Fenômenos Químicos e Fenômenos Físicos

Fenômenos Químicos e Fenômenos Físicos

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1 – Introdução

A matéria existente constantemente passa por vários fenômenos. Estes fenômenos podem ser físicos ou químicos, dependendo das transformações ocorridas com a matéria durante o processo.

A separação dos fenômenos naturais em físicos e químicos foi criada pelo ser humano para facilitar o estudo e a compreensão (CONSTANTINO et al., 2004, p. 211). Na verdade, existe uma linha muito frágil que separa transformações físicas e químicas, pois em muitos casos, pode-se encontrar características tanto de transformação química quanto de transformações físicas em um mesmo fenômeno, como a que ocorre na dissolução em meio aquoso, que é considerado um processo físico, por não formar novas moléculas, mas se for analisado pela sua fórmula química, também apresenta características de processo químico, pois forma novos íons (CONSTANTINO et al., 2004, p. 212). Isso porém, de acordo com Constantino, não compromete a qualidade científica do trabalho, já que o químico pode considerar o processo com sendo aquele mais conveniente com o seu trabalho, conforme os seus objetivos no momento.

Mas, como aqui estamos trabalhando com esta separação artificial doa fenômenos, precisamos qualificá-los.

Os fenômenos físicos são caracterizados por não alterar a natureza do material, ou seja, o material ou substância não perde sua característica estrutural fundamental: a estrutura das suas moléculas. Elas podem se agitar, se desarrumar, porém, não se modificam estruturalmente (FELTRE, 2004, vol 1, p. 61). No geral, possibilitam que a substância volte ao seu estado inicial. A mudança de estado físico da matéria é um exemplo de transformação física: com o aumento da temperatura da substância, ela passa do estado sólido para o líquido (fusão), do líquido para o gasoso (evaporação, sublimação ou calefação, dependendo da quantidade de calor fornecido e da velocidade com que ocorre). A nível microscópico, quando ocorre o aumento de temperatura, as moléculas vão ganhando energia e ficam mais agitadas, ocupando espaço maior e volume menos definido. Ou pode ocorrer o contrário: com a diminuição de temperatura, a substância passa do estado gasoso para o líquido (condensação), e do líquido para o sólido (solidificação). A nível microscópico, diminuindo-se a temperatura, diminui-se a energia das moléculas, diminuindo-se a agitação entre elas, e a substância passa a ocupar um volume menor e mais definido. Uma transformação particular que ocorre com poucas substâncias é a sublimação, que é a passagem direta, com o aumento da temperatura, do estado sólido para o gasoso, e a ressublimação, com diminuição da temperatura, que consiste na passagem direta do estado gasoso para o sólido. Outros exemplos de transformações físicas são a dilatação térmica e a dissolução em meio líquido (FELTRE, 2004, vol 1, p.61).

Já as transformações químicas são caracterizadas pela quebra das moléculas das substâncias que reagem entre si – os reagentes – e seus átomos que se reagrupam de formas diferentes das iniciais, formando novas substâncias – os produtos (FELTRE, 2004, vol 1, p. 61). Algumas reações químicas são reversíveis, como a reação que ocorre nas lentes do tipo transitions,que possuem íons Ag+ e Cu+, que na presença de luz, reagem formando Ag e Cu²+. Como a prata é escura, ela escurece a lente, protegendo os olhos da luz. Na ausência de luz, a reação é reversa, formando novamente os íons Ag+ e Cu+, que são ambos incolores, deixando a lente transparente (FELTRE, vol 2, p157) .

Em geral, durante uma transformação química, ocorre liberação de energia (em forma de calor, luz ou explosão), liberação de gases, mudança de cor ou formação de precipitado (FELTRE, 2004, p. 62), podendo ocorrer mais de uma manifestação em uma única reação.

2 – Objetivos

Saber diferenciar transformações químicas de transformações físicas a partir das características observadas em cada transformação.

3 – Procedimento experimental

3.1 - Material Utilizado:

Dicromato de amônio – (NH4)2Cr2O7;

Fita de magnésio, Mg;

Estanho em aparas, Sn;

Solução de 0,25% de iodeto de potássio, KI;

Sulfato de cobre pentahidratado, CuSO4 . 5H2O;

Enxofre em pó, S;

Solução de 0,25 de nitrato de chumbo, Pb(NO3)2;

Tubos de ensaio;

Pinça de madeira;

Pinça metálica;

Bico de Bunsen;

Vidro de relógio;

Espátula;

Estante para tubos de ensaio;

Tela de amianto;

Béquer;

Tripé de ferro;

Pipeta graduada;

Pipetador;

Água.

3.2 - Procedimento

3.2.1- Aquecimento do magnésio:

Utilizando-se a pinça metálica, a fita de magnésio foi levada até a chama do Bico de Bunsen.

3.2.2- Fusão do estanho:

Colocou-se uma porção de aparas de estanho em um tubo de ensaio, e com o auxílio da pinça de madeira para segurá-lo, o tubo foi levado até a chama do bico de Bunsen.

