Relatório Teste da Chama

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
CURSO DE ENGENHARIA
ALAN JOSIAS DE SOUZA
FÁBIO RODRIGUES GIL
RELATÓRIO: TESTE DA CHAMA
BELO HORIZONTE
2018
RESUMO
O ensaio da chama é um método que busca identificar elementos químicos a partir da coloração emitida em uma chama. O presente relatório tem como objetivo observar a cor da chama associada à presença de elementos químicos metálicos presentes em sais. Quando o composto a ser estudado é submetido ao aquecimento, em uma chama, os íons presentes no metal começarão a emitir luz. Baseado no espectro de emissão do elemento, o composto irá modificar a cor da chama para uma cor característica.
Palavras-chave: Chama; Coloração; Metal. 
INTRODUÇÃO
Em meados do século XVIII começaram os estudos sistemáticos de identificação de compostos pelo uso de chamas, conduzidos mais ou menos de modo simultâneo por vários pesquisadores.
Thomas Melvill (1726-1753) observou, em 1752, o espectro de linhas brilhantes emitido por chamas contendo sais metálicos. 
Em 1758, Andreas Marggraf (1709-1782) conseguiu diferenciar sais de sódio e sais de potássio pela cor de suas chamas.
John Herschel (1792-1871), por sua vez, mostrou que a radiação emitida pelas chamas de bário, cálcio, estrôncio e cobre, ao atravessar um prisma de vidro, era resolvida em suas linhas espectrais características, fato que poderia ser usado para fins de identificação química. 
Joseph Fraunhofer (1787-1826) fez o mesmo tipo de estudo, observando em particular o par de linhas amarelas emitidas pelo sódio, quando fazia estudos de índice de refração de vidros. 
Tais estudos redundaram na construção do espectroscópio de Bunsen e Kirchoff (Lockemann, 1956), valioso instrumento de identificação de metais, que culminou com a descoberta, pelos dois cientistas, dos elementos césio e rubídio.
Esta vasta gama de estudos permitiu, em 1928, que o botânico dinamarquês Henrik Lundegardh (1888-1969) criasse a fotometria de chama (GRACETTO, 2006).
O teste da chama baseia-se na teoria da mecânica quântica. 
Einstein, um pouco mais tarde que Planck, enunciou-a, verificando por numerosas experiências de que a matéria emite ou absorve uma radiação, a energia E é emitida ou absorvida em quantidades discretas iguais a hν; tem-se, assim, E = hν, onde ν designa a frequência da radiação considerada e h a constante universal de Planck (h = 6.5510-27 erg. sec). 
A constante h foi introduzida na Física por Planck, em 1900, em seus célebres trabalhos sobre a intensidade específica da radiação de origem térmica que existe no interior de um recinto isotérmico.
A aplicação da teoria dos quantum ao estudo da estrutura dos átomos e de suas raias espectrais de emissão e de absorção foi feita, pela primeira vez, por Niels Bohr em 1913. 
A teoria atômica de Bohr utilizou-se do modelo atômico de Rutherford (RAMOS, 2004).
No trabalho de Bohr, foi aplicada pela primeira vez a hipótese quântica para explicar a estrutura atômica com razoável sucesso. 
Entretanto, a teoria de Bohr estava parcialmente incorreta, sendo abandonada 12 anos depois para dar lugar a teoria quântica. 
Havia, contudo, fundamentos suficientes nas ideias de Bohr que lhe permitiram explicar por que os átomos no estado excitados emitiam luz somente com certas frequências, a teoria de Bohr trouxe uma contribuição importante para a compreensão da estrutura atômica (MAHAN, 1995).
O teste de chama ou prova da chama é um procedimento utilizado em Química para detectar a presença de alguns íons metálicos, baseado no espectro de emissão característico para cada elemento.
O teste de chama é baseado no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico (no caso da chama, energia em forma de calor), alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado.
Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, ele libera a energia recebida anteriormente em forma de radiação. 
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. 
A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa do espectro visível, ou seja, o olho humano é capaz de enxergá-las através de cores. 
Assim, é possível identificar a presença de certos elementos devido à cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama.
A temperatura da chama do bico de Bünsen é suficiente para excitar uma quantidade de elétrons de certos elementos que emitem luz ao retornarem ao estado fundamental de cor e intensidade, que podem ser detectados com considerável certeza e sensibilidade através da observação visual da chama.
