Em uma prática, um estudante colocou em um béquer água destilada e adicionou pequena quantidade de fenolftaleína. Ele então mergulhou parcialmente um tubo de vidro aberto em ambas extremidades e colocou um pequeno fragmento de sódio metálico no interior deste tubo. Foi observada a intensa liberação de um gás inflamável (pegou fogo ao aproximar-se um fósforo aceso) e houve mudança de coloração da água de incolor para rosa. Com base nestas informações responda:
a. Qual o gás liberado durante a reação do sódio metálico com a água?
b. O que indica a mudança de cor da água contendo fenolftaleína?
c. Escreva a equação química balanceada da reação ocorrida entre o sódio e a água.

Passo 1

O enunciado dá uma experiência: um fragmento de sódio metálico foi colocado dentro de um tubo que estava parcialmente mergulhado em água contendo fenolftaleína. Observou-se: (i) intensa liberação de um gás inflamável (pegou fogo ao aproximar um fósforo), e (ii) a água mudou de incolor para rosa. As perguntas são:
a. Qual o gás liberado durante a reação do sódio metálico com a água?
b. O que indica a mudança de cor da água contendo fenolftaleína?
c. Escreva a equação química balanceada da reação ocorrida entre o sódio e a água.
Informações relevantes do enunciado que vamos usar:
  • Havia sódio metálico ( Na), água ( H_2O) e fenolftaleína presente.
  • Foi observado gás inflamável que se acende com fósforo (teste qualitativo de inflamabilidade).
  • A fenolftaleína mudou a solução de incolor para rosa (indica mudança de acidez/basicidade).

Passo 2

Identificar o gás inflamável pela observação prática.
Explicação didática: quando um gás liberado de uma reação “pega fogo” ou produz pequena explosão ao aproximar-se uma chama, isso costuma indicar presença de hidrogênio. O hidrogênio é um gás inflamável que queima facilmente na presença de oxigênio do ar segundo a reação \,2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O\,.
Ligando com a química do sódio: metais alcalinos como Na reagem vigorosamente com água, liberando hidrogênio gasoso e formando uma base (uma solução alcalina). Portanto, o gás inflamável observado é o hidrogênio, isto é, \,H_2.

Passo 3

Explicar o que significa a mudança de cor da fenolftaleína (didática sobre indicador).
O que é fenolftaleína e como ela funciona:
  • Fenolftaleína é um indicador ácido-base que é incolor em soluções ácidas e neutras e fica rosa/fúcsia em soluções básicas.
  • A transição de cor ocorre aproximadamente na faixa de \text{pH} entre \,8{,}2 e \sim 10. Para valores de \text{pH}\gtrsim 8{,}2 a fenolftaleína adquire cor rosa.
Interpretação da mudança observada: a água, originalmente incolor com fenolftaleína (neutra ou levemente ácida), tornou-se rosa, o que indica que a solução tornou-se básica (alcalina). Isso confirma que, na reação com Na, formou-se uma base em solução — tipicamente hidróxido de sódio, NaOH, que aumenta a \text{pH}.

Passo 4

Escrever a equação química molecular e balanceá-la passo a passo (didática sobre balanceamento).
  1. Escrevendo a reação esperada sem balancear na forma molecular:
Na + H_2O \rightarrow NaOH + H_2
  1. Contagem de átomos no lado esquerdo (antes de balancear) e no direito:
  • Lado esquerdo: Na:\,1; H:\,2 (de H_2O); O:\,1.
  • Lado direito (com uma unidade de NaOH e uma de H_2): Na:\,1; O:\,1; H:\,1 (de NaOH) + 2 (de H_2) totalizando 3 — não bate com o esquerdo.
  1. Estratégia para balancear: ajustar coeficientes inteiros mínimos para que o número de cada tipo de átomo seja igual nos dois lados. Um jeito comum é observar que H_2O tem dois hidrogênios; na direita o hidrogênio aparece em NaOH e em H_2. Para equilibrar os hidrogênios, coloque coeficiente 2 em H_2O e em NaOH:
2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2
  1. Verificação final da conservação de átomos:
  • Lado esquerdo: Na:\,2; H:\,2\times2=4; O:\,2.
  • Lado direito: Na:\,2 (de 2NaOH); O:\,2 (de 2NaOH); H:\,2 (de 2NaOH) + 2 (de H_2) total 4.
    Tudo balanceado.
Portanto a equação molecular balanceada é:
2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2

Passo 5

Mostrar também a forma iônica, que explica por que a solução fica básica (ligando teoria e observação).
Quando Na metálico reage com água, o sódio se oxida a íon Na^+ e o oxigênio/hidrogênio da água forma íons hidróxido OH^- além de liberar H_2 gasoso. A equação iônica que deixa claro os íons em solução é:
2Na(s) + 2H_2O(l) \rightarrow 2Na^+(aq) + 2OH^-(aq) + H_2(g)
Daí a presença de OH^- livres explica o aumento de pH e a coloração rosa da fenolftaleína.

Passo 6

Contexto prático e segurança (breve, encorajando):
  • A reação é fortemente exotérmica (libera calor) e pode ser violenta para quantidades maiores de Na; o hidrogênio formado pode inflamar pela própria temperatura da reação ou com uma faísca.
  • Em provas e experimentos, reconhecer os sinais (efervescência, chama com fósforo, fenolftaleína ficando rosa) permite concluir sobre H_2 e formação de base sem medidas de pH sofisticadas. Você já está no caminho certo vendo a conexão entre observação experimental e equações químicas!

Resposta

a. H_2
b. Indica que a solução ficou básica (alcalina) — a fenolftaleína fica rosa em \text{pH}\gtrsim 8{,}2.
c. \displaystyle 2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2

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