Relatório I - ILQ

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<p>UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA–UDESC</p><p>CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT</p><p>LICENCIATURA EM QUÍMICA</p><p>Relatório da disciplina de ILQ 0002</p><p>Leis Ponderais e</p><p>Estequiometria</p><p>Joinville, 2019</p><p>Sumário</p><p>RESUMO………………………………………………………………………………..3</p><p>1INTRODUÇÃO………………………………………….…………………...…...…..4</p><p>1.1OBJETIVOS…………………………………………..……………………………..5</p><p>2 METODOLOGIA…………………………...……………………………………….6</p><p>2.1MATERIAIS………………………………………………………………………....6</p><p>2.2 MÉTODOS ……………………..…………………………………………………..7</p><p>3 RESULTADOS E DISCUSSÃO……………………………………………...……..8</p><p>3.1 RESULTADOS...………………….....………………………………………….......8</p><p>3.2 DISCUSSÕES…………………………….………………………………………....9</p><p>4 CONCLUSÃO……………………………………………………………………….10</p><p>5 REFERÊNCIAS……………………………………………………………………..12</p><p>RESUMO</p><p>O trabalho consiste em um experimento que verifica as teorias da Conservação de</p><p>Massa de Antoine Lavoisier e das Leis das Proporções Definidas de Joseph Lois Proust,</p><p>além de discutir os princípios da estequiometria e os agentes limitantes da reação. Isso,</p><p>à partir de dois experimentos, sendo o primeiro a combustão da palha de aço e o</p><p>segundo, a mistura de Ácido Clorídrico ao Bicarbonato de sódio, em sistemas aberto e</p><p>fechado. No primeiro experimento, tem-se como resultado o aumento da massa por</p><p>conta da incorporação de oxigênio (que inicialmente não é pesado pela balança, por</p><p>fazer parte da atmosfera) ao ferro da palha de aço, enquanto no segundo experimento</p><p>(em sistema aberto) nota-se a diminuição da massa, mi=82,834g e mf-82,685g,</p><p>entretanto, isso só ocorre em sistema aberto, pois o gás formado misturou-se a</p><p>atmosfera, com a relação de mf/mi=0,998g; Em sistema fechado a massa se conservou,</p><p>onde a mi=67,054g e a mf=66,934g, temos a relação mf/mi=0,998g que é a mesma do</p><p>sistema aberto, comprovando a lei de Lavoisier. Dessa forma, comprovou-se na prática</p><p>o estudado na teoria, e a importância das leis desenvolvidas.</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>O relatório aborda os experimentos, com a queima da palha de aço e a produção de</p><p>gás carbônico, que foi realizado em laboratório, na Universidade do Estado de Santa</p><p>Catarina (UDESC), na disciplina de Introdução ao Laboratório de Química, sobre as</p><p>Leis Ponderais e Estequiometria que estão relacionados às reações químicas dos</p><p>experimentos realizados, onde tem foco em comprovar através das reações as Leis da</p><p>Conservação da massa de Lavoisier (1789), postula:</p><p>A massa total de uma substância presente no início da reação é a mesma massa do</p><p>fim do experimento (Brown, 2005, p.67). Essa lei serve para toda e qualquer reação</p><p>química. Antoine Laurent Lavoisier era um cientista prodígio e os princípios de</p><p>nomenclatura de substâncias químicas que ele introduziu, até hoje estão em uso.</p><p>Ademais, ele escreveu um livro no qual aplicou pela primeira vez os princípios da</p><p>conservação de massa à química e usou a ideia para escrever versões primordiais de</p><p>equações químicas (Kotz, 2010, p. 122).</p><p>E a Lei das Proporções Definidas, de Proust (1800), que enuncia :</p><p>A composição de um elemento puro é sempre a mesma, contendo sempre a mesma</p><p>composição e propriedades, independente de sua origem (Brown,2005, p.32).</p><p>As substâncias químicas realizadas em laboratórios são as mesmas substâncias puras</p><p>que encontradas na natureza, onde ambas têm de trabalhar sob as mesmas leis naturais</p><p>para serem fabricadas.</p><p>As reações químicas, podem ser entendidas como a mistura de um ou mais</p><p>reagentes, formando um produto e assim, vice-versa.