Rendimento de uma reação química

Rendimento de uma reação química

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ

Departamento de Ciências Exatas e Tecnologia

Graduação de Licenciatura em Química

Rendimento de uma reação química

Relatório solicitado pela professora Elvira Bello

como cumprimento das atividades da disciplina

Química geral II.

Por: Wildson Mangabeira Castro

Ilhéus – Bahia

Setembro/2007

Resumo

Durante a prática de rendimento de uma reação química, foi realizado um experimento em duas etapas, sendo que a primeira etapa foi utilizada uma solução aquosa de ácido sulfúrico e zinco granulado, enquanto na segunda etapa foram observados os rendimentos teórico e real, demonstrando uma grande variação nos resultados finais.

Introdução

A palavra estequiometria vem do grego e significa medir algo que não pode ser dividido. Ela foi empregada pela primeira vez pelo químico alemão J. B. Richter, que em 1972 publicou Anfangsgründe der Stöchyometrie (Fundamentos de Estequiometria). Hoje a estequiometria compreende os requisitos atômicos das substâncias que participam de uma reação química, particularmente no que diz respeito ao peso. (Mahan e Myers, 1993).

A estequiometria baseia-se na lei da conservação das massas e na lei das proporções definidas (ou lei da composição constante), e na lei das proporções múltiplas. Em geral, as reações químicas combinam proporções definidas de compostos químicos. Já que a matéria não pode ser criada ou destruída, a quantia de cada elemento deve ser a mesma em antes, durante e após a reação.(http://pt.wikipedia.org/wiki/Estequiometria).

Todas as leis sobre pesos relativos de elementos que formam compostos estão baseadas na suposição de que os compostos apresentam fórmulas químicas definidas. Embora haja muitos exemplos destes compostos, tais como H2O, N2O, HCl e NH3, também existem compostos que não apresentam fórmulas definidas. Os materiais que apresentam composição atômica variável são denominados compostos não-estequiométricos e as variações mais extremas ocorrem para sulfetos e óxidos de metais de transição. (Mahan e Myers, 1993).

A unidade básica acima do nível molecular usada em estequiometria é o mol. Este compreende ao número de Avogadro de moléculas e sua massa em gramas é igual ao peso molecular. Os pesos moleculares podem ser calculados a partir das fórmulas moleculares, somando-se pesos atômicos de cada elemento presente na fórmula. Para compostos não-estequiométrico ou outras substâncias que não contêm moléculas discretas, é mais correto usar pesos fórmula em lugar de pesos moleculares. O termo mol é usado muitas vezes para designar o número de pesos fórmula mesmo quando não estejam presentes moléculas com esta fórmula. (Mahan e Myers, 1993).

A equação química expressa o que ocorre durante uma transformação química. Se for corretamente balanceada, seus coeficientes estequiométricos poderão ser utilizados para estabelecer relações algébricas entre número de mols de reagentes e número de mols de produtos. Estas relações e a definição de mol constituem a base para a resolução de problemas de estequiometria. (Mahan e Myers, 1993).

Ao provocar uma reação, um químico, e também a natureza, raramente proporcionam os reagentes numa razão estequiométrica exata. Como objetivo da reação é obter a maior quantidade possível de um composto útil a partir de certa quantidade de matéria-prima, muitas vezes se opera com um grande excesso de um reagente para garantir que o reagente mais caro seja completamente convertido. (Atkins e Jones, 2006).

A quantidade máxima do produto que pode ser obtida de uma reação química é a produção teórica. Porém, em toda operação química, há certa perda na separação e na purificação dos produtos; qualquer químico, por melhor que seja, invariavelmente irá “perder” pequenas quantidades de material nas diversas operações. Por isso, a produção real de um composto – isto é, a quantidade do material que se obtém realmente no laboratório ou na fábrica química – pode ser menor do que a produção teórica. A eficiência de uma reação química, e das técnicas usadas para obter o composto na forma pura, pode ser caracterizada pela razão entre produção real e a produção teórica. Chamamos esta razão de rendimento percentual. (Kotz e Treichel, 1998),

Quando um químico obtém novo composto, ou conduz uma reação, é usual publicar o rendimento percentual. Esta é informação útil, pois dá aos químicos a idéia da quantidade de produto que pode ser razoavelmente esperada da reação. Tenha, porém, a consciência de que é difícil chegar, muitas vezes, a rendimentos de 90% ou mais. É impossível usar cada gotícula de líquido e cada fragmento de sólido, e ocorrem, ás vezes, reações diferentes da que se deseja. (Kotz e Treichel, 1998),

Muitas reações ocorrem entre sólidos e gases ou entre dois gases. As reações no nosso organismo, porém, ocorrem em grande parte entre substâncias dissolvidas em água, isto é, em solução aquosa. É o que acontece, também, com muitas reações que se passam em laboratórios ou que ocorrem na natureza. Substância cuja solução aquosa conduz eletricidade é chamada eletrólito. (Kotz e Treichel, 1998).

