Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12
10Identificar substâncias
Um bilhete amassado, escrito com caneta hidrográfica preta, é encontrado no local de um pequeno mistério, e três canetas hidrográficas são encontradas em três mochilas diferentes. A olho nu, as três tintas têm o mesmo preto. Um químico forense só precisa de uma tira de papel, de um pouco de água e de meia hora para dizer que caneta escreveu o bilhete. Os químicos identificam as substâncias não pelo aspecto delas, mas pelo seu comportamento num teste escolhido para elas.
O que você já sabe
Uma espécie química é um tipo determinado de substância; uma substância pura contém uma única espécie, uma mistura contém várias (Capítulo 8). Algumas substâncias se dissolvem bem num solvente, outras pouco ou nada: cada uma tem a sua própria solubilidade (Capítulo 9).
10.1 O que é um teste característico
Definição 10.1 (Teste característico e reagente)
Um teste característico de uma espécie química é um experimento simples que dá um resultado visível com essa espécie, e não com as outras encontradas na mesma situação. Ele usa uma substância escolhida para esse fim, o reagente.
Método 10.2 (Fazer um teste característico)
- Pegue uma pequena amostra da substância a ser testada.
- Acrescente o reagente, ou ponha-o em contato com a amostra, como o teste indica.
- Observe: uma mudança de cor, uma turvação, uma chama, um som.
- Conclua: o teste é positivo se o resultado esperado aparece, negativo se ele não aparece.
- Faça o mesmo teste numa amostra que sabidamente não contém a espécie (um branco): ele tem de continuar negativo; senão, o resultado não prova nada.
10.2 Quatro testes clássicos
Proposição 10.3 (O dióxido de carbono turva a água de cal)
A água de cal é uma solução límpida e incolor. Quando se borbulha dióxido de carbono nela, ela fica leitosa, de um branco turvo. O ar expirado através de um canudo turva a água de cal; o ar fresco bombeado através dela quase não a turva.
Proposição 10.4 (A água deixa azul o sulfato de cobre anidro)
O sulfato de cobre anidro é um pó branco. Uma gota de água o deixa azul na hora. O teste mostra que há água, num líquido ou num sólido úmido — e não que o líquido é água pura.
Segurança
Sulfato de cobre: nocivo se ingerido e irritante para a pele (GHS07); pode causar lesões graves nos olhos (GHS05); muito tóxico para os organismos aquáticos, com efeitos duradouros (GHS09). Óculos de proteção e luvas; os resíduos são recolhidos, nunca jogados na pia.
Proposição 10.5 (O oxigênio reacende uma tala em brasa)
Uma tala de madeira é acesa e depois apagada com um sopro, de modo que só fica uma brasa vermelha. Introduzida num tubo de ensaio com oxigênio, a tala em brasa volta a pegar fogo.
Proposição 10.6 (O hidrogênio queima com um estalo agudo)
Uma tala acesa segurada na boca de um pequeno tubo de ensaio com hidrogênio produz um “pop” curto e agudo: o hidrogênio queima na hora com o oxigênio do ar.
Segurança
Hidrogênio: gás extremamente inflamável (GHS02), guardado sob pressão em cilindros (GHS04). O teste do estalo é feito com poucos mililitros apenas, pelo professor.
10.3 A cromatografia em papel
Definição 10.7 (Cromatografia em papel e cromatograma)
A cromatografia em papel separa os corantes de uma mistura. Uma pequena mancha da mistura é posta sobre uma linha traçada perto da base de uma tira de papel; a base da tira mergulha num solvente, que sobe devagar pelo papel e leva cada corante consigo, uns mais depressa que outros. Quando o solvente subiu quase até o alto, a tira é retirada e secada: ela é o cromatograma.
Método 10.8 (Ler um cromatograma)
- Conte as manchas acima de cada ponto de partida: uma mancha, um corante; duas manchas ou mais, uma mistura de corantes.
- Compare as alturas: no mesmo cromatograma, um corante sobe sempre até a mesma altura. Uma mancha na mesma altura que um corante conhecido provavelmente é esse corante.
- Use uma linha a lápis, nunca a tinta: a própria tinta seria separada pelo solvente.
