RELATORIO1

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃOCAMPUS SÃO LUIS - MONTE CASTELODESU – DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIORDAQ – DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICACURSO DE LICENCIATURA PLENA EM QUÍMICA

QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL

EXPERIMENTO I

OBTENÇÃO DE HIDROGÊNIO

REALIZADO EM 26 DE AGOSTO DE 2010

PROFESSORA: Hilton

ALUNO: Francisco Flávio P. de Sousa

CÓDIGO: LQ0921018-21

São Luis - MA2010


1. OBJETIVOS

Obtenção de hidrogênio a partir de ácidos e bases com metais;E diferenciação do hidrogênio atômico “nascente”, H+, e o H2.


2. INTRODUÇÃO

O hidrogênio é o elemento químico mais simples que há. Ele é formado por apenas um próton e um elétron. Seu número atômico é 1, sua massa molar é igual as 1,008 g/mol e seu símbolo é "H". Ele é um elemento que não possui "local definido" na tabela periódica. Geralmente, ele é colocado acima dos metais alcalinos, no primeiro grupo de classificação, na chamada família I A. Isso é feito pela sua configuração eletrônica terminal ns1, característica dos elementos desta família. Outros acreditam que a posição real do hidrogênio é acima dos halogênios, na família VII A, grupo 17 da tabela periódica, ao lado do hélio.

O hidrogenio é o elemento mais abundante do universo. Segundo algumas estimativas, o universo é constituido por 92% de hidrogenio e 7% de hélio, de modo que todos os demais elementos juntos representam apenas 1%. Contudo, a quantidade de H2 na atmosfera terrestre é muito pequena, pois o campo gravitacional da Terra é pequeno demais para reter um elemento tão leve. Contudo, um pouco de H2 é encontrado nos gases vulcânicos. Em contrapartida, o hidrogenio é o décimo elemento mais abundante na crosta terrestre. Também é encontrado em grandes quatidades nas águas dos oceanos.O hidrogênio pode ser obtido por diversos métodos:

Eletrólise da água; atualmente se investiga a fotólise da água. Reação de hidrocarbonetos com vapor de água. Ataque a metais com hidróxido de sódio, potássio. Ataque a metais (Zn e Al) com ácidos sulfúrico ou clorídrico.

Pesquisadores investigam outros métodos para a obtenção do hidrogênio, como a intervenção de algas verdes.

Obtenção e aplicações:Em pequenas quantidades, o hidrogênio é normalmente produzido pela

ação do zinco sobre o ácido sulfúrico. Entre outros processos de produção industrial, cite-se a ação do vapor ou do oxigênio sobre hidrocarbonetos como o metano.

Atualmente, sua principal aplicação é na síntese do amoníaco e do metanol e na dessulfurização de derivados de petróleo. Outra aplicação importante é na hidrogenização de substâncias orgânicas para produção de solventes, produtos químicos industriais e alimentos como margarina e gordura vegetal. Em outros campos da indústria química e metalúrgica, emprega-se também o hidrogênio na fase de redução para metal.

Em outro contexto, a explosão de uma bomba de hidrogênio, também chamada termonuclear, é causada pela colisão e fusão de núcleos leves de hidrogênio, deutério e trício.


3. MATERIAL E REAGENTES UTILIZADOS

3.1 MATERIAISTubos de ensaio;2 suportes universais;Pipeta graduada de 10 mL;Garra de madeira;Rolhas furadas;Espátula;Mangueira de borracha;Tubos de vidro para saída de gás.

3.2 REAGENTESSolução de (NaOH) 2 mol/L;Solução de (H2SO4) 2 mol/L;Al (granulado);Solução de KMnO4;Mg (pó).


4. TÉCNICA EMPREGADA

4.1 Preparo da solução de NaOH 2 mol/L:

1 mol/L NaOH ( Na=23; H=1; O=16 NaOH = 40g)

1 mol NaOH ------------ 40 g -------------- 1000 mL H2O2 mol/L NaOH ---------x.0,97 -------------- 50 mL H2O (0,97 é o índice de pureza do NaOH)

x = 2 mol.40 g.50 mL 1 mol.0,97.1000 mL

x = 4,1237 g de NaOH (esta foi a massa de NaOH usada na solução).

4.2 Preparo da solução de (H2SO4) 2 mol/L:

1 mol/L (H2SO4) ( S=32; H=1; O=16 (H2SO4) = 98g)

1 mol (H2SO4) ------------ 98 g -------------- 1000 mL H2O2 mol/L (H2SO4) --------- x.0,965 ---------- 50 mL H2O (0,965 é o índice de pureza do (H2SO4)).

x = 2 mol.98 g.50 mL 1 mol.0,965.1000 mL

x = 10,1554 g de (H2SO4) (esta foi a massa de (H2SO4) usada na solução).

1,84 g de (H2SO4) -------------1 mL10,1554 g de (H2SO4) --------x

x = 10,1554 g 1,84 g

x = 5,5192 mL de (H2SO4) (este foi o volume de (H2SO4) usado na solução).

4.3 Procedimento experimental para obtenção de hidrogênio a partir de ácidos com metais:

Pesou-se uma pequena quantidade de Mg granulado com o auxíliuo de uma espátula e colocou-se em um tubo de ensaio. Em seguida, adicionou-se a este 4 mL da solução de (H2SO4) 2 mol/L e tampou-se com uma rolha que continha um tubo de vidro. Imediatamente colocou-se outro tubo de ensaio sobre o que continha a mistura para colher o gás obtido. Após alguns instantes retirou-se o tubo superior e na mesma posição, porém afastado da mistura, aproximou-se um fósforo aceso da abertura do mesmo para constatar a presença de hidrogênio através da combustão do mesmo.


