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Relatório de preparação e caracterização da amônia

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
               Departamento de Química
        Curso de Licenciatura Plena em Química




                AMÔNIA
DEMONSTRAÇÃO: PREPARAÇÃO DA AMÔNIA E SEU
           RECONHECIMENTO




                     RECIFE
                      2011
AMÔNIA
 DEMONSTRAÇÃO: PREPARAÇÃO DA AMÔNIA E SEU
            RECONHECIMENTO




                                   RECIFE
                                    2011
1 – INTRODUÇÃO
       O nitrogênio elementar existe na forma de molécula diatômica, ou
dinitrogênio, cuja ligação tem uma energia de dissociação de 945 KJ mol -1, a
mais alta conhecida após a do monóxido de carbono. Os dois são isoeletônicos
e possuem uma ligação tripla. O caráter inerte do N2 é resultado de fatores
cinéticos, visto que reage bem lentamente com muitos reagentes. A formação
da amônia a partir do H2 e N2 é um exemplo [1].
         A energia livre de formação da amônia é -16,48kJmol-1 a 25°C, e,
portanto a constante de equilíbrio para a reação é 7,7.10 2. Esse valor da
constante é favorável para a síntese, e o NH3 deveria se formar com bom
rendimento na temperatura ambiente se o equilíbrio fosse atingido. Entretanto,
a reação é extremamente lenta, e não se observa formação de amônia quando
o N2 e o H2 são misturados a 25°C [1].
         A amônia é um gás incolor, bastante tóxico, que se dissolve bem na
água. Uma vez em meio aquoso, a amônia forma o hidróxido de amônio
(NH4OH). O NH3 pode ser preparado em laboratório aquecendo-se um sal de
amônio com hidróxido de sódio (NaOH). Na verdade, é um teste comum para
identificação de compostos de NH4+ (amônio) [2].
         A amônia líquida é, de certa forma, semelhante à água líquida. Os sais
se dissolvem em amônia para formar soluções condutoras, porém sua
solubilidade é menor em amônia líquida. Algumas exceções são os sais cujos
cátions formam complexos estáveis com a amônia. Assim, os haletos de prata
que são poucos solúveis em água, dissolvem-se bastante em amônia em
virtude da formação do complexo [Ag(NH3)2]+. A amônia líquida sofre auto-
ionização da mesma forma que a água, porém em muito menor extensão [1].
         Talvez a característica mais marcante da amônia líquida seja sua
habilidade de dissolver metais alcalinos, formando soluções azuladas com alta
condutividade elétrica. A solubilidade dos metais alcalinos varia de 10 a 20 M,
dependendo da temperatura do metal. Em soluções diluídas as principais
espécies dissolvidas podem ser consideradas íons de metais alcalinos e
elétrons confinados, por meio de forças eletrostáticas, no espaço formado
pelos aglomerados de moléculas de solvente. As soluções de metais alcalinos
em amônia líquida são excelentes agentes redutores e tem sido usado com
essa finalidade em preparações de compostos orgânicos e inorgânicos [1].
         Utilizada em compostos de agente refrigerante, na preparação de
fertilizantes como nitrato de amônia, superfosfatos e nitrogenantes que são
soluções de amônia e nitrato de amônia, sais de amônia e uréia. Na indústria
petroquímica a amônia é utilizada como base para neutralizar ácidos
provenientes do óleo cru a fim de proteger da corrosão os equipamentos pelos
quais esse óleo vai passar. Largamente utilizada para a extração de metais
como cobre, níquel e molibdênio de seus respectivos minérios [3].