</p><p>Pegamos como exemplo, o hidrogênio (H) e o oxigênio (O), onde o hidrogênio quando</p><p>entra em combustão com o oxigênio (O2), ao incendiar forma a água (H2O(l)):</p><p>H2(g) + O2(g) →H2O(l)</p><p>Está é a equação de reação de formação da água, porém as Leis Ponderais,</p><p>determina que tudo que acontece no início de uma reação, tem de acontecer no final, ou</p><p>seja, a massa dos reagentes tem que ser a mesma dos produtos e para isso, é necessário</p><p>saber fazer a Estequiometria da Reação, (Estequiometria, do grego, Stoicheion,</p><p>elemento e Metron, medida. Brown, 2005, p.67), que serve para analisar o lado</p><p>quantitativo, quando precisamos saber e ou calcular a quantidade dos reagentes para</p><p>fabricar certas quantidades de produtos, deixando tanto os reagentes, quanto os produtos</p><p>equilibrados, no qual chamamos de balanceamento da reação, podendo ser o</p><p>balanceamento tanto dos coeficientes estequiométricos, quanto o das cargas iônicas.</p><p>Uma equação química balanceada mostra o relacionamento quantitativo entre reagentes</p><p>e produtos em uma reação química (Kotz, 2010, p. 126)</p><p>Balanceando a equação, temos que:</p><p>2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)</p><p>Contendo 4 mols de hidrogênio e 2 de oxigênio em cada lado.</p><p>Outro ponto importante observado na reação, é o fato de um reagente estar</p><p>presente em quantidade limitada. Digamos que na reação, tenha 5g de O2 e 4g de H2,</p><p>fazendo os cálculos para saber quem é o reagente limitante, temos que o hidrogênio é o</p><p>reagente que determina o fim da reação com 0,625 mols, associando seus 2 mols com 1</p><p>mol de oxigênio, então pode ser observado que a reação possui um excesso de um dos</p><p>reagentes em relação ao necessário pela estequiometria, e o oxigênio é o reagente que</p><p>está em excesso. Isso acontece para garantir que os outros reagentes envolvidos na</p><p>reação sejam completamente consumidos, mesmo que parte do outro permaneça sem</p><p>reagir.</p><p>1.1 OBJETIVOS</p><p>O objetivo dos experimentos, é verificar, através das leis ponderais e</p><p>estequiometria, utilizando as leis, especificamente, a da conservação da massa de</p><p>Lavoisier e das proporções definidas de Proust, suas veracidades a partir das reações</p><p>químicas dos experimentos da queima da palha de aço e a produção de gás carbônico na</p><p>reação entre ácido clorídrico e bicarbonato de sódio, para comprovar os métodos</p><p>corretos determinando a massa dos reagentes utilizados no laboratório e realizar os</p><p>cálculos estequiométricos, além disso, as diferenças do experimento em um sistema</p><p>aberto e fechado, e a consequência dos reagentes limitantes observando nelas quais as</p><p>mudanças, comparando cada um dos resultados obtidos.</p><p>2 METODOLOGIA</p><p>2.1 MATERIAIS</p><p>Vidrarias:</p><p>1 Vidro de relógio</p><p>2 Erlenmeyer</p><p>1 Placa de Petry</p><p>1 Pipeta volumétrica (10ml)</p><p>1 Pera</p><p>1 Espátula</p><p>1 Bexiga(balão de festa)</p><p>1cx Fósforo</p><p>Equipamentos:</p><p>Balança Semi-Analítica Marte Modelo AL500C</p><p>Reagentes:</p><p>Palha de aço (fonte de Ferro)</p><p>Ácido Clorídrico (HCl-1,0 mol·¹)</p><p>Bicarbonato de sódio (NaHCO3-M=84,01 mol.L-1Biotec-Reagentes Analíticos)</p><p>2.2 MÉTODOS</p><p>Foi realizado no laboratório dois experimentos, a queima da palha de aço e a</p><p>produção de gás carbônico, que neste utilizou-se os métodos de sistema aberto e</p><p>fechado. Na queima da palha de aço, foram utilizados três massas diferentes e para dar</p><p>início ao experimento, colocamos uma das massas, totalmente aberta (para que ao entrar</p><p>em combustão queime toda a palha) sobre a placa de petry, pesado na balança</p><p>semi-analítica, anotando o valor medido e continuando com o processo da queima da</p><p>palha, que com a ajuda do palito de fósforo, iniciou-se a combustão e a observação da</p><p>mudança de massas para determinação da massa final. Depois disto, foram testado com</p><p>as outras duas massas de palha de aço, repetindo os mesmo procedimentos.</p><p>Segundo experimento, produção de gás carbônico dos sistemas aberto e fechado.</p><p>No sistema fechado, pesou-se a massa do erlenmeyer, também na balança</p><p>semi-analitica, onde em um balão de borracha (aqueles de festas), adicionou-se uma</p><p>espátula de bicarbonato de sódio (NaHCO3), e no erlenmeyer, 5ml de ácido clorídrico</p><p>(HCl), medindo sua massa com o ácido na balança. Com cuidado para que não houvesse</p><p>perda de substâncias, colocamos o balão na boca do erlenmeyer e verificamos se estava</p><p>bem preso sobre a balança, despejamos todo o conteúdo de bicarbonato de sódio no</p><p>frasco, que em seguida começou a reagir, enchendo o balão e observando o término da</p><p>reação, anotamos sua massa final.