Reações com o Grupo 16 - Inorgânica Experimental I

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Química Inorgânica Experimental I - Prof. Ronan. Aula 8.
Reação com o grupo 16 - Victor e Carlos.
Procedimento A - Preparação do Oxigênio.
Foi pesado 0,504g de e colocado dentro de um tubo de ensaio, este tubo𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
foi aquecido na chama do Bico de Bunsen e observou-se a liberação de gás, muito
provavelmente o gás oxigênio e um pó preto, provável ser os compostos derivados do
manganês.
(1)2𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
 + 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 ⇒ 𝐾
2
𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
 + 𝑀𝑛𝑂
2(𝑠)
 + 𝑂
(𝑔)
0
O aquecimento do permanganato de potássio, faz com que o mesmo se
decomponha em manganato de potássio, óxido de manganês e gás oxigênio.
Esta é uma reação de oxirredução, em que o cromo sofre redução e o oxigênio sofre
oxidação. Onde,
, sofrendo oxidação.2𝑂 −2 − 4𝑒 ⇒ 2𝑂 0
, sofrendo redução ( do ).𝑀𝑛 +7 + 3𝑒 ⇒ 𝑀𝑛 +4 𝑀𝑛 𝑀𝑛𝑂
2(𝑠)
, sofrendo redução ( do ).𝑀𝑛 +7 + 1𝑒 ⇒ 𝑀𝑛 +6 𝑀𝑛 𝐾
2
𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
Nesta reação redox, o permanganato de potássio se comporta como agente redutor
e como um agente oxidante ao mesmo tempo.
O é um composto de cor verde que com o passar do tempo se torna𝐾
2
𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
escuro, já o é um sólido preto amarronzado. As cores dos produtos finais explicam𝑀𝑛𝑂
2(𝑠)
a coloração escuro dentro do tubo.
Essa reação acontece pois a estabilidade térmica do é muito baixa, assim𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑠)
o mínimo de aplicação de energia térmica faz com que o mesmo se decomponha em dois
ou mais produtos.
Procedimento C - Identificação do Peróxido de Hidrogênio.
Em um tubo de ensaio foi adicionado 2 mL de peróxido de hidrogênio e 2 mL de
ácido sulfúrico ( ), logo após foi adicionado lentamente os 0,5 mL de𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 0, 1 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1
éter etílico fazendo com forme um anel, promovendo a formação de duas fases líquidas, o
éter permaneceu na fase superior.
Logo após adicionou-se gota a gota de 1 mL de dicromato de potássio (
) e observou-se que o anel de éter tomou coloração esverdeada e𝐾
2
𝐶𝑟
2
𝑂
7
 0, 5 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1
houve liberação de gás, muito provavelmente, o oxigênio.
𝐾
2
𝐶𝑟
2
𝑂
7(𝑎𝑞)
 + 3𝐻
2
𝑂
2(𝑎𝑞)
 + 4𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 ⇒ 𝐾
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 + 𝐶𝑟
2
(𝑆𝑂
4
)
3(𝑎𝑞)
 + 7𝐻
2
𝑂
(𝑙)
 + 3𝑂
2(𝑔)
0
(2)
É observável que há formação de gás oxigênio, o que explica a formação de bolhas,
forma sulfato de potássio que é um sólido cristalino branco, na solução não influenciou na
coloração, já o sulfato de cromo III é um sólido cristalino verde, que não é solúvel na água,
o que explica a solubilidade no éter e a coloração do mesmo.
Esta é uma reação de oxirredução, em que o cromo sofre redução e o oxigênio sofre
oxidação. Onde,
, sofrendo oxidação.6𝑂 +5 − 6𝑒 ⇒ 6𝑂 0
, sofrendo redução.2𝐶𝑟 +6 + 6𝑒 ⇒ 2𝐶𝑟 +3
Nesta reação redox, o peróxido de hidrogênio se comporta como agente redutor
enquanto o dicromato de potássio se comporta com um agente oxidante.
Está reação demonstra a decomposição da água oxigenada em água e gás
oxigênio, devido a mesma possuir um potencial de oxidação forte, o qual reage com outros
compostos reduzindo-os e decompondo-se.
Assim, o peróxido de hidrogênio pode agir como redutor ao reagir com oxidantes
fortes e os produtos da reação são água e oxigênio.