2 – OBJETIVO
Analisar, através dos experimentos realizados, as características da amônia e
suas propriedades em cada reação demonstrada.
3 – PARTE EXPERIMENTAL

3.1 – Materiais e Reagentes

Materiais                                 Reagentes

      Tubos de ensaio;                          NH4Cl sólido;
      Estante para tubos de ensaio;             Solução de KOH 0,5 molL- ;
      Vidro de relógio;                         Solução de NaOH1molL- ;
      Papel indicador;                          Ácido clorídrico concentrado;
                                                Sulfato de amônio.
      Papel de filtro

3.2 – Método
3.2.1 – ETAPA I
- Pesou-se 0,5g de cloreto de amônio;
- Separou-se dois tubos de ensaio. No primeiro colocou-se 0,5g de cloreto de
amônio e 1mL de KOH 0,5 molL-. Aqueceu-se o tubo lentamente, e procurou
sentir o odor do gás que se desprendeu;
- Em seguida, umedeceu-se um pedaço de papel de filtro com água destilada e
aproximou-se ao tubo que estava aquecendo, cheirando o papel de filtro
cuidadosamente;
- Colocou-se o papel indicador umedecido sobre um vidro de relógio e
sobrepôs ao tubo que estava sendo aquecido. Observou-se e anotou-se;
- Colocou-se ainda sobre o tubo que estava sendo aquecido um pedaço de
papel de filtro umedecido com duas gotas de HCl concentrado. Observou-se e
anotou-se.
3.2.2 – ETAPA II
- No segundo tubo, colocou-se 0,5 gramas de sulfato de amônio e 1mL de
NaOH1molL-;
- Em seguida, umedeceu-se um pedaço de papel de filtro com água destilada e
aproximou-se ao tubo que estava aquecendo, cheirando o papel de filtro
cuidadosamente;
- Colocou-se o papel indicador umedecido sobre um vidro de relógio e
sobrepôs ao tubo que estava sendo aquecido. Observou-se e anotou-se;
- Colocou-se ainda sobre o tubo que estava sendo aquecido um pedaço de
papel de filtro umedecido com duas gotas de HCl concentrado. Observou-se e
anotou-se;
- Em um tubo de ensaio, colocou-se HCl concentrado. Em outro tubo de ensaio
colocou-se NH4OH. Aproximou-se um tubo do outro. Verificou-se o que ocorreu
e anotou-se. Utilizou-se a capela.


4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 – Preparação da amônia e seu reconhecimento

4.1.1 – Etapa I

Nessa parte, colocou-se cloreto de amônio num tubo de ensaio e adicionou-se
1mL de KOH 0,5 molL-. Percebeu-se que o tubo esfriou o que nos leva a dizer
que foi uma reação endotérmica e o gás desprendido tinha um odor amoniacal
forte. Em seguida umedeceu-se um papel de filtro com água destilada e
aproximou-se o tubo em aquecimento, cheirando o papel de filtro (cheiro
característico de amônia) e em seguida com papel indicador, verificou-se o pH
(9 – 10). Segue a reação:

                   NH4Cl(s) + KOH(aq)  KCl(aq) + NH4OH(aq)

Posteriormente, colocou-se um pedaço de papel de filtro umedecido com gotas
de HCl concentrado. Houve a formação de um vapor branco, resultante do
desprendimento do gás amonia (NH3).

                    NH4OH(aq) + HClNH3(g) + HCl + H2O(l)

4.1.2 – Etapa II

      Nessa parte, colocou-se sulfato de amônio num tubo de ensaio e
      adicionou-se 1mL de NaOH 1 molL-. Em seguida umedeceu-se um
      papel de filtro com água destilada e aproximou-se o tubo em
      aquecimento, cheirando o papel de filtro (cheiro característico de
      amônia) e em seguida com papel indicador, verificou-se o pH (9 – 10).
      Segue a reação:


           (NH4)2SO4(s) +2NaOH(aq)  2NH3(g) + Na2SO4(aq) + 2H2O(l)

      Posteriormente, colocou-se um pedaço de papel de filtro umedecido com
      gotas de HCl concentrado. Houve a formação de um vapor branco,
      resultante do desprendimento do gás amônia (NH3).


