relatório sobre equilíbrio químico

Upload: gabriela-begalli

Post on 10-Oct-2015

89 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 1

    EQUILBRIO QUMICO

    Gabriel BORTOLETI, Gabriela BEGALLI, Giovani A. B. HELMANN e Julie FERNANDES

    E-mail*: [email protected]

    Curso de Tecnologia em Processos Qumicos, Universidade Tecnolgica Federal do Paran

    (UTFPR), Campus Toledo, 85902-490 - Toledo/Paran/Brasil

    RESUMO Nesta prtica foi realizada a reao qumica entre o etanol e o cido ntrico para ver como a temperatura influncia no equilbrio qumico. A reao qumica entre o HCl e bicarbonato de

    sdio com fenolftalena percebeu-se a influncia da concentrao no equilbrio qumico. E a previso

    do pH utilizando os seguintes indicadores: fenolftalena, alaranjados de metila, vermelho de metila,

    azul de bromotimol e verde bromocresol em trs solues: soluo A (bsica), soluo B (acido) e

    H2O.

    PALAVRAS-CHAVE: equilbrio, qumico, influncia, indicadores e pH.

    1. INTRODUO.

    O equilbrio qumico o estgio da reao

    qumica em que no existe mais tendncia a

    mudar as concentraes ou presses parciais

    dos reagentes e produtos. Todos os equilbrios

    qumicos, so equilbrios dinmicos com a

    reao direta e inversa ocorrendo com a mesma

    velocidade e no h mudana na composio.

    [1] Os critrios para identificar se as reaes

    esto em equilbrio qumico so:

    - reao direta e a reao inversa est

    acontecendo;

    - esto na mesma velocidade.

    Um modo de verificar se a reao est em

    equilbrio mudar as condies, como,

    adicionando mais reagente. [1]

    Quando os reagentes e produtos esto na

    mesma fase so chamados de equilbrios

    homogneos. J quando tem mais de uma fase

    so chamados de equilbrios heterogneos. [1]

    Cada reao tem sua constante de

    equilbrio caracterstica, com valor que s pode

    ser alterado pela variao da temperatura. [1]

    Como o exemplo abaixo do N2O4:

    Tabela 1 Constante de equilbrio a temperaturas diferentes.

    Reao Temperatura

    (K)

    Kc

    N2O4(g) 2NO2(g) 298

    400

    500

    4,0 x 10-2

    1,44

    41

    Fonte: ATKINS.

    A constante de equilbrio igual as

    concentraes dos produtos (elevados a

    potncia iguais aos coeficientes

    estequiomtricos da equao qumica

    balanceada) divididas pelas concentraes dos

    reagentes (elevados a potncia iguais aos

    coeficientes estequiomtricos da equao

    qumica balanceada).

  • 2

    Figura 1 Frmula da constante de equilbrio.

    Fonte:http://s3.amazonaws.com/magoo/

    ABAAABi2sAG-1.png

    O valor de uma constante de equilbrio

    nos diz se devemos esperar uma concentrao

    baixa ou alta de produto em equilbrio e a

    direo espontnea da reao em uma mistura

    de qualquer composio. [1]

    Se os produtos so relativamente

    abundantes no equilbrio, o numerador ser

    grande e o denominador pequeno. O K grande

    quando a mistura no equilbrio formada

    principalmente pelos produtos. Em

    contrapartida quando o numerador pequeno e

    o denominador grande, K pequeno. [1]

    Para calcular a composio de uma

    reao em equilbrio, organiza-se uma tabela

    em que so mostradas a composio inicial, as

    mudanas necessrias para atingir o equilbrio

    e a composio final no equilbrio. [1]

    Como os equilbrios so dinmicos, eles

    respondem as mudanas das condies em que

    as reaes ocorrem. A composio pode variar

    adicionando ou removendo reagentes, mudando

    a presso ou a temperatura. [1]

    O qumico francs Henri Le Chatelier

    identificou os princpios gerais:

    Quando uma perturbao exterior aplicada a um sistema em equilbrio dinmico,

    ele tende a se ajustar para reduzir ao mnimo o

    efeito de perturbao. [1]

    Quando ocorre a adio e remoo de

    reagentes, obtm-se as seguintes concluses:

