Relatório Ensaio de Chama

Relatório Ensaio de Chama

UNIVERSIDADE SALVADOR

ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL I

PROFESSORA: JUREMA DE CASTRO

ENSAIO DE CHAMA

GRUPO:

ANA KATARINA ANJO DOS ANJOS

ANA PAULA DONATO BERNARDES

CAMILA NUNES DA SILVA FERREIRA

MARCELA MASCARENHAS DE SOUSA

PATRICIA ESTRELA DA SILVA GARCIA

SALVADOR

2010

UNIVERSIDADE SALVADOR

TÍTULO DO EXPERIMENTO: ENSAIO DE CHAMA

DATA DO EXPERIMENTO: 25/08/2010

ALUNAS: ANA KATARINA ANJOS DOS ANJOS; ANA PAULA DONATO BERNARDES; CAMILA NUNES DA SILVA FERREIRA; MARCELA MASCARENHAS DE SOUSA; PATRICIA ESTRELA DA SILVA GARCIA

SALVADOR

2010

OBJETIVOS DO EXPERIMENTO

O objetivo do experimento é identificar os elementos mais eletropositivos, os cátions das substâncias, através das cores que estas emitem quando submetidas ao aquecimento e verificar a relação do que foi observado com o modelo atômico de Bohr.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

A matéria é constituída por partículas - os átomos, que sua vez é, em escala menor, composto por prótons, nêutrons e elétrons.

Ernest Rutherford, em 1991, descobriu que o átomo possui, no centro, um núcleo no qual se concentra praticamente toda sua massa, onde estão localizados os prótons e os nêutrons. Os elétrons, descobertos por J. J. Thompson poucos anos antes, localizavam-se ao redor do núcleo. Não se sabia exatamente como esses elétrons se dispunham e quais suas relações com o núcleo. Max Planck – 1900: referia-se à radiação de corpo negro, e sua proposta deu início ao que hoje é conhecido como teoria quântica. Ele dizia que a energia não é emitida de forma contínua, mas sim em blocos (quantum), com quantidades discretas de energia.

E = h.f, onde h é a constante de Planck, igual a 6,62 × 10-34 Js

A teoria quântica permitiu que Niels Bohr, em 1913, pudesse formular algumas leis para explicar o modelo pelo qual os elétrons giram em órbita ao redor do núcleo atômico. A primeira lei era que os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo, a segunda lei era que um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia. A transição de um elétron, de uma órbita para outra, não seria gradativa, seria por saltos. Além disso, um átomo absorve energia quando um elétron é deslocado de uma órbita de menor para uma órbita de maior energia. Em outras palavras, quando o átomo recebe energia de uma fonte externa, absorve-a, assim o elétron salta para uma camada mais externa para atingir um nível mais alto de energia, assim diz-se que o átomo está no seu estado excitado. Quando o elétron decai, retornando à sua camada de origem, libera fótons, que é uma radiação eletromagnética e tem comprimento de onda. Cada uma dessas emissões aparece no espectro como uma linha luminosa bem localizada.

Pelo fato de serem consecutivos, esses saltos produzem uma onda eletromagnética que é uma sucessão de fótons de energia. A onda eletromagnética tem uma velocidade de propagação de 3 x 108 m/s. A velocidade é dada por V = λf, onde λ é o comprimento da onda e f é a freqüência da onda.

O experimento denominado “ensaio de chama”, realizado em laboratório, é usado para identificar os cátions de algumas substâncias. Isso se deve ao fato de que, em contato com a chama do bico de Bunsen, essas substâncias emitem uma coloração, esse comportamento é em função da presença do cátion.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIAL UTILIZADO:

  • Espátula

  • Vidro de relógio

  • Pinça metálica

  • Bico de Bunsen

  • Béquer

  • Haste metálica (fio de cobre)

SUBSTÂNCIAS:

  • HCl (ácido clorídrico)

  • H2O (água)

  • NaCl (cloreto de sódio)

  • Na2SO3 (sulfito de cobre)

  • KI (iodeto de potássio)

  • LiCl (cloreto de lítio)

  • CuSO4 (sulfato de cobre)

  • Ba(OH)2 (hidróxido de bário)

  • CaCO3 (carbonato de cálcio)

  • Sal desconhecido

PROCEDIMENTO:

  • Colocamos uma ponta de espátula de cloreto de sódio em um vidro de relógio.

  • Molhamos a haste metálica na solução de HCl concentrado.

  • Colocamos um pouco de cloreto de sódio na ponta da haste metálica, acendemos o bico de Bunsen.

  • Levamos a ponta da haste metálica, contendo o sal, à chama oxidante do bico de Bunsen e observamos a coloração da chama.

  • Lavamos a haste metálica com HCl e depois levamos à chama.

  • Repetimos os passos anteriores com as substâncias indicadas na tabela I.