                             HCl(conc) + NH3(g)  NH4Cl(g)
Em seguida, colocou-se HCl concentrado num tubo de ensaio. Em outro
tubo colocou-se NH4OH e aproximou-se um tubo do outro. Observou-se o
desprendimento de um gás (NH4Cl), segundo a reação:

                          HCl(g) + NH4OH(g)  NH4Cl(g) + H2O(g)

5 – CONCLUSÃO
Portanto, através dos procedimentos adotados e resultados obtidos em
laboratório foi possível analisar o comportamento e algumas reações com
liberação da amônia (NH3), podendo assim ser reconhecido o seu
desprendimento através da indicação do odor característico. A introdução de
bases e ácido diante de sais de amônio (sulfato e cloreto) e seus respectivos
efeitos sobre os mesmos.

6 – BIBLIOGRAFIA
[1] B. M. MAHAN, R. J. MYERS. Química – Um Curso Universitário. Edtora
Edgard Blucher. 1997.
[2] LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5ª edição, São Paulo:
Edgard Blucher, 1999.

[3]      Amônia.   Disponível   em:     http://www.infoescola.com/compostos-
quimicos/amonia/. Acesso em: 21 nov. 2011.


7 – QUESTÕES

1) Mostre as equações de todos os processos químicos envolvidos nasetapas
   procedimentais.
   Etapa 1: NH4Cl + KOH KCl + NH4OH
   NH4OH + HClNH3 + HCl + H2O

      Etapa 2: NH4SO4+ NaOHNaSO4+ NH4OH
      NH4OH + HClNH3 + HCl + H2O

2) Descreva o processo industrial depreparação de amônia

 O primeiro método a utilizado para produção deamônia em escala industrial foi
o método Haber-Bosch, em 1913 na Alemanha. Que utiliza gás de água e gás
de gerador para produzir gás de síntese. Na primeira etapa do processo há
produção de gases: gás de água e de gerador. Numa segunda etapa os gases
da água e de gerador são convertidos em gás de síntese, após a formação do
gás de síntese segue-se para a terceira etapa onde o gás CO e CO 2, formados
na etapa anterior, são absorvidos, visto que eles não são necessários para a
síntese final. Finalmente a última etapa se dá com a formação da amônia após
passagem pelo forno de síntese à 500oC.
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Relatório de preparação e caracterização da amônia