OBJETIVOS
Identificar, por meio da cor produzida na chama, alguns cátions;
Observar o fenômeno de emissão luminosa por excitação e correlacionar com o modelo Atômico de Bohr;
Verificar a distribuição eletrônica dos elementos;
PARTE EXPERIMENTAL
MATERIAIS
- Bico de Bunsen
- Fio de níquel-cromo
- Solução de ácido clorídrico 10% v/v - HCl
- Solução dos sais: Cloreto de Sódio – NaCl; Cloreto de Potássio – KCl; Sulfato de Cobre – CuSO4; Cloreto de Magnésio – MgCl2.
- Pinça de madeira
PROCEDIMENTO
Prenda o fio de níquel-cromo com a pinça de madeira e mergulhe em uma das soluções de sal.
Com o auxílio da pinça de madeira, coloque o fio molhado com a solução na chama do bico de Bunsen. 
Observe o ocorrido e anote o resultado. 
Lave o fio metálico na solução de ácido clorídrico e mergulhe em outra solução salina. 
Repita o procedimento para todas as soluções.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Na análise por ensaio de chama, utilizamos um fio de níquel-cromo, preso a uma pinça de madeira.
O fio é limpo por imersão em ácido clorídrico concentrado e, então, aquecido na zona de fusão da chama do bico de bunsen; o fio estará limpo quando não transmite cor a chama. 
O fio é novamente mergulhado ao ácido clorídrico concentrado e uma pequena porção da substância em exame é retida no fio que volta para a chama oxidante, e então pode observar a cor transmitida a chama.
Tentamos como dois fios por mais de 15 minutos, contudo, estavam muito impregnados de impurezas impossibilitando a prática.
Contamos com a intervenção do Professor Weber, que raspou o fio com o auxílio de um canivete e depois cortou a sua ponta utilizando alicate.
Na sequência, com o fio limpo, mergulhamos no béquer contendo a solução de KCl para que o sal aderisse ao fio e submetido ao aquecimento na chama do bico de Bunsen. 
Logo após foi efetuada a limpeza do fio, mergulhando-o na solução de HCl e levando o em seguida a chama.
Este procedimento foi repetido com todos os demais sais, observando-se a coloração da chama emitida por cada um dos sais testados.
Nos ensaios de chama, conforme Vogel (1981), ocorre às interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada, ele baseia-se na possibilidade de muitos íons metálicos e seus sais conferirem uma cor característica quando é vaporizado numa chama, isso porque todo átomo quando aquecido ou recebe um descarga elétrica, absorve energia, que em seguida é emitida como radiação, ou seja, uma linha espectral pode ser absorvida e também emitida quando de alguma forma o átomo é excitado. 
Cada elemento químico apresenta um espectro de linha distinto que este relacionado com sua natureza atômica.
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).
Os sais de KCl, CuSO4, MgCl2 e NaCl, quando sujeitos a elevadas temperaturas, veem os seus íons metálicos, cátions que os constituem, passarem do estado fundamental a estados excitados, com posterior emissão de radiações de cor característica, sob a forma de uma chama colorida.
A tabela 1 mostra as colorações observadas através do experimento do teste da chama comparando os com os da literatura encontrada.
Tabela 1: Ensaio da chama
	Amostras
	Coloração da Chama
	NaCl
	Amarelo
	KCl
	Violeta, Roxo
	CuSO4
	Verde
	MgCl2
	Azul
Fonte: Próprio autor.
O Cloreto de Sódio emitiu a coloração amarela, como afirma Vogel (1986) essa coloração é característica do elemento sódio, apresenta baixa energia de ionização igual a 497,5 kj mol -1, quando o elétron e irradiado pela luz a energia absorvida excita-o para um nível de energia superior. 
O elétron retorna ao nível inicial liberando energia que pode ser calculada pela equação de Planck. Sabe-se que a cor amarela tem comprimento de onda que varia entre 597 e 577 nm e a velocidade da luz é igual 299 792 458 m/s.
O Cloreto de Potássio ao ser submetido ao aquecimento apresentou coloração violeta, logo essa coloração é característica do metal potássio.
Segundo Gracetto (2006), os metais, sobretudo os alcalinos e alcalinos terrosos são os elementos cujos elétrons exigem menor energia para serem excitados. 
A partir do Modelo atômico de Bohr, ficou estabelecido que os átomos possuem regiões específicas disponíveis para acomodar seus elétrons – as chamadas camadas eletrônicas.
