Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia – Campus Jequié Departamento de Química e Exatas - DQE Disciplina: Química nor!"nica Experimental – #urma: $%& $ro'essora: (arl)cia Barreto *luno: +eovane +eovane Santos Sou,a *tividade: *tividade: *ula *ula prtica prtica
Data: &./%0/&%1 &./%0/&%12 2
Elementos do bloco s
4elat elat5r 5rio io de aula aula prt prtic ica a apre aprese sent ntad ado o 6 disciplina de Química nor!"nica Experimental 3 ministrada pela pro'essora pro'essora (arl)cia Barreto3 como avalia78o parcial do semestre-&%12/
Jequié – Bahia3 *!osto de &%12/
1.
INTRODUÇÃO
9s elementos do loco s s8o todos metais3 excelentes condutores térmicos e elétricos e astante reativos/ Seus elétrons de val;ncia encontram-se em um orital s e suas principais características s8o: a< 'orma78o de ctions= < seus 5xidos e hidr5xidos s8o sicos= c< atuam unicamente como redutores= d< s8o astante reativos/ 9s metais alcalinos comp>em a primeira coluna da taela peri5dica/ Este !rupo é 'ormado pelos elementos: ?i3 @a3 A3 43 s e Cr3 que constitui compostos univalentes e os maiores tomos em seus respectivos períodos3 apresentam aixa densidade3 aixa ener!ia de coes8o ao ponto de poderem ser cortados com uma 'aca3 'ormam compostos univalentes3 inicos e incolores3 seus hidr5xidos e 5xidos s8o ases s8o muito 'ortes3 e s8o altamente reativos / *s propriedades 'ísicas e químicas desses elementos est8o intimamente relacionadas com a sua estrutura eletrnica e seu tamanho/ Seus elementos t;m um elétron de val;ncia no orital mais externo – um elétron s3 que ocupa um orital es'érico/ Este elétron encontra-se astante a'astado do n)cleo3 lo!o3 as ener!ias necessrias para remov;-lo dos tomos n8o s8o muito !randes/ *ssim3 em suas rea7>es 'ormam íons ( / 9s metais alcalinos terrosos constituem a se!unda coluna da taela peri5dica/ Este !rupo é 'ormado pelos elementos: Be3 (!3 a3 Sr3 Ba e 4a3 que s8o divalentes3 com as mesmas tend;ncias nas propriedades oservadas dos metais alcalinos3 porém de carter menos acentuado/ *ssim3 'ormam compostos inicos incolores3 seus 5xidos e hidr5xidos s8o menos sicos que os metais alcalinos3 s8o mais duros3 mais densos3 menores e em menos reativos do que os alcalinos/ #odos seus elementos possuem dois elétrons s no nível eletrnico mais externo/ Essa car!a adicional 'a, com que o n)cleo atraia mais 'ortemente os elétrons3 consequentemente3 possui maior ener!ia de ioni,a78o que os alcalinos/ Em suas rea7>es 'ormam íons ( &/
2
omo resultado de aixas ener!ias de ioni,a78o3 quando os elementos do !rupo s8o irradiados com lu,3 a ener!ia luminosa asorvida pode ser su'icientemente elevada para 'a,er com que o tomo perca um elétron/ Este é denominado 'otoelétron/ 9s elétrons tamém podem ser 'acilmente
excitados para um nível de
ener!ia superiores3 por exemplo3 no teste de chama/ @o caso dos metais do +rupo 13 a ener!ia é emitida na 'orma de lu, visível3 provocando o aparecimento de cores características na chama/ 9 'enmeno de dissolu78o de sais em !ua é conhecido por hidr5lise/ * hidr5lise de um sal é a rea78o entre seu ction ou seu "nion ou3 de amos com as moléculas da !ua/ *o depender da nature,a do sal3 sua dissolu78o em !ua pode !erar solu7>es cidas3 neutras3 ou alcalinas/
2. OBJETIVOS omparar a reatividade de al!uns metais dos !rupos 1 e & 'rente 6
!ua e o ar/ denti'icar elementos dos !rupos 1 e & através dos testes de chama e
