Lomonossov - Reações químicas

OFICINA

LOMONOSSOV Introdução às reações químicas

Livro do professor

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OFICINA

LOMONOSSOV

Introdução às reações químicas LIVRO DO PROFESSOR

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Presidente Ricardo Uzal Garcia

Edição Maíra Corrêa Machado

Diretora Financeira Alzira Azeredo

Revisão Beatriz Rezende

Diretor de Operações William Garcia

Projeto Gráfico e Diagramação William Haruo, Aline Aliste, Luis Kinoshita

Diretora de Relacionamento, Marketing e Implementação Renata Bove

Engenharia de Produtos Didáticos Cláudio Azanha Jr., Joel Faria de Almeida

Diretora de Relações Institucionais Silvia de Araújo Donnini Equipe Pedagógica Mário Donizeti Domingos, Cristian Annunciato, Luisiana Andresa Carneiro, Marcio Cotomacci

Créditos Fotográficos Livro do aluno: P. 6: Chris Johnson/Freeimages (esquerda); Ralphbijker/ CC BY 2.0 (centro); Flaum/Freeimages (direita) – P. 10: imageafter/CC 2.0 BY – P. 16: Mário Donizeti Domingos Fotos dos procedimentos: Mário Donizeti Domingos

Revisão técnica Thais Lucy Ogeda

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (eDOC BRASIL, Belo Horizonte/MG) C397l

Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Experimenta.

Lomonossov: introdução às reações químicas: livro do professor / [Centro de Pesquisa da Experimenta – Educação em Ciências]. – Valinhos (SP): Experimenta, 2016 – (Oficinas Descobrindo a Ciência).

20 p. : il. ; 20 x 26,5 cm

ISBN 978-85-93201-57-8

1. Ciências (Ensino fundamental). 2. Química. 3. Reações químicas. I. Título.

II. Série.

CDD-541.39

Experimenta – Educação em Ciências Rua Luiz Lazaretti, 99 Vale Verde - Valinhos, SP - Brasil CEP 13279-010 Tel.: 55 19 3514-6900 www.experimentaciencias.com.br Impresso no Brasil 1ª edição / copyright © 2014 Experimenta – Educação em Ciências Ltda.

Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

Impressão e acabamento Nome da gráfica, mês/ano Aplicação FSC

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Introdução às reações químicas LIVRO DO PROFESSOR

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In C Página 6 Ni Cd Pb l g o T A C lo o u b L Sím Hg Pd Fe Yb Au Rh Mn m T Pt Cr Ru Er Ir V Atividade 2 o H Ti Os Mo y D Re Nb Sc Indícios Tb W Zr Gd Y Ta Eu reações Hf Sm Pm a Pu Nd r p P N a R U Ce es La Pa obr Atividade 3 es n h T Gas gênio os: ro Ac Hid Al

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de químicas

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Página 10

eos níd acti

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Indicadores ácido-base Página 16

Faça em casa

Identificação do pH de diferentes soluções Página 20

Bibliografia CRUZ, R. Experimentos de Química em microescala. São Paulo: Editora Scipione, vol. 1, 1995.

LEITE, S. Q. M. (Org.) Práticas experimentais investigativas em ensino de Ciências. Vitória: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo, 2012.

LIMA, M. B.; DE LIMA-NETO, P. Construção de modelos para ilustração de estruturas moleculares em aulas de Química.

Química Nova, vol. 22, nº 6, janeiro de 1999.

MATEUS, A. L. Química na cabeça – Experiências espetaculares para você fazer em casa ou na escola. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007, 3ª reimpressão.

UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde – Uma introdução à Química geral, orgânica e biológica. São Paulo: Editora Manole, 1992, 2ª edição.

Sites consultados Tipos de reações químicas. Disponível em: http://www.cdcc. usp.br/quimica/fundamentos/tipos_reacoes.html. Acesso em: abril 2014.

Indicadores de pH. Disponível em: http://www.ufpa.br/quimicanalitica/sindicador.htm. Acesso em: abril 2014.

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Apresentação Este material faz parte da coleção de oficinas Descobrindo a Ciência, desenvolvida pela Experimenta – Educação em Ciências. Esta coleção é composta por módulos que abordam diversos conteúdos da área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, de maneira prática, dinâmica e lúdica.

A Química é uma ciência que estuda as substâncias e suas transformações, que podem ser observadas em toda matéria que compõe o Universo. A partir das substâncias existentes em nosso planeta, após diversas transformações e reações químicas, que levaram milhões de anos para acontecer, houve o surgimento da vida. Quando se fala em reações químicas ou em Química, é muito comum as pessoas relacionarem essa área do conhecimento a eventos negativos, como poluição, explosões ou substâncias agressivas. A Química é muito mais que isso.