  • 1. UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO Departamento de Química Curso de Licenciatura Plena em Química AMÔNIA DEMONSTRAÇÃO: PREPARAÇÃO DA AMÔNIA E SEU RECONHECIMENTO RECIFE 2011
  • 2. AMÔNIA DEMONSTRAÇÃO: PREPARAÇÃO DA AMÔNIA E SEU RECONHECIMENTO RECIFE 2011 1 – INTRODUÇÃO O nitrogênio elementar existe na forma de molécula diatômica, ou dinitrogênio, cuja ligação tem uma energia de dissociação de 945 KJ mol -1, a mais alta conhecida após a do monóxido de carbono. Os dois são isoeletônicos e possuem uma ligação tripla. O caráter inerte do N2 é resultado de fatores
  • 3. cinéticos, visto que reage bem lentamente com muitos reagentes. A formação da amônia a partir do H2 e N2 é um exemplo [1]. A energia livre de formação da amônia é -16,48kJmol-1 a 25°C, e, portanto a constante de equilíbrio para a reação é 7,7.10 2. Esse valor da constante é favorável para a síntese, e o NH3 deveria se formar com bom rendimento na temperatura ambiente se o equilíbrio fosse atingido. Entretanto, a reação é extremamente lenta, e não se observa formação de amônia quando o N2 e o H2 são misturados a 25°C [1]. A amônia é um gás incolor, bastante tóxico, que se dissolve bem na água. Uma vez em meio aquoso, a amônia forma o hidróxido de amônio (NH4OH). O NH3 pode ser preparado em laboratório aquecendo-se um sal de amônio com hidróxido de sódio (NaOH). Na verdade, é um teste comum para identificação de compostos de NH4+ (amônio) [2]. A amônia líquida é, de certa forma, semelhante à água líquida. Os sais se dissolvem em amônia para formar soluções condutoras, porém sua solubilidade é menor em amônia líquida. Algumas exceções são os sais cujos cátions formam complexos estáveis com a amônia. Assim, os haletos de prata que são poucos solúveis em água, dissolvem-se bastante em amônia em virtude da formação do complexo [Ag(NH3)2]+. A amônia líquida sofre auto- ionização da mesma forma que a água, porém em muito menor extensão [1]. Talvez a característica mais marcante da amônia líquida seja sua habilidade de dissolver metais alcalinos, formando soluções azuladas com alta condutividade elétrica. A solubilidade dos metais alcalinos varia de 10 a 20 M, dependendo da temperatura do metal. Em soluções diluídas as principais espécies dissolvidas podem ser consideradas íons de metais alcalinos e elétrons confinados, por meio de forças eletrostáticas, no espaço formado pelos aglomerados de moléculas de solvente. As soluções de metais alcalinos em amônia líquida são excelentes agentes redutores e tem sido usado com essa finalidade em preparações de compostos orgânicos e inorgânicos [1]. Utilizada em compostos de agente refrigerante, na preparação de fertilizantes como nitrato de amônia, superfosfatos e nitrogenantes que são soluções de amônia e nitrato de amônia, sais de amônia e uréia. Na indústria petroquímica a amônia é utilizada como base para neutralizar ácidos provenientes do óleo cru a fim de proteger da corrosão os equipamentos pelos quais esse óleo vai passar. Largamente utilizada para a extração de metais como cobre, níquel e molibdênio de seus respectivos minérios [3]. 2 – OBJETIVO Analisar, através dos experimentos realizados, as características da amônia e suas propriedades em cada reação demonstrada.
  • 4. 3 – PARTE EXPERIMENTAL 3.1 – Materiais e Reagentes Materiais Reagentes Tubos de ensaio; NH4Cl sólido; Estante para tubos de ensaio; Solução de KOH 0,5 molL- ; Vidro de relógio; Solução de NaOH1molL- ; Papel indicador; Ácido clorídrico concentrado; Sulfato de amônio. Papel de filtro 3.2 – Método 3.2.1 – ETAPA I - Pesou-se 0,5g de cloreto de amônio; - Separou-se dois tubos de ensaio. No primeiro colocou-se 0,5g de cloreto de amônio e 1mL de KOH 0,5 molL-. Aqueceu-se o tubo lentamente, e procurou sentir o odor do gás que se desprendeu; - Em seguida, umedeceu-se um pedaço de papel de filtro com água destilada e aproximou-se ao tubo que estava aquecendo, cheirando o papel de filtro cuidadosamente; - Colocou-se o papel indicador umedecido sobre um vidro de relógio e sobrepôs ao tubo que estava sendo aquecido. Observou-se e anotou-se; - Colocou-se ainda sobre o tubo que