Procedimento D - Propriedades oxidantes do Peróxido de Hidrogênio.
Em um tubo de ensaio foi adicionado 1 mL de iodeto de potássio (
) e 1 mL de ácido sulfúrico ( ), logo após foi𝐾𝐼
(𝑎𝑞)
 0, 5 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1 𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 1, 0 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1
adicionado 2 mL de peróxido de hidrogênio. Observa-se que a solução ficou de cor marrom
levemente alaranjado e logo após viu-se a precipitação de cor escura, um preto. E a
solução ficou levemente acastanhada.
(3)2 𝐾𝐼
(𝑎𝑞)
 + 𝐻
2
𝑂
2(𝑎𝑞)
 + 𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 ⇒ 2 𝐻
2
𝑂
(𝑙)
 + 𝐾
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 + 𝐼
2(𝑠)
↓
Como visto na reação 3, há a formação de água, sulfato de potássio e iodo
molecular que decantou, pois o mesmo é pouco solúvel em água o qual deixa a solução
aquosa de coloração acastanhada.
Esta é uma reação de oxirredução, em que o oxigênio sofre redução e o iodo sofre
oxidação. Onde,
, sofrendo oxidação.2𝐼 −1 − 2𝑒 ⇒ 2𝐼 0
, sofrendo redução.2𝑂 −1 + 2𝑒 ⇒ 2𝑂 −2
Nesta reação redox, o peróxido de hidrogênio se comporta como agente oxidante
enquanto o iodeto de potássio se comporta com um agente redutor.
Assim é possível dizer que o peróxido de hidrogênio é um composto bastante
oxidante quando está na presença de compostos redutores e quando oxidado forma
moléculas de água.
Procedimento E - Propriedades redutoras do Peróxido de Hidrogênio.
Em um tubo de ensaio foi adicionado 1 mL de permanganato de potássio (
) e 2 mL de ácido sulfúrico ( ), com essa𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑎𝑞)
 1, 0 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1 𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 1, 0 𝑚𝑜𝑙. 𝐿 −1
primeira mistura, observou-se que a solução ficou violeta, isso se dá devido ao ,𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑎𝑞)
logo após foi adicionado 2 mL de peróxido de hidrogênio. Observa-se que a solução ficou
transparente e liberou gás, muito provavelmente o gás oxigênio.
2𝐾𝑀𝑛𝑂
4(𝑎𝑞)
 + 5𝐻
2
𝑂
2(𝑎𝑞)
 + 3𝐻
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 ⇒ 5𝑂
(𝑔)
 + 2𝑀𝑛𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 + 𝐾
2
𝑆𝑂
4(𝑎𝑞)
 + 8𝐻
2
𝑂
(𝑙)
(4)
Como descreve a reação 4, antes violeta e depois transparente, pois o
permanganato de potássio foi totalmente consumido formando produtos incolores. Com
essa reação obteve-se gás oxigênio, sulfato de manganês, sulfato de potássio e água.
Quando colocou-se o palito de fósforo incandescente sem chama dentro do tubo,
observou-se que o mesmo acendeu quase que instantaneamente, isso se deu pois o gás
oxigênio atua como comburente na queima do palito de fósforo, promovendo uma chama.
Esta é uma reação de oxirredução, em que o manganês sofre redução e o oxigênio
sofre oxidação. Onde,
, sofrendo oxidação.10𝑂 −1 − 10𝑒 ⇒ 10𝑂 0
, sofrendo redução.2𝑀𝑛 +7 + 10𝑒 ⇒ 2𝑀𝑛 +2
Nesta reação redox, o permanganato de potássio se comporta como agente
oxidante enquanto o peróxido de hidrogênio se comporta com um agente redutor.
Assim, o peróxido de hidrogênio pode agir como redutor ao reagir com oxidantes
fortes e os produtos da reação são água e oxigênio.
Procedimento F - Variedade alotrópica: fusão do enxofre.
Em um tubo de ensaio foi adicionado a ⅓ do seu volume com enxofre sólido e
aquecido no Bico de Bunsen. Observou-se que houve a fusão do enxofre e o volume do
enxofre líquido foi muito menor do volume inicial de enxofre sólido. Após mais algum tempo
de aquecimento, o enxofre tomou coloração marrom escuro, logo após o enxofre líquido foi
pingado na água de um béquer, e observou-se a formação de enxofre sólido na forma de
“gotas de chocolate”. Após o mesmo estando frio, viu-se que as gotas de enxofre possuíam
o exterior preto e quando amassadas o interior estava amarelo.