    - aps a adio do reagente a uma mistura

    no equilbrio a reao tende a formar produtos;

    [1]

    - se um reagente for removido, forma-se

    mais reagente; [1]

    - aps a adio de um produto, a reao

    tende a formar reagentes; [1]

    - se um produto for removido, forma-se

    mais produtos. [1]

    Quando a perturbao e o fato de diminuir

    e aumentar a temperatura, obtm-se os

    seguintes resultados:

    - o aumento da temperatura de uma

    reao exotrmica favorece a formao de

    reagentes; [1]

    - o aumento da temperatura de uma

    reao endotrmica favorece a formao de

    produtos. [1]

    Nesta prtica, no primeiro ensaio foi

    realizado a reao entre o etanol e o cido

    ntrico para analisar a influncia da temperatura

    no equilbrio qumico.

    No segundo ensaio foi realizado o

    equilbrio de hidrlise do on bicarbonato, onde

    deslocado por um aumento de concentrao

    de cido carbnico, analisando assim a

    influncia da concentrao no equilbrio

    qumico.

    No terceiro experimento foi utilizada a

    prtica de previso do pH de diferentes

    solues atravs de indicadores.

    Um indicador cido-base um corante,

    solvel, cuja cor depende do pH. A mudana

    rpida de pH sinaliza uma mudana instantnea

    da cor do corante em resposta ao pH. [1]

    O indicador cido-base muda de cor por

    que um cido fraco que tem uma cor na forma

    de cido (HIn, em que In significa indicador) e

  • 3

    outro na forma de base conjugada (In-). Quando

    a concentrao de HIn muito maior do que In-

    , a soluo tem a cor na forma cida do

    indicador. Quando a concentrao de In-

    muito maior do que HIn, a soluo tem a cor de

    forma bsica do indicador. [1]

    Um dos indicadores mais comuns a

    fenolftalena, abaixo na figura 2 mostra a

    mudana de cor deste indicador:

    Figura 2 Mudana de cor conforme o pH da fenolftalena

    Fonte: ATKINS

    A fenolftalena na sua forma cida

    incolor e na forma da base conjugada cor de

    rosa, na tabela 2 poder visualizar a faixa de pH

    da mudana de cor dos indicadores utilizados

    nesta prtica.

    Tabela 2 Indicadores forma acida e basica

    Indicador Cor da

    forma

    cida

    Faixa de

    pH da

    mudana

    de cor

    Cor da

    forma

    bsica

    Fenolftalena Incolor 8,2 10 Rosa

    Alaranjado

    de metila

    Vermelho 3,2 4,4 Amarelo

    Vermelho de

    metila

    Vermelho 4,8 6,0 Amarelo

    Azul de

    bromotinol

    Amarelo 6,0 7,6 Azul

    Verde de

    bromocresol

    Amarelo 3,8 5,4 Azul

    Fonte: ATKINS

    A seguir esto demonstradas as estruturas

    qumicas destes indicadores:

    Figura 3 Fenolftalena em meio cido e meio bsico.

    Fonte:http://www.mundoeducacao.com/

    upload/conteudo/indicador-fenolfataleina.jpg

    Figura 4 Verde de bromocresol em meio cido (amarelo) e bsico (azul).

    Fonte:http://www.scielo.br/img/revista

    s/qn/v29n3/29293f8.gif

  • 4

    Figura 5 Vermelho de metila.

    Fonte:http://upload.wikimedia.org/wik

    ipedia/commons/5/5d/Methyl_red_indicator.sv

    g

    Figura 6 Azul de bromotinol

    Fonte:http://upload.wikimedia.org/wikip

    edia/commons/thumb/0/00/Bromothymol_blue

    _protolysis.svg/550px

    Bromothymol_blue_protolysis.svg.png

    Figura 7 Alaranjado de metila.

    Fonte:http://www.scielo.br/img/revistas/

    qn/v29n3/29293f7.gif

    Outro mtodo utilizado para determinar o

    pH foi atravs do papel indicador universal que

    vem em tiras de papel acondicionadas em

    cartelas de papelo. Vem acompanhada de uma

    carta de escala de pH com as correspondentes

    cores. So confeccionadas por um tipo de

    plstico e sobre ela esto depositados 4

    diferentes materiais no qual indicam qual o pH

    no meio liquido que est inserido. [2]

    1.1 Objetivos.

    Visualizou-se como a temperatura e a

    concentrao influencia no equilbrio qumico.

