Árvore de Cristais

INTRODUÇÃO

Nesta actividade experimental, iremos realizar árvores de cristais de NaCl. Os cristais estão diretamente ligados à Quimica, pois é esta área que estuda a purificação de substâncias e a análise estrutural mas rapidamente se estendeu a outras áreas como a Arte pelas suas componentes de escultura. Pretendemos compreender o processo de formação de cristais.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

As árvores de cristais são miniaturas de árvores artificiais onde se formam por processos de precipitação química, estruturas microcristalinas sobre um suporte absorvente colocado em contacto com uma solução contendo cloreto de sódio (NaCl) , hidróxido de amónio (NH₄OH), um branqueador de roupa e água(H₂O).

A formação dos cristais dão-se por duas etapas: o seu aparecimento , onde o suporte absorve a solução por ação capilar e à medida que a água vai evaporando, vão se formando pequenos cristais  nas terminações da árvore, e o seu crescimento, pelo qual é responsável o NH₄OH, aumentendo assim o tamanho dos cristais até um tamanho considerável.

            O branqueador de roupa, usado para branquear tecidos amarelados ou acinzentados, é composto por uma solução coloidal de Azul de Prússia que se forma apartir da seguinte reação química:

 K ₄ Fe (CN) ₆  + Sal de Fe (III) + H ₂ O → Fe ₄ [Fe (CN) ₆ ] ₃ ⋅ 14H ₂ O

*reação ideal quando a reação ocorre muito lentamente

Neste caso concreto onde os produtos formam-se rapidamente, o azul de Prússia apresenta a fórmula K[Fe^IIFe^III(CN)₆]⋅H₂O, onde Fe apresenta diferente estados de oxidação (+3 e +2 ) daí a sua cor azul intensa.

Durante a evaporação do solvente e a cristalização ocorre a redução do Azul de Prússia e preenchimento de iões Na⁺ pela falta de iões K⁺ para KNaFe^IIFe^III(CN)₆ , estando os iões de Fe no mesmo estado de oxidação daí a sua coloração branca dos cristais.Ou seja a função do branqueador de roupa é branquear os cristais.

Então, no processo de criação de árvores de cristais formam-se cristais KNaFe^IIFe^III(CN)₆ de cor branca e de tamanho significativo.

MATERIAL E REAGENTES

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Síntese da solução coloidal de Azul de Prússia

Síntese da solução final

Nota: Usar como suporte das figuras de cartolina esponjas absorventes para as árvores não cairem; Devem-se multiplicar as quantidades do protocolo consoante o nº de árvores a realizar.

Figura 2- Esquema de montagem da atividade.

REGISTO DE DADOS/ OBSERVAÇÕES

                                              

1ºTentativa (sem uso de qualquer base para segurar a figura):

A figura caiu na solução, não se dando o processo de síntese de cristais.

2ºTentativa (usando plasticina como base):

A plasticina ficou viscosa, não fornecendo qualquer suporte, e voltou a cair na solução.

3ºTentativa (usando esponjas absorventes como base):

Nos primeiros dez minutos: Verificou-se o processo de capilaridade da solução na cartolina onde a solução tem tendência a subir pelo suporte:

                  

                                            Figura 3- Observação da subida da solução.

No dia a seguir: Verificou-se a formação de cristais brancos de tamanho médio com uma textura fofa:

Figura 4- Surgimento de cristais.

Após seis dias: Verficou-se um crescimento dos cristais apresentando um tom rosado os mais juntos das terminações e aparecimento de pequenos cristais nas esponjas:

Figura 5- A-Crescimento de cirstais; B-Aparecimento de cristais nas esponjas.

DISCUSSÃO DE RESULTADOS

Cálculos da preparação da solução de c=0,1mol/L de K₄Fe(CN)₆.3H₂O e de FeCl₃.6H₂O (na proporção de 1:1):

Dados:

M = (K₄Fe(CN)₆.3H₂O) = 422,39g/mol

M = (FeCl₃.6H₂O) = 270,00g/mol

        m = n × M

<=> m = 0,1  ×  422,39

<=> m = 42,239g

42,239g --------------------- 1L            x = 3,80 g de K₄Fe(CN)₆.3H₂O

x g ---------------------- 0,09L

        m = n × M

<=> m =  0,1 ×  270,00 

<=> m = 27.000g

27,000g --------------------- 1L             x = 3,80g de FeCl₃.6H₂O

x g ----------------------- 0,09L

Nesta atividade experimental, obtivemos resultados bastante satisfatórios, conseguimos obter uma árvore de cristais a terceira tentativa usando esponjas; observamos os processos de ação capilar ao se realizar a absorção da solução quer pela esponja quer pela cartolina; obtivemos cristais de tamanho moderado; assistimos ao poder de crescimento de NH₄OH e ainda entendemos o processo de redução do Fe pelo qual da solução azul resultam cristais branco (sem o corante). O único aspecto desagradável foi o facto de os cristais não ficarem todos da cor do corante, mas a nível geral ficamos agradados com os resultados.

CONCLUSÃO

Nesta atividade, conseguimos uma árvore de cristais. E ainda compreendemos o processo de toda a sua formação. Concluimos que apartir de uma solução contendo NaCl, NH₄OH, um branqueador de roupa e H₂O, com as suas diferentes funções, no seu conjunto podemos transformar quer seja cartolina quer seja esponja numa obra de arte. Entendemos ainda que à medida que tentativa após tentativa, nos aproximamos cada vez mais do produto desejado.

WEBGRAFIA

http://chemistry.about.com/od/crystalrecipes/a/crystaltree.htm

http://ciencia-em-si.webnode.pt/products/arvore-de-natal-magica/

http://www.chymist.com/Magic%20tree.pdf

http://www.instructables.com/id/Grow-your-own-Magic-Crystal-Tree-or-any-other-sha/?ALLSTEPS

http://www.elmhurst.edu/~ksagarin/color/lab4-S06.pdf