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11 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOLOGIA CURSO: QUÍMICA LICENCIATURA DISCIPLINA: QUÍMICA DOS ESPECTROS INORGÂNICOS Prof. Me. PÉRICLES MENDES NUNES TESTE DE CHAMA Caxias – MA 2011 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO MARANHÃO CENTRO DE ESTUDOS SUPERIORES DE CAXIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA E BIOLOGIA CURSO: QUÍMICA LICENCIATURA DISCIPLINA: QUÍMICA DOS ESPECTROS INORGÂNICOS Prof. Me. PÉRICLES MENDES NUNES TESTE DE CHAMA LAISE NAYRA DOS SANTOS PEREIRA Caxias – MA 2011 SUMÁRIO INTRODUÇÃO--------------------------------------------------------------------------------04 OBJETIVO-------------------------------------------------------------------------------------06 PARTE EXPERIMENTAL------------------------------------------------------------------07 Materiais e Reagentes---------------------------------------------------------------------07 Procedimentos-------------------------------------------------------------------------------07 RESULTADOS E DISCUSSÕES--------------------------------------------------------08 CONCLUSÃO---------------------------------------------------------------------------------10 REFERÊNCIAS-------------------------------------------------------------------------------11 INTRODUÇÃO A existência de métodos analíticos relaciona-se com os fenômenos físicos e químicos. Dentre estes, destaca-se o teste de chama ou prova de chama, que consiste na identificação de elementos químicos, a partir de cátions metálicos em sais puros, baseado no espectro de emissão característico de cada elemento. Antes do trabalho de Bunsen e Kirchhoff (1860), já era de conhecimento que os elementos metálicos sob excitação emitem radiações de comprimento de onda característico, fato que é utilizado nos familiares testes qualitativos de chama para muitos metais alcalinos e alcalino-terrosos. (EWING, 1972). Diversos elementos podem emitir luz quando recebem energia, é o que acontece com o princípio de fogos de artifícios. Esta e outras explicações dos espectros de emissão de átomo são fundamentos das idéias de Niels Bohr (1885-1962), que dentre seus postulados revela: Quando um átomo estiver em estados estacionários, ele não pode emitir luz. No entanto, quando o átomo passar de um estado de alta energia para um estado de menor energia há emissão de um quantum de radiação, cuja energia é igual à diferença de energia entre os dois estados. (MAHAN, 1995, p.274). De forma simplificada, observa-se que quando um elétron recebe energia ele salta para uma órbita mais externa. E a quantidade de pacote de energia absorvida é definida como quantum que é equivalente a diferença energética entre as camadas. E quando um elétron está no estado excitado ele volta para a sua órbita estacionária, ele libera energia na forma de ondas eletromagnéticas de freqüência característica do elemento desse átomo. Bohr então propõe que o átomo só pode perder energia em certas quantidades discretas, e isso sugere que os átomos possuem níveis com energia definida. Essas teorias de Bohr hoje são comprovadas a partir de cálculos e experimentos. Com isso a espectroscopia de emissão mantém um lugar na instrumentação fotoelétrica de leitura direta e na fotometria de chama. Sendo assim, o teste de chama consiste quando certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico, cujo elétron da sua última camada de valência absorve esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado, esse por sua vez, quando retorna ao estado fundamental libera a energia recebida em forma de radiação, que é observado no espectro visível. Haja vista que os olhos humanos detectam as diferentes cores devido às diferentes freqüências da luz, pois no olho humano existem células em que seus átomos, que as compõem absorvem os fótons e transmitem um sinal elétrico ao cérebro, mas, apenas são absorvidos os fótons quem têm freqüência e energia numa determinada faixa de valores que são chamadas de luz visível, ou simplesmente luz. Esta faixa do espectro situa-se entre a radiação infravermelha e a ultravioleta. Para cada freqüência da luz visível é associada uma cor. Na realidade somente uma porção de freqüência de onda são detectada pela retina humana e as ondas com essas freqüências possuem comprimentos de onda entre 400 e 700 nanômetros. O teste de chama fornece apenas dados qualitativos, sobre a promoção dos elementos na amostra. A temperatura da chama do bico de Bunsen é suficiente para excitar uma quantidade de elétrons de certos elementos que emitem luz ao retornarem ao estado fundamental de cor e intensidade. O teste de chama apresenta inúmeras vantagens como; fácil manuseio, porém, a quantidade de elementos detectáveis é pequena e existe uma dificuldade em detectar concentrações baixas de alguns elementos, enquanto que outros produzem cores muito fortes que tendem a mascarar sinais mais fracos. Dessa forma é possível identificar alguns elementos através das cores emitidas por eles quando aquecidos numa chama. OBJETIVO Identificar os elementos químicos presentes nos sais das amostras; Utilizar as técnicas de análise por via seca e via úmida para identificar os reagentes tanto no estado sólido como estado líquido. PARTE EXPERIMENTAL Materiais e Reagentes Reagentes Materiais Cloreto de sódio – NaCl Bico de Bunsen Cloreto de potássio – KCl Placas de Petri Cloreto de bário – BaCl2 Alça de platina Nitrato de chumbo (II) – Pb(NO3)2 Béqueres Sulfato de cobre (II) – CuSO4 Fósforo Cloreto de cálcio – CaCl2 Espátulas Cloreto de magnésio – MgCl2 