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Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 1 Manual de Práticas Química Inorgânica Experimental Prof. MSc. Ricardo Douglas Sobral - 2023 Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 2 DISCIPLINA QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I - QINE1435/BQINE1435 CURSO: QUÍMICA – LICENCIATURA/BACHARELADO DISCIPLINA: Química Inorgânica Experimental I CARGA HORÁRIA: 40 H Horário: Sexta-Feira Prof. MSc. Ricardo Douglas EMENTA: Preparação, identificação, obtenção e caracterização dos elementos dos blocos “s”, “p” e “d” e dos seus principais compostos, enfatizando a estrutura molecular. Preparações inorgânicas básicas e sua caracterização. • Referências Básicas 1. LEE, J. D., Química Inorgânica não tão Concisa, 5a Ed., Editora Edgard Blücher, 1999. 2. SHRIVER, D. F., ATKINS, P. W.,Química Inorgânica, 4a Ed., Editora Bookman, 2008. 3. GRAY, T., Os Elementos: Uma exploração visual dos átomos conhecidos no universo, 1a Ed., Editora Edgard Blücher, 2011 4. FARIAS, R. F., Práticas de Química Inorgânica, 3a Ed., Editora Átomo, 2010. • Referências Complementares 1. BROWN, L. S., HOLME, T. A., Química geral aplicada à engenharia, 1a Ed., Editora Cengage Learning, 2009. 2. RUSSELL, J. B., Química geral, 2a Ed., Editora Makron Books, 1994. vol1. 3. RUSSELL, J. B., Química geral, 2a Ed., Editora Makron Books, 1994. vol1. 4. KOTZ, J. C.; TREICHEL, P., Química & reações químicas, 6a Ed., Editora Cengage Learning, 2009. vol 1. 5. KOTZ, J. C.; TREICHEL, P., Química & reações químicas, 6a Ed., Editora Cengage Learning, 2009. vol 2. 1. Introdução 1.1 Atividades Experimentais no Ensino de Química A Química evoluiu/Evolui a partir da realidade concreta dos fenômenos observados, sejam eles naturais ou provocados pelo homem, mas também evolui a partir da criatividade e da razão humana. Sendo a experimentação uma das ferramentas importantes no decorrer do processo de ensino da química. A experimentação tem como objetivo principal a motivação dos discentes bem como a comprovação de teorias pouco contribui para a aprendizagem dos estudantes quando mal-empregada (GIL-PÉREZ; VALDÉS-CASTRO, 1996; HODSON, 1994). A experimentação nas aulas de Química deve possuir função pedagógica, ou seja, ela presta-se a aprendizagem da Química de maneira ampla, envolvendo a formação de conceitos, a aquisição de habilidades de pensamento, a compreensão do trabalho científico, aplicação dos saberes práticos e teóricos na compreensão, controle e previsão dos fenômenos físicos e o desenvolvimento da capacidade de argumentação científica do discentes (Souza,F. L et al, 2013). javascript:PesquisaMarca(); javascript:PesquisaMarca(); javascript:PesquisaMarca(); javascript:PesquisaMarca(); javascript:PesquisaMarca(); javascript:PesquisaMarca(); Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 3 Uma outra finalidade é a de levar o estudante a dar seus primeiros passos no método científico, um método baseado em princípios simples de lógica, e que tem se mostrado muito eficiente nos últimos séculos, resultando no extraordinário desenvolvimento da ciência que temos nos dias de hoje. 1.2 Segurança no Laboratório Todo laboratório químico é potencialmente palco de acidentes, a maioria de pequena importância, porém alguns de graves consequências. Estes assim chamados "acidentes" não acontecem por acaso, geralmente são consequência de imperícia, negligência, desatenção ou falta de conhecimento do trabalho que se vai realizar. A seguir são apresentadas algumas regras de segurança para a realização do trabalho de laboratório • Seguir rigorosamente as instruções fornecidas pelo professor. • Nunca trabalhar sozinho no laboratório. • Não’ brincar no laboratório. • Em caso de acidente, procurar imediatamente o professor, mesmo que não haja danos pessoais ou materiais. • Encarar todos os produtos químicos como venenos em potencial, enquanto não verificar sua inocuidade, consultando a literatura especializada. • Não fumar no laboratório. • Não beber nem comer no laboratório. • Usar jaleco apropriado. • Não usar “shorts”. • Não colocar sobre a bancada de laboratório bolsas, agasalhos ou qualquer material estranho ao trabalho que estiver realizando. • Realize todo o trabalho com substâncias voláteis na capela. • Trabalhe longe de chamas quando manusear substâncias inflamáveis. • Quando aquecer soluções num tubo de ensaio segure-o sempre com a abertura dirigida para longe de você ou seus vizinhos no local de trabalho. • Sempre coloque os resíduos de metais, sais e solventes orgânicos nos recipientes adequados. • Use os óculos protetores de olhos, sempre que estiver no laboratório. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 4 • Use sempre guarda-pó, de algodão com mangas compridas. • Não fume, não coma ou beba no laboratório. • Evite trabalhar sozinho, e fora das horas de trabalho convencionais. • Não jogue material insolúvel nas pias (sílica, carvão ativo, etc). Use um frasco de resíduo apropriado. • Não jogue resíduos de solventes nas pias. Resíduos de reações devem ser antes inativados, depois armazenados em frascos adequados. • Não entre em locais de acidentes sem uma máscara contra gases. • Nunca jogue no lixo restos de reações. • Realize os trabalhos dentro de capelas ou locais bem ventilados. • Em caso de acidente (por contato ou ingestão de produtos químicos) procure o médico indicando o produto utilizado. • Se atingir os olhos, abrir bem as pálpebras e lavar com bastante água. Atingindo outras partes do corpo, retirar a roupa impregnada e lavar a pele com bastante água. • Não trabalhar com material imperfeito, principalmente o de vidro que contenha pontas ou arestas cortantes. • Fechar com cuidado as torneiras de gás, evitando o seu escapamento. • Não deixar vidro quente em lugares onde possam pegá-los indevidamente. • Não aquecer tubos de ensaio com a boca virada para si ou para outra pessoa. • Não aquecer reagentes em sistema fechado. • Não provar ou ingerir drogas ou reagentes de laboratório. • Não aspirar gases ou vapores. • Comunicar imediatamente ao professor qualquer acidente ocorrido. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 5 2. ACIDENTES MAIS COMUNS EM LABORATÓRIOS E PRIMEIROS SOCORROS 2.1 QUEIMADURAS Superficiais: quando atingem algumas camadas da pele. Profundas: quando há destruição total da pele. a) Queimaduras térmicas - causadas por calor seco (chama e objetos aquecidos) 1) Tratamento para queimaduras leves - pomada picrato de butesina, paraqueimol, furacim solução, etc. 2) Tratamento para queimaduras graves - elas devem ser cobertas com gaze esterilizada umedecida com solução aquosa de bicarbonato de sódio a 1%, ou soro fisiológico, encaminhar logo à assistência médica. b) Queimaduras químicas - causadas por ácidos, álcalis, fenol, etc. 1) Por ácidos: lavar imediatamente o local com água em abundância. Em seguida, lavar com solução de bicarbonato de sódio a 1% e, novamente com água. 2) Por álcalis: lavar a região atingida imediatamente com água. Tratar com solução de ácido acético a 1% e, novamente com água. 3) Por fenol: lavar com álcool absoluto e, depois com sabão e água. ATENÇAO: Não retire corpos estranhos ou graxas das lesões - Não fure as bolhas existentes. Não toque com as mãos a área atingida. - Procure um médico com brevidade. c) Queimaduras nos olhos Lavar os olhos com água em abundância ou, se possível, com soro fisiológico, durante vários minutos, e em seguida aplicar gazes esterilizada embebida com soro fisiológico, mantendo a compressa, até consulta a um médico. 2.2 ENVENENAMENTO POR VIA ORAL A droga não chegou a ser engolida. Deve-se cuspir imediatamentee lavar a boca com muita água. Levar o acidentado para respirar ar puro. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 6 A droga chegou a ser engolida. Deve-se chamar um médico imediatamente. Dar por via oral um antídoto, de acordo com a natureza do veneno. 2.2.1 INTOXICAÇÃO POR VIA RESPIRATÓRIA Retirar o acidentado para um ambiente arejado, deixando-o descansar. Dar água fresca. Se recomendado, dar o antídoto adequado. ATENÇÃO: "A CALMA E O BOM SENSO DO QUÍMICO SÃO AS MELHORES PROTEÇÕES CONTRA ACIDENTES NO LABORATÓRIO". 