estava sendo aquecido um pedaço de papel de filtro umedecido com duas gotas de HCl concentrado. Observou-se e anotou-se. 3.2.2 – ETAPA II - No segundo tubo, colocou-se 0,5 gramas de sulfato de amônio e 1mL de NaOH1molL-; - Em seguida, umedeceu-se um pedaço de papel de filtro com água destilada e aproximou-se ao tubo que estava aquecendo, cheirando o papel de filtro cuidadosamente; - Colocou-se o papel indicador umedecido sobre um vidro de relógio e sobrepôs ao tubo que estava sendo aquecido. Observou-se e anotou-se; - Colocou-se ainda sobre o tubo que estava sendo aquecido um pedaço de papel de filtro umedecido com duas gotas de HCl concentrado. Observou-se e anotou-se;
  • 5. - Em um tubo de ensaio, colocou-se HCl concentrado. Em outro tubo de ensaio colocou-se NH4OH. Aproximou-se um tubo do outro. Verificou-se o que ocorreu e anotou-se. Utilizou-se a capela. 4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 – Preparação da amônia e seu reconhecimento 4.1.1 – Etapa I Nessa parte, colocou-se cloreto de amônio num tubo de ensaio e adicionou-se 1mL de KOH 0,5 molL-. Percebeu-se que o tubo esfriou o que nos leva a dizer que foi uma reação endotérmica e o gás desprendido tinha um odor amoniacal forte. Em seguida umedeceu-se um papel de filtro com água destilada e aproximou-se o tubo em aquecimento, cheirando o papel de filtro (cheiro característico de amônia) e em seguida com papel indicador, verificou-se o pH (9 – 10). Segue a reação: NH4Cl(s) + KOH(aq)  KCl(aq) + NH4OH(aq) Posteriormente, colocou-se um pedaço de papel de filtro umedecido com gotas de HCl concentrado. Houve a formação de um vapor branco, resultante do desprendimento do gás amonia (NH3). NH4OH(aq) + HClNH3(g) + HCl + H2O(l) 4.1.2 – Etapa II Nessa parte, colocou-se sulfato de amônio num tubo de ensaio e adicionou-se 1mL de NaOH 1 molL-. Em seguida umedeceu-se um papel de filtro com água destilada e aproximou-se o tubo em aquecimento, cheirando o papel de filtro (cheiro característico de amônia) e em seguida com papel indicador, verificou-se o pH (9 – 10). Segue a reação: (NH4)2SO4(s) +2NaOH(aq)  2NH3(g) + Na2SO4(aq) + 2H2O(l) Posteriormente, colocou-se um pedaço de papel de filtro umedecido com gotas de HCl concentrado. Houve a formação de um vapor branco, resultante do desprendimento do gás amônia (NH3). HCl(conc) + NH3(g)  NH4Cl(g)
  • 6. Em seguida, colocou-se HCl concentrado num tubo de ensaio. Em outro tubo colocou-se NH4OH e aproximou-se um tubo do outro. Observou-se o desprendimento de um gás (NH4Cl), segundo a reação: HCl(g) + NH4OH(g)  NH4Cl(g) + H2O(g) 5 – CONCLUSÃO Portanto, através dos procedimentos adotados e resultados obtidos em laboratório foi possível analisar o comportamento e algumas reações com liberação da amônia (NH3), podendo assim ser reconhecido o seu desprendimento através da indicação do odor característico. A introdução de bases e ácido diante de sais de amônio (sulfato e cloreto) e seus respectivos efeitos sobre os mesmos. 6 – BIBLIOGRAFIA [1] B. M. MAHAN, R. J. MYERS. Química – Um Curso Universitário. Edtora Edgard Blucher. 1997. [2] LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5ª edição, São Paulo: Edgard Blucher, 1999. [3] Amônia. Disponível em: http://www.infoescola.com/compostos- quimicos/amonia/. Acesso em: 21 nov. 2011. 7 – QUESTÕES 1) Mostre as equações de todos os processos químicos envolvidos nasetapas procedimentais. Etapa 1: NH4Cl + KOH KCl + NH4OH NH4OH + HClNH3 + HCl + H2O Etapa 2: NH4SO4+ NaOHNaSO4+ NH4OH NH4OH + HClNH3 + HCl + H2O 2) Descreva o processo industrial depreparação de amônia O primeiro método a utilizado para produção deamônia em escala industrial foi o método Haber-Bosch, em 1913 na Alemanha. Que utiliza gás de água e gás de gerador para produzir gás de síntese. Na primeira etapa do processo há produção de gases: gás de água e de gerador. Numa segunda etapa os gases da água e de gerador são convertidos em gás de síntese, após a formação do gás de síntese segue-se para a terceira etapa onde o gás CO e CO 2, formados na etapa anterior, são absorvidos, visto que eles não são necessários para a síntese final. Finalmente a última etapa se dá com a formação da amônia após passagem pelo forno de síntese à 500oC.