Importante destacar que o enxofre organiza-se suas moléculas ligando 8 átomos
entre si, o tipo de estrutura que essas moléculas possuem, vai depender do arranjo dessa
estrutura. Os seus átomos podem ligar-se e formar duas variedades alotrópicas que são
encontradas na natureza: o enxofre rômbico e o enxofre monoclínico.
O enxofre é um dos elementos químicos que apresentam o fenômeno da alotropia e,
entre eles, o que possui a maior variedade de formas alotrópicas: , , e , que se𝑆
2
𝑆
4
𝑆
6
𝑆
8
diferenciam quanto a sua atomicidade. Esses alótropos podem ser encontrados em locais
onde ocorrem erupções vulcânicas.
Figura 1: Representação da molécula de .𝑆
8
O enxofre possui sua estrutura molecular como demonstra a Figura 1. O enxofre
rômbico e o enxofre monoclínico possuem oito átomos ligados formando suas moléculas (𝑆
8
). A diferença reside somente no fato de que a forma geométrica (retículos cristalinos) em
que esses átomos estão rearranjados no espaço é diferente.
O enxofre em pó possui moléculas de que estão cristalizadas de uma forma𝑆
8
específica, a ortorrômbica (Figura 2). Ao fundir (ele se funde a uma temperatura de 112º C,
aproximadamente), a estrutura é desorganizada e praticamente não precisa voltar
exatamente ao estado inicial: oenxofre ressublimado (ou resfriado) cristaliza na forma
monoclínica (Figura 3), voltando lentamente à ortorrômbica.
Já o enxofre líquido, resfriado rapidamente (por exemplo, vertendo enxofre fundido
em água fria, como feito no experimento) forma uma espécie de borracha (também
conhecida como massa polimérica, é o enxofre plástico, com cadeias de mais de 6.000
átomos, em média) que demora a se converter novamente em enxofre ortorrômbico.
Quando o enxofre é aquecido demasiadamente, há a queima do mesmo, podendo
formar óxidos, tais como ou (Equações 5 e 6). Esses óxidos explicam a coloração𝑆𝑂
2
𝑆𝑂
3
escura envolta do enxofre resfriado.
(5)𝑆
8(𝑠)
 + 8 𝑂
2(𝑔)
 → 8 𝑆𝑂
2(𝑔)
(6)𝑆
8(𝑠)
 + 12 𝑂
2(𝑔)
 → 8 𝑆𝑂
2(𝑔)
Figura 2: Aspecto e estrutura de enxofre rômbico
Figura 3: Aspecto e estrutura de enxofre monoclínico
Como comentários gerais:
O peróxido de hidrogênio tende a ser instável, devido ao fato de suas ligações
serem fracas, com energia de ligação de 144 kJ/mol. Ou seja, o peróxido de hidrogênio é
caracterizado por ser um composto binário formado pela ligação entre o hidrogênio e o
oxigênio, na forma de , sendo que neste composto o oxigênio está no estado de𝑂
2
−2
oxidação -1. E é este estado de oxidação que desestabiliza a molécula, fazendo com que a
mesma se degrade rapidamente.
Outro ponto a respeito do peróxido de hidrogênio é que o oxigênio presente na
molécula tende sempre a tornar-se estável, e nesse processo ocorrem as reações de
decomposição, que dependendo muito do composto no meio, o peróxido pode ser um
oxidante ou um redutor, tudo depende do composto que reagirá com o .𝐻
2
𝑂
2(𝑎𝑞)
Visto também que o enxofre possui característica alotrópica, o que lhe concede
habilidade de formar 2 moléculas alotrópicas, e essas moléculas possuem estabilidade (da
parte de identidade química) a altas temperaturas, e a única mudança significativa em sua
estrutura é quando o mesmo é aquecido ocasionando somente o rearranjo estrutural. Como
visto também, o enxofre aquecido e fundido na presença de oxigênio pode formar óxidos,
tais como o ou .𝑆𝑂
2
𝑆𝑂
3