3. ROTEIRO PARA ELABORAÇÃO DE RELATÓRIO Um texto científico deve conter no mínimo as seguintes partes: INTRODUÇÃO, DESENVOLVIMENTO e CONCLUSÃO. O relato por escrito, de forma ordenada e minuciosa daquilo que se observou no laboratório durante o experimento é denominado RELATÓRIO. Tratando-se de um relatório de uma disciplina experimental aconselha-se compô-lo de forma a conter os seguintes tópicos: CAPA. • RESUMO: um texto em torno de 10 linhas, resumindo o experimento efetuado, os resultados obtidos e as conclusões a que se chegou, ou seja, deve possuir introdução, objetivos, metodologia, resultados e discussão e conclusão. • INTRODUÇÃO: um texto, apresentando a relevância do experimento, um resumo da teoria em que ele se baseia. • OBJETIVOS: a que se pretende chegar. • PARTE EXPERIMENTAL: um texto, descrevendo a metodologia empregada para a realização do experimento. Geralmente é subdividido em duas partes: Materiais e Reagentes: um texto, apresentando a lista de materiais e reagentes utilizados no Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 7 experimento, especificando o fabricante e o modelo de cada equipamento, assim como a procedência e o grau de pureza dos reagentes utilizados; Procedimento: um texto, descrevendo de forma detalhada e ordenada as etapas necessárias à realização do experimento. • RESULTADOS E DISCUSSÃO: um texto, apresentando resultados na forma de dados coletados em laboratório e outros resultados, que possam ser calculados a partir dos dados. Todos os resultados devem ser apresentados na forma de tabelas, gráficos, esquemas, diagramas, imagens fotográficas ou outras figuras. A seguir, apresenta-se uma discussão concisa e objetiva dos resultados, a partir das teorias e conhecimentos científicos prévios sobre o assunto, de modo a se chegar a conclusões. • CONCLUSÃO: um texto, apresentando uma síntese sobre as conclusões alcançadas. Enumeram- se os resultados mais significativos do trabalho. Não se deve apresentar nenhuma conclusão que não seja fruto da discussão. REFERÊNCIAS: Livros, artigos científicos e documentos citados no relatório devem ser indicados a cada vez que forem utilizados. Recomenda-se a formatação das referências segundo norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 8 PRÁTICA 01 - REAÇÕES QUÍMICAS Objetivos ✓ Utilizar evidências experimentais para concluir sobre ocorrência de uma reação química. ✓ Reconhecer tipos de precipitado. ✓ Classificar reações químicas. ✓ Representar uma reação através de uma equação química. Fundamentação teórica sobre reações químicas O termo reação químico refere-se ao reagrupamento dos átomos entre as substâncias de um dado sistema. Ela é representada esquematicamente por uma equação química, que dá informações quantitativas e qualitativas. A equação escrita deve fornecer a descrição da reação que ocorre, quando os reagentes são misturados. Para escrever uma reação química, é necessário conhecer a fórmula dos reagentes (substâncias que estão à esquerda) e dos produtos (substâncias que estão à direita). Para se chegar a tal Informação é preciso observar o curso da reação tentando identificar os produtos através de observação e/ou análise química. Em primeiro lugar deve-se deduzir se houve uma reação química ao colocar em contato duas ou mais substâncias. Obtêm-se evidência de reação química no laboratório quando aparecem diferenças perceptíveis e significativas entre o estado inicial e o estado final, estados estes que correspondem respectivamente aos reagentes antes de serem colocados em contato e o que resulta após. É possível utilizar critérios quantitativos e qualitativos para detectar esta mudança. Critérios qualitativos são baseados em observações macroscópicas utilizando os órgãos dos sentidos (exceto pelo paladar): 1) Formação de produtos gasosos – os produtos gasosos são identificados por um borbulhamento em solução. 2) Formação de precipitado – um produto sólido insolúvel que se forme quando a quantidade de um dos produtos formados durante a reação excede sua solubilidade no solvente. Um sal é considerado solúvel se sua solubilidade é maior que 1g/100 mL e insolúvel quando a solubilidade é menor que 0,1 g/100 mL. Casos intermediários são considerados pouco solúveis. 3) Mudança de cor - aquelas não resultantes de diluição ou simples combinação de cores, mas sim da formação de uma nova substância. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 9 4) Mudança de odor - devido a formação de um produto ou consumo de um reagente que tenha odor característico. 5)Transferência de energia - muitas reações químicas vêm acompanhadas de mudança de temperatura. Se a temperatura da mistura de uma reação aumenta, calor está sendo liberado e a reação é dita exotérmica. Se a temperatura decresce durante e reação, calor está sendo absorvido e a reação é endotérmica. Entre os efeitos que indicam claramente a ocorrência de uma reação química, um dos mais marcantes é o da formação de um precipitado. Reação de precipitação é um tipo comum de experimento envolvendo íons que reagem para formar sólidos pouco solúveis. Muitas substâncias químicas, tipo sais, podem ser facilmente dissolvidos em água. Uma vez dissolvido, o sal está completamente ionizado. NaCl(s) → Na+(aq) + Cl-(aq) Em uma mesma solução, quando dois ou mais estão dissolvidos, seus íons positivos e negativos estão livres para interagir. A interação eletrostaticamente mais favorável prevalece. Desta nova associação poderá surgir um precipitado. Exemplo: AgNO3(s) + KCI(s) → Ag+(aq) + NO3-(aq) + K+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s)+ K+(aq)+NO3- (aq) A formação do precipitado de AgCl indicado pela seta implica, portanto, na retirada de íons Ag+ e Cl- da solução. Os tipos de precipitado variam de acordo com o tamanho e forma das partículas produzidas. Existem os seguintes tipos de precipitados: a) Cristalino - o precipitado é reconhecido pela presença de muitas partículas pequenas de formato regular tendo superfície Iisa. Os cristais de um precipitado cristalino assemelham-se aos cristais do sal de cozinha ou açúcar. É o mais desejável dos precipitados, uma vez que sedimenta-se rapidamente e é fácil de filtrar, porém, de modo geral, sua obtenção depende das condições ideais. b) Granular - consiste em pequenos e discretos grãos que se sedimentam com facilidade. Um precipitado granular parece com café moído (não em pó). As pequenas partículas de forma irregular podem ser facilmente distinguidas ainda que não tenham a forma regular do precipitado cristalino. c) Finamente Dividido - formado por partículas extremamente pequenas. As partículas individuais são invisíveis a olho nu. A aparência de farinha de trigo é descritiva deste exemplo. Este precipitado é difícil de trabalhar, pois devido ao tamanho das partículas, estas levam um tempo muito longo para sedimentar. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 10 d) Coloidal tipo Gelatinoso - é aquele que forma uma massa compacta com aspecto de gelatina. É difícil de trabalhar, pois na manipulação enclausura impurezas de forma a tornar a sualavagem impossível. e) Coloidal Finalmente dividido - é o exemplo extremo de precipitado finamente dividido. As Partículas são tão pequenas que dificilmente sedimentam e atravessam até os poros de um filtro. A constatação visual de um precipitado deve levar em conta os aspectos descritos acima. Há, portanto, precipitados que tornam a solução opaca sem que haja necessariamente depósito de sólido no fundo do recipiente. A falta de transparência de uma solução tem duas origens principais: presença de partículas sólidas em suspensão que impedem a passagem da luz ou elevada concentração de substâncias de cor escura, o que resulta na completa absorção da luz. Outro item a ser descrito com cuidado é aquele referente a mudança de cor. Se a nova cor observada é resultado de uma combinação das cores dos reagentes, não podemos afirmar que houve uma reação química. O resultado aqui não é conclusivo. O teste só é conclusivo (na ausência de outros indícios, como formação de precipitado ou mudança de temperatura) quando a nova cor observada é inesperada, isto é, não pode resultar da combinação das cores dos reagentes. Uma vez estabelecido que houve reação química, podemos partir para uma classificação baseada em características no seu transcurso: a) Reação de combinação - é aquela que tem como produto uma substância mais complexa formada pela união de duas ou mais substâncias (simples ou composta). É também denominada de reação de síntese ou de adição quando pelo menos uma das substâncias reagentes é composta: C(s) + O2(g) → CO2(g) CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s) b) Reação de Decomposição – nessa um reagente dá origem a duas ou mais substâncias distintas, e pode ser chamada de reação de análise. Ca(OH)2(s) → CaO (s) + H2O(l) Algumas reações de análise recebem nomes específicos como: Pirólise - decomposição através do calor CaCO3(s) → CaO (s) + CO2(g) EIetrólise - decomposição pela passagem de corrente elétrica. 2 Al2O3(l) → 4Al(s) + 3O2(g) c) Reação de deslocamento - aqui ocorre uma substituição de átomo(s) entre as substâncias, é também chamada de reação de substituição ou troca. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 11 1 – Simples Troca - quando um elemento constituinte de um composto é constituído por outro elemento. Pb(s) + CuSO4(aq) → PbSO4(aq) + Cu(s) 2 – Dupla Troca - quando duas substâncias permutam entre si dois elementos: CaCl2(aq) + H2C2O4(aq) – CaC2O4(s) + 2HCI(aq) d) Reação de Precipitação - é aquela em que, mesmo realizado em presença de reagente líquido ou em solução, ocorre a formação de um material sólido insolúvel no meio. Pb(NO3)2(aq) + Na2CrO4(aq) – PbCrO4(s) + 2NaNO3(aq) e) Reação de neutralização - é aquela que ocorre entre um ácido e uma base, formando sal e água e é também uma reação de dupla troca. Ca(OH)2(s) + 2HCI (aq) → CaCl2(aq) + 2H2O(l) f) Reação de óxido - redução - quando ocorre uma variação no estado de oxidação de alguns elementos que compõem os reagentes e produtos. 2NaCl(s) + 2H2O(l) → 2NaOH (aq) + H2(g) + Cl2(g) g) Reação de polimerização - consiste na transformação de uma dada substância (monômero) numa outra de massa molar múltipla da primeira (polímero). Um polímero contém cadeias monoméricas de várias centenas de unidades moleculares. 2NO2(g) → N2O4(g) • Diferencie mudança física de mudança química. • O que é precipitado? Que observações indicam a formação de um precipitado? • Toda mudança de cor que ocorre quando duas substâncias são misturadas implica necessariamente em uma reação química? • Ao reagir um sólido com uma solução, diferencie precipitado de excesso de reagente. Procedimento Experimental ➢ Use somente 1 mL de cada reagente e anote seus resultados. EXPERIMENTO 1 – Mudança de cor ✓ Misture em um tubo de ensaio as soluções 0,2 mol/L de CuSO4 e 0,1 mol/L de FeCl3. Observe bem os reagentes antes de serem colocados em contato e o que resulta após. Conserve uma anotação de todas as suas observações. ✓ Em outro tubo de ensaio, realize o mesmo teste agora com os reagentes KI 0,1 mol/L e Pb(NO3)2 0,1 mol/L. Observar e anotar o que acontece. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 12 ✓ Em um terceiro tubo de ensaio, repita o procedimento com CuSO4 0,2 mol/L e NH4OH 3 mol/L.Observar e anotar o que acontece. EXPERIMENTO 2 – Tipos de precipitado ✓ Misture em um tubo de ensaio as seguintes soluções: ✓ HCl 1 mol/L + AgNO3 0,1 mol/L ✓ BaCl2 0,1 mol/L + H2SO4 1 mol/L ✓ CaCl2 1 mol/L + NaOH 3 mol/L ✓ K2Cr2O7 0,1 mol/L + BaCl2 1 mol/L ✓ AlCl3 0,1 mol/L + NaOH 3 mol/L ✓ Na2S2O3 5% + H2SO4 1 mol/L EXPERIMENTO 3 – Tipos de reações químicas ✓ Misture em um tubo de ensaio os seguintes sistemas: ✓ NaHCO3 (s) + HCl 1 mol/L ✓ Prego de ferro + CuSO4 1 mol/L ✓ H2SO4 2 mol/L + NaOH 3 mol/L ✓ NaCl (sólido) + H2SO4 (concentrado) • Discuta os resultados obtidos nos experimentos 1 ao 3. • No item 1 de procedimento experimental, discuta as evidências observadas nos três sistemas e conclua sobre ocorrência de reação química. • Identifique os tipos de precipitado observados no item 2, explicando claramente que evidências experimentais contribuíram para esta classificação. • Complete as reações do item 3 do procedimento experimental e enquadre-os de acordo com a classificação apresentada na introdução teórica. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 13 PRÁTICA 02 – HIDROGÊNIO Objetivos ✓ Obtenção de hidrogênio por vários processos. ✓ Verificar propriedades físicas do hidrogênio. ✓ Analisar a reatividade do hidrogênio. ✓ Observar a cinética da reação de diferentes ácidos com um mesmo metal reativo. ✓ Estudar a série eletroquímica. Introdução O hidrogênio por apresentar características únicas, é posicionado fora de qualquer grupo da tabela periódica, ele possui a estrutura atômica mais simples entre todos os elementos, apresentando seu único elétron uma configuração eletrônica 1s1. O hidrogênio é bastante reativo, podendo alcançar a estabilidade formando ligações covalentes com outros átomos, perdendo seu elétron para formar H+ (H3O + ou H(H2O) +) ou ainda adquirindo um elétron para formar H−. Embora sua configuração eletrônica assemelhe-se à dos elementos do grupo 1 (metais alcalinos), que possuem um elétron no nível mais externo, o hidrogênio tem maior tendência a compartilhar este elétron do que perde-lo, como ocorre com os metais alcalinos ao reagirem. O hidrogênio é o mais leve dos elementos naturais e um dos elementos mais abundantes do planeta, apesar da quantidade de H2 na atmosfera terrestre ser muito pequena. Na sua forma estável, ele existe sob a forma de molécula diatômica, H2, que é a mais leve de todas as moléculas (possui, portanto, baixa densidade). Os dois átomos encontram-se unidos por uma ligação covalente muito forte (energia de ligação 435,9 kJ.mol-1). Como só existe em quantidades mínimas na natureza, o hidrogênio deve ser preparado por reações químicas dos compostos que o contenham como água, alguns ácidos, algumas bases, além dos hidrocarbonetos. Para a preparação de hidrogênio a partir de ácidos em laboratório, inicialmente requer a escolha correta dos ácidos, onde os mais convenientes são os ácidos não oxidantes como o H2SO4 diluído e o HCI diluído ou concentrado, que reagem rápida e calmamente com muitos metais sem oxidar o hidrogênio formado. A escolha do metal é importante e deve-se levar em consideração a relação de eletropositividade do metal (Série Eletromotriz dos metais), onde a eletropositividade dos metais deve ser inversamente proporcional a concentração do ácido. Para a preparação de hidrogênio a partir de bases, ou seja, soluções aquosas de bases fortes (bases de metais alcalinos), apenas os metais como zinco, alumínio e estanho reagem produzindo hidrogênio gasoso, H2 e hidroxo-complexodo metal. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 14 Em muitos casos o hidrogênio que se produz é capaz de realizar reações que não ocorrem com o hidrogênio molecular e se deve a capacidade especial de reação do estado nascente. Seu fundamento se baseia no fato de que o hidrogênio que reage se encontra em estado atômico, ativado, rico em energia. Assim se observa, por exemplo, que o hidrogênio que se desprende na reação do zinco com ácidos, pode reduzir cromatos e permanganatos. Material e Reagente Béquer cap. 50ml Béquer cap. 100ml Cápsulas de porcelana Pipetas diversas Provetas, cap. 10 e 25ml Tubos de ensaio Vidros de relógio Bico de Bunsen Espátula de aço com cabo de madeira Estante de madeira para tubos de ensaio Papel de filtro Papel de pH Metais: sódio, magnésio, alumínio, zinco, cobre. Ácidos: HCl e H2SO4 diluído e concentrado. Base: NaOH. Sais: CuSO4, ZnSO4 e cloreto de ferro (III). Indicador fenolftaleína. Procedimento Preparação de hidrogênio (propriedades) 1- A partir de ácidos: 1.1. Colocar em um tubo de ensaio grande, Al ou Zn e 5ml de solução concentrada de HCl. Observar o desprendimento de H2 e verificar propriedades como: cor, odor, e combustibilidade. Para examinar a pureza do gás desprendido, utilizar um palito de fósforo aceso e aproximá-lo da abertura do tubo, quando notará uma pequena explosão. Repetir o teste até não ocorrer mais o estampido. Então, acender o H2 que sai. (CUIDADO!) 2- A partir da reação de metais muito reativos, com a água: 2.1. Colocar em uma cápsula de porcelana, 10 ml de água destilada e 2 gotas de indicador fenolftaleína. Em seguida adicionar um pequeno pedaço de sódio metálico. Observar o desprendimento de hidrogênio. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 15 3- A partir de bases fortes, concentradas 3.1. Colocar em um tubo de ensaio, uma pequena quantidade de Al ou Zn o e 5ml de solução de NaOH 6N. Aquecer e observar o desprendimento de H2. 4- Reatividades dos ácidos: 4.1. Em quatro tubos de ensaio, adicione 3 mL de HCl 1 M ao primeiro tubo, no segundo tubo 3 mL de H2SO4 1 M, ao terceiro tubo 3 mL de H3PO4 1 M e ao quarto tubo, 3 mL de CH3COOH 1 M. Coloque em cada tubo, uma amostra de Mg metálico. Feche o tubo com o dedo polegar durante a reação por aproximadamente 2 minutos. Ao final aproxime um palito de fósforo em chama, enquanto o gás escapa. Observe o ocorrido. 5- Estudo da série eletroquímica * Marcar 4 tubos de ensaio. Realizar os testes abaixo usando sempre pequena quantidade do metal indicado e 3 ml de solução. Tubo 01: Cu + HClconc → Tubo 02: Zn + H2SO4conc → Tubo 03: Zn + CuSO4 1M → Tubo 04: Cu + ZnSO4 1M→ 6- Diferenciação do hidrogênio atômico “nascente”, H, e o H2. (Demonstrativa) 6.1. Colocar num tubo de ensaio 15 ml de solução de ácido sulfúrico 2M e adicionar 5 gotas de solução diluído de permanganato de potássio. 6.2. Agitar a solução e dividi-la em três tubos de ensaio: Tubo 1 – adicionar o zinco. Tubo 2 – borbulhar o H2 produzido na Parte II Tubo 3 – padrão 6.3. Observar e anotar os resultados. Pós-Laboratório 1) Escrever as equações das reações químicas. 2) Qual dos metais apresentou maior reatividade com a água? Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 16 3) Por que o pequeno glóbulo de Na deslizou na superfície da água? 4) Por que devemos testar a pureza do hidrogênio antes de acendê-lo? 5) Quais as propriedades físicas do H2 evidenciadas nessa experiência? 6) Escrever a reação ocorrida entre o zinco metálico e o ácido clorídrico. 7) O H2 só pode ser obtido na reação entre o zinco e o HCl? Justifique a resposta. 8) O hidrogênio é um combustível ou comburente? Defina os termos combustível e comburente. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 17 PRÁTICA 03 – METAIS ALCALINOS E ALCALINOS TERROSOS Objetivos ✓ Observar a reatividade do Sódio e Magnésio frente a metais, ametais, água, álcool etílico, ácidos e sais; ✓ Identificar as propriedades dos hidróxidos de metais alcalinos terrosos ✓ Observar a solubilidade dos sais de metais alcalinos terrosos. ✓ Observar a identificação dos elementos alcalinos por meio do Teste de Chama. Introdução Na técnica, o que se entende por metais, são substâncias que estão dotadas de um brilho dito “metálico”, mais ou menos próprio de todos os metais, além da plasticidade, caracteres que nos possibilitam estabelecer facilmente a diferença entre os metais e os não - metais. São também bons condutores de calor e de eletricidade. As propriedades físicas mais importantes dos metais são as do tipo geral consideradas em qualquer substância, tais como: cor, brilho, densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição, dureza, ductilidade, maleabilidade, etc. Os elementos do Grupo 1 possuem uma química bastante homogênea, mostrando de modo bem claro os efeitos do tamanho crescente dos átomos em suas propriedades físicas e químicas. Por terem bastantes semelhanças possuem talvez a química menos descomplicada de toda a tabela periódica. Todos os metais do grupo 1 formam cátions monovalentes e são bons condutores de eletricidade, moles e muito reativos. Isso pode se justificar por possuírem na camada de valência em elétron fracamente ligado ao átomo, formando assim compostos iônicos. Seus hidróxidos são bases muito fortes. No grupo 2 observam-se as mesmas tendências nas propriedades que foram estudadas no Grupo 1: são moles e reativos. Formam uma série nas variações gradativas das propriedades de metais muito reativos, mas sendo ainda menos reativos que os do grupo 1. O Berílio possui uma química anômala, não se familiarizando bem com o restante do grupo. Isto