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RESULTADOS E DISCUSSÕES

Tabela I

NOME DO SAL

FÓRMULA

CÁTION

ÂNION

COR OBSERVADA

Cloreto de Sódio

NaCl

Na+

Cl-

Laranja

Sulfito de Sódio

Na2SO3

2Na+

SO3--

Laranja

Iodeto de Potássio

KI

K+

I-

Violeta

Cloreto de Lítio

LiCl

Li+

Cl-

Vermelho

Sulfato de Cobre

CuSO4

Cu++

SO4--

Verde

Hidróxido de Bário

Ba(OH)2

Ba++

OH--

Verde

Carbonato de Cálcio

CaCO3

Ca++

CO3--

Vermelho

Sal desconhecido

Verde

Ao colocarmos a haste metálica, que foi molhada no HCl para que fossem retiradas as impurezas do fio de cobre de modo que não pudesse interferir no resultado do experimento, em contato com o cloreto de sódio (NaCl) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos observar que a coloração da chama assumiu um tom alaranjado. Ao repetirmos o procedimento, porém com o sal sulfito de sódio (Na2SO3) e o levarmos à chama do bico de Bunsen, pudemos notar que a coloração da chama também assumiu um tom alaranjado. O que significa que o átomo em contato com a chama, obteve energia adicional, o elétron pôde saltar uma ou mais possíveis camadas para que fosse atingido um nível mais alto de energia. Nessa ocasião é dito que o átomo está em seu estado excitado, porém quando esse elétron retorna à sua camada inicial, o átomo em seu estado fundamental, a energia que havia sido absorvida é liberada em forma de fóton com comprimento de onda igual à cor laranja.

Ao colocarmos a haste metálica, que foi molhada no HCl para que fossem retiradas as impurezas do fio de cobre de modo que não pudesse interferir no resultado do experimento, em contato com o iodeto de potássio (KI) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos observar que a coloração da chama assumiu um tom violeta. O que significa que o átomo em contato com a chama, obteve energia adicional, o elétron pôde saltar uma ou mais possíveis camadas para que fosse atingido um nível mais alto de energia. Nessa ocasião é dito que o átomo está em seu estado excitado, porém quando esse elétron retorna à sua camada inicial, o átomo em seu estado fundamental, a energia que havia sido absorvida é liberada em forma de fóton com comprimento de onda igual à cor violeta.

Ao colocarmos a haste metálica, que foi molhada no HCl para que fossem retiradas as impurezas do fio de cobre de modo que não pudesse interferir no resultado do experimento, em contato com o cloreto de lítio (LiCl) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos observar que a coloração da chama assumiu um tom avermelhado. Ao repetirmos o procedimento, porém com o sal carbonato de cálcio (CaCO3) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos notar que a coloração da chama também assumiu um tom avermelhado. O que significa que o átomo em contato com a chama, obteve energia adicional, o elétron pôde saltar uma ou mais possíveis camadas para que fosse atingido um nível mais alto de energia. Nessa ocasião é dito que o átomo está em seu estado excitado, porém quando esse elétron retorna à sua camada inicial, o átomo em seu estado fundamental, a energia que havia sido absorvida é liberada em forma de fóton com comprimento de onda igual à cor vermelha.

Ao colocarmos a haste metálica, que foi molhada no HCl para que fossem retiradas as impurezas do fio de cobre de modo que não pudesse interferir no resultado do experimento, em contato com o sulfato de cobre (CuSO4) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos observar que a coloração da chama assumiu um tom esverdeado. Ao repetirmos o procedimento, porém com o sal hidróxido de bário (Ba(OH)2) e o levarmos ao bico de Bunsen, pudemos notar que a coloração da chama também assumiu um tom esverdeado. O experimento foi repetido mais uma vez, porém, com um sal desconhecido que, em contato com a chama do bico de Bunsen, a coloração desta assumiu também um tom esverdeado. O que significa que o átomo em contato com a chama, obteve energia adicional, o elétron pôde saltar uma ou mais possíveis camadas para que fosse atingido um nível mais alto de energia. Nessa ocasião é dito que o átomo está em seu estado excitado, porém quando esse elétron retorna à sua camada inicial, o átomo em seu estado fundamental, a energia que havia sido absorvida é liberada em forma de fóton com comprimento de onda igual à cor verde.

O comportamento da cor é em função do cátion. Os cátions, ao serem excitados, absorvem energia e a devolve ao meio na forma de luz, que são ondas eletromagnéticas constituídas de comprimento de onda e freqüência, grandezas que são inversamente proporcionais. A luz emitida por cátions diferentes se deve a freqüência a qual a luz foi emitida, porém, só uma pequena parte da frequência emitida é visível aos nossos olhos, que são o espectro de luz visível. Também, pudemos notar que no espectro visível, cátions diferentes podem originar tonalidades de cores muito parecidas, porém, esta diferença seja pouco perceptível a olho nu. A faixa de luz visível se estende entre os comprimentos de 700nm a 420nm, seguindo a tabela abaixo:

