Relatorio 2 QID molina

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1. Resumo
Grupo 13, família do Boro, é um grupo cujos elementos são metálicos com exceção do Boro, tais elementos têm aplicação na fabricação de detergentes, fertilizantes, latas de alumínio, etc.
O 1° experimento consistiu na formação de um cristal de alúmen a partir de alumínio metálico, esse foi dividido em duas partes:
1° Pedaços de alumínio foram cortados de uma lata devidamente lixada e colocados em um béquer, adicionou-se KOH sob aquecimento até a completa dissolução, então filtrou-se essa solução e adicionou-se a ela H2SO4 e a solução foi levada até o banho de gelo até a formação de um precipitado, filtrou-se e lavou-se o sistema com EtOH afim de se obter os cristais secos e sem impurezas.
2° Usando-se os cristais obtidos na etapa acima, adicionou-se água sob aquecimento de 50°C afim de solubilizar a solução, após a solubilização, deixou-se a solução se resfriar até 30°C e então adicionou-se a ela um gérmen pendurado num fio de náilon, então esse sistema foi deixado em repouso durante uma semana afim de se observar o crescimento do cristal em torno do gérmen.
O 2° experimento consistiu no derrame de HgCl2 sobre um pedaço de papel alumínio para observar a formação do amálgama.
2. Objetivos
O objetivo central desse experimento foi a preparação de um cristal de alúmen potássio, cuja fórmula é (KAl(SO4)2), a partir de alumínio metálico, nesse caso o alumínio metálico foi obtido a partir de uma latinha de alumínio devidamente lixada cujos pedaços de alumínio foram submetidos a uma série de processos até resultarem em cristais para então formação de um cristal maior em torno do gérmen. Em segundo plano também, o objetivo secundário foi a observação da formação do amálgama após a reação de alumínio com HgCl2.
3. Fluxograma Experimental
1° Experimento:
Figura 1 - Fluxograma da formação de um cristal de alúmen
2° Experimento:
Figura 2 - Fluxograma da formação do amálgama
4. Resultados e Discussões
4.1. Experimento 1- Preparação do alúmen de potássio a partir do alumínio metálico.
O procedimento foi realizado em duas etapas. O primeiro associado à obtenção do Alúmen através do alumínio metálico e o segundo associado ao crescimento do monocristal de alúmen de potássio.
Para a obtenção do alúmen através de alumínio metálico, foi utilizada uma embalagem de lata de alumínio lixada, de ambos os lados, até os dois lados ficarem sem resíduos de tinta ou verniz. Após este processo, a embalagem de alumínio foi cortada em três pedaços de aproximadamente 1x10cm e pesada, obtendo massas de 0,3983g, 0,3999g e 0,3976g, para os pedaços 1, 2 e 3, respectivamente. Em seguida, os três pedaços foram cortados em pedaços menores de 0,5cm, aproximadamente, e adicionados em um béquer de 250mL contendo 50mL de solução de KOH 1,4 Mol L-1, sob aquecimento em chapa elétrica, mantendo a ebulição suave em aproximadamente 80 ºC, sob constante agitação até total consumo do alumínio. Por último, a solução foi filtrada à vácuo, ainda quente, formando, portanto, [Al(OH)4]-, conforme a reação abaixo:
2Al(s) + 2KOH(aq) + 6H2O(l)	2K+(aq) + 2[Al(OH) -]	+ 3H2(g)4 (aq)
Após a filtração, a solução filtrada foi transferida para um béquer limpo de 250mL, até resfriamento da solução com auxílio de um banho de água à temperatura ambiente.