'orma78o de precipitados/ Feri'icar o comportamento dos sais destes elementos 'rente !ua/
3. MATERIAIS UTII!ADOS #uos
de ensaio
Béquer Esptula $;ra Fidro Cio
de rel5!io
de platina
$apel Bico
indicador de pG
de Bunsen
aixa
de '5s'oros
$in7a
3
3.1 SOUÇ"ES E REA#ENTES S5dio
metlico
loreto
de clcio
Solu78o Cita
de 'enol'taleína a %31 H Imv< alco5lica/
de ma!nésio/
Solu78o
de cido clorídrico I@a9G< %31 mollitro
Solu78o
de cloreto de potssio %3%1 mollitro
Solu7ao
alco5lica de tetra'enilorato de s5dio a %31 H Imv<
Solu78o
de cloreto de lítio Solu78o de cloreto de s5dio a %31H Imv<
Solu78o
de caronato de rio %31H Imv<
Solu78o
de caronato de estrncio %31H Imv<
@itrato
de ma!nésio
@itrato
de s5dio
Sul'eto
de s5dio
loreto
de potssio
aronato
de potssio
$. %RO&EDIMENTO E'%ERIMENTA( ATENÇÃO &)*d+dos es,ec*+*s +o )s+- sd*o met/l*co( */
@8o tocar com as m8os/ Use sempre uma pin7a/
B/
S5dio rea!e 'ortemente com !ua/ $e7a orienta78o ao
pro'essor/
$.1 %-o,-*ed+des -ed)to-+s dos met+*s 4
2/1/1< $e!ou-se com uma pin7a um pequeno peda7o de s5dio metlico que se encontra imerso em querosene/ olocou-se sore uma 'olha de papel 'iltro e 'e,-se um corte com a esptula/ 9servou-se a apar;ncia da super'ície recémcortada e o que aconteceu em se!uida/ 2/1/&< colocou-se !ua destilada em um équer e & a K !otas de solu78o de 'enol'taleína a %31 H Imv< alco5lica/ ortou-se um peda7o de s5dio do tamanho aproximado da cae7a de um palito de '5s'oro/ 9teu-se um vidro de rel5!io limpo e seco/ olocou-se o pequeno peda7o de s5dio no équer e3 imediatamente3 coriu-se o vidro de rel5!io/ 9servou-se/
2/1/K< ?ixou-se um peda7o de ma!nésio para retirar a camada que a prote!e/ 9servou-se a apar;ncia3 esperou-se al!uns se!undos e veri'icou-se se houve modi'ica78o/ Em um tuo de ensaio contendo !ua destilada e !otas de solu78o de 'enol'taleína a %31 H Imv< alco5lica e colocou-se a 'ita de ma!nésio lixada/ 9servou-se/
2/1/2< olocou-se3 em um tuo de ensaio3 um pouco de solu78o de cido clorídrico %31 mollitro e adicionou-se um peda7o de 'ita de ma!nésio/ 9servouse/ 2/1/.< ?ixou-se um peda7o de 'ita de ma!nésio para retirar a camada preta que o prote!e/ Se!urou-se com uma pin7a e aqueceu-se 6 chama de um ico de Bunsen3 até que oservou-se al!uma trans'orma78o/ 4ecolheu-se o produto desta rea78o em um tuo de ensaio contendo !ua destilada e !otas de solu78o de 'enol'taleína a %31 H Imv< alco5lica/ 9servou-se/
$.2 Ident*0*c+o de +l)ns elementos do bloco s. 2/&/1< denti'ica78o através do teste de chamas/ (anipulou-se em capela/ ?impou-se um 'io de platina3 aquecendo-o até a incandesc;ncia na parte mais quente da chama e3 em se!uida3 introdu,iu-o em Gl concentrado/ 4epetiu-se esta opera78o/ (er!ulhou-se o 'io de platina limpo
5
na solu78o a ser testada e em se!uida aqueceu-se na chama/ *notou-se a colora78o da chama/ aso n8o houvesse convic78o da colora78o oservada3 repetiria o processo/ #estou-se cada uma das solu7>es a 1H Imv<: cloreto de potssio3 cloreto de s5dio3 cloreto de clcio/ loreto de lítio3 caronato de estrncio e caronato de rio/
$.3 4*d-l*se de s+*s. 2/K/1< Em um tuo de ensaio3 colocou-se cristais do sal a ser testado e adicionou-se a!ua destilada/ #estou-se o pG da solu78o/ Sais que 'oram testados: nitrato de ma!nésio= cloreto de clcio= cloreto de s5dio e outros indicados pelo pro'essor/
5. RESUTADOS E DIS&USSÃO