Cor

Comprimento de onda

Freqüência

Violeta

420 nm

7,1x10-14hz

Azul

470 nm

6,4x10-14 Hz

Verde

530 nm

5,7x10-14 Hz

Amarelo

580 nm

5,2x10-14 Hz

Laranja

620 nm

4,8x10-14 Hz

Vermelho

700 nm

3,0x10-14 Hz

CONCLUSÃO

No teste de chama, pôde-se concluir a veracidade da teoria atômica de Bohr no que se referia à disposição dos elétrons em orbitais e que para os elétrons estarem naquela determinada camada era preciso ter certa quantidade de energia, sendo a próxima camada mais energética do que a anterior. Assim, quando o átomo recebe calor de uma fonte externa, absorve essa energia e o elétron salta para uma camada mais externa. Ao retornar a sua camada de origem, a energia absorvida é liberada em forma de radiação (luz). Essa luz emitida é em forma de fóton que tem o comprimento de onda de uma determinada cor, a depender do cátion da substância. Tiveram cátions diferentes que emitiram a mesma tonalidade de cor, mas não exatamente a mesma cor. Sendo assim, cada elemento químico apresenta seu espectro característico.

Porém, Bohr falhou ao dizer que as orbitas eram estacionárias. Hoje, sabe-se que essas orbitas são divididas em níveis, subníveis e spin.

ANEXOS

QUESTIONÁRIO:

  1. Por que as cores das chamas são diferentes para as amostras testadas?

O átomo quando é aquecido recebe energia. O recebimento de energia faz com que o átomo fique no estado excitado, o elétron salta para níveis superiores e quando retorna para o estado fundamental o átomo emite energia em forma de fóton com comprimento de onda igual ao da cor da luz emitida. A coloração das substâncias quando submetidas à chama do bico de Bunsen, é caracterizada pelo seu cátion. Nem todas as substâncias possuem o mesmo cátion, assim, nem todas vão possuir a mesma coloração. Tem cátions diferentes que possuem tonalidades de cores bem próximas.

  1. O que é freqüência de uma onda? E comprimento de onda? Qual a relação entre freqüência e comprimento de onda?

A freqüência de uma onda é o número de ciclos que passam por um ponto em um segundo. O comprimento de uma onda é a distância que ela percorre durante um período, mede a distância entre duas cristas consecutivas ou de dois vales consecutivos. A velocidade da onda é o produto entre o comprimento e a freqüência, V = λf, logo, a freqüência de uma onda é inversamente proporcional ao seu comprimento.

  1. De acordo com a sua observação das cores da chama e sabendo que a cor violeta tem o comprimento de onda de 400 nm; a cor vermelha tem comprimento de onda de 700 nm e a cor verde tem o comprimento de onda igual a 530 nm. Organize as amostras em ordem crescente de: energia liberada e freqüência.

Ordem crescente de energia liberada: a cor violeta (400 nm); a cor verde (530 nm) e a cor vermelha (700 nm). De acordo com E = hf, a freqüência é diretamente proporcional à energia liberada.

Cor violeta (400 nm) < cor verde (530 nm) < cor vermelha (700 nm).

Ordem crescente de freqüência: a cor vermelha (700 nm); a cor verde (530 nm) e a cor violeta (400 nm). De acordo com V = λf, o comprimento de onda e a freqüência são inversamente proporcionais.

Cor vermelha (700 nm) < cor verde (530 nm) < cor violeta (400 nm).

  1. Qual a relação do experimento realizado com o modelo atômico de Bohr?

O modelo atômico de Bohr diz que a energia do elétron é quantizada. Quando o átomo recebe energia, os elétrons saltam para níveis superiores (estado excitado), ao cessar essa fonte, os elétrons retornam ao seu orbital de origem, liberando fótons. Cada retorno gera uma linha vertical no espectro de cores.

  1. Por que a cor da chama é a mesma ao aquecer os sais cloreto de sódio e sulfito de sódio?

Alguns cátions, quando colocados em contato com a chama do bico de Bunsen, apresentam coloração característica. Como os sais cloreto de sódio e sulfito de sódio possuem o mesmo cátion, Na+, possuem a mesma cor da chama.

  1. Como funcionam os fogos de artifícios?

As cores dos fogos de artifícios são produzidas a partir da incandescência e luminescência. A incandescência é a luz produzida pelo aquecimento de substâncias, pode ser explicado pela teoria atômica de Bohr. Um átomo, de um elemento qualquer, possui elétrons em níveis de energia. Ao ser aquecido, recebe energia, assim esses elétrons são excitados, ou seja, vão para níveis de energia mais elevados. O elétron tende a voltar para o estado inicial, pois este é mais estável. Quando ocorre a passagem do nível mais energético para o menos é liberado um quantum de energia luminosa, ou um fóton. A luminescência é característica de cada elemento químico, ou seja, cada um emite uma respectiva cor.

BIBLIOGRAFIA

  • John B. Russel; Química Geral vol.1 2ª edição; p232

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