As reações químicas estão constantemente presentes no nosso cotidiano. Desde a simples tarefa de cozinhar um alimento até a queima do combustível em um automóvel, há diversos exemplos e situações envolvendo reações químicas que presenciamos todos os dias.

Nesta oficina, os alunos entrarão em contato com as reações químicas, como ocorrem e os sinais que indicam tais ocorrências. É possível trabalhar esse tema com diferentes abordagens e aprofundamento, de acordo com a faixa etária dos alunos envolvidos. Ter noções básicas de Química permite aos alunos interpretar o mundo, ajudando-os a analisar os avanços e transformações que a Química possibilita ao bem-estar do ser humano.

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B

C

O

N

S O i S l A re e S s A e G O a O que será feito?

G n Z u Te C b i S N N e Co n S n I F n Cd M o g P r A i d B P b h P R l T Ru g H u A Mo t P r I s O e W R Y m T Er o H y D b T d G u E m S m P Nd Objetivos u P U Np Atividade 1

Atividade 1 O que é uma reação química?

esta atividade, os alunos utilizarão representações de elementos químicos e, com um número limitado de átomos, construirão representações de moléculas de diferentes substâncias simples e compostas, como gás oxigênio e amônia, identificando a proporção entre os reagentes e os produtos formados.

Apresente a atividade aos alunos explicando a noção de simulação. Os alunos utilizarão as figuras para fazer as representações, o que não significa que os átomos se prendem uns aos outros da mesma forma que as representações utilizadas nesta prática. As cores e tamanhos não guardam nenhuma relação com os elementos representados.

Procure deixar claros os limites entre a simulação e a realidade.

P

Tud mes ro e com 93 á ficia em tipo ar, e ape sida con vai repr

Poucos elementos químicos, milhares de substâncias.

6

_tab eriodic /p s t r o ep c.org/r w.iupa w w // : p < htt IUPAC Fonte:

Com a realização dos procedimentos propostos nesta atividade, espera-se que os alunos:

bres o n s e s Ga ênio Hidrog

• Tenham um primeiro contato com a ideia de átomo e molécula; • Percebam as diferenças entre misturas, substâncias simples e compostas; • Reconheçam que há uma relação entre a proporção de reagentes e os produtos obtidos; • Conheçam alguns gases presentes no ar atmosférico.

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O

F

Ne

Ar l C S O que é uma r K r química?

B Sereação O que você vai fazer?

Xe I Te Rn t A i Po Tudo na natureza é feito de átomos. Alguns têm nomes familiares, como oxigênio, ouro, prata, ferro, cloro etc. Enquanto outros, têm nomes mais exóticos, como estrôncio, plutônio, lítio ou polônio. Existem 93 átomos na natureza e outros 24 produzidos artificialmente em laboratório. Se você der uma olhada em volta, fica claro que há muito mais do que 93 tipos de substâncias: em nosso corpo, na mesa, no ar, em plantas, comidas, tintas etc. Mas, se existem apenas 93 átomos, de onde vem toda essa diversidade de materiais? De combinações de átomos, conhecidas como moléculas. Nesta atividade, você vai simular a formação dessas moléculas utilizando representações de átomos com cores diferentes.

Lu b Y Tm

Material utilizado nesta atividade • Conjunto Representação de Átomos

Material por equipe

1

Conjunto Representação de Átomos, composto de: • 20 representações do átomo de hidrogênio • 10 representações do átomo de oxigênio • 10 representações do átomo de nitrogênio • 40 clipes para papel

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Atividade 1

O que é uma reação química?

Pratique!

1

1

H2 = hidrogênio

3

Você recebeu um conjunto de figuras com as letras “H”, “O” e “N”. Cada uma representa um átomo de três elementos químicos: hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N). Tente fazer o maior número de moléculas que conseguir, respeitando as seguintes regras:

H N

Explique aos alunos que as figuras representam átomos desses três elementos e que o número de retângulos ao lado de cada círculo representa o número de ligações que um átomo pode fazer. De acordo com as regras estabelecidas, algumas das moléculas que os alunos poderão montar são as seguintes:

O

Pratique!

•

Cada molécula pode ter, no máximo, quatro átomos.

•

Todos os retângulos de um átomo devem estar conectados ao retângulo de outro.

•

Se houver oxigênio e hidrogênio na molécula, eles devem estar conectados.

dem ras,

Utilize os clipes para manter as ligações entre os átomos.

FIQUE ATENTO Descreva e registre quantas moléculas diferentes foi possível montar utilizando apenas três elementos químicos.

O2 = oxigênio O3 = ozônio — estrutura não é a real O4 = não existe

2

Com os átomos disponíveis, monte as substâncias indicadas a seguir, informando o número máximo de moléculas que conseguiu montar.

