Laboratório virtual de fórmula mínima: óxido de magnésio

Este laboratório virtual de fórmula mínima (empírica) reproduz a prática clássica do óxido de magnésio do GCSE, IGCSE, A-level e IB Chemistry. Os alunos pesam um cadinho com tampa, colocam fita de magnésio, aquecem levantando a tampa de vez em quando e repetem o ciclo de aquecer, esfriar e pesar até a massa ficar constante. Eles convertem as massas de magnésio e de oxigênio em mols e encontram a menor proporção de números inteiros. A simulação também mostra o que dá errado quando a tampa fica fechada ou é retirada, e um segundo experimento determina a água de cristalização do sulfato de cobre(II) hidratado.

Alinhamento com o currículo

• AQA GCSE Chemistry 4.3.1.3 (variações de massa quando um reagente é um gás) e 4.3.2 (quantidade de substância, nível superior).
• AQA A-level Chemistry 3.1.2.4 (fórmula empírica e fórmula molecular).
• Cambridge IGCSE Chemistry 0620, tópico 3.3 (o mol: fórmulas empíricas e água de cristalização).
• IB Chemistry Structure 1.4 (contar partículas pela massa) e AP Chemistry tópico 1.3 (composição elementar de substâncias puras).

O Simulic não é afiliado nem endossado pela AQA, Cambridge, IB, College Board ou qualquer banca examinadora.

Antes do laboratório (5 min)

Peça aos alunos que se comprometam com uma previsão, no papel ou como pergunta 1 do link da turma:

"Você aquece 0,24 g de fita de magnésio num cadinho até tudo reagir. A massa do cadinho com o conteúdo aumenta, diminui ou fica igual?"

Muitos alunos dizem que diminui, porque "o magnésio queima e some". Não corrija ainda.

Método na simulação

1. Deixe Experimento em "Óxido de magnésio (queimar Mg)" e Massa de magnésio em 0,24 g. A tabela já mostra o cadinho vazio com a tampa, e o cadinho com a tampa e o magnésio.
2. Coloque Tampa em "levantada um pouco" e clique em Começar a aquecer. O magnésio brilha enquanto reage.
3. Quando ele parar de brilhar, clique em Esfriar e pesar. A nova massa aparece na tabela de resultados.
4. Clique de novo em Começar a aquecer por pouco tempo e depois em Esfriar e pesar. Repita até a linha de status dizer "Massa constante": as duas últimas pesagens diferem em no máximo 0,002 g.
5. Calcule a massa de magnésio e a massa de oxigênio, e depois a quantidade de cada um em mols (Ar: Mg = 24,31; O = 16,00). Digite sua fórmula em Calcule a fórmula e clique em Conferir.
6. Clique em Recomeçar e repita com Tampa "retirada", e depois com Tampa "fechada". Compare as proporções.
7. Opcional: repita os passos 2–4 com 0,12 g e 0,36 g de magnésio e faça o gráfico da massa de oxigênio em função da massa de magnésio.

Massa de Mg (g)	Tampa	Cadinho + tampa (g)	Cadinho + tampa + Mg (g)	Massa final constante (g)	Massa de O (g)	mol O ÷ mol Mg
0,24	levantada um pouco
0,24	retirada
0,24	fechada

Resultados esperados

Valores da simulação. A balança lê até 0,001 g e o último dígito oscila ±0,001 g, então os grupos obtêm valores um pouco diferentes.

Tampa	Massa de Mg (g)	Massa de O (g)	mol O ÷ mol Mg	O que os cálculos dizem
levantada um pouco	0,241	0,154	0,97	MgO, sem erros de procedimento
retirada	0,239	0,113	0,72	escapou fumaça, massa final baixa demais
fechada (5 min, depois 6,6 min)	0,242	0,080, depois 0,094	0,50, depois 0,59	nem todo o Mg reagiu; sem massa constante

• Com a tampa levantada um pouco, a massa de oxigênio fica entre 0,152 e 0,156 g para 0,24 g de magnésio, e a proporção fica perto de 1 : 1. O rendimento percentual de MgO é de cerca de 99%.
• A massa de oxigênio é proporcional à massa de magnésio: cerca de 0,078 g para 0,12 g e 0,230 g para 0,36 g.
• Água de cristalização: 2,50 g de sulfato de cobre(II) hidratado, aquecido brandamente e resfriado num dessecador, perdem 0,901 g de água (36,0%). Isso dá x = 4,99, então a fórmula é CuSO₄·5H₂O.

Perguntas para os alunos

1. (Previsão, repetida depois do laboratório) Como muda a massa do cadinho com o conteúdo quando se aquece magnésio nele?
2. Uma turma usa 0,12 g, 0,24 g e 0,36 g de magnésio. Qual é a variável dependente?
3. Com 0,24 g de magnésio e a tampa levantada um pouco, que massa de oxigênio se combina?
4. Com as suas massas, quanto vale a quantidade de oxigênio dividida pela quantidade de magnésio?
5. Com a tampa retirada, a proporção Mg : O fica em cerca de 1 : 0,72. Por quê?

Respostas para o professor: (1) Aumenta, cerca de 0,154 g, porque o oxigênio do ar se combina com o magnésio. (2) A massa de oxigênio que se combina (a massa de magnésio é a variável independente). (3) Cerca de 0,154 g (aceite de 0,150 a 0,160 g). (4) Cerca de 0,97 (aceite de 0,94 a 1,03), então a fórmula é MgO. (5) Escapou fumaça branca de óxido de magnésio, então a massa final, e com ela a massa de oxigênio, ficou baixa demais.

Erros conceituais comuns

• "Queimar deixa as coisas mais leves." O magnésio ganha massa porque se combina com oxigênio. A massa se conserva, mas o oxigênio vem do ar, que nunca esteve na balança.
• "Deixe a tampa fechada para nada escapar." Com a tampa fechada entra pouco ar e o magnésio só reage pela metade. É preciso levantar a tampa de vez em quando.
• "Uma proporção de 0,97 significa que a fórmula é Mg₃₃O₃₂." Proporções experimentais nunca são exatas. Arredonde para a menor proporção de números inteiros que caiba dentro do erro experimental.

Extensão

• Mude Experimento para "Água de cristalização", escolha sulfato de cobre(II) e determine x. Depois experimente aquecer forte, ou desmarque Esfriar num dessecador, e leia o erro que os cálculos apontam.
• Análise por combustão (A-level e IB): queime etanoato de etila, determine as massas de C, H e O a partir do CO₂ e da H₂O absorvidos e use o pico do íon molecular para obter a fórmula molecular.

Perguntas frequentes

Por que a proporção sai um pouco abaixo de 1?

Com a tampa levantada um pouco, cerca de 1% do óxido de magnésio escapa como fumaça, como num cadinho real. A proporção continua perto o bastante de 1 : 1 para dar MgO.

A simulação inclui o nitreto de magnésio?

Não. A pequena quantidade de nitreto que se forma no ar é ignorada, então os únicos erros vêm da tampa, do aquecimento incompleto e da balança.

Quanto tempo leva uma rodada?

Cerca de 2 minutos: 25 segundos de aquecimento aparecem como 5 minutos no relógio. Assim sobra tempo para comparar as posições da tampa e para o hidrato.

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