Teste de chama

Teste de chama

TESTE DE CHAMA

RESUMO:

Utilizaram-se bastões de vidro com algodão na extremidade para levar as soluções aquosas definidas de sais de metais variados à chama do bico de Busen para observar a cor da chama. Também foram colocadas duas soluções não conhecidas na chama para identificar o sal desconhecido. Observaram-se diferentes cores para as diferentes soluções e foi possível identificar os sais que continham nas soluções-problema.

INTRODUÇÃO:

O homem sempre buscou explicações para entender o mundo que o rodeia, e para isso ele busca cada vez mais fundo no mundo físico-químico as respostas. Um químico quando observa um objeto ou um fenômeno ele procura enxergar bem mais do que esta sendo visto, ele procura descobrir determinar suas estruturas internas, relacionando-as às propriedades químicas dos elementos conhecidos. A estrutura eletrônica de cada átomo (a organização dos elétrons em torno do núcleo) pode dizer muito sobre ele. E para investigar a estrutura interna de objetos tão pequenos como os átomos é necessário observá-los indiretamente, por meio das características das radiações eletromagnéticas que eles emitem.

Um feixe eletromagnético é o produto de oscilações perpendiculares de campos elétricos e magnéticos. Todas as radiações viajam a mesma velocidade de 3,00x108m/s no vácuo, e essa velocidade é representada pela constante “c”, chamada de velocidade da luz. Devido a essas oscilações periódicas as radiações eletromagnéticas possuem características ondulatórias: o comprimento de onda () e a freqüência (f). Essas duas propriedades de onda eletromagnética estão relacionadas, pois a velocidade de onda é sempre a mesma (velocidade da luz). Assim sendo, pode-se concluir que a frequência de uma onda eletromagnética é inversamente proporcional ao se comprimento de onda e diretamente proporcional à velocidade. Então quanto maior for o comprimento de onda menor será a sua frequência ou vice-versa.

Os olhos humanos detectam as diferentes cores devido às diferentes freqüências da luz, eles respondem de maneira diferente a cada frequência. Na realidade somente uma porção de freqüências de onda são detectada pela retina humana e as ondas com essas freqüências possuem comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros.

Quando um objeto é aquecido ele emite radiação, que pode ser analisada por sua cor. Esta é uma analise qualitativa do objeto, pode-se descobrir a faixa de freqüência da luz que esta sendo emitida pela identificação da cor. E pela equação de Max Planck é possível definir a energia de uma radiação descobrindo a sua frequência e posteriormente o comprimento de onda. A equação esta representada abaixo:

Figura : Equação de Max Planck

  • E” é a energia

  • h” é a constante de Max Planck que tem o valor de 6,63×10-34 J.s.

  • é o comprimento de onda, como já foi mencionado.

  • c”é a velocidade da luz (3,00x108 m/s).

Niels Bohr, um cientista dinamarquês aprimorou o modelo atômico de Rutherford e elaborou a teoria atômica mais completa e aceita ate hoje. Ele acabou por explicar a teoria atômica de Rutherford que era um desafio para a sociedade cientifica da época, pois não poderia ser explicada pela Física Clássica. Bohr se baseando nas teorias de Max Planck de energia quantizada determinou seus postulados:

  • A energia radiada não é emitida ou absorvida de maneira contínua, somente quando um elétron passa de uma órbita estacionária para outra diferente (salto quântico).

  • Os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas circulares e bem definidas (fixas) que são as órbitas estacionárias. Mais tarde, seriam as chamadas "camadas eletrônicas" (K, L, M, N, O, P e Q).

  • O equilíbrio dinâmico dos sistemas nos estados estacionários se dá pelas leis da mecânica clássica, o que não é verificado quando um elétron passa para um diferente estado estacionário. Ao passar de um estado estacionário para outro, um elétron absorve uma radiação bem definida, que é o quantum, dado pela relação: E = h.v (“v” representa a frequência).

De forma simplificada, observa-se que quando um elétron recebe energia ele salta para uma orbita mais externa. E a quantidade pacote de energia absorvida e bem definida (quantum) que é equivalente á diferença energética entre as camadas. E quando um elétron esta no estado excitado ele volta para a sua orbita estacionaria ele libera energia na forma de ondas eletromagnéticas (luz) de frequência característica do elemento desse átomo. Bohr então propõe que o átomo só pode perder energia em certas quantidades discretas e definidas, e isso sugere que os átomos possuem níveis com energia definida. Essas teorias de Bohr hoje são comprovadas a partir de cálculos e experimentos. Entre eles esta o teste da chama.

O teste da chama é um procedimento usado na química para identificar a presença de alguns íons metálicos, baseado no espectro de emissão característico de cada elemento. O teste é baseado no fato de que quando certa quantidade de energia (no caso da chama, energia em forma de calor) é fornecida a determinado elemento químico os elétrons da ultima camada dos seus átomos saltam para um nível de energia mais elevado e quando estão no estado excitado eles retornam para o estado fundamental liberando energia na forma de luz com um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. Apenas alguns elementos liberam radiação com comprimento de onda na faixa da luz visível, e o olho humano é capaz de identificar as cores emitidas por esses elementos. Dessa forma é possível identificar alguns elementos através das cores emitidas por eles quando aquecidos numa chama.