N2 = nitrogênio H2O = água

a. Gás oxigênio (formado por dois átomos de oxigênio)

H2O2 = peróxido de hidrogênio (água oxigenada)

c. Gás nitrogênio (formado por dois átomos de nitrogênio)

b. Gás hidrogênio (formado por dois átomos de hidrogênio)

NH3 = amônia

d. Água (formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio)

N2H2 = diazene

e. Amônia (formada por um átomo de nitrogênio e três de hidrogênio)

N2O = óxido nitroso N2O2 = dióxido de dinitrogênio — não existe

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HNO2 = ácido nitroso

2

Oriente os alunos a montarem o número máximo de moléculas que conseguirem com os átomos à disposição e a anotarem esse número. Antes de montar uma nova substância, eles deverão desfazer as montagens, para que sempre tenham o mesmo número de átomos. a) oxigênio (O2) = 5 moléculas b) hidrogênio (H2) = 10 moléculas c) nitrogênio (N2) = 5 moléculas d) água (H2O) = 10 moléculas e) amônia (NH3) = 6 moléculas

Procure destacar a relação que há entre os átomos e as moléculas obtidas. Por exemplo, no caso da amônia, mesmo havendo um número grande de hidrogênio, não é possível montar mais do que seis moléculas.

3

Os alunos deverão conhecer as diferenças entre misturas e substâncias e entre substâncias simples e compostas para realizar essa classificação. a) oxigênio = substância simples b) hidrogênio = substância simples c) nitrogênio = substância simples d) água = substância composta e) amônia = substância composta f) ar = mistura

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4

águ

e mio

3

Observe uma molécula de cada uma das substâncias da etapa anterior e, lembrando que todas as moléculas montadas podem ser encontradas no ar, classifique os itens a seguir em misturas, substâncias simples e substâncias compostas.

de hidrogênio para uma de oxigênio. Como foram utilizadas apenas as figuras que representavam duas moléculas de hidrogênio e uma de oxigênio e não sobrou nenhuma após a formação das duas moléculas de água, os alunos deverão concluir que o número de átomos se manteve.

a. Gás oxigênio b. Gás hidrogênio c. Gás nitrogênio d. Água

.

e. Amônia

ec-

f. Ar

• A reação de formação do gás amônia a partir dos gases hidrogênio e nitrogênio pode ser representada por:

eFIQUE SABENDO Em uma reação química, as substâncias utilizadas para produzir uma nova substância são chamadas de reagentes e as substâncias produzidas são chamadas de produtos. Durante uma reação, a conectividade entre os átomos muda: ligações químicas são formadas e/ou desfeitas, resultando em átomos que se combinam de outras maneiras.

As substâncias formadas por um único elemento químico são chamadas de substâncias simples. As formadas por dois ou mais elementos químicos diferentes são chamadas de substâncias compostas.

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N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) De forma semelhante ao que ocorreu com a água, o número de moléculas dos reagentes deve ser proporcional ao do produto, ou seja, três partes de hidrogênio para uma parte de nitrogênio. E, novamente, não sobrará nenhuma figura.

4

Com as moléculas dos gases oxigênio, hidrogênio e nitrogênio, represente as reações químicas na formação de água e amônia.

•

Qual a relação entre o número de átomos dos reagentes e dos produtos?

•

Qual a relação entre a quantidade de cada molécula dos reagentes com as moléculas dos produtos?

Como explicar?

9

4

Utilizando as montagens que representam os gases hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, os alunos deverão relacionar as quantidades de átomos e moléculas dos reagentes e produtos. Os alunos terão que utilizar uma quantidade de representações de átomos nos reagentes que seja igual ao número de átomos do produto.

Uma reação química ocorre quando, partindo-se de um ou mais reagentes, há formação de novas substâncias, os produtos, com propriedades diferentes dos reagentes. A estratégia de utilizar as figuras que representam átomos para montar as reações permite explicitar o número de átomos e moléculas envolvidos em uma reação e relacionar as quantidades de reagentes à quantidade dos produtos obtidos.

• A reação de formação de água a partir dos gases hidrogênio e oxigênio pode ser representada por: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) Utilizando as representações, os alunos deverão perceber que é preciso combinar duas moléculas de gás hidrogênio com uma molécula de gás oxigênio para formar duas moléculas de água. Eles deverão perceber que o número de moléculas de gases dos reagentes deve ser proporcional ao do produto, ou seja, duas

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In re

Atividade 2

Atividade 2 Indícios de reações químicas

O

O que será feito?

As milh lizad mov plos é pr rias dias quím indí uma sub

O

s alunos vão observar diferentes indícios de que uma reação química ocorreu: liberação de luz e calor, produção de gases, mudança de cor da solução e formação de precipitado, entre outros. No decorrer da atividade, procure sempre destacar que a ocorrência de um desses indícios pode servir de comprovação de que houve uma reação química, mas que a ausência deles não pode ser entendida como a não ocorrência de uma reação.