4.4 Procedimento experimental para obtenção de hidrogênio a partir de bases com metais:

Pesou-se uma pequena quantidade de Al em aparas com o auxíliuo de uma espátula e colocou-se em um tubo de ensaio. Em seguida, adicionou-se a este 4 mL da solução de NaOH 2 mol/L e tampou-se com uma rolha que continha uma mangueira de borracha conectada a outro tubo de ensaio. Este segundo tubo de ensaio continha 3 mL de uma mistura da solução de (H2SO4) 2 mol/L com solução diluída de permanganato de potássio. Onde após alguns instantes pode-se constatar a formação de bolhas, o que caracterizou a presença de hidrogênio produzido no interior do primeiro tubo.

4.5 Procedimento experimental para diferenciação do hidrogênio atômico “nascente”, H+, e o H2:

Transferiu-se 9 mL da solução de H2SO4 2 mol/L para um tubo de ensaio e em seguida adicionou-se 5 gotas de solução diluída de KMnO4. Após agitar-se a mistura, ela foi dividida em partes iguais em 03 tubos de ensaio. No primeiro adicionou-se Mg á mistura, que reagiu exotermicamente tornando a solução, que tinha tom avermelhado, incolor. No segundo fez-se borbulhar o gás hidrogênio produzido na etapa II. E o terceiro ficou como amostra padrão.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES:

5.1 Resultado do item 4.3:

Ao adicionar ácido sulfúrico ao tubo contendo o magnésio granulado, observa-se uma efervescência causando grande liberação de bolhas, formadas por hidrogênio gasoso, H2. Isto ocorre porque o magnésio, sendo um metal mais reativo do que o hidrogênio, é capaz de deslocá-lo do ácido e ocupar o seu lugar, no qual o metal é o cátion. Assim, o magnésio é oxidado, sendo o agente redutor, enquanto o hidrogênio é reduzido, sendo o agente oxidante. A reação pode ser representada pela equação:

H2SO4(aq) + Mg(s) → H2(g) + MgSO4(aq).

A liberação de gás hidrogênio é comprovada através da sua combustão. Ao recolher-se o gás liberado durante a reação entre o magnésio e o ácido sulfúrico, e, logo após, expor o conteúdo do tubo à chama, ouve-se um estampido (o grito do hidrogênio), indicando que houve a reação de combustão do hidrogênio, comprovando ser, de fato, hidrogênio o gás liberado na reação entre o metal e o ácido.



Quando se adiciona hidróxido de sódio ao alumínio em pó contido no tubo de ensaio, há grande efervescência. Esta efervescência é caracterizada pela liberação de gás, que, neste caso, também é o hidrogênio, o que pode ser comprovado pela combustão do gás na chama. A equação da reação entre o metal e a base é:

2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6 H2O(l) → 3 H2(g) + 2 Na[Al(OH)4]

Para comprovar a natureza do gás liberado nesta reação, recolheu-se o gás em um tubo de ensaio, e o tubo foi exposto à chama, ouvindo-se novamente o estampido (o grito do hidrogênio) característico da combustão do gás hidrogênio com o oxigênio presente no ar, comprovando a liberação de hidrogênio gasoso durante a reação.

Na reação do metal com a base, também há uma reação de oxirredução, onde o alumínio é oxidado, e é o agente redutor, e o hidrogênio é reduzido, sendo o agente oxidante.

O gás produzido nesta reação foi utilizado também no item 4.5.


No primeiro tubo foi observado que houve uma grande efervescência e também alteração na coloração, isto ocorreu devido o magnésio ter reagido com o ácido sulfúrico, “cedendo” seus elétrons para o enxofre. Formando-se assim o sulfeto de magnésio. O hidrogênio livro do ácido combina-se na molécula de gás hidrogênio, saindo do tubo. Tem-se então o magnésio deslocando o hidrogênio do ácido, formando dele outra substância simples, o gás hidrogênio (reação de simples troca). Conforme reação a seguir:

H2SO4 + KMnO4 + Mg = H2 + KSO4 + MgMnO4

A alteração da cor se deu devido á presença do permanganato de potássio (coloração avermelhada) que ao reagir com o acido sulfúrico e com o magnésio sofre redução e a coloração depende da carga do Mn, ou seja, quando ele se oxida possui uma coloração e nas sucessivas diminuições de carga a coloração também vai mudando.

No segundo tubo foi observado que houve a formação de pequenas bolhas, que evidenciam a presença do gás hidrogênio, H2, produzido na reação entre o Al e a base.

No terceiro tubo nada ocorreu, pois este era apenas para servir de base para as observações posteriores ás reações dos outros dois tubos.


6. CONCLUSÃO

Após a realização deste experimento concluiu-se que a produção de hidrogênio pode ser obtida através de vários métodos, uns de baixo custo e outros de custo relativamente alto. E que o hidrogênio inflama-se facilmente, liberando uma grande quantidade de energia. Conclui-se também que, em condições determinadas o hidrogênio pode atuar como agente redutor, levando á formação de metais a partir de reações de oxirredução com os compostos do respectivo metal.

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REFERÊNCIAS

LEE, J. D. Química Inorgânica, não tão concisa. Tradução da 5ª edição inglesa/ TOMA, Henrique E. et all. – São Paulo: Edgard Blücher, 1999;

ATKINS, P.W.; SHRIVER, D.F. Química Inorgânica; tradução da 3ª edição inglesa/B. Gomes Maria Aparecida, Faria Roberto De Barros: Bookman, 2003.

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