Química. Preparação de Gases em Laboratório. Métodos Modernos e Práticos.


Aparelho de Kipp Antigo, Completo.
Aparelho de Kipp Antigo, Completo. Fonte da Imagem: Blog“Aviso Tarefa”, Warning Task Blogspot.(2015).

Autoria: Alberto Federman Neto, AFNTECH.

Revisto e Ampliado em 12 de Janeiro de 2023.

1. INTRODUÇÃO E HISTÓRIA:

Neste artigo, descrevo como recolher gases e a preparação de vários gases em laboratório: Oxigênio , Hidrogênio, Gás Carbônico, Gás Sulfuroso, Nitrogênio etc…

Além disso, quando pertinente (por gostar de História da Ciência) reporto os aspectos históricos e clássicos desses  gases e suas preparações.

O fato ocorreria bem antes de 1648, data Oficial,  (data da publicação das obras, por seu filho, pois Van Helmont faleceria em 1644)…

O Médico, Filósofo Natural e Alquimista Belgo-Holandês, Flamengo,  Jan Baptiste Van Helmont, Link 1,   ao estudar o Espírito Silvestre“, “Espírito Selvagem, Gás Carbônico, postulou a existência de substâncias, na época “corpos”, sutis e intangíveis, semelhantes ao ar, e os chamou “gases”. Vários Artigos sobre a Assunto. VAN KLOOSTER, H.S. J. Chem. Educ., 24, 319 (1947). Van Helmont foi o primeiro observador do gás carbônico, descobriu que plantas o emitiam e também descobriu a Fotossíntese.

Por causa da Inquisição, Van Helmont quase não publicava. A Obra de Van Helmont inclusive sobre os gases, foi em grande parte coletada, e publicada por seu filho, o também Alquimista Franciscus Mercurius Van Helmont. VAN HELMONT, J.B.; VAN HELMONT, F.M. (Coletor); ELZEVIRIUM, L. (Editor), “Ortus Medicinae.“, Amsterdam, Holanda,  Págs 107, 114…. etc… (1648). Edição de 1668. De 1667. Outras Edições, Tradução para o Francês: VAN HELMONT, J.B.; LE CONTE, J. (Tradutor); HUGUETAN, J.A.; BARBIER, G. (Editores) “Les Ouvres de Jean Baptiste Van Helmont.” Lyon, França, Págs.: 71, 89, 90, 93,  96, 99, 100, 101, 116, 117, 192, 193, 359, 360 etc… (1670).

Ele inventou um aparelho, a “Cuba D’Agua, “Cuba de Van Helmont” para recolher os gases. Por isso, Van Helmont é chamado o “Pai da Química Pneumática“.

Robert Boyle se interessou pelas ideias de Van Helmont e começou a recolher e estudar gases. CLERICUZIO, A.  Brit. J. Hist. Scienc. 26, 303 (1993). Isso levaria às famosas “Leis dos Gases“. BOYLE, R. ; HALL, H. (Editor), “New Experiments Physical Mechanical, Touching the Spring of the Air.” Oxford, Inglaterra (1662). Edição de 1660.

A “Cuba de Van Helmont” para recolher gases, foi aperfeiçoada por vários Cientistas: O Irlandês Robert Boyle, Joseph Black (nascido na França, mas de Nacionalidade Escocesa), e principalmente, pelo Ingleses Henry Cavendish e Joseph Priestley, resultando naCuba Hidropneumática“.  Link 2. Do Botânico e Químico Inglês Stephen Hales. HALES, S.; INNYS, W.; INNYS, J. (Editores), NEWTON, I. (Impressão na Royal Society) “Statical Essays.“, Londres, Inglaterra, Págs 159-167 (1727) . Lavoisier a utilizava.

Veja CHAMIZO, J.A. Educ. Quím. México, 32, 99 (2021).  Veja por exemplo, esta Figura, na Obra: PRIESLEY, J.; JOHNSON, J. (Editor), “Experiments and Observations on Different Kinds of Air.” Londres, Inglaterra (1774).

2. RECOLHER GASES:

Usa-se uma vidraria moderna, inspirada na “Cuba D’Água de Van Helmont“.  Uma representação antiga desse aparelho. Um esquema simplificado [FEDERMAN NETO, A. (2022)]:

Aparelho Para Recolher Gases.
Aparelho Para Recolher Gases. Imagem Desenhada com Software Online Chemix Draw Lab Diagrams.