As reações químicas fazem parte do processo de produção de diversos produtos que utilizamos em nosso dia a dia.

10

Objetivos Com a realização dos procedimentos propostos nesta atividade, espera-se que os alunos: • Conheçam alguns dos aspectos observáveis que permitem afirmar que ocorreu uma reação química; • Conheçam diferentes tipos de reações químicas (síntese, decomposição, dupla-troca, simples-troca e oxidorredução).

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Materiais utilizados nesta atividade

Indícios de reações químicas O que você vai fazer?

As indústrias química e farmacêutica produzem milhares de materiais e substâncias diferentes, utilizados nas atividades do dia a dia. Detergentes, removedores, tintas e remédios são alguns dos exemplos mais comuns. Para produzir um novo material é preciso que ocorra uma reação química. Nas várias misturas e transformações observadas todos os dias, como você pode identificar quais são reações químicas? Nesta atividade, você conhecerá alguns indícios que permitem reconhecer a ocorrência de uma reação química, com a formação de diferentes substâncias.

• Frasco de magnésio em aparas • Fôrma de alumínio • Frasco conta-gotas com álcool gel

Material para a classe • Frasco de magnésio em aparas • Fôrma de alumínio • Frasco conta-gotas com álcool gel • Pinça metálica • Pote de dicromato de amônio • Frasco conta-gotas com solução de iodeto de potássio • Frasco conta-gotas com solução de hipoclorito de sódio • Frasco conta-gotas com solução de sulfato de sódio • Frasco conta-gotas com solução de nitrato de bário • Frasco conta-gotas com solução de ácido clorídrico • Placa de cerâmica quadrada • Vidro de relógio • Colher plástica • Pipeta plástica • Copo plástico com água • Caixa de fósforos • Pinça plástica

• Pinça metálica • Pote de dicromato de amônio • Frasco conta-gotas com solução de iodeto de potássio • Frasco conta-gotas com solução de hipoclorito de sódio • Frasco conta-gotas com solução de sulfato de sódio • Frasco conta-gotas com solução de nitrato de bário

de 25 Tubos ensaio pequeno tubos de 3 Porta ensaio pequeno

• Frasco conta-gotas com solução de ácido clorídrico

Material por aluno

1 1

Óculos de proteção Par de luvas de proteção

• Placa de cerâmica quadrada 11

• Vidro de relógio • Colher plástica • Pipeta plástica

Preparação Encha os copos plásticos com água e deixe-os à disposição dos alunos. Os procedimentos desta atividade podem ser realizados como demonstração em pequenos grupos ou simultaneamente, de acordo com a autonomia dos alunos. Para isso, organize cinco espaços, um para cada procedimento indicado no material do aluno e deixe os materiais e reagentes necessários nesses locais.

Para facilitar a limpeza, forre a mesa onde realizará o procedimento Decomposição térmica do dicromato de amônio.

• Copo plástico • Caixa de fósforos • Tubos de ensaio pequenos • Porta tubos de ensaio pequeno, de EVA • Frasco para descarte líquido • Frasco para descarte sólido • Pinça plástica • Óculos de proteção • Luvas de proteção

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Atividade 2

Indícios de reações químicas

Pratique!

Pratique!

1

Quando ocorre uma reação química é possível observar algumas alterações que indicam essa ocorrência. Realize os experimentos descritos a seguir, seguindo as orientações do seu professor, e registre suas observações.

1

Nesta atividade os alunos deverão observar diferentes fenômenos que indicam a ocorrência de uma reação química.

Você pode organizar os cinco diferentes procedimentos em locais separados da classe e pedir aos grupos que se revezem na realização dos experimentos, ou realizar cada atividade com eles. Para cada um dos experimentos que serão realizados, você pode apresentar a equação das reações e trabalhar também seus diferentes tipos (síntese, decomposição, simples-troca, dupla-troca e oxidorredução). Veja essas e outras informações no Como explicar?.

Atenção!

Utilize os óculos e as luvas de proteção durante todo o experimento. Somente os retire com a orientação de seu professor.

Procedimento 1

Combustão do magnésio metálico

I) OBSERVE UMA APARA de magnésio e

anote sua cor e brilho.

II) RETIRE AS LUVAS e acenda o álcool gel

que está na forma de alumínio e, com a pinça metálica, segure a apara de magnésio sobre a chama. Procure não ficar olhando diretamente para a chama. Coloque novamente a luva após o experimento.

FIQUE ATENTO Tome cuidado com a chama produzida pelo álcool gel.

Ela é praticamente invisível. Se tiver cabelos longos, mantenha-os presos durante a realização do experimento.

Mantenha a apara de magnésio sobre a placa de cerâmica durante toda a atividade.