OBJETIVOS:

  • Observar a cor da chama associada à presença de elementos químicos metálicos presentes em sais.

  • Identificar elementos químicos metálicos pelo teste da chama.

  • Descobrir o elemento químico metálico que está presente em soluções desconhecidas (soluções-problema).

MATERIAIS E REAGENTES:

  • Bastões de vidro.

  • Algodão.

  • Bico de Busen como fonte de chama.

  • Tubos de ensaio.

  • Os reagentes são soluções aquosas de: Cloreto de Sódio (NaCl), cloreto de potássio (KCl) cloreto de lítio (LiCl), cloreto de bário (BaCl2), sulfato de cobre II (CuSO4), cloreto de cálcio (CaCl2) e cloreto de estrôncio (SrCl2). E mais duas soluções-problema, a qual não se sabe o conteúdo.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

  1. Colocou-se algodão na ponta do bastão de vidro.

  2. Umedeceu-se o algodão com a solução de sal no tubo de ensaio a ser analisada.

  3. Levou-se o bastão de vidro a chama, e observou-se a cor da chama que foi registrada numa tabela.

  4. Se houve duvida quanto a cor repetiu-se o processo quantas vezes foi necessário

  5. Repetiu-se a operação para cada amostra de solução, incluindo as soluções- problema, até observar bem a cor da chama característica do íon em estudo (cátion do sal). Como mostrado na imagem abaixo:

Figura : Exemplo de procedimento do Teste da Chama com Cloreto de Cálcio.

  1. Compararam-se os resultados obtidos nas soluções-problema com os dos sais pré-definidos, e definiu-se o metal que continha nessas soluções.

  2. Após seguir o procedimento originalmente proposto uma das alunas misturou duas soluções com o sulfato de cobre (CuSO4) aquoso, uma delas foi a solução aquosa de cloreto de lítio (LiCl), a outra foi a solução aquosa de cloreto de potássio (KCl).

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Após ter seguido o procedimento do experimento, descrito na parte intitulada Procedimento Experimental, observou-se as cores das chamas e foram registrados os resultados na tabela abaixo:

Tabela : Resultados do experimento; Cores observadas na chama.

Amostra

Cor da chama

Elemento metálico

Cloreto de sódio

Amarelo

Sódio (Na)

Cloreto de potássio

Laranja Púrpura

Potássio (K)

Cloreto de bário

Verde-Limão

Bário (Ba)

Cloreto de lítio

Vermelho Carmim

Lítio (Li)

Sulfato de cobre II

Verde

Cobre (Cu)

Cloreto de cálcio

Vermelho/Laranja

Cálcio (Ca)

Cloreto de estrôncio

Vermelho Púrpuro

Estrôncio (Sr)

Solução-problema 1

Verde-Limão

Provavelmente o Bário (Ba)

Solução-problema 2

Vermelho Púrpuro

Provavelmente o Estrôncio (Sr)

Sulfato de Cobre II + Cloreto de Lítio

Verde +Vermelho

Cobre (Cu) e Lítio (Li)

Sulfato de Cobre II + Cloreto de Potássio

Amarelo + Verde

Cobre (Cu) e Potássio (K)

As cores emitidas são explicadas pelas teorias anteriormente mencionas na introdução, a chama resultada das misturas de duas soluções, mencionadas no item 7 do procedimento tinham duas cores, que correspondiam a cor das soluções misturadas, isto indica que não houve alteração nos sais constituintes da solução, não houve reação entre os sais. O esquema abaixo resume o que ocorre quando uma das soluções, ou a mistura delas, entra em contato com a chama do bico de Busen:

Figura : Esquema das reações que ocorrem na chama.

  • “M” representa o cátion (metal) no esquema.

  • “X” representa o ânion.

  • hv é o valor da energia da radiação eletromagnética que varia de acordo com a freqüência (v).

Os resultados mencionados são a comprovação de que é possível identificar a presença de alguns metais em substancias desconhecidas com um experimento simples, como o do Teste da Chama. Esse experimento também é a prova de que os postulados de Bohr, descritos na introdução, estavam corretos, pois se cada elemento metálico libera energia num comprimento de onda definido então os elétrons do átomo giram em níveis de energia definidas ao redor do núcleo.

CONCLUSÃO:

Com a realização desta pratica os objetivos traçados de inicio foram alcançados com êxito, isto é, foi possível observar e identificar o cátion do sal pelo Teste da Chama. A teoria da prática foi comprovada no experimento, pois por meio da observação das cores concluiu-se que os elementos liberam a energia em excesso de forma característica, foi possível observar os átomos de forma indireta, por meio das propriedades das ondas eletromagnéticas. O Teste da Chama é um experimento de química analítica qualitativa, por isso não foi possível fornecer dados quantitativos, esses dados podem ser obtidos por técnicas relacionadas à fotometria de chama ou espectroscopia de emissão.

REFERÊNCIAS:

ATKINS, Peter e JONES, Loretta. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente; tradução Ricardo Bicca de Alencastro. 3ª Edição. Editora Bookman. Porto Alegre, 2006.

HETEM, Gregório, PEREIRA Jatenco, Observatórios Virtuais - Fundamentos de Astronomia. Distribuição de Energia e Linhas Espectrais. Disponível em: <http://www.astro.iag.usp.br/~jane/aga215/apostila/cap05.pdf>. Acessado em 25/03/10.

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