se deve principalmente ao fato do átomo e do íon Be2+ serem muito pequenos, e comparando a diferença de tamanho do Be2+ com o Mg2+, que é quatro vezes maior que a diferença do Li+ e do Na+. Esta discrepância de tamanho é o que deve causar o seu comportamento anômalo em relação aos outros alcalino-terrosos. O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo como depósitos de minerais, seja na forma CaCO3 (formando montanhas inteiras de calcário), gesso e anidrita (CaSO4×H2O e CaSO4 respectivamente). O Estrôncio e o Bário ocorrem como minerais de fácil extração, mas são menos Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 18 abundantes. Como o Rádio é radioativo e bem raro, não é muito usado, apesar de ter sido aplicado no tratamento do câncer. Atualmente em seu lugar usam-se outras fontes. Material e Reagente Tubo de ensaio Vidros de relógio Pipetas de 5mL Béquer de 50mL Proveta de 25mL Funil Bastão de vidro Erlenmeyer de 250mL Papel de filtro Cápsula de porcelana Pinça MgO(s) e CaO(s) Mg(OH)2, Ba(OH)2, Ca(OH)2 (Sol. Sat) Solução de Fenolftaleína NaCl, KCl, MgCl2, CaCl2, BaCl2 (Soluções 5%) H2SO4 (1M e 3M) K2CrO4 (1M). Na(s) e Mg(s) C2H5OH CuSO4 1M NaHCO3 K2CO3 Procedimento 1- Reatividade dos Metais Sódio e Magnésio; 1.1. Retirar com uma pinça um pedacinho de sódio metálico do recipiente onde é conservado no querosene. Colocar o sódio sobre o papel de filtro e cortá-lo em partes com uma lâmina. Observar o que ocorre. Comparar com a fita de magnésio que se encontra em sua bancada de trabalho. 1.2. Colocar em uma cápsula de porcelana, 5 mL de água destilada e duas gotas de indicador fenolftaleína. Adicionar aparas de magnésio e aquecer até ebulição. Observar! Comparar com a reação feita com sódio metálico (prática 01). 1.3. Em um tubo de ensaio contendo 2 mL de C2H5OH colocar um pedaço de sódio metálico e observar o tipo de reação que ocorre. Repetir esta experiência substituindoo sódio por magnésio. 1.4. Em um tubo de ensaio colocar 3 mL de solução H2SO4 3M. Adicionar limalhas de magnésio e observar. 1.5. Em dois tubos de ensaio colocar 3 mL de solução de CuSO4 1M. Manter os tubos na estante. Adicionar cuidadosamente ao primeiro tubo, um pedacinho de sódio metálico. Observar o que ocorre e tentar explicar. No segundo tubo adicionar limalhas de magnésio. Comparar. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 19 2- Propriedades dos hidróxidos de metais alcalinos terrosos e solubilidade dos sais de metais alcalinos terrosos; Parte I 2.1. Prepare soluções saturadas de óxido de magnésio e óxido de cálcio. 2.2. Adicione ao béquer de 100mL, 25mL de água destilada e 1,0 g de óxido de magnésio. Agite bem. 2.3. Filtre a mistura tantas vezes quantas forem necessárias, até que tenha obtido um filtrado límpido e transparente. Repita o procedimento 2.1 e 2.2 usando o óxido de cálcio. 2.4. Em 3 tubos de ensaio adicione: Tubo 1 - 2mL da solução de Mg(OH)2 e 2 gotas de Fenolftaleína Tubo 2 - 2mL da solução de Ca(OH)2 e 2 gotas de Fenolftaleína Tubo 3 - 2mL da solução de Ba(OH)2 e 2 gotas de Fenolftaleína 2.5. Observe e anote. 2.6. Em um vidro de relógio coloque 2 gotas de cada solução e determine o pH. Parte II 1. Adicionar em um tubo de ensaio 3mL de água de cal a 7mL de água destilada (sol. saturada de hidróxido de cálcio) e 2 gotas de fenolftaleína. Em seguida, adicionar CO2 com o auxilio de uma pipeta soprando a solução. Observar. 2. Colocar 3 tubos de ensaio 5mL das soluções diluídas a 5% de MgCl2, CaCl2 e BaCl2. Adicionar 2 ml de H2SO4(1M) aos tubos de ensaio.Observar 3. Repetir o item anterior,trocando a adição de H2SO4 por adição de K2CrO4 3- Teste de Chama: um método para identificação dos elementos alcalinos; 3.1. Tomar três tubos de ensaio e colocar, em cada um deles, separadamente, soluções salinas (cloretos) diluídas dos seguintes cátions: sódio e potássio ( 2 mL). 3.2. Introduzir uma haste de metal, à qual foi acoplado um fio de platina, em uma das soluções e, em seguida, levar à chama. Observar e anotar a coloração da chama. 3.3. Lavar o fio de platina mergulhando-o em uma solução concentrada de HCℓ e leva-lo à chama para eliminação de quaisquer impurezas. 3.4. Repetir as etapas 2 e 3 para a outra solução. Observar e anotar a coloração das respectivas chamas. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 20 4- Como os íons alcalinos comportam-se em água? 4.1. Tomar quatro tubos de ensaio e adicionar, a cada um deles separadamente, pequena quantidade dos seguintes sais: cloreto de sódio (NaCℓ), cloreto de potássio (KCℓ), carbonato de potássio (K2CO3) e hidrogenocarbonato de sódio (NaHCO3). 4.2. Adicionar cerca de 2 mL de água destilada a cada tubo, agitando-os para dissolver os sólidos. 4.3. Com o papel indicador, medir o pH de cada solução e comparar com o pH da água destilada. Pós-Laboratório 1) Qual a reação química que se verificou no tubo de ensaio em que se colocou sódio em contato com etanol? E com o Mg? 2) Qual a reação química ocorrida ao se expor o sódio ao ar? 3) Qual o óxido de metal alcalino terroso mais solúvel em água. 4) Qual a solução é mais fortemente básica? Quais os valores de pH obtidos. 5) Qual a função medicinal do óxido de magnésio? Como é conhecida vulgarmente a solução deste óxido? 6) Descreva sobre a solubilidade dos hidróxidos dos metais alcalinos terrosos? Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 21 PRÁTICA 04 – DUREZA TEMPORÁRIA E PERMANENTE DA ÁGUA Objetivos ✓ Promover a remoção da dureza da água dura temporária, através da elevação de temperatura e a remoção da dureza da água dura permanente através da adição de substâncias; ✓ Verificar visualmente a eficácia do procedimento realizado. Introdução A água dura contém carbonatos, bicarbonatos ou sulfatos de magnésio e de cálcio dissolvidos. A água dura dificulta a formação de espuma ao se utilizar sabões. Os íons Ca2+ e Mg2+ reagem com o íon estearato do sabão, gerando uma escuma insolúvel de estearato de cálcio, antes da formação de qualquer espuma. Águas duras de “dureza temporária” são aquelas que contêm íons de cálcio e/ou magnésio na forma de bicarbonato. O abrandamento pode ser efetuado por fervura, pois expulsa o CO2 e desloca o equilíbrio, ou pela adição de substâncias amolecedoras, tais como: hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, carbonato de sódio, bicarbonato de sódio, fosfato de trissódico. 2HCO3- CO32- + CO2 + H2O Águas duras de “dureza permanente” são aquelas que apresentam íons de cálcio e/ou magnésio na forma de outros ânions, como: cloretos, nitratos, sulfatos, etc. O abrandamento não pode ser efetuado por fervura e sim somente por adição de substância que provocam o amolecimento, tais como carbonato de sódio, pois formam complexos com os íons de cálcio e/ou magnésio, “sequestrando-os”, isto é, mantendo-os em solução. Os íons sódio não afetam a capacidade dos sabões em produzir espuma. MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3 + Na2SO4 O método mais comum para se remover a dureza, tanto a temporária como a permanente da água é a passagem da água dura através de um trocador de íons. Material e Reagente Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 22 Funis Tubos de ensaio e suas estantes Erlenmeyer Bico de Bunsen Espátula Vidro de relógio Pipetas Papéis de filtro Bastão de vidro Tripé de ferro Tela de amianto Bicarbonato de Sódio Carbonato de cálcio Carbonato de sódio 10% Sulfato de sódio; Procedimento Parte I – Dureza Temporária; 1. Pesar em um vidro de relógio 1g de carbonato de cálcio em pó e colocar num erlenmeyer contendo 100 mL de água destilada, adicionando em seguida 5 gotas de fenolftaleína. 2. Borbulhar gás carbônico durante 5 minutos com auxílio de uma pipeta. Filtrar e ter-se-á água de bicarbonato de cálcio. 3. Retirar 30 mL de filtrado e transferir 15 mL para o tubo de ensaio I e 15 mL para o tubo de ensaio II. 4. Ferver o tubo de ensaio I durante 5 minutos e deixá-lo esfriar e depois filtrar. 5. Passar o novo filtrado para o tubo de ensaio III. 6. Colocar um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitar vigorosamente. Observar e anotar. Parte II – Dureza Permanente; 1. Retirar 30 mL de solução de sulfato de magnésio 0,01N e transferir 15 mL para o tubo de ensaio I e 15 mL para o tubo de ensaio II. 2. Adicionar ao tubo I 5 mL de carbonato de sódio a 10% e em seguida filtrar para dentro do tubo III. 3. Colocar um pedacinho de sabão em cada um dos tubos de ensaio II e III e agitar vigorosamente. Observar e anotar. 4. Repetir esse procedimento, utilizando ao invés do sabão, 4 gotas de detergente. Observar e anotar. Pós-Laboratório Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 23 1) Qual a fórmula química do sabão, considerando-o como um estearato de sódio solúvel? Cite algumas desvantagens que o mesmo pode apresentar. 2) O que é um trocador de íons? Caracterize os melhores trocadores de íons. 3) Em que consiste a água deionizada? Onde ela é empregada? 4) Cite os principais processos utilizados para o abrandamento da água. 5) Diferencie detergentes “duros” de detergentes “moles”. 6) Explique o significado de “água dura”. 7) Diferencie água “temporariamente dura” de “permanentemente dura”. 8) Explique o que vem ser uma “substância amolecedora”. 9) Descreva os processos de tratamento utilizados neste experimento, mostrando todas a s equações? 10) Explique por que os detergentes são mais eficientes que os sabões em água dura. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 24 PRÁTICA 05 – BORO, ALUMÍNIO E SEUS COMPOSTOSAssunto: Reatividade e Propriedades do Boro, Alumínio e seus compostos Objetivos ✓ Observar algumas propriedades do bórax e do ácido bórico. ✓ Identificar o comportamento ácido-básico do alumínio e de seus compostos. ✓Observar o comportamento químico do alumínio e de seus compostos. Introdução O boro forma talvez, as mais extraordinárias estruturas de todos os elementos. Ele tem energia de ionização relativamente alta e é um metalóide que forma ligações covalentes, como o seu vizinho diagonal, o silício. Entretanto, como só tem três elétrons na camada de valência e um raio atômico pequeno, ele forma compostos com octetos incompletos ou deficientes de elétrons. Essas propriedades de ligação incomuns levam a algumas propriedades notáveis, que o tornaram um elemento essencial na tecnologia moderna. O bórax (Na2[B4O5(OH)4].8H2O) é o composto de boro mais útil. Os compostos do Boro contendo grupos OH têm caráter ácido. O ácido bórico H3BO3 ou B(OH)3, que é uma das formas que o boro ocorre na natureza, é um sólido branco, escamoso, cuja a estrutura cristalina consiste em camadas planas de moléculas de H3BO3, o átomo do boro é ligado covalentemente a três átomos de oxigênio e com uma estereoquímica trigonal regular, e considera-se que a ligação boro- oxigênio tem 1/3 da dupla ligação. As camadas adjacentes são unidas no cristal por atrações de Van der Waals relativamente fracas. O ácido bórico (H3BO3), tem ponto de fusão baixo (189ºC) e é volátil; é provavelmente solúvel em água, na qual se comporta como um ácido fraco. A primeira ionização do ácido bórico, que é uma única que ocorre numa extensão (Ka = 6,0x10-10 mol/l) e geralmente escrita da seguinte forma: H3BO3(S) + H2O(l) → B(OH)-4 (aq) + H+(aq) O ácido bórico reage com o metanol/etanol em presença catalítica do ácido sulfúrico para formar um éster volátil, o borato de metila. Quando este éster é levado a uma chama, queima, dando uma coloração verde brilhante a chama. A medida da intensidade desta coloração é usada numa técnica chamada espectroscopia de emissão de chama para estimar a quantidade de boro presente numa amostra. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 25 O alumínio é o metal mais abundante e o terceiro elemento mais abundante, em peso, (depois do oxigênio e do silício) da crosta terrestre. É bem estudado e tem grande importância econômica. O alumínio é essencialmente metálico, embora seja frequentemente classificado como metalóide devido ao seu caráter anfótero. Seu potencial de oxidação levado indica que o alumínio deve reduzir a água, mas a reação é muito lenta para ser percebida, provavelmente devido à formação da película de óxido de alumínio, Al2O3. Este óxido por ser anfótero é solúvel em ácidos e bases, em reações que podem ser descritas como: Al(s) + 6H+ → Al+3(aq) + 3H2(g) Al(s) + 2OH- + 6H2O →2Al(OH)4- + 3H2(g) A primeira dessas reações parece indicar que o alumínio se dissolve em todos os ácidos, mas isto não é verdade, pois embora se dissolva facilmente em ácido clorídrico, no ácido nítrico não ocorre reação visível. As soluções aquosas de quase todos os sais de alumínio são ácidas, devido a hidrólise do íon Al+3, cuja fórmula provável, deste íon é [Al(H2O)6] +3. Quando se adiciona progressivamente uma base as soluções aquosas de alumínio, forma-se um precipitado branco, gelatinoso, de fórmula Al(OH)3.nH2O, facilmente solúvel em ácidos ou excesso de base quando recentemente precipitado, formado o íon [Al(OH)4] -, mas que com o passar do tempo cai se tornando cada vez mais difícil de solubilizar. Material e Reagente Tubo de ensaio Vidros de relógio Pipetas de 5mL Espátula Papel medidor de pH Bastão de vidro Pêra latas de alumínio Bórax Ácido bórico Glicerina (C3H8O3) Manitol (C6H14O6) Metanol (CH3OH) Ácido Sulfúrico 1 M (H2SO4) Alumínio Metálico Hidróxido de Sódio 1 M ( NaOH) Ácido Clorídrico 2 M (HCl) Ácido Nítrico concentrado (HNO3) Hidróxido de Amônio (NH4OH) Cloreto de Alumínio (AlCl3) Sulfato de cobre (CuSO4) Cloreto de sódio (NaCl) Cloreto de cobre (CuCl2) Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 26 Procedimento 1- Obtenção de ácido bórico; 1.1. No béquer, dissolva 2g de bórax (Na2B4O7 . 10 H2O) em 20 ml de água destilada e, em seguida, aqueça até a dissolução total. 1.2. Teste o caráter ácido-base da solução com papel de tornassol. O papel deverá ficar azulado, indicando caráter básico. 1.3. Adicione lentamente 2 ml de solução de HCl e, em seguida, resfrie o béquer em cuba de gelo, observando a formação de cristais. Veja a reação que ocorre. 2- Comportamento Químico do Acido Bórico; 2.1. Em uma estante de tubo de ensaio coloque 5 tubos de ensaio: adicione 2mL de água destilada no tubo 1, no tubo 2 adicione 2mL de água e 1mL de glicerina, no tubo 3 adicione 2mL de água e uma pequena quantidade de ácido bórico, no tubo 4 adicione 2mL de água, 1mL de glicerina e uma pequena quantidade de ácido bórico, no tubo 5 adicione 2mL de água, um pouco de manitol e uma pequena quantidade de ácido bórico. 2.2. Agite bem e usando papel indicador, determine o pH de todos os tubos, imediatamente e após 1 hora. 2.3. Adicione uma ponta de espátula de ácido bórico a uma cápsula de porcelana. Acrescente 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado, misture bem com um bastão de vidro, adicione 5 mL de metanol e faça a ignição na solução (Obs.: todo o procedimento deve ser feito na capela). Observe a cor da chama. 3- Reações do Alumínio Metálico e do Cloreto de Alumínio; Parte I 3.1. Em três tubos de ensaio coloque uma amostra de alumínio metálico. Em um dos tubos adicione 3 mL de HCl 2 M, no outro 3 mL de NaOH 1 M e no terceiro tubo 3 mL de HNO3 concentrado. Observe durante três minutos o ocorrido. 3.2. No tubo contendo HNO3 do item anterior, decante a solução e lave o alumínio com bastante água destilada. Coloque outra amostra de alumínio metálico em outro tubo de ensaio e acrescente aos dois tubos 3 mL de HCl concentrado. Observe o ocorrido e compare os dois tubos. 3.3. Separe dois tubos de ensaio A e B. Em cada um dos tubos adicione 2 mL de solução de AlCl3 1 M e 2 mL de NaOH 1 M. Em seguida adicione 3 mL de HCl 6 M ao tubo A e 3 mL de NaOH 6 M ao tubo B Observe o ocorrido. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 27 4- Remoção da película de Al2O3; 4.1. Coloque a latinha de forma que o fundo fique voltado para cima. Coloque uma ponta de espátula de sulfato de cobre sólido no fundo da latinha. Acrescente um pouco de água. Coloque uma ponta de espátula de cloreto de sódio e misture. Observe a reação. 4.2 Em outra latinha adicione uma ponta de espátula de cloreto de cobre no fundo da lata e acrescente um pouco de água. Observe a reação. Pós-Laboratório 1) Qual a melhor representação para o ácido bórico H3BO3 ou B(OH)3. Explique 2) Qual a reação do ácido bórico com o metanol em presença de H2SO4? 3) Como o pH de uma solução de ácido bórico é afetado pela adição de compostos polihidroxilados como o manitol ou glicerina? 4) Comente sobre a reatividade do alumínio com ácidos como o HCl e HNO3 e a base NaOH. Apresente as equações das reações. 5) Descreva os produtos das reações ocorridas no item 3.3. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 28 PRÁTICA 06 – CARBONO, ESTANHO E CHUMBO Objetivos ✓ Observar propriedades do C microcristalino. ✓ Preparar CO2 e verificar propriedades. ✓ Preparar Carbonatos e Bicarbonatos e verificar propriedades. ✓ Observar a reatividade do Estanho e Chumbo. ASSUNTO: Reações do Carbono Introdução Existem muitos tipos de carbono amorfo, tais como carvão vegetal, fuligem, etc., que na realidade são formas micro-cristalinas de grafite. As propriedades físicas de tais materiaissão principalmente determinadas pela natureza e extensão de suas áreas superficiais. O carvão é uma substância porosa, de peso específico aparente muito baixo, devido a presença de considerável volume de ar retido em seus poros. Devido a sua porosidade, possui superfície muito grande em relação ao seu peso, de modo que apresenta um grau elevado, o que conhecemos como “efeito de superfície”. Devido à sua grande extensão superficial, o carvão pode adsorver grandes quantidades de diversos gases; de forma análoga, também adsorve sólidos e líquidos. Será feito no laboratório o estudo do CO2, que será preparado pela decomposição de calcário com HCl. Das propriedades, serão verificados o caráter ácido e sua reação com bases fortes formando sais. O dióxido de carbono é um gás incolor com sabor fracamente ácido. Não é combustível nem comburente. Dissolve-se na água. O ácido carbônico forma duas séries de sais: os neutros e os ácidos. Os sais neutros têm o nome de carbonatos e os ácidos, de hidrogenocarbonatos, ou bicarbonatos. Dos sais neutros, apenas os dos metais alcalinos e os de amônio são solúveis em água. A solução aquosa dos carbonatos dos metais alcalinos tem reação alcalina, como consequência de sua hidrólise. Os demais carbonatos são insolúveis, mas muitos se dissolvem em excesso de H2CO3 formando bicarbonatos solúveis. Os carbonatos e bicarbonatos solúveis reagem com ácidos fortes e fracos, liberando CO2. É devido a esta reatividade que se baseia a construção do extintor de incêndio tipo CO2. Também reagem com sais de outros ácidos liberando CO2 e formando sais, geralmente insolúveis. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 29 Material e Reagente Suporte para funil Tubo de ensaio Pipeta graduada Kitassato Funil de separação Béquer Papel indicador de pH Carvão Ativo HCl (Conc.) CaCO3 Ba(OH)2 – 0,1 M BaCl2 – 1,0 M Na2CO3 – 1,0 M Procedimento 1- Carvão Ativo; 1.1. Coloque em um tubo de ensaio 3 mL de suco e uma espátula de carvão ativo. Agite, filtre, observe a coloração do filtrado e anote os resultados. 