$.1.1 *o cortar-se com uma esptula um peda7o de s5dio metlico que estava imerso em querosene3 oservou-se que o local recém-cortado apresentou um rilho3 que é característico dos metais/ *p5s al!uns se!undos3 notou-se que houve mudan7a no aspecto da parte recém-cortada3 pois o rilho diminuiu/ * diminui78o da intensidade do rilho na parte recém-cortada deve-se a alta reatividade do s5dio3 assim como os demais elementos do mesmo !rupo na #aela $eri5dica/ * rea78o ocorrida durante a exposi78o do s5dio metlico ao ar em excesso ocorre em duas etapas e se encontra lo!o aaixo:
2Na(s) + 1/2O2(g) → Na2 O(s) Na2 O(s) + 1/2O2(g) → Na2 O2(s)
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@a primeira etapa3 a rea78o !era 5xido de s5dio3 e posteriormente per5xido de s5dio/ 9 s5dio apresenta apenas um elétron em sua camada de val;ncia/ Devido 6 dist"ncia da mesma em rela78o ao n)cleo atmico e o e'eito de linda!em3 a car!a nuclear e'etiva que che!a a camada externa é aixa/ * alta reatividade do s5dio em presen7a de ar é explicada pelo 'ato do s5dio se estaili,ar ao perder um elétron3 pois adquire con'i!ura78o eletrnica de !s nore3 tendo seu orital de val;ncia completamente preenchido/ 9 s5dio é um metal alcalino muito reativo e 'acilmente oxidvel3 constituindo assim3 um 'orte a!ente redutor/
$.1.2 nicialmente a mistura 'ormada por !ua destilada e tr;s !otas de 'enol'taleína a %31 H Imv< n8o apresentava colora78o/ *o adicionar o peda7o de s5dio metlico 6 mistura3 notou-se que o mesmo 'lutuava sore a !ua/ Gouve uma rea78o rpida3 com e'ervesc;ncia/ *p5s al!uns se!undos o pequeno peda7o de s5dio 'oi totalmente consumido e a solu78o tornou-se r5sea/ * rea78o do s5dio com !ua é representada aaixo:
Reação global: Oxid.: Red.:
2Na(s) +2 H 2O (l) → 2 NaOH ( aq) + H 2(g) 2Na (s) → 2Na+(aq) + 2e! ! ! 2H 2O (l) + 2e → H 2 (g) + 2OH (aq)
+ ! 2Na (s) + 2H 2O (l) → 2Na (aq) + 2OH (aq) +H 2 (g)
$or ser altamente reativo3 quando o s5dio entrou em contato com a !ua iniciou-se uma rpida rea78o de carter extremamente exotérmico/ 9 s5dio3 que é um 'orte a!ente redutor3 redu,iu o hidro!;nio da !ua a hidro!;nio atmico3 que por ser muito instvel3 uniu-se a outro tomo de hidro!;nio3 !erando o !s hidro!;nio3 e 'oi oxidado a íons @a que partiram para a solu78o 'ormando hidr5xido de s5dio/ 9 @a9G3 por ter um acentuado carter sico Ide pG 1&3L<
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quando em contato com o indicador cido-ase 'enol'taleína3 'a, com que a solu78o assuma colora78o rosa/ 9 s5dio 'lutuou sore a !ua3 pois é um metal que apresenta aixa densidade I%3LM!cm -K<3 visto que seu tamanho Iraio atmico< é relativamente !rande3 devido 6 aixa car!a nuclear e'etiva/ $or ser um metal malevel e lierar muita ener!ia quando em contato com a !ua3 o s5dio adquire uma super'ície es'érica3 que aumenta sua super'ície de contato com a !ua3 este se move vi!orosamente sore a mesma/
$.1.3 *o lixar-se um peda7o da 'ita de ma!nésio3 notou-se que o metal apresenta um rilho intenso/ *p5s al!uns se!undos de oserva78o3 veri'icou-se que houve modi'ica78o na cor da super'ície lixada3 pois houve 'orma78o de uma camada escura sore a 'ita/ Quando colocou-se a 'ita de ma!nésio lixada na solu78o de !ua destilada com !otas de solu78o de 'enol'taleína a %31 H Imv<3 notou-se a 'orma78o lenta de pequenas olhas e uma mudan7a na colora78o da solu78o3 tornando-se r5sea/ * rea78o ocorrida é representada aaixo:
"g (s) + 2 H 2O (l) → "g(OH) 2(aq) + H 2(g) #emi!$eação de oxidação
"g (s) → "g 2+ (aq) +2e!