Aparelhos similares.

Quando o gás é solúvel em água, nos tempos antigos,  usava-se o mercúrio, agora não mais (pois é muito tóxico e caro). Pode-se usar óleo de silicone (caro), ou mesmo óleo vegetal. Óleo comum, de soja, (eu já usei).

Essa vidraria tipo Van Helmont moderna, é muito usada para fazer gases nos laboratórios químicos, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 105.

E pode ser improvisada usando garrafas e mangueiras de borracha, silicone ou plásticas. Link 11.

3. OBTER GASES EM PEQUENA QUANTIDADE:

Muitas vezes, queremos apenas observar a formação do gás, e fazer uma ou duas reações com eles. Basta gerar o gás, em um frasco. Ele ficará sobre a mistura reacional, separado desta.

O frasco considerado ideal para isso, é o balão de fundo chato. Item 5, neste Artigo, Mas eu gosto de usar um vaso cilíndrico e alto, de vidro, Item 2, neste Artigo,  tampado com um vidro de relógio grande.

Vaso Cilíndrico de Vidro. Ideal Para Gerar Gases.
Vaso Cilíndrico de Vidro. Ideal Para Gerar Gases. Fonte da Imagem: TerraZoo, Brasil.

4. OBTER SEMPRE O MESMO GÁS:

Se você usa sempre, ou todo o dia o mesmo gás, exemplo, só gás carbônico, só gás sulfídrico etc…

Os Aparelhos de Kipp eram considerados obsoletos, mas voltaram a ser usados nos últimos anos, devido a sua praticidade para quem gera e usa sempre o mesmo gás.

Eles são achados no mercado Nacional. Brasileiro: Links 78, 79, 80, 81  .

Porque é prático. Sendo sempre o mesmo gás que você usa, o aparelho fica montado.

Como o que ilustra o início deste artigo. Para a História  do Aparelho de Kipp, veja Item 6, neste meu Artigo.

5. PREPARAR OS GASES. MÉTODOS PRÁTICOS E MODERNOS.

5A) Oxigênio:

Aos tempos de sua descoberta e estudo (Scheele, Lavoisier, Boyle, Priestly, Cavendish etc…), o oxigênio era preparado em laboratório, pela pirólise seca do óxido de mercúrio (II). Scheele também o obteve pela pirólise do óxido de manganês.

Até os anos 50-80, muitos usavam a reação de decomposição térmica do clorato de potássio, puro ou misturado com uma quantidade catalítica de dióxido de manganês. Links: 3, 4, 5, 6, 7, 89, 10. 12. 48, 50 , O clorato de potássio e sua decomposição foram descobertos pelo Químico Francês Pierre Eugène Marcellin Berthelot  . BERTHELOT, M.; HAKE. C.N.; Mac NAB, W. (Tradutores), MURRAY, J. (Editor) “Explosives and Their Power.” Londres, Inglaterra (1892). Mas foi estudada por muitos Químicos.

Ocorre que é uma  reação difícil e perigosa. Principalmente sem catalisador de manganês, pode formar perclorato, explosivo ainda mais perigoso.

A maneira mais fácil, moderna e prática de preparar oxigênio em laboratório é a partir da água oxigenada, peróxido de hidrogênio. Que é comercial, não poluente. É vendido em várias concentrações: de 3 % a 50 %, água oxigenada 10, 20, 30, 100, 130,  ou 200 volumes.

Por exemplo,  100 ml de peróxido de hidrogênio 100 volumes produzirá 10 litros de oxigênio! Os métodos antigos não compensam!

Para preparar, coloque a água oxigenada em um aparelho montado como indicado no esquema do Item 2, ou do Item 3. Aquecer ou adicionar o reagente ou catalisador.

A decomposição pode ser efetuada simplesmente aquecendo um pouco, ou através da adição de catalisadores: dióxido de manganês, links 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. 35. 39. 41, 49. 61.

2 H2O2     =     2  H2O   +  O2

Outros catalisadores e/ou reagentes que podem ser usados: Permanganato de potássio, link 37, muitos links, dicromato de potássio, sais de cobalto, link 31, 32,    sais e óxidos de níquel, ferro (III), link 30, 40,   sais de cromo (III) e ferro (II), link 33, 34iodeto de potássio, link 36, 38, 43,    platina, sais de cobre, outros óxidos de metais de transição. muitos outros reagentes. metais e óxidos de metal,  link 27 . 63. Mesmo sal comum, cloreto de sódio.