Descreva e registre o que aconteceu quando a apara de magnésio foi mantida sobre a chama.

12

Procedimento 1

Combustão do magnésio metálico Oriente os alunos para que mantenham o magnésio em combustão sempre sobre a placa de cerâmica. Isso evitará que, caso um pedaço do metal em combustão se desprenda, não queime o material que se encontre sob ele.

O material cinza-claro resultante da combustão do magnésio (óxido de magnésio), após esfriar, deve ser colocado no frasco para descarte sólido.

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Procedimento 2

Decomposição térmica do dicromato de amônio

er.

I) COLOQUE O VIDRO de relógio sobre a

placa de cerâmica quadrada.

II) COLOQUE UM POUCO de dicromato de amônio no centro do vidro de relógio e acrescente algumas gotas de álcool gel sobre ele. Registre a cor desse sal.

e

l o o -

III) RETIRE A LUVA e acenda o álcool gel que está sobre o sal e observe. Coloque novamente a luva após acender.

FIQUE ATENTO Não coloque a mão sobre o sal, nem toque no vidro de relógio após iniciar a queima do álcool gel. Não toque com as mãos nos reagentes e produtos dessa reação.

composição. Basta pôr fogo no magnésio e colocá-lo sobre o dicromato de amônio.

Descreva e registre o que aconteceu com o dicromato de amônio após ser aquecido pelo álcool gel em chamas.

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Procedimento 2

Os alunos devem observar que o sal muda de cor, de laranja para verde escuro, como mostra a foto a seguir, além de liberar gás nessa transformação.

Decomposição térmica do dicromato de amônio Para facilitar a limpeza, você pode forrar com jornal a mesa em que os alunos realizarão este procedimento.

Oriente os alunos para que não exagerem na quantidade de dicromato de amônio e de álcool gel, que deve ser usado para iniciar o processo. Como essa reação libera grande quantidade de gás nitrogênio e vapor de água, oriente os alunos para que não fiquem muito próximos do vidro de relógio durante o experimento.

Se preferir, você pode utilizar um pedaço de magnésio em combustão para iniciar o processo de de-

Ao final do experimento, aguarde o vidro esfriar e recolha o pó verde-escuro (óxido de cromo III) no frasco para descarte sólido.

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Procedimento 3

Produção de iodo

Atividade 2

Indícios de reações químicas

Os alunos deverão observar que há mudança de cor da solução somente no tubo em que foi colocada a solução de hipoclorito de sódio (tubo à esquerda na foto abaixo). O outro tubo com água serve apenas para controle.

Procedimento 3

Produção de iodo I) PEGUE DOIS TUBOS de ensaio. Ponha água

em 1/4 do volume de um deles. No outro, coloque o mesmo volume da solução de hipoclorito de sódio.

II) PINGUE EM CADA um dos tubos dez gotas da solução de iodeto de potássio e agite os tubos.

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu em cada um dos tubos.

Procedimento 4

Reação entre o sulfato de sódio e o nitrato de bário I) EM UM TUBO de ensaio, coloque dez gotas

de sulfato de sódio e ponha água até a metade do tubo. Descreva e anote a aparência da solução.

Os resíduos deste experimento devem ser descartados no frasco para descarte líquido.

II) EM OUTRO TUBO de ensaio, coloque dez gotas de nitrato de bário. Descreva e anote a aparência da solução III) MISTURE AS DUAS soluções em um único

tubo de ensaio.

Procedimento 4

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu quando a solução de nitrato de bário entrou em contato com a solução de sulfato de sódio. Deixe o vidro em repouso por cerca de um minuto e observe novamente, sem agitá-lo.

Reação entre o sulfato de sódio e o nitrato de bário Para os alunos perceberem que se formou um sólido, peça que deixem o tubo em repouso. Assim, as partículas sólidas se depositarão no fundo do tubo, como na imagem a seguir.

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Procedimento 5

Reação entre o magnésio metálico e o ácido clorídrico Para que os alunos não fiquem com a sensação de que o tubo aqueceu por causa do calor da mão, peça que encostem no fundo do tubo somente com a palma da mão aberta, sem envolver o tubo com os dedos. Outro indício de reação química que os alunos poderão notar é a liberação de gás.

Os resíduos deste experimento devem ser descartados no frasco para descarte líquido.

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Para comprovar a produção de uma nova substância, o hidrogênio, você pode aproximar um fósforo aceso da boca do tubo após a reação entre o magnésio e o ácido clorídrico começar. Como o hidrogênio é inflamável, haverá uma pequena combustão, evidenciando que há formação de um gás inflamável nesta reação.

Os resíduos deste experimento devem ser descartados no frasco para descarte líquido.

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2

Procedimento 5

Reação entre o magnésio metálico e o ácido clorídrico

Como explicar?