#emi!$eação de $edução
! ! 2H 2O (l) + 2e → 2OH (aq) + H 2(g)
@a rea78o com a !ua3 o ma!nésio por apresentar om potencial redutor3 redu,iu o hidro!;nio da !ua3 !erando hidro!;nio atmico3 que por ser muito instvel uniu-se a outro tomo de hidro!;nio3 !erando assim o !s hidro!;nio e 'oi oxidado a (! & 'ormando o hidr5xido de ma!nésio na super'ície do metal3 onde a concentra78o de seus íons era maior/ 9 hidr5xido de ma!nésio por possuir característica alcalina IpGN 1%<3 deixou a super'ície do metal com li!eira colora78o rosa ao entrar em contato com o indicador 'enol'taleína/ /
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* liera78o de !s hidro!;nio e a colora78o do produto 'oram menos intensas que na correspondente rea78o do s5dio3 pois3 os metais alcalinos terrosos s8o menos reativos e 'ormam hidr5xidos menos sicos que os elementos dos metais alcalinos3 em consequ;ncia da di'eren7a entre suas con'i!ura7>es eletrnicas Ios metais alcalinos terrosos possuem dois elétrons s no nível mais externo3 consequentemente menor raio e maior ener!ia de ioni,a78o que os metais alcalinos
$.1.$ *p5s a adi78o da 'ita de ma!nésio no tuo de ensaio contendo solu78o de
cido
clorídrico3
oservou-se
uma
rpida
rea78o
e'ervescente3
e
consequentemente a 'orma78o de !s/ * rea78o 'oi 'ortemente exotérmica/ * rea78o é representada aaixo:
"g (s) + 2HCl (aq) → "gCl 2(aq) + H 2(g)
#emi!$eação de oxidação
"g (s) → "g 2+ (aq) +2e!
#emi!$eação de $edução
2H + (aq) + 2e! → H 2 (g)
"g (s) + 2H +(aq) → "g 2+(aq) + H 2 (g)
%&' +2* %&' !
, %&' +2*
@a rea78o acima3 o (! Is< so'reu oxida78o3 perdendo & elétrons e passando a ter nox & / 9s íons G do cido clorídrico 'oram redu,idos a G %3 que por serem altamente instveis em sua 'orma atmica rapidamente se uniram a outros tomos de hidro!;nio3 !erando !s hidro!;nio/
*nalisando-se a varia78o de potencial elétrico para a rea78o3 pode-se a'irmar que a rea78o é espont"nea3 pois quando o valor da 'em é positivo3 a ener!ia livre adquire um valor ne!ativo que indica espontaneidade da rea78o/ 9 clculo da ener!ia livre se encontra aaixo:
9
O+P -nCEP O+P -I&< ILR/.%% Jv/mol
#rans'ormando de J para J: -&LM/&&%1%%% O+P -&LM3&& Jmol
$.1.5 ?ixou-se um peda7o de 'ita de ma!nésio para retirar a camada que o prote!ia/ *o queimar a 'ita de ma!nésio na chama do ico de Bunsen3 houve a emiss8o de uma intensa lu, ranca e uma !rande liera78o de calor/ Cormou-se um s5lido ranco e queradi7o/ *p5s a adi78o do s5lido ranco na solu78o de !ua e 'enol'taleína3 a mesma apresentou colora78o rosa/ * rea78o ocorrida durante o aquecimento 'ita de ma!nésio é descrita pela equa78o química aaixo: 2"g (s) + O2(g)
2"gO(s)
@essa rea78o exotérmica3 o ma!nésio so'reu comust8o ao rea!ir com o oxi!;nio3 'ormando 5xido de ma!nésio/ Quando o ma!nésio é exposto 6 chama3 a sua ener!ia aumenta3 em consequ;ncia disto um ou mais elétrons locali,ados na camada val;ncia do tomo de ma!nésio passam para uma camada mais ener!ética3 a isto se chama estado de excita78o do elétron/ 9 estado de excita78o do elétron é instvel3 lo!o o elétron retorna para camada de val;ncia3 lierando ener!ia em 'orma de '5tons3 que neste caso est8o compreendidos na re!i8o do espectro visível / * cor rosa do produto em solu78o aquosa com o indicador cidoase 'enol'taleína é resultante do carter sico do hidr5xido de ma!nésio3 que 'oi 'ormado na rea78o do 5xido de ma!nésio Iadvindo da comust8o< com a !ua/ /
$.2 Ident*0*c+o de +l)ns elementos do bloco s
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$.2.2 *p5s reali,ar o procedimento de limpe,a do 'io de platina em Gl concentrado3 o teste de chamas 'oi reali,ado/ 9s resultados encontrados est8o na taela aaixo:
#aela %1: Solu7>es
or otida
or esperada
omprimento
testadas loreto de
violeta
violeta
potssio loreto de
laranTa
amarelo
.0L3&
S5dio loreto de
Fermelho
Fermelho
620–740
clcio loreto de
tiTolo Fermelho
tiTolo Fermelho
RM%30
lítio aronato de
carmim a,ul
estrncio aronato de
verde
de onda em nm MRR3.