Mesmos materiais biológicos: amido, link 29batata , link 21, 42, ou rabanete (que contém enzimas, catalases), link 22fragmentos de fígado , sangue, saliva etc… que fazem a decomposição.

Mesmo sem catalisador nenhum, simplesmente alcalinizando com hidróxido de sódio. Links: 23, 24, 25, 26, 27, 28,

Assim resumindo, oxigênio é preparado de maneira bem mais prática (quando comparado ao método  antigo do clorato de potássio) a partir de água oxigenada, aquecendo, alcalinizando, ou reagindo com catalisadores, nos aparelhos mostrados nos Itens 2 e 3

5B) Hidrogênio:

O Hidrogênio já havia sido observado por vários Alquimistas e Químicos antigos, ao tratar metais ou minérios metálicos, com ácidos. Por exemplo, por Paracelso, Glauber, Schobein Scheele, etc.. Links: 64, 65, 66, 67.

Em 1671, o  Químico Irlandês Robert Boyle estudou sistematicamente a reação entre o ferro metálico e ácidos, formando o gás hidrogênio, que ele supunha, fosse um “tipo de ar”… “Ar Inflamável”. Ele o reconheceu como um gás muito leve e inflamável…   BOYLE, R.; MORE, H. (Coletor e Comentarista); DAVIS, R. (Editor), “Tract Written by the Honorable  Robert Boyle, Containing New Experiments, Touching the Relation Between Flame and Air…”  Londres, Inglaterra (1672). BOYLE, R. Phil. Trans. Roy. Soc. London, 7, 5156 (1672).

Somente em 1766, o Filósofo Natural e Químico Inglês (mas nascido na França) Henry Cavendish caracterizou o “Ar Inflamável”  como um “corpo simples”. CAVENDISH, H. Phil. Trans. Roy. Soc. London, 56, 141 (1766). CAVENDISH, H. “The Scientific Papers of Honorable Henry Cavendish.” Coletânea Publicada pela Cambridge Library, Cambridge, Inglaterra,  Pág. 77, (2011).

O nome “hidrogênio” , gerador de água, foi dado pelo Químico Francês Antoine Laurent de Lavoisier, ao fazer a síntese da água pela combustão do hidrogênio. Isso mostrou que o hidrogênio era um elemento químico, mas Cavendish inicialmente discordava, pois interpretava os resultados em termos de “Flogisto“, pensava que o “ar Inflamável” era Flogisto puro. BERTHELOT, M. “Notice Historique sur Lavoisier.Tipografia Firmin Didot et Cie, Paris, França, Págs 40-45 e outras (1889) . LAVOISIER, A.L. “Oevres de Lavoisier. Memoires de Lavoisier, Sur La Nature de L’Eau“, Gráfica Imprimerie Imperialle Paris, França (1862). Link 68, 69, 70. BROICH, F. “Hydrogen, the HIstory of It’s Discovery.” Alemanha (1980). SOLOVEICHIK, S. J. Chem. Educ. 39, 644 (1962).

Após 1787, o próprio Cavendish, baseado em interpretações de seu trabalho e de outros, também renunciaria ao Flogisto.

Pela reação entre metais e ácidos, Químicos antigos acreditavam que primeiro o hidrogênio se formava monoatômico, [H],  “Hidrogênio Nascente” Só hidrogênio nascente era redutor.

O conceito  era aceito intuitivo, entre os Químicos antigos, e foi popularizado durante o século XIX pelo Químico Inglês Alexander William Willianson  (o mesmo da síntese do éteres, na Química Orgânica) e pelo Francês Richard  Franchot. WILLIANSON, A.W. “Chemistry For Students.“, Editora MacMillan and Co., Oxford, Inglaterra, Págs.: 139, 154, 173, 292, 396, 396, 404, 409 (1868). FRANCHOT, R. J. Phys. Chem. 1, 75 (1896).

A ideia do Hidrogênio nascente era controversa, e não era  bem aceita por todos os Químicos. TOMMASI, D. J. Phys. Chem. 1, 555 (1897)TOMMASI, D.  Analyst 4, 204 (1879).