I) EM UM TUBO de ensaio, acrescente dez gotas de solução de ácido clorídrico e ponha água até a metade do tubo. Encoste a mão na parte externa do fundo do tubo para sentir a temperatura.

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a s.

A maioria das reações químicas pode ser classificada nos seguintes tipos: Reação de combinação ou síntese: são as reações em que dois ou mais reagentes formam um único produto. Um exemplo deste tipo de reação é a combustão do magnésio metálico.

II) COM A PINÇA plástica, coloque algumas aparas de magnésio e observe. Após alguns minutos, encoste a mão novamente no tubo.

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu no momento em que as aparas de magnésio entraram em contato com o ácido clorídrico e o que ocorreu com a temperatura antes e depois de se colocar o magnésio.

2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s) Reação de decomposição: reação inversa à combinação ou síntese. Neste tipo de reação, um único reagente é decomposto em dois ou mais produtos. Um exemplo deste tipo de reação é a decomposição térmica do dicromato de amônio.

FIQUE SABENDO Nem sempre é possível identificar se uma reação química ocorreu ou não.

Alguns aspectos que podem ser utilizados como indícios são:

as ada

a. formação de gás b. mudança de cor c. liberação de energia na forma de luz e/ou calor (variação da temperatura)

ez a

d. formação de sólidos pouco solúveis (precipitados)

(NH4)2Cr2O7(s) → N2(g) + Cr2O3(s) + 4H2O(v)

Quando se observa uma transformação em que ocorre algum desses fenômenos descritos acima, pode-se afirmar que ocorreu uma reação química.

Mas lembre-se: a não observação desses indícios não significa que não ocorreu uma reação química.

o

2

Reveja suas anotações e identifique quais foram os indícios de que ocorreram reações químicas nas transformações observadas.

15

Reação de simples-troca: reação na qual um dos reagentes, que é uma substância simples, substitui outro em uma substância composta. Um exemplo é a reação entre o magnésio metálico e o ácido clorídrico.

Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)

2

Ao rever as anotações, os alunos deverão perceber os seguintes indícios de que ocorreram reações químicas: Combustão do magnésio: liberação de energia na forma de luz e/ou calor (variação da temperatura).

Decomposição térmica do dicromato de amônio: mudança de cor e formação de gás.

Reação de dupla-troca: reação na qual os reagentes são substâncias compostas e trocam os íons. Um exemplo deste tipo de reação é a formação do precipitado sulfato de bário, a partir das soluções de sulfato de sódio e cloreto de bário.

Na2SO4(aq) + BaCl2(aq) → BaSO4(s) + 2NaCl(aq)

Reação entre o sulfato de sódio e o nitrato de bário: formação de sólido pouco solúvel (precipitado).

Reação de oxidorredução: reação que envolve troca de elétrons entre os reagentes.

Um exemplo deste tipo de reação é a produção de iodo a partir da solução de hipoclorito de sódio e iodeto de potássio.

Reação entre o magnésio metálico e o ácido clorídrico: liberação de energia na forma de calor e formação de gás.

ClO— + H2O + 2e— → Cl— + 2OH— (redução) 2l— → l2 + 2e— (oxidação) ClO— + H2O + 2l— → Cl— + 2OH— + l2

Produção de iodo: mudança de cor da solução.

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Atividade 3

Atividade 3 Indicadores ácido-base

O

O que será feito?

Tod nêu lida cha de repr solu pH. apre sen pH ácid a di ou b indi

O

s alunos utilizarão dois diferentes indicadores de pH: o azul de bromotimol e a fenolftaleína. Eles observarão a coloração de cada um desses indicadores em soluções ácidas, básicas e neutras. Para comprovar como o pH pode variar em uma reação química, os alunos observarão a variação que ocorre na reação entre as soluções de vinagre e bicarbonato de sódio e entre uma solução de hidróxido de sódio com comprimido efervescente.

Os líquidos que utilizamos em nosso dia a dia podem ser ácidos, básicos ou neutros.

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Objetivos Com a realização dos procedimentos propostos nesta atividade, espera-se que os alunos: • Saibam como algumas substâncias, como o azul de bromotimol e a fenolftaleína, podem ser utilizadas como indicadores de pH devido à mudança de cor que apresentam em soluções ácidas, básicas e neutras; • Percebam que o pH, em uma reação química, também pode variar.

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Indicadores ácido-base O que você vai fazer?

Toda matéria é composta de prótons, elétrons e nêutrons. Os compostos que possuem maior facilidade de doar prótons (o íon H+) para outros são chamados de ácidos e os que têm maior facilidade de receber prótons são chamados de bases. Para representar a quantidade de prótons livres em uma solução, se utiliza o potencial hidrogeniônico — o pH. Uma espécie química é considerada ácida se apresenta um pH menor que sete, neutra se apresenta um pH igual a sete e básica se apresenta um pH maior que sete. Mas como identificar quais são ácidas e quais são básicas? Como se pode estimar a diferença de pH entre diferentes tipos de ácidos ou bases? Nesta atividade, você conhecerá dois dos indicadores de pH mais utilizados.

