Síntese De Oxigênio

INTRODUÇÃO

A finalidade dessa prática de laboratório é sintetizar gás oxigênio (O2) e estudar suas propriedades, como massa, volume e densidade.

O estudo dos gases torna-se evidentemente mais fácil do que estudar as demais fases da natureza (sólido e líquido), pois não existe interação entre as moléculas do composto. Ou seja, as moléculas ou átomos estão em livre movimento de rotação, translação ou vibração, essa ausência de forças intermoleculares é fundamental para o estudo de suas propriedades físico – químicas. Existe uma relação entre massa e volume, por exemplo o quociente entre a massa e o volume é igual a densidade do composto:

Densidade = "m" /"V" •; O símbolo de densidade é ρ. SI kg/m³. Analisando a fórmula, pode-se dizer que quanto maior a massa, mais denso (“pesado”) é o gás.

O volume específico é o inverso da massa específica de uma substância , ou seja, a razão entre o volume ocupado por um gás e sua massa:

Volume específico = "V" /"m" ; O símbolo de volume específico é ^V. SI dm³/ Kg

Existem duas relações importantes entre massa (m), quantidade de matéria (n) e volume (^V ou ¯V):

O número de entidades elementares contidas em 1 mol correspondem à constante de Avogadro, cujo valor é 6,02 x 1023 mol-1. A massa molar se relaciona com número de mols que é dado pela constante de Avogadro. Por exemplo: Massa molecular do H2S = 1 * 2 + 32,1 = 34,1 unidade de massa atômica. Massa molar (M) = 34,1 g/mol. Isto quer dizer que em 34,1 g/mol de gás Sulfídrico temos 6,02 x 1023 moléculas, ou 1 mol de moléculas de gás Sulfídrico. Matematicamente:

Massa Molar = "m" /"n" ; A letra M representa a massa molar. SI g/mol

Volume molar é volume ocupado por um mol de qualquer gás, a uma determinada pressão e temperatura:

Volume molar = "V" /"n" ; O símbolo ¯V é usado para representar o volume molar. SI dm³/mol.

Algumas peculiaridades dos gases podem ser estudadas através de relações entre sua massa, volume, quantidade de matéria, pressão e temperatura. A equação que une todas essas variáveis é chamada de equação de estado e é expressa a seguir:

pV = nRT,

Onde p = pressão exercida pelo gás; V = volume ocupado pelo gás; n = quantidade de gás; R = constante = 8,31447 J mol-1 K-1; T = temperatura em Kelvin. A constante R pode alterar de acordo com a unidade que se está trabalhando, p.e 8,31447×10-2 bar dm³ K-1 mol-1. A variação do volume varia de acordo com sua pressão: V = "nRT" /p , quanto maior a pressão menor é o volume ocupado por um gás e quanto maior o volume menor é a pressão provocada por esse gás (processo isotérmico e quantidade fixa de gás).

Nesse experimento, deve-se calcular a densidade do gás oxigênio obtido a partir da reação de H2O2 (peróxido de hidrogênio) com MnO2 (dióxido de manganês). É necessário calcular a massa do ar descolado, pois a densidade da literatura do gás de oxigênio é definida em determinada pressão e temperatura. Em laboratório qualquer medição de massa tem que ser feita levando em conta esses fatores para que não haja erros grosseiros. A massa do ar deslocado é dada pela Tabela 03, com temperatura a 30 ºC e calculando a pressão de Alfenas a determinada altitude.

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram usados no experimento os seguintes materiais: Óxido de manganês (MnO2); Sistema para medir volume (SM) – consiste em uma bacia e o Sistema coletor de gás (SC) (plástico adaptado); Peróxido de hidrogênio (H2O2) 10% V/V; Sistema gerador de gás (SG) – consiste em um frasco alimentador (A), um Reator (R) – béquer e um frasco secador (FS); Proveta ou Balão volumétrico de 1L; Pedaço de mangueira; Proveta de 1000mL; Sistema de coleta de gás(SC) – formado por um saco plástico; Balança de precisão. Abaixo é representado um esquema da parte inicial do experimento.

Figura 1: Representa as etapas de síntese, secagem e coleta do gás O2.

Para gerar o gás o O2, após verificar se o Sistema Gerador e Coletor não apresentavam vazamento, mediu-se a massa do Sistema Coletor, vazio e com a tampa. Foi então colocado o MnO2 no reator (kitassato) que ficou sobre a base do suporte universal e aproximadamente 20 ml de H2O2 130V no Sistema de Adição (funil de separação com uma rolha na parte inferior) que foi apoiado no suporte universal encaixando-se no kitassato. A reação foi iniciada lentamente, e o reator foi sendo alimentado, podendo ser observado a produção do gás, esperou-se alguns minutos com intuito do oxigênio saturasse todo o Sistema gerador e a secagem do gás. Por fim, conectou-se o sistema coletor ao sistema gerador. A reação produzida pode ser representada por:

H2O2 + MnO2 ↔ O2 + H2O + Mn⁺⁴

O reator foi alimentado novamente, coletou-se o ar liberado através do Sistema Coletor, quando o plástico ficou completamente cheio foi desconectado e a tampa foi recolocada rapidamente e mediu-se a nova massa. Terminou-se a alimentação do reator. Depois de realizado a coleta do gás, o seguinte experimento foi realizado para medir o volume do gás:

Adicionou-se água ao SM e mediu-se a capacidade total do balão volumétrico de 1L, ou seja, o volume suportado por ele. Com o SC cheio de ar é ligado por meio de uma mangueira ao SM já preenchido com água. O plástico foi apertado suavemente para transferir todo o gás ao SM.

Tampou-se a saída do SM tirando-o da água e o colocando em pé, em cima da bancada, mediu-se o volume de água que sobrou no frasco, obteve-se por diferença o volume de gás coletado. Através do esquema apresentado abaixo, pode-se observar o experimento:

Figura 2: Esquema montado para medir-se o volume de gás O2 coletado. (a) Representa um balão volumétrico de 1L, que foi totalmente preenchido com água e teve seu volume total anotado. (b) Colocou-se o balão em contato com a água da bacia, e conectou-se o SC, fazendo com quem o gás subisse, deslocando a água do balão.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Tabela 01: Medida da massa do sistema coletor em balança analítica.

Massa