Era muito combatida desde o século XIX, e foi criticada pelo Químico Francês Marcellin Pierre Eugène Berthelot . BERTHELOT, M. Ann. Chim. Phys. 18, 5 (1869). JENSEN, W.B. Bull. Hist. Chem. 6, 26 (1990). E já era ideia bem negada, antes da  metade do século XX. HALL, W.T. J. Chem. Educ. 19, 597 (1942). REEDY, J.H.; BIGGERS, E.D. J. Chem. Educ. 19, 403 (1942).

Mas curiosamente, ainda é aceita e divulgada, principalmente entre os Químicos especialistas em corrosão ou ciência de materiais! MESSER, B. Et Al. Nace CORROSION Conference (2008).  Aceitação moderna da Hipótese do Hidrogênio Nascente. Links: 71, 72, 73. 74. 75. Apenas alguns exemplos bem recentes…. WANG, W.; NIU, J.; YANG, Z. J. Hazard. Mat. 389, 121912 (2020). E veja link 76.  E   SILVA, P.S.; ROSA, M.F. Rev. Bras. Ens. Cienc. Tecnol. 6, 1 (2013).

Método Fácil e Prático para fazer Hidrogênio por Via Química.

Pode-se preparar em laboratório, nos aparelhos que descrevi nos Itens 2 e 3, tratando metais eletropositivos ou relativamente eletropositivos, como magnésio, alumínio, estanho, zinco, ferro, e ácido clorídrico ou sulfúrico diluído ou concentrado, a frio ou a a quente.

Alumínio  em meio básico, com hidróxido de sódio, pode ser usado, mas é bem  menos prático. Mas eu usei a reação, não para fazer hidrogênio e sim, para preparar o aluminato de sódio. Veja Item 5, neste Artigo.

Há muitos links e vídeos disso,   preparar hidrogênio, em número demasiado grande para serem citados aqui, mas basta fazer uma busca na Internet.

Por experiência própria minha, caso você use o ferro, o ácido clorídrico é muito melhor. O ataque ao metal é muito lento, se você usar ácido sulfúrico diluído.

5C) Gás Carbônico, Dióxido de Carbono:

Outro gás que os Alquimistas conheciam. Se formava na combustão de vários materiais.

Van Helmont (Loc Cit.) foi o primeiro a reconhecer que os seres vivos, na respiração, exalam gás carbônico, e o mesmo gás era produzido pela queima de materiais. O chamava “Espírito Silvestre” ou “Gás SilvestrePORTO, P.A. Quím. Nova, 26, 141 (2003). Links: 74, 75.

Mas o gás carbônico, “Ar Fixo“, só foi sistematicamente estudado pelo Médico e Químico Escocês (mas nascido na França) Joseph Black. Por isso, Black é considerado oficialmente o descobridor. 76.

Ele também havia descoberto que a Atmosfera era composta por “Duas Espécies de Ar“, PALTER, T. Bull. Hist. Chem. 15, 15 (1994). GUERLAC, H. Isis, 48, 433 (1957). Mas não associou o seu “Ar Fixo“, ao gás carbônico atmosférico. DONOVAN, A. Isis, 67, 217 (1976).

Em sua origem, Black também era Flogista, mas achava o Flogisto leve e sem massa. Mas converteu-se em anti Flogista. Enunciando o “Calórico” de Lavoisier. 81. 82. 83. 84.

Black havia preparado o gás carbônico pela combustão, e também pela calcinação ou  reação da “Magnésia”, carbonato de magnésio, e ácidos. BLACK, J.; GOODIE, J. ( Professor e Orientador) “Dissertatio Medica Inauguralis de Humore a Cibis Orto et Magnesia Alba.” Tradução automática do Título: “Uma Dissertação Inaugural Sobre a Umidade da Carne e a Magnesia Branca”, Editora Hamilton & Balfour, Edimburgo, Escócia (1754).   Link 77. BLACK, J.; GOODIE, J. (Professor e Orientador); CREECH, W. (Coletor  e Revisor), “Experiments Upon Magnesia Alba…..” Edimburgo, Escócia (1796). Estendeu seu trabalho a outros carbonatos, como o de cálcio.

Tornou-se muito influente e foi um dos melhores Químicos e Professores de seu tempo, popularizando a Química, com suas palestras.

Preparar Gás Carbônico no Laboratório.