Materiais utilizados nesta atividade • Frasco conta-gotas com solução neutra de azul de bromotimol Material por equipe

• Frasco conta-gotas com solução de fenolftaleína

de 12 Tubos ensaio pequenos tubos de ensaio 4 Porta pequenos, de EVA Pedaço de comprimido 1 efervescente conta-gotas com 1 Frasco solução neutra de azul de

• Frasco conta-gotas com solução de hidróxido de sódio (solução básica)

bromotimol

conta-gotas com 1 Frasco solução de fenolftaleína Frasco conta-gotas com 1 solução de hidróxido de

• Frasco conta-gotas com água destilada (substância neutra)

sódio (solução básica) Frasco conta-gotas com água destilada (substância neutra) Frasco conta-gotas com vinagre (solução ácida) Frasco com solução de bicarbonato de sódio Frasco conta-gotas com solução de sulfato de sódio Frasco conta-gotas com solução de nitrato de bário Caneta para retroprojetor Pipeta plástica Copo plástico com água

1 1 1 1 1 1 1 1

• Frasco conta-gotas com vinagre (solução ácida) • Frasco conta-gotas com solução de bicarbonato de sódio • Frasco conta-gotas com solução de sulfato de sódio

Material por aluno

1 1

Óculos de proteção Par de luvas de proteção

• Frasco conta-gotas com solução de nitrato de bário 17

• Caneta para retroprojetor • Pipeta plástica

Preparação

• Copo plástico

Quebre o comprimido efervescente em pedaços pequenos, de maneira que passem pela boca do tubo de ensaio.

• Tubos de ensaio pequenos, de vidro

Encha os copos plásticos com água e deixe-os à disposição dos alunos.

• Porta tubos de ensaio pequenos, de EVA • Comprimido efervescente • Frasco para descarte líquido • Óculos de proteção • Luvas de proteção

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Pratique!

Atividade 3

Pr

Indicadores ácido-base

1

V

Pratique!

Para saber como duas substâncias utilizadas como indicadores de pH mudam sua coloração em meios ácidos, neutros e básicos, e como o pH pode variar em uma reação química, os alunos realizarão testes utilizando o azul de bromotimol e a fenolftaleína em diversas soluções e reações.

I

1

I

Uma transformação que pode ocorrer em uma reação química é a variação de pH. Mas como você pode identificar essa variação?

Realize os procedimentos a seguir para descobrir como fazer isso.

Atenção!

c

I

c

Utilize os óculos e as luvas de proteção durante todo o experimento. Somente os retire com a orientação de seu professor.

Procedimento 1

Utilização de indicadores para reconhecer substâncias e soluções ácidas, básicas e neutras

Procedimento 1

Utilização de indicadores para reconhecer substâncias e soluções ácidas, básicas e neutras

I) PEGUE SEIS TUBOS de ensaio e numere-os de

1 a 6. Coloque os líquidos nos tubos de acordo com a distribuição indicada a seguir. a. Tubos 1 e 2 – coloque dez gotas de hidróxido de sódio em cada um. b. Tubos 3 e 4 – coloque dez gotas de solução de vinagre em cada um. c. Tubos 5 e 6 – coloque dez gotas de água destilada em cada um.

Os alunos deverão descobrir como cada um dos indicadores altera sua coloração em meios ácidos, neutros e básicos.

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu em cada um dos tubos, informando a cor de cada indicador em soluções básicas, ácidas e neutras.

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Procedimento 2

Os resíduos deste experimento devem ser descartados no frasco para descarte líquido.

Variação do pH em uma reação química Os alunos verão que o pH pode variar em algumas reações químicas.

Na primeira reação, eles vão partir de uma solução ácida (vinagre), que é neutralizada com a adição de bicarbonato de sódio. Como evidência de reação, os alunos poderão apontar a formação de gás. A coloração do azul de bromotimol, que se altera de amarela para verde, indica a variação de pH que ocorreu.

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d

de bromotimol e fenolftaleína em cada tubo de acordo com a distribuição indicada a seguir. a. Tubos 1, 3 e 5 – solução neutra de azul de bromotimol. b. Tubos 2, 4 e 6 – solução de fenolftaleína.

Azul de bromotimol: apresenta coloração azulada em meio básico, esverdeada em meio neutro e amarela ou alaranjada em meio ácido.

Fenolftaleína: apresenta coloração cor-de-rosa ou carmim em meio básico e incolor em meios ácidos ou neutros.