1.2. Misture em um graal quantidades iguais (cerca de 1 g) de enxofre, carbono e nitrato de potássio (KNO3) homogeneíze, a mistura com um almofariz com bastante cuidado para não fazer fricção. Retire uma pequena porção da mistura com uma espátula e faça ignição da mesma com um palito de fósforo em chama. 2- Compostos de Carbono; Dióxido de Carbono – Preparação e propriedades: MONTAGEM DISPONÍVEL NA CAPELA: Kitassato com capacidade para 250 mL contendo 20 g de CaCO3 e funil de separação com solução de HCl concentrado! Realizar este item na capela! 2.1. Através do funil de separação, adicionar HCl concentrado até cobrir todo o CaCO3. Borbulhar o gás desprendido em um béquer de 50 mL contendo água destilada. Medir o pH. Em seguida, borbulhar o gás desprendido em um tubo de ensaio, contendo 2 mL de solução de Ba(OH)2 0,1M. Observar e anotar. Carbonatos 2.2. Em um tubo de ensaio, colocar 2 mL de solução de BaCl2 1M e 2 mL de solução de Na2CO3 1N. Observar e anotar. Pós-Laboratório 1) Explique por que o carvão ativado é usado como adsorvente. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 30 2) Que propriedades do CO2 puderam ser evidenciadas? 3) Equacionar a reação de reatividade do carbonato. ASSUNTO: Reações do Estanho e Chumbo Metálico Introdução: A química desses dois elementos mostra muitas semelhanças, exceto que o estado e oxidação +2 é mais estável para o chumbo do que o estanho. Soluções que contenham Sn(II) são bons agentes redutores de fato, o oxigênio do ar oxida soluções Sn(II) a Sn(IV)a menos que algum Sn metálico esteja presente em contato com a solução de Sn(II). Por outro lado, somente os oxidantes muito fortes podem oxidar Pb(II) a Pb(IV)em solução aquosa. Tanto o Sn como o Pb metálicos podem se dissolver em solução 1M de ácidos não oxidantes. Entretanto isto só é possível na prática se utilizarmos uma solução de HCl ou H2SO4 a quente. A solução formada contém íons Sn(II), não sob a forma de íons Sn+2(aq) e sim sob a forma dos cloro-complexos SnCl4 -2 ou SnCl3-. O chumbo metálico não se dissolve, apreciavelmente em HCl diluído ou em H2SO4 com concentração até 50%. Com os ácidos oxidantes, como HNO3 concentrado o estanho e o chumbo reagem diferentemente. O estanho reage lentamente formando o dióxido insolúvel, SnO2; nesse caso , resulta no estado de oxidação (+4). Quando o HNO3, é usado como ácido oxidante, só se consegue colocar o Sn em solução adicionando- se uma alta concentração de Cl-, para formar o ácido complexo H2SnCl6, assim o Sn se dissolve completamente em água-régia. O Pb por outro lado, reage rapidamente com HNO3 gerando o nitrato de Pb(II) solúvel. Material e Reagente Tubo de ensaio Estante para tubo de ensaio Pipetas Bico de Bunsen HCl 5 mL H2SO4 5 mL HNO3 5 mL Sn sólido Pb sólido Procedimento 1. Com o auxílio de uma espátula, coloque uma porção de Sn(metálico) em um tubo de ensaio. Em seguida adicione 5mL de HCl (conc.). Observe. 2. Em outro tubo de ensaio coloque uma porção de Sn (metálico) e adicione 5mL de H2SO4 (conc.) Observe. 3. Aqueça os tubos dos itens 1 e 2, observe que o aquecimento deve favorecer a reação. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 31 4. Repita as operações 1, 2 e 3 usando o Pb (metálico) e faça as suas observações. 5. Em um tubo de ensaio adicione Sn(metálico) a 1mL de HNO3(conc.). Observe a dissolução rápida do Sn. 6. Em um tubo de ensaio adicione Pb (metálico) a 2mL de HNO3 (conc.) e observe a reação. Pós-Laboratório 1) Porque o estado de oxidação 2 é mais estável para o Pb do que para o Sn? 2) Qual a razão de utilizar na solução de HCl a quente para dissolver o Sn? 3) Quais as estruturas de SnCl4 2- e do SnCl3 - ? 4) Qual a razão do Pb metálico não dissolver apreciavelmente em HCl diluído? 5) Qual a reação do Sn(s) e HNO3(aq)? 6) O que é água régia? PRÁTICA 07 – NITROGÊNIO E SEUS COMPOSTOS Objetivos ✓ Preparar Nitrogênio e verificar propriedades. ✓ Preparar e identificar amônia através de propriedades. ✓ Analisar a hidrólise/Decomposição térmica de diferentes sais de amônio. ✓ Verificar propriedades do ácido nítrico. ASSUNTO: Nitrogênio: Preparação e Propriedades Introdução O nitrogênio pode ser obtido no laboratório através do aquecimento de uma solução saturada de cloreto de amônio juntamente com uma solução também saturada se nitrito de sódio. Também pode ser preparado por aquecimento a seco do dicromato de amônio: (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O É um gás pouco solúvel em água, incolor, inodoro e insípido. É quimicamente inerte. Não é combustível nem comburente. A característica principal do nitrogênio é a sua inatividade química, devido ao calor de dissociação da molécula de nitrogênio que é de -171,14 Kcal/mol de N2. No entanto, a elevadas temperaturas, se combina com certos metais formando nitretos. Também reage com não metal, tais como o oxigênio e com compostos. Identifica-se habitualmente o nitrogênio de uma maneira negativa. Assim, uma amostra de gás que não mantém a combustão, que não queima, que é Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 32 incolor, neutra e não reage com os reagentes habituais (por exemplo: água de cal) é, provavelmente, nitrogênio.Material e Reagente Erlenmeyer Béquer Papel medidor de pH Bico de bunsen Tela de amianto Tripé de ferro Solução Saturada de NH4Cl Solução Saturada de NaNO2 Solução de Ba(OH)2 0,1M Procedimento 1. Em um erlenmeyer, colocar 10 mL de solução saturada de NH4Cl e 10 mL de solução saturada de NaNO2 e aquecer. Medir o pH do gás borbulhado em um béquer contendo água destilada. Observar e anotar. Obs.: o aquecimento direto do nitrito de amônio ocasionaria explosão violenta. 2. Em seguida borbulhar o mesmo gás em um tubo de ensaio contendo solução de Ba(OH)2 0,1M. Aproximar um palito de fósforo aceso da abertura do tubo de ensaio onde ocorre o desprendimento de gás. Observar e anotar! Pós-Laboratório 1) Escreva a equação química para a reação do procedimento 1 e mostre que ela é uma reação de óxido-redução. 2) Explique os resultados do procedimento 2. ASSUNTO: Estudo da Amônia e dos sais amoniacais Introdução O composto hidrogenado mais simples do nitrogênio é a amônia. Ao contrário dos outros hidretos do grupo V, a amônia é bastante solúvel em água e uma solução aquosa de amônia tem propriedades alcalinas sendo comumente chamada de hidróxido de amônio. Uma solução de hidróxido de amônio comporta-se como uma base. Assim, por exemplo, precipita muitos hidróxidos metálicos das soluções de seus sais, que às vezes, dissolvem-se em excesso de solução de amônio, devido à formação de íons complexos. Pelo seu aspecto, os sais de amônio são substâncias cristalinas muito Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 33 semelhantes aos respectivos sais dos metais alcalinos, principalmente os sais de potássio, uma vez que o raio do íon NH4 + é quase igual ao do íon K+. À semelhança dos sais dos metais alcalinos, todos os sais de amônio são solúveis na água e são eletrólitos fortes, uma vez que em solução aquosa se encontram completamente dissociados em íons. Os sais de amônio se preparam de dois modos: pela ação direta do amoníaco gasoso com os ácidos e pela reação destes com o NH4OH. Os diferentes sais de amônio quando hidrolisados apresentam pH que depende do ácido e da base de origem. Por exemplo: um sal de um ácido forte e uma base fraca, quando hidrolisado apresenta pH menor que seis. Já um sal de um ácido fraco, quando hidrolisado, apresenta pH em torno de sete e oito. Todos os sais de amônio são voláteis e, muitos, quando aquecidos se decompõem em ácido e NH3. No entanto, os sais de amônio de ácidos oxidantes, tais como o nitrito de amônio e o dicromato de amônio, não dão amoníaco ao aquecê-los, mas sim, N2, e, às vezes, óxidos de nitrogênio, por oxidação da NH3. Material e Reagente Erlenmeyer Béquer Papel medidor de pH Bico de bunsen Tela de amianto Tripé de ferro Solução Saturada de NH4Cl Solução Saturada de NaNO2 Solução de Ba(OH)2 0,1M Solução de KOH 1M Solução de NaOH 1M Procedimento Parte I (Amônia: preparação e propriedades); 1. Em 01 tubo de ensaio adicionar 0,5g de NH4Cl e 1 mL de solução de KOH 1M. Aquecer e sentir o odor do gás que se desprende, umedecendo um pedaço de papel de filtro com água destilada e aproximando-o do tubo de ensaio! Cheirar o papel de filtro cuidadosamente! 2. Colocar um pedaço de papel indicador sobre um vidro de relógio e sobrepô-lo ao tubo que está sendo aquecido. 