carmim 4osa
R&. –680
ma!enta verde
500–570
rio 9s elétrons dos elementos do loco s possuem aixa ener!ia de ioni,a78o3 sto por que s8o metais de !rande raio atmico e com e'eito de linda!em relevante/ Devido a isso3 eles t;m pouca car!a nuclear e'etiva a!indo sore os elétrons de sua camada mais externa3 lo!o3 podem ser 'acilmente excitados para um nível de ener!ia superior no teste da chama/ * ener!ia do calor da chama excitou um elétron para um nível de ener!ia mais alto3 quando o elétron retornou ao nível de ener!ético inicial3 ele lierou a ener!ia asorvida na 'orma de lu,/ $ara os metais alcalinos e alcalinos terrosos a ener!ia emitida nas transi7>es eletrnicas corresponde ao comprimento de onda na re!i8o do visível3 e como cada elemento liera essa radia78o em um comprimento de onda especí'ico Irelativo 6 di'eren7a de ener!ia entre os níveis eletrnicos< o aparecimento de cores características na chama possiilita a determina78o dos mesmos/
11
*l!umas cores oservadas di'eriram das correspondentes da literatura I#aela %1<3 possivelmente por causa da contamina78o do 'io de platina por analitos anteriores3 e tamém existe a possiilidade de a contamina78o est no cido clorídrico utili,ado/
$.3 4*d-l*se de s+*s. $.3.1 $ara os di'erentes sais testados em solu78o aquosa3 utili,ando-se o papel tornassol3 'oram encontrados os se!uintes valores de pG: Sal testado
Falor
de
pG
encontrado @itrato de
.
ma!nésio loreto de
.
clcio loreto de
R
s5dio Era previsto que para hidr5lise do nitrato de ma!nésio3 a solu78o resultante 'osse cida/ $or ser um sal de um cido 'orte Icido nítrico3 G@9K< e uma ase 'raca Ihidr5xido de ma!nésio3 (!I9G<&<3 s5 o ction do sal se hidrolisa3 ocorre liera78o de íon G 3 lo!o3 pGM/ 9 resultado otido com o experimento ocorreu se!undo o que era previsto3 otendo-se uma solu78o com pG ./ * rea78o entre o nitrato de ma!nésio e a !ua est descrita aaixo:
"g(NO )2(s) + 2H 2 O(l) → "g(OH) 2(s) + 2NO!(aq) + 2H +(aq)
@o cloreto de clcio3 era esperado que solu78o 'osse li!eiramente cida3 pois este sal é oriundo de um cido 'orte Icido clorídrico3 Gl<
e de uma ase
moderadamente 'orte Ihidr5xido de clcio3 aI9G< &<3 a hidr5lise do ction prepondera a do "nion 3 pGM/ 9 resultado otido com o experimento ocorreu se!undo o que era previsto3 otendo-se uma solu78o com pG tamém i!ual a ./ * rea78o entre o cloreto de clcio e a !ua est descrita aaixo:
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CaCl 2(s) + 2H 2 O(l) → Ca2+(aq) + 2Cl !(aq) + 2H 2 O(l)
9 resultado esperado para a o cloreto de s5dio é que n8o ocorra hidr5lise3 pois amos os íons !erados na solu78o se dissociam 'ortemente em !ua3 T que s8o provenientes de um cido 'orte Iacido clorídrico3 Gl< e uma ase 'orte Ihidr5xido de s5dio3 @a9G< / Espera-se solu78o resultante é neutra IpGM
*l!uns resultados encontrados di'eriram dos esperados3 devido ao 'ato do papel de tornassol utili,ado para medir o pG da solu78o n8o ser um método muito preciso/ *lém disso3 n8o 'oi medido o pG da !ua usada nos testes3 podendo esta3 estar levemente cida ou sica/ $ara valores mais concisos recomenda-se o uso do pGmetro/
6. &ON&US"ES * partir dos experimentos e'etuados3 'oi possível analisar a reatividade dos metais do +rupo 1 e &3 elementos do loco s3 'rente 6 !ua e o ar/ #amém 'oi possível evidenciar e identi'icar al!uns elementos através do teste de chama3 oservando as cores emitidas por cada elemento/ Coi not5rio tamém o carter cidosico dos sais de metais/
7. RE8ER9N&IAS BIBIO#R:8I&AS ?EE/J/D ;)
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