Mais fácil que operar por combustão, é reagir um sal, um carbonato, de cálcio, 78, 79. magnésio, sódio ou potássio59, ou minerais que contenham carbonatos, como o Calcário, Calcita, a Dolomita ou o Mármore, com vinagre ou ácidos diluídos, (acético, clorídrico, sulfúrico ou nítrico). Há muitos Links e Vídeos.

Também se pode aquecer bicarbonato ou carbonatos de cálcio, bário, magnésio, zinco, mas isso é bem menos prático. Exemplo, bicarbonato de sódio ou carbonato de cálcio:

2 NaHCO3     =      Na2CO3  +     CO2  +  H2O

CaCO3    =   CaO    +   CO2

Em procedimentos pouco usuais, e ao meu ver, pouco práticos, se pode reagir bicarbonato de sódio com alimentos ou materiais ácidos, como fermento químico ou gelatina.

Pela disponibilidade no comércio ou no laboratório, eu geralmente uso o bicarbonato de sódio e o ácido muriático (ácido clorídrico industrial). Vídeo 80,  Obtém-se grandes  quantidades de gás carbônico.

Os aparelhos para recolher o gás, como quase sempre, use os descritos nos Itens 2 e 3.

NaHCO3   +   HCl      =    NaCl    +     CO2     +    H2O

Outras maneiras de obter gás carbônico. Caso você use muito gás carbônico, pode comprá-lo na forma de um extintor de incêndio simples, ou mesmo comprar gelo seco e coloca-lo em água ou aquece-lo.

5D) Gás Sulfuroso, Dióxido de Enxôfre:

O  enxofre e o gás sulfuroso, SO2,  foram observados nos vulcões, em tempos muito antigos, até bíblicos…. KUTNEY. G. “Sulfur: History, Technology, Aplications and Industry.” Editora ChemTec Publishing, Ontario, Canadá, Págs 2-7 (2007).

O gás sulfuroso era conhecido e obtido pelos Alquimistas, Gregos, Bizantinos e  depois, Medievais, SCHWARTZ, A.T.; KAUFFMAN, G.B. JH. Chem. Educ. 53, 235 (1976),  links: 83, 84, 85, pela queima direta, ao ar, do enxofre elementar.  Link 92. Reação mostrada para o enxofre reagente, enxofre em pó:

S8     +     4 O2      =     8  SO2

O enxofre, como  substância simples e elemento, foi identificado pelo Alquimista Alemão Hennig Brandt durante seu trabalho na busca da “Pedra Filosofal” que levaria à descoberta do elemento fósforo, 1669, link 86,  e  isso foi estudado, por Lavoisier, 1777.Link 90.

E o enxofre elementar e as estruturas do dióxido de enxofre e dos outros óxidos do elemento, foram, link 91,   confirmadas pelos Químicos Franceses Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thenard. Link 87. 88. GAY-LUSSAC, J.L.; THENARD, L.J. “Recherches Physico-Chimiques.” Editora De Crapelet, Livraria Deterville, Paris, França, Vol. II, Págs.: 17, 18, 69, 70, 71, 80. 83, 86, 181 etc… (1811). THENARD, L.J. “Traité de Chemie Élémentaire, Théorique et Practique.” Editora Canongette et Compagnie, Bruxelas, Bélgica, 7a. Edição, Vol. 1, Págs.: 219, 264,  265, 266, 281, 352,  362, 458, 484, 487, 488, 507, 530 etc… (1829).

Possivelmente por trabalhar com enxofre menos puro, o Químico Inglês Humphry Davy, discordava sobre a natureza elementar do enxofre e as estruturas dos óxidos. GAY-LUSSAC et THENARD, Ann. Chim. Phys. 153, 301 (1809) .

gás sulfuroso pode ser obtido em laboratório pela pirólise seca  do sulfeto de zinco ou do sulfeto de ferro (II). Ou pela reação de redução do ácido sulfúrico concentrado com cobre metálico:

H2SO4   +    Cu       =     SO2   +  CuO   +    H2OCuO        +    H2SO4   =  CuSO4     + H2O

Mas esses não são os procedimentos mais fáceis. Há métodos bem mais práticos

É muito mais fácil prepará-lo pela reação entre um sulfito comercial, de preço baixo ou acessível:  Metabissulfito de Sódio, Na2S2O5, Bissulfito de Sódio, NaHSO3, ou Sulfito Neutro de Sódio, Na2SO3 e um ácido mineral, comum, como clorídrico ou sulfúrico diluído.

