Experimento de Química

Experimento de Química

Curso de Engenharia Elétrica

Laboratório de Química Geral e Experimental

Relatório de Química

1º Experimento – Teste de Chama

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Salvador, 2010

Curso de Engenharia Elétrica

Laboratório de Química Geral e Experimental

Relatório de Química

1º Experimento – Teste de Chama

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Relatório de Química para o 1º Experimento, com Teste de Chama, realizado em laboratório no dia 19 de março de 2010, e entrega prevista para 09 de abril de 2010, referente à Disciplina de Química Geral e Experimental.

Prof.º Orientador

Salvador, 2010

Sumário

Capítulo 1 – Introdução

Capítulo 2 – Materiais e Reagentes

2.1 – Materiais

2.2 – Reagentes

Capítulo 3 – Procedimento Experimental

Capítulo 4 – Conclusões e Observações

Capítulo 5 – Bibliografia

Capítulo 1 – Introdução

A realização deste experimento, Teste de Chama, teve como objetivo a observação da cor da chama obtida pelo aquecimento de soluções ácidas (ou sais sólidos) de nitrato, sulfato ou cloreto de sódio, lítio, cálcio, ferro, cobre, potássio e magnésio, com as mudanças de níveis energéticos do átomo.

O teste envolveu a exposição das soluções em uma chama e a observação da cor resultante para cada espectro de emissão. Aplicou-se energia em forma de calor, a chama, fornecida a cada solução, para explicar o princípio de que parte dos elétrons da última camada de valência absorvem a energia produzindo o que chamamos de estado excitado, passando para um nível de energia mais elevado, e emitem luz ao voltar ao estado fundamental de cor e intensidade, que podem ser verificados através da observação visual da chama.

Ao receber energia térmica do exterior, o elétron sai de seu estado original para um nível de energia mais elevado, ou seja, salta de uma órbita mais interna para outra mais externa; porém a quantidade de energia que ele recebe é bem definida (um quantum de energia). Ao retornar da órbita mais externa para outra mais interna, ou seja, ao seu estado fundamental, o elétron emite energia (devolvendo o quantum), na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação (daí o nome do fóton, que é dado para esse quantum de energia).

Capítulo 2 – Materiais e Reagentes

Os materiais e reagentes utilizados no experimento foram os seguintes:

2.1 – Materiais

  • Lamparina de álcool;

  • Haste metálica com fio de prata na sua extremidade;

  • Piscete com água destilada;

  • Beker de 250ml;

  • Papel toalha.

2.2 – Reagentes

  • Sódio;

  • Lítio;

  • Potássio;

  • Cálcio;

  • Ferro;

  • Cobre;

  • Magnésio.

As soluções ácidas (ou sais sólidos) de nitrato, sulfato ou cloreto, foram utilizados na concentração de 1% (m/v).

Capítulo 3 – Procedimento Experimental

Inicialmente tomou-se uma haste metálica com fio de prata na extremidade e a aqueceu na chama de uma lamparina para eliminar contaminantes voláteis. Logo em seguida utilizou-se água destilada para resfriá-la, e limpando-a com papel toalha. Mergulhou-se a ponta do fio de prata na solução do cátion, tomando uma pequena porção e levando-a imediatamente à chama da lamparina para a visualização da cor emitida.

Repetiu-se a mesma seqüência de procedimentos acima descrita, a fim de analisar detalhadamente cada solução, e anotou-se o nome da substância presente na solução e a coloração da chama obtida, representado na tabela abaixo:

TABELA 1.1 – Dados experimentais

Solução/Sal Sólido

Símbolo do Cátion

Cor Observada

Observações

Sódio

Na

Amarelo Intenso

Observado um aumento significativo da chama, e a coloração encontrada permanece por muito mais tempo.

Lítio

Li

Verde/ Roxo

A modificação da coloração da chama ocorre de forma bem rápida.

Potássio

K

Violeta

A alteração da coloração da chama ocorre nas áreas mais externas, ou seja, nas extremidades da chama.

Cálcio

Ca

Verde/ Vermelho

A alteração na cor da chama inicia-se com verde e vai mudando lentamente para vermelho.

Ferro

Fe

Sem alteração

Não conseguimos verificar nenhuma alteração na cor original da chama.

Cobre

Cu

Verde

A alteração da coloração da chama ocorre nas áreas mais externas, ou seja, nas extremidades da chama.

Magnésio

Mg

Incolor

O que foi percebido é que a chama vai esmaecendo, como se estivesse perdendo propriedades, sua cor vai desaparecendo e se tornando incolor.