Exemplo 10.9 (Os corantes das balas)
As coberturas coloridas de algumas balas são raspadas num pouco de água e aplicadas em manchas numa tira, ao lado de manchas dos corantes alimentares permitidos em doces. O cromatograma mostra que a cobertura verde contém um corante amarelo e um corante azul, os dois presentes entre os corantes permitidos.
10.4 Ler uma tabela de testes
Proposição 10.10 (Uma tabela de testes característicos)
Os químicos reúnem os testes que usam numa tabela, uma tabela de testes, que se lê da esquerda para a direita:
| espécie procurada | reagente ou teste | resultado positivo | |
|---|---|---|---|
| dióxido de carbono | água de cal | a água de cal fica leitosa | |
| água | sulfato de cobre anidro | o branco fica azul | |
| oxigênio | tala em brasa | a tala se reacende | |
| hidrogênio | tala acesa | um estalo agudo | |
| corantes de uma mistura | cromatografia em papel | uma mancha por corante |
Observação 10.11 (O que um teste não diz)
Um teste positivo prova que a espécie está presente, não que ela está sozinha: um líquido que deixa azul o sulfato de cobre contém água, mas pode ser água salgada ou suco de laranja. Um teste negativo só diz que a espécie está ausente, ou presente numa quantidade pequena demais para aparecer.
10.5 Exercícios
Exercício 10.1 ★
Que teste identifica o dióxido de carbono? Descreva o resultado positivo dele.
Solução
Solução de Exercício 10.1.
O teste da água de cal: o gás é borbulhado numa água de cal límpida, que fica leitosa se o gás for dióxido de carbono.
Exercício 10.2 ★
Um pó branco fica azul quando se pinga um líquido sobre ele. O que isso mostra sobre o líquido?
Solução
Solução de Exercício 10.2.
O pó é sulfato de cobre anidro, e o líquido contém água.
Exercício 10.3 ★
Uma tala em brasa é introduzida num frasco de gás e volta a pegar fogo. Que gás o frasco contém?
Solução
Solução de Exercício 10.3.
O oxigênio.
Exercício 10.4 ★
Por que a linha de partida de um cromatograma em papel é traçada a lápis e não a tinta?
Solução
Solução de Exercício 10.4.
O grafite do lápis não se dissolve no solvente. Uma linha de tinta seria ela mesma levada para cima e separada, e estragaria o cromatograma.
Exercício 10.5 ★★
Por que a linha de partida tem de ficar acima do nível do solvente no béquer?
Exercício 10.6 ★★
O cromatograma de uma tinta verde mostra duas manchas, uma na altura de um corante amarelo de referência, outra na altura de um corante azul de referência. A tinta verde é uma substância pura? De que ela é feita?
Solução
Solução de Exercício 10.6.
Não, ela é uma mistura de dois corantes: provavelmente o corante amarelo e o corante azul das referências.
Exercício 10.7 ★★
Com a tabela de testes, que teste você usaria para mostrar que um gás liberado por uma reação é o hidrogênio? O que você espera ver?
Solução
Solução de Exercício 10.7.
Recolher um pouco do gás num tubo de ensaio e segurar uma tala acesa na boca do tubo: um estalo agudo mostra que é hidrogênio.
Exercício 10.8 ★★
O ar expirado turva a água de cal muito mais depressa do que o ar fresco. O que isso nos diz sobre o ar que expiramos?
Exercício 10.9 ★★
Um líquido límpido deixa azul o sulfato de cobre anidro. O Sam conclui: “É água pura.” Explique por que o Sam está errado.
Solução
Solução de Exercício 10.9.
O teste mostra que há água, não que ela está sozinha: água salgada, suco ou qualquer mistura aquosa também deixariam o pó azul.
Exercício 10.10 ★★
Olhe o cromatograma da tinta preta neste capítulo. Quantos corantes a tinta contém? Qual deles subiu mais alto?
Solução
Solução de Exercício 10.10.
Três corantes (três manchas). O corante amarelo foi o que subiu mais alto.
Exercício 10.11 ★★★
Três frascos contêm oxigênio, hidrogênio e dióxido de carbono, mas os rótulos deles se perderam. Planeje, no papel, os testes que dariam o nome de cada frasco, numa ordem que use o menor número possível de testes.
