pois de acordo com a lei de Ostwald quanto maior a diluio de um eletrlito fraco, maior o seu grau de ionizao.Por ltimo, no outro tubo, em que foi adicionado HCl, ocorre uma reao de neutralizao do cido e da base, tornando o lquido antes rosa em incolor, liberando fumaa com odor amonaco e diminuindo o grau de ionizao da base, pois as hidroxilas sero consumidas. Esse procedimento mais bem exemplificado pela reao abaixo, em que se pode verificar os produtos da reao.NH4OH(aq) + HCl(aq) NH3(g) + HCl(aq) + H2O(l)4.5. Equilbrios de ons complexosFe+3 + SCN- Fe(SCN)+2

No tubo 1, com a adio de Fe(NO3)3 pode-se percebe um aumento na intensidade da cor avermelhada visto que a presena do on Fe+3 desloca o equilbrio acima no sentido direto formando mais Fe(SCN)+2 de colorao escura.No tubo 2, a adio de KSCN tambm deixou o lquido mais escuro, visto que tambm desloca a reao no sentido direto devido ao on SCN- presente no composto.J no tubo 3 ocorreu o inverso, quando adicionado NaOH a substncia tornou-se amarela clara pois as hidroxilas do hidrxido de sdio reagiram com o on Fe+3 presente, seguindo a reao abaixo e formado um composto de cor amarela.Fe+3 + OH- Fe(OH)3

4.6. Equilbrio em solues saturadasAdicionando-se K2CrO4 soluo de BaCl2 ocorre a reaoK2CrO4 +BaCl2 BaCrO4(s) + 2KCl (2)formando um precipitado amarelo (BaCrO4). Depois, quando se adiciona o cido clordrico substncia ela tornou-se alaranjada e o precipitado se dissolveu. Isso ocorreu, porque houve um acumulo de ons Cl- na composio que desloca a reao (2) no sentido inverso, ou seja, mais on CrO42- formado o que dissolveria a substncia de acordo com o equilbrio abaixo.Ba2+ + CrO42- BaCrO4(s)Contudo, h tambm aumento de on H+ reagindo segundo a equao abaixo e formando dicromato que, por sua vez apresenta cor laranja.2CrO42- + 2H+ Cr2O72- + H2O4.7. ConsideraesOs resduos dos tpicos 4.1 e 4.2 no devem ser descartados na pia, pois ambos contm metais pesados (Co e Cr) que seriam muito prejudiciais aos fluidos que essas substncias encontrariam como destino final como rios, lagos e mares, alm da fauna e flora ao redor.

5. CONCLUSOAtravs de todos os experimentos pode-se perceber como possvel que elementos e condies externas influenciem no equilbrio qumico das reaes, como explicado pelo Princpio de Le Chtelier. Percebeu-se com clareza o impacto de tais fenmenos e deduziu-se com facilidade a sua importncia, sobretudo para o desenvolvimento tecnolgico humano. Atravs do estudo do deslocamento do equilbrio, descobriram-se algumas formas de acelerar a produo de algum produto desejado, como visto na Sntese de Haber-Bosch, por exemplo, onde se acelerou o processo de obteno da amnia, composto largamente utilizado na poca e ainda em pleno sculo XXI.Tratando-se dos experimentos realizados pela equipe em questo, conseguiu-se obter xito na aplicao e manipulao dos procedimentos requeridos de antemo. As mudanas esperadas, seja na colorao, na temperatura ou no odor das substncias foram atingidas com sucesso marcando, fsico e quimicamente, a verossimilidade das teorias propostas at ento a respeito do deslocamento e do equilbrio em geral.

6. REFERNCIASMAHAN, Bruce M. MYERS, Rollie J. Qumica: Um curso universitrio. Traduzido por Koliti Araki, Denise de Oliveira Silva e Flvio Massao Matsumoto. 4. ed. So Paulo: Blucher, 1995.MASTERTON, William L. HURLEY, Cecile N. Qumica: Princpios e Reaes. Traduzido por Guilherme Cordeiro da Graa de Oliveira, Oswaldo Esteves Barcia e Susana Losada Diaz. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.