    Utilizou-se diferentes indicadores de cido-

    base e solues para obter a cor do pH.

    Com o auxlio do contedo aprendido

    em sala de aula, foi desenvolvido este relatrio.

    2. MATERIAIS E MTODOS

    2.1 Prtica 1

    2.1.1 Materiais

    -01 Estante de tudo de ensaio

    -01 Tubo de ensaio

    -01 Pra

    -01 Pipeta volumtrica de 2 ml

    -01 Becker de 50 ml

    -Cronmetro (celular)

    2.1.2 Reagentes

    -Banho de gelo

    -lcool etlico 95%

    -cido ntrico concentrado

    2.1.3 Mtodos

    - Colocou-se a estante com os tubos de

    ensaio na capela;

    - Com a pra e pipeta, retirou-se 2 ml de

    cido ntrico que estava em um Becker e

    colocou-se em um tubo de ensaio;

  • 5

    - Adicionou-se mais trs gotas de etanol

    95% no tudo de ensaio;

    - Agitou-se a mistura e colocou-se o

    tudo de ensaio dentro de um becker vazio;

    - Depois de 2 min e 28 s, dentro do tubo

    de ensaio houve a formao de um gs marrom

    e a substncia adquiriu uma cor prxima a

    verde;

    - Assim que a reao cessou, tampou-se

    o tubo de ensaio e levou-o ao banho de gelo;

    - Depois de todas as observaes

    anotadas, descartou-se o resduo do tubo em um

    recipiente adequado. Lavou-se as vidrarias.

    2.2 Prtica 2

    2.2.1 Materiais

    -01 Becker de 50 ml

    -01 Becker de 200 ml

    -01 Erlenmeyer de 250 ml

    -01 Pisseta de gua destilada

    -01 Mangueira de silicone

    -01 Esptula

    -01 Vidro de relgio

    -Balana analtica

    2.2.2 Reagentes

    -NaOH (Hidrxido de Sdio)

    -NaHCO3 (Bicarbonato de Sdio)

    -HCl (cido clordrico)

    -Fenolftalena

    2.2.3 Mtodos

    - Adicionou-se 50 ml de gua destilada,

    por meio de uma pisseta e transferiu para o

    erlenmeyer de 250 ml;

    - Em outro becker, colocou-se 200 ml de

    gua destilada e gotejou-se aproximadamente 5

    gotas de fenolftalena;

    - Com o vidro de relgio, pesou-se na

    balana analtica 2,015 g de bicarbonato de

    sdio e com o apoio de uma esptula adicionou-

    se no erlenmeyer. Agitou-se para dissolver o

    bicarbonato;

    - Em seguida acrescentou-se 50 ml de

    HCl e rapidamente encaixou-se a mangueira na

    boca do erlenmeyer, mantendo a outra

    extremidade da mangueira dentro da soluo

    alcolica de fenolftalena no Becker de 200 ml;

    - Observou-se o ocorrido.

    - Descartou-se as substancias e lavou-se

    as vidrarias.

    2.3 Prtica 3

    2.3.1 Materiais

    -15 Tubos de ensaio

    -05 Conta-gotas

    -02 Bureta de 5 ml

    -01 Pisseta c/ agua destilada

    -01 Marcador

    -01 Vidro relgio

    -01 Tesoura

    -01 Fita indicadora universal de pH

    2.3.2 Reagentes

    -Soluo A (pH bsico desconhecido)

  • 6

    -Soluo B (pH cido desconhecido)

    -Indicador azul de bromotimol

    -Indicador fenolftalena

    -Indicador alaranjado de metila

    -Indicador vermelho de metila

    -Indicador verde de bromocresol

    2.3.3 Mtodos

    - Pegou-se uma estante com 5 tubos de

    ensaio e com um marcador enumerou-se A1,

    A2, A3, A4 e A5. Sendo que A representa a

    soluo A.

    - Colocou-se 1 ml de soluo A atravs

    de um bureta e uma pra nos 5 tubos.