Solução
Solução de Exercício 10.11.
Por exemplo: uma tala em brasa em cada frasco — o que a reacende contém oxigênio. Nos outros dois, uma tala acesa na boca — um estalo agudo mostra o hidrogênio. O último frasco contém dióxido de carbono (o que pode ser confirmado com água de cal). Dois ou três testes bastam.
Exercício 10.12 ★★★
Um aluno testa um gás com água de cal e não vê acontecer nada. Dê duas explicações possíveis, e o teste de controle que ajudaria a decidir.
Solução
Solução de Exercício 10.12.
O gás pode não conter dióxido de carbono, ou conter pouco demais para aparecer nesse tempo. Um teste com ar expirado, que sabidamente contém dióxido de carbono, verifica se a água de cal está funcionando.
10.6 Problema: o bilhete falsificado
Problema 10.1
Problema de fim de semana — um bilhete escrito com caneta hidrográfica, três canetas suspeitas, três cilindros de gás sem rótulo e uma tabela de testes
Pedem ao laboratório de uma escola que ajude a resolver dois pequenos mistérios. Primeiro, um bilhete escrito com caneta hidrográfica preta tem de ser associado a uma de três canetas pretas, 1, 2 e 3. Tira-se uma gota de tinta do bilhete e de cada caneta, e as gotas são aplicadas na mesma tira de papel, que depois é revelada com água. O cromatograma é mostrado abaixo.
Parte I — O cromatograma.
- Por que as quatro tintas foram aplicadas na mesma tira e reveladas juntas?
- A tinta do bilhete é uma substância pura ou uma mistura? Explique.
- Quantos corantes a tinta da caneta 1 contém? A caneta 1 pode ter escrito o bilhete?
- A caneta 3 também contém três corantes. Por que ela não pode ter escrito o bilhete?
- Que caneta corresponde ao bilhete? Explique usando as alturas das manchas.
Parte II — Três cilindros de gás. O segundo mistério: três pequenos cilindros, X, Y e Z, perderam os rótulos; eles contêm oxigênio, hidrogênio e dióxido de carbono. Um pouco do gás de cada um é recolhido num tubo de ensaio. O gás X reacende uma tala em brasa. O gás Y dá um estalo agudo com uma tala acesa. O gás Z turva a água de cal.
- Dê o nome do gás X.
- Dê o nome do gás Y.
- Dê o nome do gás Z.
- Antes de testar o gás Z, o aluno borbulha ar comum na mesma água de cal durante o mesmo tempo, e ela continua límpida. Como se chama esse segundo teste, e o que ele acrescenta à conclusão?
Parte III — A tabela de testes.
- Um líquido incolor encontrado ao lado do bilhete deixa azul o sulfato de cobre anidro. Escreva a linha da tabela de testes que foi usada, e o que o resultado mostra.
- Esse resultado prova que o líquido é água pura? Explique.
- Conclua o primeiro mistério: quantos corantes a tinta do bilhete contém, e que caneta o escreveu?
Solução
Solução de Problema 10.1.
1. Para que as condições (papel, solvente, tempo) sejam as mesmas para as quatro: só assim as alturas das manchas podem ser comparadas.
2. Uma mistura: a tinta dele dá três manchas separadas, três corantes.
3. Dois corantes. Não: a tinta do bilhete tem três corantes, e a caneta 1 não tem nem o corante vermelho nem o amarelo.
4. As três manchas dela não estão nas mesmas alturas que as do bilhete: são três corantes diferentes.
5. A caneta 2: as três manchas dela estão exatamente nas alturas das três manchas do bilhete.
6. Oxigênio.
7. Hidrogênio.
8. Dióxido de carbono.
9. Um branco (um teste de controle). Ele mostra que a água de cal não fica leitosa sozinha, nem com ar comum nesse tempo: logo, a turvação com o gás Z vem de fato do dióxido de carbono.
10. “Água — sulfato de cobre anidro — o branco fica azul”: o líquido contém água.
11. Não. Um teste positivo mostra que há água, não que não há mais nada: o líquido poderia ser uma solução ou outra mistura aquosa.
12. A tinta do bilhete contém 3 corantes, e foi a caneta 2 que escreveu o bilhete.