Pinça de madeira Dicromato de potássio – K2Cr2O7 Solução concentrada de HCl Sulfato de sódio – Na2SO4 Cloreto de estrôncio – SrCl2 Mistura de cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KCl) Procedimentos Iniciou-se com todos os materiais e reagentes necessários para a realização dessa prática de laboratório, utilizando as normas de seguranças, limpeza das vidrarias e os padrões qualitativos a serem dotados. Colocou-se uma pequena porção de cada um dos sais numa placa de Petri, devidamente identificada. Logo em seguida, aqueceu-se o fio metálico na parte superior da chama do bico de Bunsen, com auxílio da pinça de madeira. Observando-se a coloração da chama. Assim sendo, o fio metálico ficou imerso na solução de ácido clorídrico (HCl), e levou-se novamente à chama. E surgindo a necessidade, repetiu-se o procedimento até não haver coloração. Depois da limpeza do fio de platina, mergulhou numa das placas de Petri, aderindo à substância ao fio. Levou-se a chama, observou e registrou a cor apresentada. Dando continuidade, repetiu-se o procedimento com os demais reagentes e comparando-se as cores obtidas com a tabela de referência. RESULTADOS E DISCUSSÕES Podemos com essa prática verificar que houve diversas colorações, devido à propriedade de certos íons que seus elétrons devolvem a energia absorvida na chama da luz visível, cujo comprimento de onda corresponde a uma determinada cor. Conforme mostrada a tabela 1, abaixo: COLORAÇÕES DA AMOSTRA POR VIA SECA AMOSTRA COR DA CHAMA OBSERVAÇÕES Cloreto de estrôncio Vermelho - Cloreto de potássio Alaranjado * * A coloração era para ser lilás, conforme as cores dos elementos no teste de chama. Cloreto de bário Verde - Nitrato de chumbo (II) Azul - Sulfato de cobre (II) Verde - Cloreto de cálcio Vermelho - Cloreto de magnésio Azul - Dicromato de potássio Violeta Presença de faíscas Sulfato de sódio Amarelo Coloração intensa Mistura de cloretos de sódio e potássio Amarelo Cloreto de sódio Amarelo Tabela1: Colorações das amostras por via seca. Observou-se que para alguns elementos havia presença de fagulhas e ouviam-se estalidos, como por exemplo, o dicromato de potássio. Essas cores se devem aos cátions metálicos em sais puros, pois os ânions não interferem no teste de chama. Convém lembrar que, a cada experimento com as amostras, fazia-se a limpeza adequada no fio de platina com a solução concentrada de ácido clorídrico na chama. Com a finalidade de não haver interferência na coloração, conseqüentemente, não ocorrer a mudança de cor causada por impurezas. Além dessas amostras em estudos, trabalhou-se também com outras substâncias na análise de chama por via úmida, conforme mostrada na tabela 2, abaixo: COLORAÇÕES DAS AMOSTRAS POR VIA ÚMIDA AMOSTRA COR DA CHAMA OBSERVAÇÕES Acetato de zinco Verde turquesa - Tartarato de potássio e sódio Laranja - Cloreto de bário Verde - terra do solo Laranja Presença de fagulhas Solução-problema 1 Verde A solução se apresentava com coloração azul, que indica a presença de íons de cobre (Cu2+). Solução-problema 2 Violeta A solução se apresentava com precipitação e coloração branca. Que provavelmente indica os íons de lítio (Li+). Tabela 2: Colorações das amostras por via úmida. A experimentação utilizando terra serviu-se a fim de mostrar também, o estudo da composição do solo, que se evidenciou na coloração alaranjada, tal motivo explica a presença de sais de sódio e ferro. Os resultados mencionados são a comprovação de que é possível identificar a presença de alguns metais em substâncias desconhecidas com um experimento simples, como o do Teste da Chama. CONCLUSÃO Conforme os resultados e discussões obtidos na prática Teste de Chama, conclui-se que nesta técnica cada sal possui uma coloração característica, devido à disposição dos elétrons nas camadas de energia. E quando um sal recebe uma quantidade bem definida de energia os elétrons tendem a saltar para uma camada mais externa, assim quando perde energia os elétrons voltam para sua camada original emitindo desta forma uma luz característica de cada cátion. Portanto, a cor de cada elemento depende dos íons existentes na composição das substâncias utilizadas ou formadas na combustão com outros elementos. Assim, pode-se identificar um determinado íon, em uma solução pela cor que a chama proporciona na presença de uma amostra. Convém ressaltar que, houve divergência apenas na coloração do cloreto de potássio, por via seca, que durante o ensaio apresentou tonalidade alaranjados. Esse desacordo pode ser dado pelo fato dos reagentes conterem impurezas, pela contaminação do fio de platina. A teoria da prática foi comprovada no experimento, por meio da observação das cores e também prova de que os postulados de Bohr, descritos na introdução, estavam corretos, pois se cada elemento metálico libera energia num comprimento de onda definido então os elétrons do átomo giram em níveis de energia definidas ao redor do núcleo. REFERÊNCIAS EWING, Galen W. Métodos instrumentais de análise química. Tradução por Aurora Giora Albanese e Joaquim Teodoro de Souza Campos – São Paulo: Edgard Blücher LTDA, 1972. Vol. I DE PAULA, Jéssica S; JÚNIOR Jorge I. F. Relatório Teste de Chama. Barretos, SP, 2010. Disponível em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABLikAC/relatorio-teste-chama. Acesso em: 19 set. 2011. MAHAN, Bruce M; MYERS, Rollie J. Química: um curso universitário. Tradução por Koiti Araki e Flávio Massao Matsumoto. 4° Ed. São Paulo: Edgard Blücher LTDA, 1995. TESTE DE CHAMA. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Teste_da_chama. Acesso em 19 set. 2011.