3. Repita o procedimento 1 e 2 utilizando NaOH 1M, ao invés de KOH. Parte II (Sais de amônio: hidrólise e decomposição); Tubo de ensaio 01 - Colocar 0,5g de NH4Cl e 5 mL de água destilada; Tubo de ensaio 02 - Colocar 0,5g de NH4CH3COO e 5 mL de água destilada; Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 34 Agitar cada tubo até dissolver os sais. Verificar o pH de cada solução. Tubo de ensaio 03 - Colocar 0,5g de NH4Cl; (Aquecer) Pós-Laboratório 1) Escrever a equação da reação de preparação de NH3 e descrever as propriedades desse gás. 2) Explicar os valores de pH obtidos das soluções de NH4Cl e NH4CH3COO. ASSUNTO: Ácido Nítrico e Nitratos Introdução O ácido nítrico quimicamente puro é um líquido incolor, fumegante ao ar, de odor especial e fortemente ácido, cuja densidade é 1,52g.mL-1 a 15°C. Pela ação da luz e do calor se decompõe em água, oxigênio e peróxido de nitrogênio, Se dissolve em água. É extremamente corrosivo capaz de causar graves queimaduras nos olhos e na pele e os seus vapores, especialmente os gases de decomposição (óxidos de nitrogênio), são capazes de provocar lesões nos pulmões. Vapores do ácido nítrico podem ser facilmente identificados pelo cheiro ácido. Vapores de óxidos de nitrogênio tem cheiro levemente doce e, quando a emanação for muito intensa, a névoa resultante apresenta cor marrom - avermelhada. O ácido nítrico diluído pode ter qualquer concentração abaixo de 68%, porém o termo é normalmente empregado para designar uma solução de aproximadamente 10% de ácido nítrico, preparado por diluição de uma parte de ácido nítrico concentrado normal com 5 partes de água. Ácido nítrico diluído tem um efeito muito corrosivo sobre metais, especialmente alumínio. Além disso, o ácido nítrico, em várias concentrações, é utilizado para fabricação de corantes, explosivos, ésteres orgânicos, fibras sintéticas, nitrificação de compostos alifáticos e aromáticos, galvanoplastia, seda artificial, nitroglicerina, nitrocelulose, ácido pícrico, ácido benzóico, nylon, etc. É um ácido forte, usado como agente oxidante e de nitração. Quimicamente, o ácido nítrico reage de três maneiras: a) como ácido forte; b) como agente oxidante; c) como agente de nitração. Como ácido forte, o ácido nítrico reage com produtos alcalinos, os óxidos e as substâncias básicas, formando sais. Um destes, o nitrato de amônio, junto com outras soluções de nitrogênio feitas a partir do ácido nítrico é usado em larga escala na indústria de fertilizantes. A reação de oxidação do ácido nítrico faz possível sua aplicação mais espetacular. É um oxidante eficaz tanto em soluções concentradas como diluídas. Em condições adequadas o ácido nítrico ataca todos os metais, exceto Au, Pt, Rh, Os, Ru e Ir. Entretanto alguns metais como Al e Fe, tornam-se passivos sob a ação do HNO3 a certa concentração. Fazendo-se agir HNO3 sobre os metais, não há desprendimento de H2. Forma-se um ou outro dos muitos produtos Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 35 possíveis da redução do ácido, cuja natureza depende do metal e das condições da experiência. As reações de nitração incluem a nitração comum e a esterificação. As indústrias do couro, tintas e vernizes, corantes e de plásticos dependem do ácido nítrico devido a nitração. Tem ainda aplicação na indústria farmacêutica, de borracha, entre outras. Material e Reagente Tubo de ensaio Pipeta Cobre HNO3 - 6M HNO3 Conc. Procedimento 1. Em um tubo de ensaio, coloque 1mL de ácido nítrico 6M. Leve o material para a capela e adicione um pedaço de cobre metálico. 2. Repita o procedimento anterior utilizando ácido nítrico concentrado. Verifique as reações e anote os resultados. Pós-Laboratório 1) Equacionar a reação do ácido nítrico com o cobre. 2) Um dos produtos da reação acima é oxido nítrico (NO). É um gás paramagnético que reage instantaneamente com oxigênio formando NO2. Explique o paramagnetismo do NO através da teoria dos orbitais moleculares (TOM). 3) Comente a importância industrial do HNO3. ASSUNTO: Propriedades Oxidantes e Redutoras do NO3 e do NO2 Introdução O nitrogênio (N2) constitui cerca de 78% do volume da atmosfera. Além disso, é uma fonte conveniente de matéria prima para a preparação de compostos de nitrogênio. O solo, especialmente em regiões férteis, contém nitrogênio na forma de nitratos, nitritos e outros compostos. O íon nitrito (NO2 - ) é angular com ângulo de ligação de 125°. É relativamente estávelem soluções básicas e neutras, além de possuir o estado de oxidação +3. Já o íon nitrato (NO3 - ) tem uma estrutura trigonal planar e em presença de íons H+ pode atuar como um oxidante, mas não como um redutor. O efeito da concentração do íon H+ sobre a capacidade de oxidação do íon nitrato torna-se nitidamente evidente Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 36 quando se compara o com o mesmo efeito sobre o íon nitrito. O íon nitrito pode ser oxidado a nitrato por muitos pares oxidantes relativamente fracos. Considerando-se conjuntamente os diagramas de oxidação, estando os compostos de nitrogênio em soluções ácidas ou básicas, percebe-se que qualquer composto formado por nitrogênio e que tenha um número de oxidação +3 e +5 pode em condições adequadas de pH atuar como um oxidante ou como redutor. Material e Reagente Balança Bico de bunsen Espátulas Papel de filtro Pinça de madeira Tubos de ensaio Pipetas Tela de amianto Tripé de ferro Vidro de relógio Ácido nítrico Ácido sulfúrico concentrado Solução de FeSO4 Solução de H2SO4 2,0 M Solução de KOH 30% Solução de Na2Cr2O7 1,0 M Solução de NaI 1,0 M Zinco Metálico Solução de KNO3 1,0 M NaNO2 3,0 M Procedimento Parte 1 1.1. Colocar 1mL de solução de sulfato ferroso e 3mL de ácido sulfúrico concentrado, em um tubo de ensaio. Misturar e deixar arrefecer. 1.2. Adicionar cuidadosamente a mistura, deixando escorrer pelas paredes do tubo de ensaio, 1mL de ácido nítrico 1:1. Observar. 1.3. A um outro tubo de ensaio adicionar 2mL de solução de KNO3 e 3mL de solução de hidróxido de potássio 30%. 1.4. Adicionar à solução pequena quantidade de zinco metálico e aquecer. 1.5. Identificar pelo cheiro o gás formado. Parte 2 2.1. Em um tubo de ensaio colocar 1mL de solução de NaNO2 3,0 M. 2.2. Adicionar ao tubo de ensaio 0,5mL de H2SO4 2,0 M. Observar a coloração da solução. 2.3. Reservar o tubo de ensaio para posterior observação. 2.4. Em um outro tubo de ensaio juntar 3mL de NaNO2 e 3mL de H2SO4. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 37 2.5. Adicionar a mistura 1mL da solução de Na2Cr2O7 1,0 M e aquecer. Observar. 2.6. Em um terceiro tubo de ensaio adicionar 2mL de NaNO2 3,0 M e NaI 1,0 M. 2.7. Adicionar à solução 0,5mL de H2SO4 2,0 M. Observar. Pós-Laboratório 1) Comente as propriedades oxidantes e redutores do íon NO3-. 2) Comente o resultado dos procedimentos da parte 1 demonstrando suas reações. 3) Comente o resultado dos procedimentos da parte 2 demonstrando suas reações. 4) Represente as estruturas geométricas dos íons nitrato e nitrito. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 38 PRÁTICA 08 – OXIGÊNIO E ENXOFRE Objetivos ✓ Preparar e identificar oxigênio através de propriedades; ✓ Observar a reatividade do oxigênio; ✓ Analisar o comportamento do peróxido de hidrogênio. ✓ Preparar enxofre plástico; ✓ Preparar e verificar propriedades de compostos de enxofre. ASSUNTO: Oxigênio Introdução O oxigênio possui dois alótropos (O2 e O3). O O2 é uma molécula diatômica estável, o que explica sua existência na forma de gás (S, Se, Te e Po tem estruturas mais complicadas, por exemplo S8, sendo sólidos à temperatura ambiente. A ligação da molécula de O2 não é tão simples como se pode parecer. Se a molécula tivesse duas ligações covalentes, então todos os elétrons estariam emparelhados e a molécula seria diamagnética. Mas o O2 é uma molécula paramagnética (Fig. 1) e, portanto, deve conter elétrons desemparelhados. A explicação desse fenômeno foi um dos primeiros êxitos da teoria de orbitais moleculares. O oxigênio líquido é azul pálida, assim como o sólido. A cor decorre das transições eletrônicas que levam a molécula do estado fundamental (um estado triplete) para um estado excitado (singlete). O oxigênio é obtido industrialmente pela destilação fracionada do ar líquido. Em escala de laboratório, o elemento pode ser produzido a partir da decomposição de sais ou através de reações de oxirredução. Figura 1 - Configuração eletrônica, orbitais atômicos e moleculares para o oxigênio Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 39 Material e Reagente Pêra Tubo de ensaio Pipeta graduada Kitassato Funil de separação Béquer Palito de fósforo NaOH 1,0 M MnCl2 1,0 M H2O2 3% Fe(NO3)3(aq) KI 0,1 M AgNO3 0,1M CuCl2 0,1M H2SO4 conc Procedimento 1- Obtenção de Oxigênio; 1.1. A um tubo de ensaio, junte 2 mL de solução 1 M de cloreto de manganês (II) (MnCl2), e 2 mL de solução 1M de hidróxido de sódio (NaOH). Agite levemente observando a cor do precipitado e deixe em repouso para posterior teste. 2.2. Em um sistema gerador de gás (semelhante fig. 2), gire parcialmente a torneira do funil e deixe gotejar lentamente aproximadamente 10mL de Fe(NO3)3(aq) a 100 mL de H2O2 3%. Observar o desprendimento de oxigênio e aproximar um palito de fósforo em brasa, próxima a saída do gás verificando sua propriedade comburente. 2.3. Introduzir o mesmo gás que está sendo desprendido do sistema dentro do tubo de ensaio do procedimento 1.1. Agite levemente e observe a cor do precipitado. Figura 2 – Sistema gerador de gás 2- Decomposição de Peróxido de Hidrogênio; 2.1. Em um tubo de ensaio colocar 2mL de solução de KI 0,1M e 1mL de H2O2 10%; 2.2. Em um tubo de ensaio colocar 1mL de solução de AgNO3 e 1mL de solução de NaOH 1M; Observar a formação de precipitado. Adicionar 1mL de H2O2, gota a gota; 2.3. Em um tubo de ensaio colocar 2mL de CuCl2 e e 1mL de H2O2 10%; 2.4. Em um béquer contendo uma rodela de batata, adicionar 2 mL de H2O2 10%. H2O2 KMnO4(s) Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 40 Pós-Laboratório 1) Equacionar a reação do procedimento 1 (Obtenção de Oxigênio). 2) Explique os resultados do procedimento 3. (Obtenção de Oxigênio). 