  • 7. 3) Discuta sobre as propriedades e aplicações do fósforo, arsênio, antimônio e bismuto. Fósforo Propriedades: é um não-metal, pertencente ao grupo 5A, normalmente encontra-se natureza combinado, formando fosfatos inorgânicos. Não é encontrado no estado nativo porque é muito reativo, oxidando-se espontaneamente em contato com o oxigênio do ar atmosférico, emitindo luz (fenômeno da fosforescência). Apresenta diversas variedades alotrópicas e as principais são o branco, o vermelho e o preto. Fósforo comum tem a aparência de um sólido branco e no estado puro se torna incolor. Tem o ponto de fusão de 44,2 ºC, ponto de ebulição 277ºC, três estados de oxidação: +5,+3,-3 e a sua estrutura cristalina é monocíclica. Aplicações: É um elemento importante na composição de aços, bronzes e outras ligas metálicas. Usado em fertilizantes e também na produção de vidros especiais.É um componente importante da estrutura celular, de tecidos nervosos e de ossos. Também é usado em fósforos de segurança, pirotecnia, pastas de dente, detergentes, pesticidas e outros produtos. Arsênio Propriedades: É um semimetal que tem aparência de aço, muito quebradiço e perde cor em contato com o ar. Se aquecido, o óxido produzido tem odor de alho. Arsênio e seus compostos são venenosos. O arsênio apresenta três estados alotrópicos: cinza ou metálico, amarelo e negro. Tem ponto de fusão de 817 ºC, ponto de ebulição de 614 ºC, o fato da temperatura de fusão ser maior que a temperatura de ebulição deve-se ao fato de que estes valores são obtidos sob diferentes pressões. Na pressão normal, o arsênio sublima a 614°C, ou seja, não se funde. Assim, a temperatura de fusão é dada para pressão de 28 atmosferas (evidente que, nesta pressão, a temperatura de ebulição será maior). Assim como o fósforo tem três estados de oxidação: +5+3-3 e sua estrutura geométrica é o romboédrica. Aplicações: Arseniatos de cálcio e de chumbo são usados como inseticidas agrícolas.Tem importante aplicação na indústria eletrônica, como elemento de dopagam de semicondutores.Arsenieto de gálio é usado em lasers. Aditivo em ligas metálicas de chumbo e latão, inseticida (arseniato de chumbo), herbicidas(arsenito de sódio) e venenos. Antimônio Propriedades: Este semimetalna sua forma elementar é um sólido cristalino, fundível, quebradiço, branco prateado que apresenta uma condutividade elétrica e térmica baixa, e evapora em baixas temperaturas. Apresenta quatro formas alotrópicas, ponto de fusão de 631 ºC, ponto de ebulição de 1587 ºC, possui três estados de oxidação: +5+3-3 e sua estrutura geométrica é o romboédrica.
  • 8. Aplicações: Muito usado Em semicondutores para detectores de infravermelho, diodos, dispositivos de efeito Hall. Adicionado ao chumbo, eleva consideravelmente a dureza e resistência mecânica deste.Em baterias, ligas antifricção, pequenas armas, projéteis.Compostos como óxidos, sulfetos, antimoniato de sódio, tricloreto de antimônio são usados em materiais à prova de fogo, pinturas em cerâmicas e vidros. Bismuto Propriedades: É um metal quebradiço, de aspecto branco avermelhado de brilho iridescente. Entre os metais pesados é o único que não é praticamente tóxico. O bismuto se expande em 3,32% na solidificação. No ar, queima com chama azul e fumaça amarela do óxido formado. Com água, sais solúveis de bismuto formam sais básicos insolúveis. É o mais diamagnético de todos os metais, e com a condutividade térmica mais baixa entre todos os elementos, exceto do mercúrio. De todos os metais, é o que menos conduz corrente elétrica. Possui ponto de fusão de 271,3 ºC, ponto de ebulição de 1564 ºC, apenas dois estados de oxidação: +5 e +3 e estrutura cristalina romboédrica. Aplicações: Com metais como estanho e cádmio, formam ligas de baixo ponto de fusão, que são usadas em fusíveis e detectores de chama.Na produção de aços maleáveis e como catalisador para fabricação de fibras de acrílico.Também empregado em termopares e em reatores nucleares.Oxicloreto de bismuto é usado em cosméticos Subnitrato e subcarbonato de bismuto têm aplicações medicinais.