V

II) COLOQUE CINCO GOTAS dos indicadores azul

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V

e

I

2

2

Os alunos devem identificar que ocorreu variação de pH somente nas duas primeiras reações. O que comprova essa variação é a mudança de cor observada durante as reações.

Procedimento 2

Variação do pH em uma reação química I) PEGUE DOIS TUBOS de ensaio e coloque dez gotas de vinagre em cada um.

II) PINGUE CINCO GOTAS da solução de azul de bromotimol em um deles e cinco gotas de fenolftaleína no outro.

aé ão? o.

III) ACRESCENTE ATÉ 20 gotas da solução de bicarbonato de sódio em

cada um dos tubos, de duas em duas, mexendo a solução.

er.

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu em cada um dos tubos, informando o que ocorreu com a coloração antes e depois de acrescentar a solução de bicarbonato de sódio. Como você explicaria o que observou?

Como explicar?

Os indicadores ácido-base são, na grande maioria, ácidos ou bases fracos que apresentam uma cor na forma molecular e outra cor na forma ionizada. Por serem muito fracos e devido à baixa concentração, podemos desconsiderar a alteração de pH que a sua utilização causa na mistura. Em geral, indicadores de pH são formados por moléculas gigantes que têm sua estrutura eletrônica alterada em função do pH. A mudança na estrutura eletrônica do indicador faz com que ele absorva determinadas frequências de energia (determinadas cores da luz visível), emitindo outras. Podemos considerar que os indicadores funcionam como microfiltros de luz, que absorvem e emitem cores diferentes dependendo de sua forma, molecular ou ionizada.

IV) PEGUE OUTROS DOIS tubos de ensaio. Coloque quatro gotas da solução de

hidróxido de sódio em cada um deles e adicione água até metade dos tubos.

as

V) ACRESCENTE CINCO GOTAS da solução de azul de bromotimol em um

de do

deles e cinco gotas de fenolftaleína no outro.

VI) ACRESCENTE UM PEDAÇO de comprimido efervescente em cada um

dos tubos.

xi-

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu em cada um dos tubos, informando o que ocorreu com a coloração quando se acrescentou a solução de azul de bromotimol e fenolftaleína e também quando o comprimido entrou em contato com as soluções.

u-

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VII) PEGUE OUTROS DOIS tubos de ensaio e coloque, em cada um deles, dez gotas da solução de sulfato de sódio.

ul de

VIII) PINGUE CINCO GOTAS da solução de azul de bromotimol em um deles e cinco gotas de fenolftaleína no outro.

de

IX) ACRESCENTE DEZ GOTAS da solução de nitrato de bário em cada tubo.

FIQUE ATENTO Descreva e registre o que aconteceu em cada um dos tubos, informando o que ocorreu com a coloração antes e depois de acrescentar a solução de nitrato de bário. Como você explicaria o que observou?

2

Identifique, em cada uma das reações químicas observadas, como o pH variou e o que comprova essa variação.

Na segunda reação, eles iniciarão com uma solução básica (hidróxido de sódio), que é acidificada pela reação com o comprimido efervescente. Novamente, haverá liberação de gás. A mudança de cor da fenolftaleína indica que a solução deixou de ser básica e a coloração esverdeada ou amarelada do azul de bromotimol indica que se tornou neutra ou ácida.

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Na terceira reação não haverá mudança de pH. Os indicadores permanecerão com a mesma coloração do início ao fim da reação.

Os resíduos deste experimento devem ser descartados no frasco para descarte líquido.

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Faça em casa

Identificação do pH de diferentes soluções Atenção!

Utilize os óculos e as luvas de proteção durante todo o experimento.

Procedimento I) Escolha um líquido ou sólido comum na sua casa,

como detergente, sal ou sabão em pó, por exemplo, e misture-o com um pouco de água dentro de um tubo de ensaio. Procure utilizar materiais que possibilitem obter soluções transparentes.

II) Pingue cinco gotas da solução neutra de azul de bromotimol e observe a coloração da solução.

Identifique se a solução é ácida, básica ou neutra.

Material • 3 Tubos de ensaio • 1 Pipeta • 1 Frasco conta-gotas com solução neutra de azul de bromotimol • 1 Porta tubos de ensaio • 1 Óculos de proteção • 1 Par de luvas de proteção

III) Você pode obter soluções com cores amarela e

azul e misturá-las em um terceiro tubo de ensaio.

Observe e tente prever e explicar a cor obtida.

Boa atividade!

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Faça em casa Identificação do pH de diferentes soluções Os alunos continuarão a investigar o pH de soluções compostas com materiais comuns do dia a dia. Separe, para cada aluno, um porta tubos e três tubos de ensaio, para que eles possam realizar essas atividades em casa. Lembre-os de sempre utilizar o óculos e a luva de proteção para realizar os experimentos.

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