Capítulo 4 – Conclusões e Observações

Foi o cientista dinamarquês Niels Bohr, que aprimorou o modelo atômico de Rutherford, utilizando a teoria de Max Planck, de que a energia não seria emitida de modo contínuo, mas em “pacotes”. A cada “pacote de energia” foi dado o nome de quantum (palavra latina, que significa “quantidade”).

Usando a idéia do quantum, Bohr propôs os seguintes postulados:

  • os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas, que são denominadas órbitas estacionárias;

  • movendo-se em órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia;

  • ao saltar de uma órbita estacionária para outra, o elétron emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia, chamada quantum de energia.

Essa emissão ou absorção de energia é explicada da seguinte forma: ao receber energia (térmica, elétrica ou luminosa) do exterior, o elétron salta de uma órbita mais interna para outra mais externa; porém a quantidade de energia que ele recebe é bem definida (um quantum de energia). Ao voltar de uma órbita mais externa para outra mais interna, o elétron emite energia (devolvendo o quantum), na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética, como ultravioleta ou raios X (daí o nome de fóton, que é dado para esse quantum de energia).

No teste de chama, a energia fornecida às soluções, no caso a chama, que é a energia em forma de calor, produziu o que chamamos de estado excitado para alguns elétrons da última camada de valência, que ao absorverem esta energia passaram para um nível de energia mais elevado. Ao retornar ao estado fundamental, alguns desses elétrons excitados liberam a energia recebida anteriormente em forma de radiação (Luz). Cada elemento libera a radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento.

Ao observar a cor da chama obtida pelo aquecimento das soluções, verificou-se que a quantidade, as posições e as cores variam de um elemento químico para outro. Sendo assim, cada elemento químico apresenta seu espectro característico, como se fosse sua “impressão digital”.

Podemos verificar em nosso dia-a-dia a aplicação desses princípios tanto nas indústrias e hospitais, quando da utilização de equipamentos de análise (quantificação e identificação) de metais e outros elementos cuja técnica é baseada na espectroscopia, ou seja, baseadas na absorção ou emissão de radiação eletromagnética. Nas residências, na utilização de fornos de microondas, que possuem um dispositivo, chamado magnetron, que transforma a eletricidade em um feixe de ondas eletromagnéticas que são emitidas numa frequência que “agite” as moléculas de água existentes nos alimentos, provocando assim o seu aquecimento.

Para cada um dos elementos metálicos, cujos sais foram utilizados no experimento, “teste de chama”, temos os comprimentos de onda máximos de emissão segundo o espectro luminoso para cada cor obtida, e será calculada a energia da radiação eletromagnética emitida por cada um dos elementos, conforme segue abaixo:

Espectro Luminoso

O espectro luminoso é uma tabela com valores de frequência (medidas em Hertz (Hz)) das ondas luminosas. Corresponde a uma faixa do Espectro Eletromagnético visível ao ser humano.

TABELA 1.2 – Comprimento de onda aproximado das cores

Cor

Comprimento de onda (nm)

Cor

Comprimento de onda (nm)

Ultravioleta

<400

Amarelo

570-590

Violeta

400-450

Alaranjado

590-620

Azul

450-500

Vermelho

620-760

Verde

500-570

Infravermelho

>760

A energia do fóton (da emissão de radiação eletromagnética) poderá ser calculada considerando a seguinte expressão:

Exemplo: Cálculo da energia de radiação eletromagnética do sódio considerando seu valor de comprimento de onda aproximado em 580.

ENa = 6,63.10-34.3,00.108

580.10-9

ENa = 3,43.10-19 J

TABELA 1.3 – Energia de radiação eletromagnética

Solução/Sal Sólido

Símbolo do Cátion

Comprimento de onda aproximado das cores (10-9 m)

Energia de radiação eletromagnética (J)

Sódio

Na

580

3,43.10-19

Lítio

Li

535

3,72.10-19

Potássio

K

425

4,68.10-19

Cálcio

Ca

690

2,88.10-19

Ferro

Fe

-

-

Cobre

Cu

535

3,72.10-19

Magnésio

Mg

-

-

Nota: Para esta tabela, foi considerado como comprimento de onda de cada solução a média dos valores apresentados na tabela 1.2. Para o Ferro (sem alteração) e Magnésio (incolor) não se obteve um comprimento de onda devido à cor encontrada.

Capítulo 5 – Bibliografia

Fundamentos da química: volume único / Ricardo Feltre. – 4. ed. – São Paulo: Moderna, 2005.

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