Reações que ocorrem, exemplos:

NaHSO3     +    H2SO4     =    NaHSO4     +    SO2     +     H2O

Na2SO3      +   2  HCl          =    2  NaCl     +  SO2   +  H2O

Na2S2O5    +   2  H2SO4     =       2 NaHSO4    +    H2O    +  2  SO2

As reações ocorrem “via” formação de ácido sulfuroso, [H2SO3] , não isolável, e que se dissocia à temperatura ambiente, formando dióxido de enxofre e  água.

Você pode usar os aparelhos descritos no Itens 4 ou 5,mas nem precisa de cuba d’água, porque o gás sulfuroso é denso, se acumula na proveta ou frasco, e é  solúvel em água. A modificação do aparelho para recolher o gás pode ser vista aqui.

O gás pode ser detectado pelo seu odor característico, e porque descora a tintura de iodo.

5E) Nitrogênio:

O nitrogênio pode ser extraído do ar, após a remoção do oxigênio e do gás carbõnico.

Mas a maneira mais fácil de preparar nitrogênio puro, no laboratório é pela decomposição térmica de uma mistura de nitrito de sódio e cloreto de amônio, ambos sais comerciais. Links: 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95.

NaNO2     +      NH4Cl      =     NH4NO2       +      NaCl

NH4NO2     =    2  H2O   +  N2

A reação é fácil, eu já fiz várias vezes, até em tubos de ensaio. O nitrogênio é suficientemente denso, para se manter no tubo, por algum tempo, sem difundir.

História do Nitrogênio.

Hoje todos nós sabemos… o nitrogênio é o principal constituinte do ar atmosférico… Por essa razão, foi observado por muitos Alquimistas e Químicos Antigos, sem que nada se conhecesse de sua Natureza Química.

De fato o “Ar” foi considerado um dos 4 elementos básicos que compunham a matéria, pelos Alquimistas Árabes.

Também O “Ar” foi formulado como elemento Químico pelo Filósofo Grego Empódocles de Agrigento. Link 96. Essa Hipótese Científica dos “4 Elementos” foi modificada e popularizada por AristótelesARISTÓTELES, “Corpus Aristotelicum.De Generatione et Corruptione.”Tradução Livre do Título: Corpo Aristotélico. Da Geração e a Corrupção.“. Link 97. MESQUITA, A.P.; MONTEIRO, R. (Divulgador), “Obras Completas de Aristóteles.” Biblioteca dos Autores Clássicos, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal, Pág 228 etc… (2005).

O gás nitrogênio foi isolado do ar, pelo Físico, Químico e Botânico Escocês Daniel Rutherford que o chamou “Ar Fixo Mefítico” ou “Ar Nocivo”, pois não era respirável, não alimentava a Vida.  RUTHERFORD, D.; ROBERTSON, G. (Orientador), “Dissertatio Inauguralis de Aeri Fixo Dicto Aut Mephitico.” Tese de Doutorado em Medicina. Editora Tipografia Balfour & Smellie, Edimburgo, Escócia (1772).

Muitos Químicos antigos se interessaram pela Natureza e a Composição do Ar e dos diversos gases que o compunham. Há muitos links sobre isso (basta fazer uma busca). Dentre esses Cientistas, pode-se destacar Lavoisier, Priestly, Boyle, Scheele etc… Link 101.

Mas  a composição correta do ar, contendo Oxigênio e Nitrogênio (“Ar Fixo”), foi estabelecida pelo Filósofo Natural e Cientista Inglês Henry Cavendish  . CAVENDISH, H. Phil. Trans. Roy. Soc. London 75, 372 (1785). CAVENDISH, H.  Experiments on Air.” Phil. Trans. Roy. Soc. London 74, 119 (1783-1784). Link 98. 99. 100. OBLACK, R. (2020). HELMENSTINE, A.M. (2022).

O nome “Nitrogênio” foi dado pelo Médico e Químico Francês Jean Antoine Chaptal, em 1790. CHAPTAL, J.A.; BICOT, J.F. (Editor), “Elémens de Chimie.” Montpellier, França., Vol. II, Págs.: 205, 263, 340, 396, 407 etc… (1890).

