EXPERIMENTO: ANÁLISE QUALITATIVA POR VIA SECA

OBJETIVO

Relacionar a cor da chama obtida pelo aquecimento de sais com as mudanças de nível energético de elétrons do átomo.

INTRODUÇÃO

Como resultado da baixa energia de ionização de certas espécies, quando estas são irradiadas com energia sob a forma de calor, luz, etc, a energia luminosa absorvida pode, por exemplo, ser suficientemente elevada para fazer com que o átomo perca um elétron. Este é, então, denominado fotoelétron e explica o uso do césio (Cs) e do potássio (K) como cátodos em células fotoelétricas. Cada uma das células contém um par de eletrodos de cargas opostas e um bulbo ou cela evacuado. O eletrodo negativo é pintado com césio ou uma liga de césio e emite elétrons para uma região entre os eletrodos, quando é atingido pela luz. Esses elétrons completam o circuito e permitem a passagem de corrente através de um circuito externo. Essa corrente pode ser aproveitada para abrir portas, tocar campainhas, etc.

Os elétrons também podem ser facilmente excitados para um nível de energia superior, por exemplo, no experimento de Análise de Chama ou Teste de Chama. Neste experimento, uma amostra do sal do metal é aquecida na chama oxidante do bico de Bunsen, com o auxílio de um fio metálico que não interfere no procedimento. Nessa situação, o elétron externo da espécie de baixa energia de ionização no seu estado fundamental, é elevado para um nível de energia mais alto pelo calor da chama e se encontra agora, no seu estado excitado. Quando esse elétron retorna ao nível energético mais baixo, libera a energia absorvida sob a forma de radiação eletromagnética.

Figura 1: Ilustração da transição eletrônica.

Somente para alguns metais a energia é emitida sob a forma de luz visível, ou seja, dentro da região visível do espectro eletromagnético (Figura 2), provocando o aparecimento de cores características na chama, coloração esta específica para cada elemento.

Figura 2: Espectro eletromagnético.

Na realidade, a cor é decorrente das transições eletrônicas em espécies de vida curta que se formam momentaneamente na chama, que é rica em elétrons. No caso do metal sódio (Na), os íons são temporariamente reduzidos a seus átomos.

Na+ + e NaA cor amarela do sódio (na realidade um dubleto com máximos em 589,0 nm e

589,2 nm) decorre da transição eletrônica 3s1 3p1, num átomo de sódio formado na chama. As cores características da chama para os diferentes elementos não se devem todas a mesma transição, ou à mesma espécie. Assim, a cor vermelha do lítio (Li) se deve à espécie transiente hidróxido de lítio (LiOH) formada na chama. A Tabela 1 abaixo apresenta alguns exemplos:

Tabela 1 – Cores da chama e comprimentos de onda:Espécie Cor Comprimento de onda (nm)

Lítio (Li) Vermelho-carmim 670,8Sódio (Na) Amarelo 589,2Potássio (K) Violeta 766,5Rubídio (Rb) Vermelho-violeta 780,0Césio (Cs) azul 455,5

Desenvolvimento experimental:

- Materiais e reagentes: vidro de relógio, bastão de vidro com fio metálico preso numa das extremidades ou fio metálico e pinça de madeira, bico de Bunsen, sais de alguns metais e água destilada.

- Procedimento experimental:1- Acender o bico de Bunsen. Observar a cor da chama (azul clara, quase transparente).

Figura 3: Esquema do bico de Bunsen: (1) tubo; (2) base; (3) anel de regulagem do ar primário (ou janela); (4) mangueira do gás; (a) zona oxidante; (b) zona redutora; (c) zona de gases ainda não queimados.

OBS: a zona oxidante apresenta cor violeta-pálido, quase invisível, e nela os gases sofrem combustão completa. Na zona redutora, que é a região mais luminosa, ocorre a combustão incompleta dos gases. Na zona neutra, encontram-se os gases ainda não queimados.

2- Aquecer ao rubro a extremidade do fio metálico que não está presa ao bastão de vidro.3- Esperar o resfriamento do fio metálico, umedecer esta extremidade em água destilada e, em seguida, aderir alguns cristais do sal.4- Levar a ponta do bastão contendo o sal à chama oxidante do bico de Bunsen.5- Observar a cor da chama e anotar as modificações na mesma.6- Repetir os itens 2 a 5 com os demais sais. Não misture os bastões e fios metálicos.

Questões para discussão:

1- Ao acionar a chama do bico de Bunsen pode se obter chama característica de combustão completa ou incompleta. Especifique as características de cada tipo de combustão (quantidade de comburente, cor da chama, produtos da combustão).

2- Em que se fundamenta o Teste de Chama ou Análise de Chama?

3- O Teste de Chama pode ser aplicado a todos os metais? Explique.

4- A cor observada na chama do bico de Bunsen é característica do cátion, do ânion ou do composto (sal)?

5- Que tipo de energia é fornecida ao composto? Explique o que acontece com o elétron ao receber esta energia?

6- Que tipo de energia é liberada? Explique o que acontece com o elétron ao liberar esta energia? Especifique sua observação para cada espécie testada.

Glossário:Cátodo: numa célula eletroquímica, é o eletrodo no qual ocorre a redução.Célula eletroquímica: sistema formado por dois eletrodos em contato com um eletrólito.Células fotoelétricas: transformam energia luminosa em energia elétrica. (ex: células solares).Eletrodo: condutor metálico que entra em contato com um eletrólito em uma célula eletroquímica.Eletrólito: substância que se dissolve para formar uma solução que conduz eletricidade.Energia de ionização: energia necessária para remover um elétron de um átomo gasoso, isolado e no estado fundamental (ou, algumas vezes, de um íon).Estado excitado: estado no qual elétrons do átomo ganham energia e são elevados a um nível de energia maior.Estado fundamental: estado no qual todos os elétrons do átomo estão nos níveis mais baixos de energia que lhe são disponíveis.Redução: ganho de elétrons por uma substância ou espécie durante uma reação.