</p><p>Já no sistema aberto, no vidro de relógio, pesamos 0,5g de bicarbonato de sódio.</p><p>Em seguida, determinamos a massa do erlenmeyer vazio e depois a massa inicial do</p><p>erlenmeyer</p><p>com 5ml de ácido clorídrico (HCl). Em seguida, o bicarbonato que estava</p><p>no vidro de relógio, foi adicionado ao frasco, sobre a balança, observando sua variação</p><p>de massa até o término da reação, determinando assim, sua massa final.</p><p>3 RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>3.1 Resultados</p><p>Foi tratado, neste experimento, as substâncias, ácido clorídrico (HCl), bicarbonato</p><p>de sódio (NaHCO3) e a palha de aço (Fe). É observado que, com a queima da palha de</p><p>aço, obtivemos a reação química de combustão, equação 1: 2Fe(s) + O2(g) → 2FeO(s) ,</p><p>e a reação da mistura do ácido clorídrico com o bicarbonato, produzindo gás carbônico,</p><p>equação 2: HCl(aq) + NaHCO3(s) →NaCl(s) + H2CO3(aq) , que obtiveram os seguintes</p><p>resultados:</p><p>Tabela 1- Resultados experimentais da queima da palha de aço</p><p>Experimento Massa inicial (mi)</p><p>(amostra+vidraria)</p><p>Massa final (mf) Relação mf/mi</p><p>Palha de Aço</p><p>1°Amostra</p><p>29,279g 29,355g 1,002g</p><p>2° Amostra 29,154g 29,205g 1,002g</p><p>3° Amostra 28,786g 28,819g 1,001g</p><p>Fonte: Bianca Pirovano e Raquel Areias da Silva, 2019.</p><p>Tabela 2- Resultados experimentais da produção de gás carbônico</p><p>Experimento Massa inicial</p><p>(mi)</p><p>(amostra+vid</p><p>raria)</p><p>Massa final</p><p>(mf)</p><p>Relação</p><p>mf/mi</p><p>Sistema Aberto 82,834g 82,685g 0,998g</p><p>Sistema Fechado 67,054g 66,934g 0,998g</p><p>Fonte: Bianca Pirovano e Raquel Areias da Silva, 2019.</p><p>*Considerando o peso das vidrarias: Placa de petry da queima da palha de aço:</p><p>28,499g e o erlenmeyer no sistema de produção de gás carbônico: 77,378g.</p><p>3.2 Discussões</p><p>Na palha de aço, como mostra os resultados na tabela 1, quando a palha entrou em</p><p>combustão, a balança não indicou somente a massa da liga de ferro, mas também o</p><p>oxigênio, ou seja, o aumento da massa da palha, indicado pela balança deve-se à</p><p>incorporação da massa do oxigênio ao ferro, formando o óxido de ferro, observando a</p><p>relação mf/mi, temos que independente da quantidade usada de palha, o resultado é o</p><p>mesmo, exceto o da terceira amostra que tem uma diferença muito pequena, que pode</p><p>ter ocorrido um erro experimental. Nenhuma das palhas não perderam massa pois</p><p>ambas não liberam gás, elas ganharam matéria, de acordo com a massa final em tabela.</p><p>Já no caso da produção de gás carbônico, os reagentes formam cloreto de sódio e</p><p>ácido carbônico tanto no sistema fechado, quanto no aberto, e a relação mf/mi também é</p><p>a mesma, ambas contendo 0,998g de acordo com a tabela 2. Percebeu-se que em</p><p>sistema fechado, no do balão, a massa se conserva, isso porque, nenhum dos produtos</p><p>obtidos se perdeu-se.</p><p>Assim como mostrado na teoria, toda a massa de reagente, se conserva após se</p><p>obter os produtos, e como o sistema é fechado, não era pra se perder nada, porém houve</p><p>pequenas perdas. Em sistema aberto, percebe-se também a conservação da massa,</p><p>entretanto isso se dá por possíveis erros experimentais, assim como no fechado, pois, o</p><p>gás formado, escapou do sistema para a atmosfera, e esta massa não foi contabilizada</p><p>pela balança, fazendo assim, com que a massa do sistema diminuísse, por não contar</p><p>com todos os produtos formados.</p><p>No sistema aberto, podemos saber quem é o reagente limitante da reação, que é</p><p>aquele que ao misturar um ou mais reagente ele determina o fim da reação química, e</p><p>para isso precisa ser uma quantidade menor da substância em relação às outras na</p><p>formação do produto, e neste experimento, como podemos observar na equação 2,</p><p>calculando a quantidade exata dos reagentes obtivemos como resultados, que 5,95x10·³</p><p>mols de bicarbonato de sódio, reagem com 1 mol de ácido clorídrico, concluindo assim,</p><p>que o bicarbonato de sódio é o reagente limitante, ou seja, quando ele foi adicionado ao</p><p>ácido, ele reagiu até que se dissolveu por completo, até que sobrou somente o ácido</p><p>clorídrico.