Entretanto, até hoje os Europeus preferem chamar o Nitrogênio de “Azoto“, nome grifado por Lavoisier. Em Português, em Italiano, seria “Azoto“.

5F) Dióxido de Nitrogênio:

O principal e o mais usado dos óxidos de nitrogênio é o NO2, dióxido de nitrogênio, as vezes, erroneamente chamado óxido nítrico. Link 102.

Foi observado a muito tempo pelos Alquimistas e Químicos Antigos, ao tratar a “Água Forte”, ácido nítrico, por metais, como o ferro e o cobre. É um gás denso, relativamente tóxico, e de cor marrom alaranjada, bonita e brilhante. Os Alquimistas e Químicos Antigos o chamavam “Vapor Rutilante” DULONG, M. Phil. Mag. Series 1,   48, 331(1816). JAMIN, J. Lond. Edin. Dub. Phil. Mag. Series 4, 12, 325 (1856). VÁRIOS AUTORES, BERNARD, J.J.,(Editor) Mém. Phys. Chim. Soc. D’Arcueil, Vol. II, Págs.: 95. 96, 100, 235, 240 etc… (1908). MACKENZIE, J.E.; MELVILLE, H.W. Proc. Roy. Soc. Edin. 52, 337 (1933).

Embora possa ser feito em laboratório, por vários métodos, o processo mais fácil é reagir cobre metálico (tirado por exemplo, de fios velhos) com ácido nítrico concentrado, nos aparelhos descritos nos Itens 2 e 3.

Cu    +    4 HNO3     =    Cu(NO3)2     +  2  NO2  + 2  H2O

Em meu trabalho como químico, testei o uso de ferro metálico e de niquel, mas o mais prático é usar o cobre metal. Como subproduto, formam-se grandes quantidades de nitrato de cobre (II), praticamente puro, que pode ser isolado e usado em experimentos químicos.

O protocolo para preparar o NO2 é amplamente descrito, muitos links e videos. Links: 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110. 115.

5G) Outros Óxidos de Nitrogênio:

A reação descrita em 5F pode ser modificada para obter outros óxidos de nitrogênio.

Assim, se fizermos a reação acima (5F), adicionando o cobre em pequenas porções, e mantendo a mistura muito fria, em banho de gelo, o gás predominante no equilíbrio químico é o Tetróxido de Nitrogênio, N2O4.  BENT, H.A.  Inorg. Chem. 2, 747 (1963). Incolor e sólido abaixo de 21 ºC.

Cu    +    4 HNO3     =    Cu(NO3)2     +    N2O4   + 2  H2O

Podemos também obter o NO, monóxido de nitrogênio, hoje chamado óxido nítrico ,

Para prepara-lo, basta realizar a reação descrita em 5F, mas usando ácido nítrico diluído. E a temperatura ambiente. Link 111, 112, 113,

3Cu   +    8HNO3 → 3Cu(NO3)2 +   2   NO + 4   H2O

Na prática da reação, em condições simples, sempre obteremos misturas de NO2 e N2O4.

Este é o verdadeiro anidrido nítrico, posto que forma o ácido nítrico pela reação com água:

NO   +    H2O  = HNO3

Outro óxido de nitrogênio bem conhecido, é o N2O5, pentóxido de nitrogênio. Para prepara-lo, é necessário desidratar o ácido nítrico com o pentóxido de fósforo:

2 P2O5 + 12 HNO3 → 4 HPO4 + 6 N2O5

Existe outro óxido, o trióxido de nitrogênio, N2O3, anidrido nitroso. 114. 115.

Destaca-se também o óxido de dinitrogênio, N2O, óxido nitroso ou “Gás Hilariante”.

Prepara-se no aparelho descrito em 2, por aquecimento do nitrato de amônio, do nitrato de sódio com o sulfato de amônio, ou por aquecimento da uréia com ácidos nítrico e sulfúrico.

Foi descoberto pelo Químico e Filósofo Natural Inglês Joseph Priestley. Que o chamou “Ar Nitroso Deflogisticado”. PRIESTLEY, J. Trans. Roy. Soc. London 62, 147 (1772).

Sobre este gás, sobre a Natureza da composição do Ar, e muitos outros gases, Priestley publicou uma série de livros. Mc EVOY, J. G Phil. Trans. A Math. Phys. Eng. Scienc. 373, 20140229 (2015).

CONTINUA. ARTIGO EM  EXPANSÃO.

 

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