Um eletrólito é uma substância que se dissocia para liberar íons quando se dissolve. Os eletrólitos podem ser classificados como fortes (completamente dissociados na solução) ou fracos (menos que 100% dissociados), dependendo do grau em que eles estão dissociados. Em uma solução de eletrólito fraco, as moléculas de soluto não-dissociadas estão em equilíbrio com os íons produzidos pela dissociação na solução. (Russell, 1994).

As reações redox formam a terceira das classes principais das reações químicas. Elas são extraordinariamente versáteis. Muitas reações comuns, como a combustão, a corrosão, a fotossíntese, o metabolismo dos elementos e a extração de metais de minérios parecem completamente diferentes, mas, ao examinar essas reações ao nível molecular, sob a óptica de um químico, pode-se ver que elas são exemplos de um único tipo de processo. (Atkins e Jones, 2006).

Segundo Kotz e Treichel (1998), se uma substância for oxidada numa reação, outra substância deve ser reduzida na mesma reação. Por isto, estas reações são chamadas de oxidação-redução ou reações redox. O agente redutor é, por sua vez, oxidado enquanto o agente oxidante é reduzido.

Nem todas reações redox envolvem oxigênio.todas, porém, envolvem a transferência de elétrons entre as substâncias. Quando uma substância aceita elétrons se diz que foi reduzida, pois há redução da carga elétrica positiva do átomo da substância. Quando uma substância cede elétrons, a carga elétrica positiva do átomo da substância aumenta. Diz-se que a substância foi oxidada. (Kotz e Treichel, 1998).

Objetivo

Este relatório tem por objetivo estabelecer comparações entre valores teóricos e experimentais numa reação química.

Parte experimental

Materiais e reagentes

- Vidro de relógio

- Espátula

- Balança analítica

- Pipeta 5 mL

- Palito de fósforo

- Pêra

- Tubo de ensaio

- Béquer de 100 mL

- Suporte para tubo de ensaio

- Zinco granulado

- Ácido sulfúrico

- Álcool etílico (vetec)

- Bastão de vidro

- Suporte universal

- Mufa

- Funil

- Papel de filtro

- Estufa

- Argola

Procedimento experimental

1º Etapa:

Foi pesada 0,7629g de zinco granulado numa balança analítica e transferindo-se para um tubo de ensaio. Acrescentou-se 2 mL de uma solução de ácido sulfúrico 4,5 mol/L ao tubo de ensaio e acendeu-se um palito de fósforo e aproximou-se a boca do tubo. Após este procedimento identificou-se devidamente o tubo de ensaio e foi deixado reservado para a 2º etapa do procedimento.

2º Etapa:

Depois de uma semana, aparentemente não havia ocorrido uma reação, então foi filtrada a solução da 1º etapa para remover o zinco, recolhendo o filtrado em um béquer. Em outro béquer foi acrescentado aproximadamente 20 mL de etanol, a este béquer adicionou-se lentamente, o filtrado, agitando com auxilio de um bastão de vidro. Observou-se por alguns minutos alguma mudança. Em seguida pesou-se o papel filtro e por meio de filtração, foi separada a solução e o precipitado formado. Retirou-se o papel filtro e colocou-se para seca. Depois de seco o papel filtro, foi pesado o material obtido.

Resultados

1º Etapa:

A equação abaixo é resultado da mistura do zinco com o ácido sulfúrico e do calor emitido na boca do tubo de ensaio, formando bolhas e a liberação de um gás, tendo como produto final o sulfato de zinco heptahidratado e o hidrogênio.

Equação 1: Reação do zinco com a ácido sulfúrico.

Zn (s) + H2SO4(aq.) ZnSO4 . 7 H2O + H2(g)

2º Etapa:

O papel de filtro foi pesado antes de ser filtrada à solução, como também depois da solução ter sido filtrada, sendo que esperou o papel de filtro secar na estufa para pesar novamente, sendo que o rendimento real da reação é massa do precipitado conforme tabela 1.

Tabela 1: Pesagem do papel de filtro

Material a ser pesado

Pesagem inicial

Pesagem final

Massa precipitada

Papel de filtro

0.5670g

1.2505g

0,6835g

O cálculo (1) mostra a massa do ácido sulfúrico na concentração de 4,5 mol/L, mas como a pureza do ácido sulfúrico é 98%, sua massa será conforme o cálculo (2).

Concentração = ___m___ 4,5mol/L = _____m_____ m = 0,882g (1)

MM * v 98g * 0,002L

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