O Cloreto de Magnésio apresentou chama coloração azul.
O Sulfato de Cobre apresentou uma coloração esverdeada, proveniente dos íons de cobre.
Esse espectro, característico de cada elemento químico, é sempre o mesmo, quer o elemento esteja isolado quer esteja combinado com outros elementos em diferentes compostos químicos.
Uma das mais importantes propriedades dos elétrons é que suas energias são quantizadas, isto é, um elétron ocupa sempre um nível energético bem definido e não um valor qualquer de energia. 
No entanto, um elétron for submetido a uma fonte de energia adequada (calor, luz, etc.), pode sofrer uma mudança de um nível mais baixo para outro de energia mais alto (excitação), isso pode ser observado quando os sais de KCl, CuSO4, MgCl2 e NaCl foram submetidos a uma fonte de calor no Bico de Bussen. 
O estado excitado é um estado metal-estável (de curtíssima duração) e, portanto, o elétron retorna imediatamente ao seu estado fundamental. 
A energia ganha durante a excitação é então emitida na forma de radiação visível do espectro eletromagnético que o olho humano é capaz de detectar.
No intervalo do espectro eletromagnético que corresponde à luz visível, cada frequência equivale à sensação de uma cor.
Conforme a frequência aumenta, diminui o comprimento de onda, assim como mostra a tabela e o trecho do espectroeletromagnético abaixo:
Tabela 2
	Cor
	Comprimento de onda
( = )
	Frequência
()
	Violeta
	3900 – 4500
	7,69 – 6,65
	Anil
	4500 – 4550
	5,65 – 6,59
	Azul
	4550 – 4920
	6,59 – 6,10
	Verde
	4920 – 5770
	6,10 – 5,20
	Amarelo
	5770 – 5970
	5,20 – 5,03
	Alaranjado
	5970 – 5220
	5,03 – 4,82
	Vermelho
	6220 – 7800
	4,82 – 3,84
Fonte: Site Só Física.
Quando os fabricantes desejam produzir fogos de artifício coloridos, eles misturam à pólvora compostos de certos elementos químicos apropriados. 
A cor que um elemento confere aos fogos de artifício é a mesma que ele possui no teste da chama, devem-se aos espectros de emissão de luz que são característicos de cada elemento.
Assim, a cor emitida vai depender de cada elemento químico. Como verificamos nesta atividade experimental, diferentes elementos químicos emitem cores distintas.
Por fim, a cor é devida das substâncias presentes no fogo-de-artifício, como por exemplo Sódio, Magnésio, Potássio, etc.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através do teste de chama podemos comprovar a origem das cores e associá-las com a presença de metais nos sais testados com a estrutura eletrônica dos átomos. 
Com a energia liberada na combustão, os elétrons externos dos átomos dos metais são promovidos a estados excitados e, ao retornarem ao seu estado eletrônico iniciais, liberam a energia excedente na forma de luz.
A cor, comprimento de onda, da luz depende da estrutura eletrônica do átomo.
Com a realização dos experimentos podemos confirmar a teoria de Niels Bohr com o espectros de linhas atômicas, no qual cada átomo possui o seu espectro particular, que é mostrado com o experimente do teste da chama que ao aquecer um determinado elemento químico, fornecendo energia, onde os elétrons da sua camada mais externa (camada de Valência) absorve essa energia passando para um nível mais elevado, isso faz com que esse átomo fica no estado excitado, ao retornar para sua camada, libera energia especifica do átomo e é através desse comprimento onda que podemos ter uma visualização da cor especifica liberada por esse elemento químico.
REFERÊNCIAS
GRACETTO, A. C.; HIOKA, N.; FILHO, O. S. Combustão, chamas e testes de chamas para cátions. Revista Química Nova na Escola, número 23, Maio, 2006.
LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5° Ed. São Paulo: EBL, 1999.
MAHAN, B.M.; MYERS, R. J. Química um curso universitário. Tradução da 4ª edição americana, 1995.
RAMOS, T. Introdução à mecânica dos quanta Parte III. Revista Brasileira de Ensino de Física: 26 (1), 2004.
VOGEL, A. I. Química Analítica Quantitativa. 5° Ed. São Paulo: Mestrejou, 1981.
SÓ FÍSICA. Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Refracaodaluz/cor_e_frequencia.php#fimPag > Acesso em: 25 mar. De 2018.