3.2.3 - Combustão do enxofre:

Utilizando-se a espátula, colocou-se uma porção de enxofre dentro de um tubo de ensaio, e segurando-o com a pinça de madeira, o tubo foi levado até a chama do bico de Bunsen.

3.2.4 - Decomposição do dicromato de amônio:

Com o auxílio da espátula, colocou-se uma pequena quantidade de dicromato de amônio, um sólido de cor laranja, dentro de um tubo de ensaio, que foi levado à chama do bico de Bunsen utilizando-se a pinça de madeira para segurá-lo.

3.2.5 - Sublimação do iodo:

Foram colocadas dentro de um béquer algumas esferas (cristais) de iodo, e colocou-se o béquer sobre o tripé de ferro, disposto sobre o bico de Bunsen. Tampou-se o béquer com um vidro de relógio, dentro do qual foi adicionado água, e aqueceu-se os cristais de iodo.

3.2.6 - Reação entre o KI (iodeto de potássio) e o Pb(NO3)2 (nitrato de chumbo):

Utilizando-se a pipeta graduada e o pipetador, mediu-se 2 ml de iodeto de potássio e transferiu-se o volume para um tubo de ensaio . O mesmo procedimento foi repetido para o nitrato de chumbo. Após, despejou-se o conteúdo de um tubo de ensaio no outro tubo. O sistema resultante foi aquecido na chama do bico de Bunsen, com o auxílio da pinça de madeira.

3.2.7 - Perda de água de cristalização:

Colocou-se uma porção de sulfeto de cobre pentahidratado em um tubo de ensaio, utilizando-se a espátula. Usando-se a pinça de madeira para segurá-lo, levou-se o tubo de ensaio até a chama do bico de Bunsen para que fosse aquecido. Após o aquecimento, deixou-se a substância esfriar e, em seguida, adicionou-se um pouco de água.

4 – Resultados e Discussão:

4.1 - Aquecimento do magnésio:

Observou-se que quando aquecida, a fita emite uma forte luz branca, e após o aquecimento, a fita, que tinha cor cinza-metálica e era sólida e compacta, passou a apresentar uma substância em forma de pó de cor branca ao seu redor. Isso deveu-se ao fato de que, aquecido em presença do ar atmosférico, o magnésio entra em combustão, formando o óxido de magnésio (MgO), de acordo com a equação:

2Mg + O2 → 2MgO + luz

Durante o aquecimento, o magnésio absorve energia da chama; após o processo de óxido-redução, a energia é emitida em forma de luz. Como o magnésio emite luz ultravioleta, a luz é vista a olho nu na cor branca. Este processo era utilizado em antigos bulbos de flash fotográfico (LEE, 1999, p. 170).

A energia absorvida pelo magnésio no processo pode ser calculada pela equação:

E = h.V

Onde,

E = energia;

h = constante de Plank (6,63 × 10-34 J.s.)

V = frequência da luz emitida

Como o magnésio emite luz ultravioleta, com frequência de 8,6x1014, a quantidade de energia emitida será de:

E = (6,63x10-34 Js) . (8,6x1014 Hz)

E = (6,63x10-34 Js) . [(8,6x1014) . 1/s]

E = (6,63x10-34 Js) . (8,6x1014 s-1)

E = 5,702x10-19 J.

4.2 - Fusão do estanho:

Ao ser aquecido, o estanho inicia seu processo de fusão, passando do estado sólido para o estado líquido. Como o ponto de fusão do estanho é 231,9ºC, ao ser aquecido pela chama do bico de Bunsen, que pode alcançar temperaturas entre 1540ºC e 1560ºC (TRINDADE, et al., 2006, p. 21), o estanho é facilmente fundido, passando de seu estado sólido para o estado líquido.

4.3 - Combustão do enxofre:

Ao ser aquecido, o enxofre, que antes se apresentava em forma de um pó amarelo, forma um líquido de cor vermelha, e libera vapores, que deixam uma substância amarelo-castanha nas laterais do tubo. Ao ser aquecido rapidamente, o enxofre funde-se e forma um líquido instável, que escurece à medida que a temperatura aumenta. O vapor liberado é o SO2, que forma-se pela reação de óxido-redução entre o oxigênio presente na atmosfera e o enxofre, segundo a fórmula:

S + O2 → SO2

4.4 - Decomposição do dicromato de amônio:

Ao ser aquecido, o dicromato de amônio, que apresentava forte coloração laranja, sofreu decomposição, em uma reação violenta, produzindo faíscas dentro do tubo de ensaio, e ao final da reação, o volume do sistema aumentou consideravelmente, sendo produzida uma substância de cor verde, de baixa densidade, e também houve formação de gotículas nas paredes do tubo e liberação de gás. Isso ocorreu devido à decomposição do dicromato de amônio segundo a reação:

(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + 4H2O

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