    - Adicionou-se por meio de um conta-

    gotas, duas gotas, respectivamente no A1 o

    indicador fenolftalena no A2 alaranjado de

    metila, no A3 vermelho de metila, A4 azul de

    bromotinol e no A5 verde de bromocresol.

    - Anotou-se os resultados obtidos e

    levou-se os tubos para a lavagem.

    - Pegou-se novamente mais 5 tubos de

    ensaio e realizou-se o mesmo procedimento da

    soluo A, com a soluo B e com H2O.

    - Com trs vidros de relgio, cada um

    com uma quantidade de substncia A, B e H2O.

    - Apanhou-se uma fita indicadora de pH

    que foi cortada em trs partes e mediu o pH

    destas substncias.

    - Anotou-se os resultados.

    3. RESULTADOS E DISCUSSO

    3.1 Prtica 1

    A reao qumica entre o etanol e o

    cido ntrico extremamente forte e em um

    ensaio rotineiro numa faculdade deve ser

    realizada numa escala com volume abaixo de 5

    ml. A reao qumica (1) est representada a

    seguir:

    Reao qumica 1:

    HNO3 + C2H5OH C2H5O + H2O + NO2 (g)

    Reao qumica 2:

    NO2(g) N2O

    No caso da reao 1, libera calor

    (exotrmica) favorecendo os reagentes. Quando

    a soluo tampada e colocada no banho de

    gelo, como diminui a temperatura, fica incolor

    o gs que antes era marrom

    A reao em fase gs est em equilbrio,

    pois alm da composio ser constante o

    experimento mostra que NO2 formam N2O4

    sem cessar e que N2O4 se decompe em NO2 na

    mesma velocidade. Abaixo consta o resultado

    aps o banho de gelo.

    A reao forma o dixido de nitrognio

    unicamente. um gs que pode ser fatal se

    inalado e pode causar danos graves aos

    pulmes.

  • 7

    Figura 8 - Soluo aps o banho de

    gelo.

    3.2 Prtica 2

    A adio de reagentes faz com que o quoociente da reao, Q, fique momentamente

    abaixo de K, porque a concentrao de

    reagentes aparece no denomindor de Q. Quando

    Q K, a reao responde

    com a formao de reagentes as custas dos

    produtos at que Q e K fiquem iguais

    novamente. Logo a seguir mostra o momento

    em que a substancia no becker est com a

    colorao rosa e aps jogar o bicarbonato de

    sdio, onde ficou incolor a substancia.

    Figura 9 - Reao no momento que o

    bicarbonato adicionado.

    Figura 10 Reao j no equilbrio.

    A reao comea com o equilibrio de hidrlise do on bicarbonato:

    HCO-3 (aq) + H2O H2CO3 (aq) + OH

    Depois deslocado por um aumento da

    concentrao do cido carbnico obtido pelo

    borbulhamento de gs carbnico na soluo:

    CO2(aq) + H2O(l) H2CO3 (aq)

    E com os dois equilbrios interligados

    podem ser assim representados:

    HCO-3(aq)+H2O(l)H2CO3(aq)+OH- CO2(aq)+H2O(l)

  • 8

    3.3 Prtica 3

    Os resultados obtidos utilizando a

    soluo A esto contidas na Tabela 3 como

    tambm na Figura 11.

    Tabela 3 Resultados da soluo A.

    Soluo

    (1 ml)

    Indicador

    (2 gotas) Resultado

    A1 Soluo A Fenolftalena Violeta

    A2 Soluo A Alaranjado

    de metila Laranja

    A3 Soluo A Vermelho de

    metila

    Amarelo

    claro

    A4 Soluo A Azul de

    bromotimol Azul

    A5 Soluo A Verde de

    bromocresol

    Azul

    escuro

    A soluo A1 resultou na cor violeta que

    confere ser uma base conjugada, nisso percebe-

    se que a concentrao de In- muito maior do

    que HIn, o valor prximo de pH desta soluo

    foi 10.

    J na soluo A2 a cor obtida foi o

    laranja que mais prximo do vermelho, com

    um valor de pH aproximado a 3, que est mais

    para cido do que bsico.

    Na soluo A3 a cor obtida foi o

    amarelo claro tendo um valor aproximado 5,8

    de pH.