3) Explique os resultados dos procedimentos 1,2 e 3. (Decomposição de Peróxido de Hidrogênio) 4) Que tipo de reação foi observada no procedimento 4. Fale sobre a substância presente na batata responsável pelo desprendimento do gás. ASSUNTO: Enxofre Introdução Enxofre é o elemento que possui o maior número de alótropos. As duas formas alotrópicas mais comuns são o enxofre-α ou rômbico (estável à temperatura ambiente) e o enxofre-β ou monoclínico, que é estável acima de 95,5 °C. Essas duas formas se interconvertem quando aquecidos ou esfriados lentamente. O enxofre rômbico ocorre naturalmente na forma de cristais amarelos em áreas vulcânicas. As duas formas alotrópicas contém aneis S8 não-planos, com uma conformação de coroa (Fig. 3), diferindo no modo de empacotamento dos anéis no cristal, o que afeta suas densidades. O enxofre funde formando um líquido móvel, que escurece a medida que a temperatura aumenta. A 160°C, os anéis S8 se rompem, e o dirradical assim formado se polimeriza, formando longas cadeias com até um milhão de átomos. A viscosidade aumenta até 200 °C (o vapor existente nessa temperatura é constituído essencialmente por moléculas de S8), onde a partir dessa temperatura as cadeias serompem, formando cadeias mais curtas e espécies cíclicas e diminuindo assim a viscosidade até 444°C (ponto de ebulição). A 600 °C o gás é formado quase exclusivamente por moléculas de S2. Essas moléculas de S2 permanecem estáveis até 2.200 °C. O S2 é um gás paramagnético e de cor azul, assim como o O2; e provavelmente tem ligações tem ligações similares. Figura 3 – Estrutura da molécula S8 Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 41 Material e Reagente Tubo de ensaio Kitassato Béquer Pêra Pipeta graduada Cápsulas de porcelana Papel medidor de pH Na2S2O3 (s) HCl conc. e 1,0 M KMnO4 0,1 M K2Cr2O7 0,1 M NH4S 0,1 M H2SO4 conc. NaCl (s) Açúcar Amido Papel Madeira Procedimento 1- Dióxido de Enxofre; 1.1. Em um kitassato, colocar uma pequena quantidade de tiossulfato de sódio (Na2S2O3) sólido e adicionar cerca de 2 a 3 mL de HCl concentrado. Desprender o gás em um béquer contendo água destilada e depois medir o pH. PREPARAÇÃO FEITA PARA TODA A TURMA! Obs: Caso necessário aqueça o sistema para liberar o gás. 1.2. Em um tudo de ensaio adicione 2 mL da solução preparada do procedimento 1 e em seguida 2 mL de uma solução de KMnO4 0,1M. 1.3. Em um tudo de ensaio adicione 2 mL da solução preparada do procedimento 1 e em seguida 2 mL de uma solução de K2Cr2O7 0,1M. 2- Ácido Sulfúrico como agente desidratante; 2.1. Utilizar 4 cápsulas de porcelana. Colocar em cada uma, separadamente, uma pequena quantidade de açúcar, amido, papel e madeira. Em seguida, adicionar a cada cápsula 3 mL de solução concentrada de H2SO4. Aguardar alguns minutos, observar o que ocorreu e anotar. 3- Formação de um ácido volátil; 3.1. Em um tubo de ensaio colocar uma pequena quantidade de NaCl(s) e 2 mL de solução de H2SO4 concentrado. Verificar o que ocorre e anotar. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 42 Pós-Laboratório 1) Equacione a reação do procedimento 1. (Dióxido de Enxofre) 2) Explique os resultados dos procedimentos 2 e 3 (Dióxido de Enxofre) 3) Por que o ácido sulfúrico enegrece o açúcar? (Ácido Sulfúrico como agente desidratante) 4) Que gás volátil foi produzido no procedimento 1? Equacione a reação. (Formação de um ácido volátil) Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 43 PRÁTICA 09 – HALOGÊNIOS Objetivos ✓Preparar Cloro e água de cloro; ✓ Observar propriedades físicas e químicas; ✓ Estudar os ácidos halogenídricos. ✓ Preparar e analisar sais de ácidos halogenídricos. Introdução Os halogênios são elementos com prioridades não-metálicas mais marcantes. Possuem número de oxidação variável e apresentam propriedades semelhantes, decrescendo o seu poder reacional do flúor para o iodo. Habitualmente prepara-se cloro, no laboratório, por oxidação do ácido clorídrico, sendo o MnO2 ou KMnO4, os agentes oxidantes mais comumente empregados. É um gás amarelo esverdeado, odor irritante e sufocante, muito tóxico. Ataca as mucosas nasais e vias respiratórias. Solúvel na água, forma uma solução “água de cloro”, possuindo cor, odor e sabor de cloro. O bromo é um líquido avermelhado, denso, volátil, desprendendo a temperaturas ordinárias, vapores avermelhados, tóxicos, de odor irritante e repugnante. Ataca as mucosas nasais, a garganta, sobretudo a pele, produzindo queimaduras sérias. É solúvel na água, clorofórmio, sulfeto de carbono, éter e ácido acético. O iodo é sólido, pardo escuro, brilhante (com “brilho metálico”), volatiliza-se lentamente dando vapores violáceos, odor fraco, semelhante ao cloro. Solúvel em álcool, acetona, sulfeto de carbono, muito pouco solúvel na água, mas solúvel em solução aquosa ou alcoólica de KI, pois forma com este, KI3 solúvel (Tintura de iodo). É oxidante como os outros halogênios, porém menos enérgico. Com relação aos sais de ácidos halogenídricos, os cloretos em sua maioria são compostos bem cristalinos facilmente solúveis em água. Os brometos são sais semelhantes aos cloretos. Os sais correspondentes cristalizam sob a mesma forma e assemelham-se em seu comportamento químico, consistindo a diferença no fato de que os brometos são mais facilmente oxidáveis. Os iodetos assemelham-se aos cloretos e brometos e podem ser preparados por processos análogos. Entretanto, deve-se notar que muitos dos denominados iodetos insolúveis precipitados por adição de solução de KI à solução de um sal metálico são solúveis em excesso de solução de KI. Muitos iodetos têm colorações características. Material e Reagente Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 44 Procedimento Cuidado: Os halogênios são gases extremamente corrosivos. Trabalhe sempre na capela e em ambientes bem ventilados. Evite inalá-los. 1- Obtenção e propriedades do cloro e água de cloro; 1.1. Colocar KMnO4 em um tubo de ensaio grande. 1.2. Adicionar HCl concentrado em quantidade suficiente para cobrí-lo. 1.3. Borbulhar o gás produzido em um béquer de 100mL contendo água destilada. Reservar. 1.4. Em um tubo de ensaio, colocar 2mL de KI 0,1M. Adicionar 2mL de água de cloro. e) 1.5. Adicione agora, 1mL de Hexano no tubo de ensaio. Observe com atenção o ocorrido. 2- Propriedades dos Haletos e dos Halogênios; ➢ Propriedades dos Haletos 2.1. Reação de cloreto de sódio com ácido sulfúrico concentrado; a) Transfira uma ponta de espátula de cloreto de sódio para um tubo de ensaio. b) Segure o tubo com uma pinça e, na capela, adicione lentamente ácido sulfúrico concentrado com uma pipeta até cobrir o sólido. Se necessário aqueça cuidadosamente na chama do bico de Bünsen. Cuidado: Ácido sulfúrico concentrado é altamente corrosivo. c) Identifique o gás liberado colocando na boca do tubo de ensaio a ponta de um bastão de vidro previamente mergulhada em uma solução de nitrato de prata. Após o teste, deixe os materiais na capela. 2.2. Reação de iodeto de potássio com ácido sulfúrico concentrado; Bastão de vidro AgNO3 KBr Béquer Amido KI Bico de Bunsen Clorofórmio KIO3 Cápsula de porcelana. Cobre KMnO4 Espátula Etanol NaBr Papel indicador H2SO4 NaCl Pêra HCl NaHSO3 Pinça de madeira Hexano Pb(NO3)2 Pipeta Iodo PVC Tubo de ensaio KBr Zinco Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 45 a) Repita o procedimento acima utilizando um pequeno cristal de iodeto de potássio e algumas gotas de ácido sulfúrico concentrado. b) Em seguida aqueça um pouco na chama do bico de Bünsen e observe. Identifique o gás liberado pela cor. ➢ Propriedades do Iodo (I2) 2.3. Solubilidade; a) Transfira para três tubos de ensaio cerca de 2 mL de água, etanol e clorofórmio. b) Adicione a cada tubo um cristal muito pequeno de iodo. Agite bem e observe. c) Adicione, ao tubo contendo água e iodo, um pouco de solução de iodeto de potássio. Agite e observe. 2.4. Reação do Iodo com o zinco; a) Em uma cápsula de porcelana seca, misture um pouco de zinco em pó com uma quantidade equivalente de iodo em pó, previamente triturado. b) Coloque a cápsula na capela e abaixe parcialmente o vidro da mesma. Adicione algumas gotas de água para iniciar a reação e observe. c) Adicione mais água, agite,filtre e acrescente, ao filtrado, gotas de solução de nitrato de chumbo. 3- Reação Relógio; a) Prepare duas soluções, A e B. (solução A: dissolva 2,0 g de KIO3 em 1000 mL de água e solução B: dissolva 2,0 g de amido solúvel em 200 mL de água fervente). Observe que as duas soluções, A e B, são incolores. b) Deixe a solução B esfriar e depois adicione: 0,40 g de NaHSO3 e 2,0 mL H2SO4 conc. c) Dilua a solução B adicionando água até completar 1 litro. d) Misture 10 mL da solução A com 10 mL da solução B. Ocorrerá uma reação química evidenciada pela mudança de cor do conjunto. 4- Identificando Polímeros Halogenados; a) Limpe um pedaço de fio de cobre com uma esponja de aço. Segure o fio de cobre com uma pinça de madeira e aqueça a ponta do fio na chama do bico de Bünsen até não observar coloração na chama acima do fio. Manual de Práticas de Química Inorgânica Experimental I 46 b) Encoste o metal aquecido no material a ser identificado, de modo que um pouco do polímero fique aderido no fio. Retorne o fio à chama e observe. Uma coloração verde na chama indica que o polímero contém átomos de halogênio (cloro ou bromo). Pós-Laboratório 1) Equacionar a reação de preparação do cloro em laboratório. 2) Discutir sobre a reatividade do cloro com metais, não metais e compostos. 3) Ao final da reação do ácido sulfúrico com o cloreto de sódio, foi colocado na saída do tubo de ensaio um bastão previamente mergulhado em solução de nitrato de prata. Explique os resultados equacionando as reações. 4) Explique os resultados para os testes de solubilidade do Iodo. 5) O que são reações relógio? Explique a utilização de amido no experimento. 6) Todos os halogênios reagem com o hidrogênio formando hidretos. Explique porque a reatividade decresce de cima pra baixo dentro do grupo.