</p><p>4 CONCLUSÃO</p><p>Após a reação química e o balanceamento de sua equação, percebeu-se que, assim</p><p>como diz a teoria, a massa total das substâncias obtidas ao final da reação, eram as</p><p>mesmas massas do início do experimento, a lei de conservação de massa de Lavoisier,</p><p>demonstrada com a queima da palha de aço, é percebida, porém deve-se levar em conta</p><p>a massa do oxigênio que não está presente na pesagem inicial, pois apenas é</p><p>incorporado após a queima. E assim, devido aos cálculos de reagentes limitantes, é</p><p>possível se ter uma ideia da quantidade de gás oxigênio incorporado e assim ter-se os</p><p>valores teóricos da quantidade final de ferro na amostra, o que comprova que a massa se</p><p>mantém a mesma. No experimento, ao se fazer os cálculos da relação entre massa final</p><p>e massa inicial, o valor obtido não foi exatamente o valor que se era esperado,</p><p>entretanto, isso não demonstra falha de teoria, e sim, falha experimental. Isso se dá,</p><p>pois, independentemente da precisão dos equipamentos de laboratório, há um desvio</p><p>padrão que deve ser considerado, às vezes esse desvio pode ser tão grande que</p><p>compromete todo o experimento, por isso, repete-se diversas vezes, até que haja a média</p><p>mais próxima o possível da teoria. Também existem fatores externos que influenciam os</p><p>resultados, como validade dos reagentes, a porcentagem de ferro presente na palha de</p><p>aço, erros no momento de anotar os dados obtidos, entre outras inúmeras coisas que</p><p>devem ser evitadas para que se obtenha resultados o mais próximos o possível da</p><p>exatidão.</p><p>No segundo experimento a conservação de massa também é percebida, porém</p><p>apenas em sistema fechado, pois o gás formado permanece no sistema. Em sistema</p><p>aberto, o gás é perdido e por isso, na teoria, a massa final seria menor do que a massa</p><p>inicial; entretanto, após terem sido feitos os cálculos, a massa se preservou, resultado de</p><p>algum dos erros experimentais citados anteriormente.</p><p>Além disso, percebeu-se também a importância do balanceamento da equação ao</p><p>passo que a quantidade de matéria presente nos produtos deve ser a mesma dos</p><p>reagentes, e as diferenças de resultados quando todo um produto é consumido, levando</p><p>em conta que seja utilizado um reagente limitante.</p><p>No experimento da produção de gás, um dos fatores que podem ter levado ao erro,</p><p>foi o fato de a quantidade de bicarbonato de sódio não ter sido quantificada, dessa</p><p>forma, uma boa parte não foi consumida pelo ácido clorídrico e assim foi pesada, ao</p><p>passo, que se fosse quantificada de forma correta, também viraria gás.</p><p>Ao utilizar a palha de aço e observar sua transformação na queima, confirma-se</p><p>também a lei de Proust, pois suas alterações, independente da forma, acontecem como</p><p>na utilização de ferro puro, pois suas características são as mesmas.</p><p>Dado ao exposto, percebeu-se a importância da precisão nos trabalhos de de</p><p>laboratório, além disso, pode-se observar e confirmar o que normalmente é observado</p><p>nas teorias.</p><p>5 REFERÊNCIAS</p><p>ATKINS, Peter; JONES, Loretta; Princípios de Química: Questionando a vida</p><p>moderna e o meio ambiente. 5º ed.Porto Alegre: Bookman, 2012.</p><p>BROWN, Theodore L.; LEMAY JUNIOR, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química:</p><p>A ciência central. 9º ed. São Paulo: Pearson Universidades, 2005.</p><p>CRUZ LEAL, Murilo. Artigo, Como funciona a química: Reflexões</p><p>Epistemológicas e a Determinação de Fórmulas e Pesos Atômicos a partir das</p><p>Leis Ponderais e da Teoria Atômica de Dalton. São João del-Rei - MG, 2001.</p><p>KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.; WEAVER, Gabriela C. Química Geral: e</p><p>Reações Químicas, vol. 1; São Paulo: Cengage Learning, 2010.</p>