    Na soluo A4 o pH foi 7,6, resultando

    assim no azul, mostrando que uma soluo

    bsica.

    No tubo de ensaio A5 a cor obtida foi

    azul escuro, com pH de 5,4, resultando em uma

    forma bsica.

    A figura abaixo demonstra estes

    resultados:

    Figura 11 Resultados obtidos da soluo A.

    Os resultados adquiridos com a soluo

    B esto demostrados na tabela 4:

    Tabela 4 Resultados da soluo B.

    Soluo

    (1 ml)

    Indicador

    (2 gotas) Resultado

    B1 Soluo B Fenolftalena Incolor

    B2 Soluo B Alaranjado

    de metila Vermelho

    B3 Soluo B Vermelho de

    metila Rosa

    B4 Soluo B Azul de

    bromotimol Amarelo

  • 9

    B5 Soluo B Verde de

    bromocresol Amarelo

    Utilizando-se a soluo B (pH cido

    desconhecido) conforme a tabela 4 no tudo B1

    no obteve-se colorao, logo esta substncia

    possui pH igual a 8,2 (cido).

    No tubo B2 a cor adquirida foi o

    vermelho com pH de 3,2 (cido).

    No B3 a cor resultante foi rosa, que

    tende mais para o vermelho, o pH estando entre

    4,8 e 5,0 (cido).

    No B4 a cor obtida foi amarelo com pH

    igual a 6,0 (cido).

    No B5 a substncia ficou definida como

    carter cido, pois a cor obtida foi laranja que

    est mais prximo do amarelo com pH igual a

    3,8.

    Na figura 12, demonstra o resultado.

    Figura 12 - Resultados substncia B.

    Os resultados utilizando a gua esto

    exibidos na tabela 5:

    Tabela 5 Resultados da gua.

    Soluo

    (1 ml)

    Indicador

    (2 gotas) Resultado

    H2O 1 H2O Fenolftalena Incolor

    H2O 2 H2O Alaranjado de

    metila Laranja

    H2O 3 H2O Vermelho de

    metila Rosa

    H2O 4 H2O Azul de

    bromotimol

    Amarelo

    claro

    H2O 5 H2O Verde de

    bromocresol Marrom

    No tubo H2O 1 a soluo no adquiriu

    cor tendo carter cido, no H2O 2 resultou num

    laranja que tende mais para o vermelho com o

    pH mais prximo de 3 (podendo ter carter

    bsico ou cido, ficou-se indefinido).

    No tudo H2O 3 a soluo ficou

    indeterminada, pois obteve a cor rosa, no

    sabendo se tende mais para o vermelho ou para

    o amarelo.

    No tudo H2O 4 a cor obtida foi amarelo

    claro tendo o pH prximo 5,8 (cido).

    E por fim no tudo H2O 5 obteve a cor

    marrom sendo um resultado fora do normal,

    pois no atinge a cor entre amarelo e azul.

  • 10

    Figura 13 Resultados da gua.

    J utilizando a fita indicadora universal

    de pH, resultou em que a soluo A tinha pH

    14, a soluo B entre 0 e 1 e H2O igual a 7.

    4. CONCLUSES

    Na prtica relatada, pode-se analisar

    macroscopicamente um sistema em equilbrio

    qumico. Verificando-se experimentalmente

    alteraes nos fatores temperatura e

    concentrao os quais ocasionam o

    deslocamento dos diversos equilbrios em base

    do princpio de Le Chatelier.

    Tambm visualizou-se diferentes

    indicadores reagindo em meio bsico, cido e

    H2O.

    E formas diferentes de determinar o pH

    de uma determinada substncia.

    5. REFERNCIAS

    [1] ATKINS, P. W.; LOR E TT A, J .

    Princpios de Qumica: Questionando a V ida

    Moderna e o Meio- Ambiente. Porto A legre:

    Bookman, 2007, p. 425, 426.

    [2] CQ 119 FUNDAMENTOS DA

    QUMICA ANALTICA I. Disponvel em:

    http://www.quimica.ufpr.br/tonegutti/CQ119/

    Roteiro_CAT_CQ119_2012.pdf. Acessado

    em: 05 /08/2014