Reação de ferro metálico com ácido de refrigerante

Dentre os componentes principais dos refrigerantes está o acidulante. Esse composto é responsável por regular a doçura do açúcar, realçar o paladar e deixar o pH do refrigerante ácido (de 2,7 a 3,5), evitando a proliferação de microrganismos. Pode-se usar o ácido cítrico, o ácido fosfórico e o ácido tartárico, dependendo do refrigerante.

No experimento que iremos realizar trabalharemos com o ácido cítrico, que é obtido a partir do microrganismo Asper­gillus niger, que transforma direta­mente a glicose em ácido cítrico.

No caso, os refrigerantes de limão já contêm esse ácido, pois ele está presente no limão. O ácido cítrico é um ácido carboxílico que tem fórmula molecular C₆H₈O₇ e sua nomenclatura oficial é ácido-3-carboxi-3-hidroxipentanodioico. Sua fórmula estrutural está representada abaixo:

Os objetivos principais desse experimento são determinar o pH do ácido cítrico do refrigerante de limão e do suco de limão e analisar como o ferro metálico de uma esponja de aço interage com esse ácido.

Materiais e Reagentes:

• 1 béquer de 250 mL;
• 1 tubo de ensaio;
• Refrigerante de sabor limão; suco de limão;
• Papel indicador de pH (6 tiras) – pode ser encontrado em lojas que vendem produtos para aquários;
• Palha de aço;
• Solução de água oxigenada (H₂O₂) a 3% m/m (10 volumes);
• Pipeta.

Procedimento Experimental:

1ª parte:

1. Colocar o refrigerante de sabor limão em cerca da metade do béquer;

1. Determine o seu pH com o papel indicador e anote;
2. Adicione um chumaço de palha de aço e observe o que acontece;
3. Após 20 minutos adicione a água oxigenada no béquer com o auxílio da pipeta.

2ª parte:

1. Coloque cerca de 5 mL de suco de limão no tubo de ensaio;
2. Determine seu pH;
3. Adicione um pequeno chumaço de palha de aço e observe o que ocorre;
4. Determine o pH do suco de limão a cada intervalo de 5 minutos;
5. Anote as eventuais alterações no sistema.

Resultados e Discussão:

A determinação inicial do pH do meio é dada para se indicar a acidez do refrigerante e do suco, que é decorrente da presença do ácido cítrico. Quando a palha de aço é adicionada, pode-se observar (como mostra a figura abaixo) que se inicia um processo em que se formam bolhas de gás na malha de ferro. O mesmo ocorre no suco de limão, porém, com uma maior intensidade.

Essas bolhas fazem a palha de aço levantar. Quando a palha chega à superfície, e o gás é liberado, ela volta a descer:

O professor pode perguntar aos alunos qual é a reação responsável pela formação dessas bolhas e pedir para que os alunos a equacionem no caderno.

O ferro reage com ácidos (soluções que possuem os íons H⁺_(aq) ou H₃O⁺_(aq)), liberando gás hidrogênio, conforme a reação abaixo:

Fe_(s) + 2 H⁺_(aq) → Fe²⁺_(aq) + H_2(g)

O professor também pode perguntar aos alunos qual é o motivo do aparecimento da cor verde e também por que o pH do meio alterou-se.

A resolução dessa questão está no fato de que à medida que a reação avança, a concen­tração de H⁺(que torna o meio ácido) diminui e, por consequência, o pH aumenta. Esse fato leva à precipitação do Fe²⁺como hidróxido. O hidróxido de ferro (II) é um precipitado amarelo esverdeado.

O Fe (II) é um agente redutor frente ao peróxido de hidrogênio (água oxigenada). Por isso, quando o adicionamos, o Fe²⁺ é oxidado a Fe³⁺ e o precipitado passa a ser Fe (OH)₃, que é um precipitado de cor castanha avermelhada, de acordo com a equação:

2 Fe(OH)_2(s)+ H₂O_2(aq)→ 2 Fe(OH)_3(s)

A mudança de cor que pode ser vista na imagem acima é o resultado visual dessa reação redox.