Lentamente, adicionou-se, gota a gota, 20mL de H2SO4 9 Mol L-1, sob constante agitação, tornando a turva e granulada, indicando a formação de precipitado de hidróxido de alumínio, conforme a reação:
[Al(OH) -]	+ H O+	[Al(OH) ]	+ H O4 (aq)	3	(aq)	3 (s)	2 (l)
Isso ocorre por conta das propriedades anfotéricas do alumínio, podendo se comportar tanto como ácido de Lewis, formando íon aluminato, quanto como base de Lewis, formando hidróxidos. Como o pH da solução estava básico o alumínio estava na forma de complexo, com a adição do ácido ocorre o abaixamento do pH formando assim o precipitado de hidróxido de alumio, que apresenta como característica a coloração branca. É possível notar a curva de salubridade do hidróxido de alumínio com o auxilio da figura 3 a baixo:
Figura 3: Curva de solubilidade do hidroxido de aluminio.
Para dissolução do precipitado, a amostra foi aquecida em chapa sob agitação, e não ocorrendo total dissolução, foram adicionadas mais algumas gotas de ácido sulfúrico. Com a adição em excesso de H2SO4, ocorreu à dissociação do hidróxido de alumínio em Al(s), conforme a reação a seguir:
[Al(OH)3](s) + 3H3O+(aq)	Al3+(aq) + 3H2O(l)
Por último, o béquer contendo a solução com Al(s) foi levado ao banho de gelo, em agitação periódica até formação de precipitado de alúmen de potássio, de acordo a reação:
K+(aq) + Al3+(aq) + 2SO 2-	+ 12H2O(l)	KAl(SO4)2.12H2O(s)4 (aq)
Alúmen é o nome dado a uma classe de compostos químicos conhecida com sulfatos duplos dodeca-hidratados de um metal trivalente, ou seja, é um tipo de sal que apresenta na sua composição dois sulfatos, que contêm cátions monovalentes (NOX +1) e cátions trivalentes (NOX +3), além de 24 moléculas de água. De modo genérico, o alúmen é representado pela formula estrutural X2SO4.Y2(SO4)3.24H2O. Existem alumens vindos de metais trivalentes, como alumínio, ferro ou crômio, amônio ou de metais alcalinos como sódio, potássio, ou de prata.
Os cristais obtidos foram separados por filtração à vácuo e lavados com 10mL de etanol
– água (1:1), previamente resfriada. Feito isto, os cristais foram secados com a passagem de ar entre 5 e 10 minutos. Após a secagem dos cristais, os mesmos foram pesados junto a uma placa de petri, que foi previamente pesada, obtendo-se assim a massa de alúmen igual a 16,3237g. Posteriormente calculou-se a o rendimento da reação da seguinte maneira:
1º Calculou-se o número de mols de alumínio presente na solução:
Dados: MMAluminio = 27g/mol
Massa de alumínio pesada = 1,1958g
2 mols	54g
X mols ------- 1,958g	x= 0,044 mol de alumínio 2º Calculou-se a massa teórica de alúmen:
Dados: MMAlúmen = 474 g/mol
Nº de mols de alumino = 0,044 mol
1 mol	474 g
0,044 mol ------- y	y= 20,99g de alúmen (teórica) 3º Calculou-se o rendimento da reação:
Rendimento (%) = (massa obtida/ massa teórica) x 100% Rendimento (%) = (16,3239/20,99) x 100%
Rendimento (%) = 77,77%
A obtenção de um baixo rendimento para o alúmen pode ser justificada pela composição da lata de alumínio, uma vez que, a mesma não é feita somente de alumínio e sim de ligas de alumínio com outros metais, como por exemplo Fe, Cu, Zn, Mg e outros [8], que estavam contidos junto a massa de da lata de alumínio pesada porem foram perdidos durante do processo de obtenção do alúmen. Além dos outros metais, pode ter ocorrido erros na transferência dos sólidos para a segunda filtração a vácuo, perdendo se assim massa de alúmen e pela presença de resíduos de tintas e vernizes presentes na lata, que não foram totalmente retirados por meio de lixamento da lata.
Após a secagem dos cristais de alúmen, calculou-se a quantidade de água necessária para a dissolução dos cristais, onde considerou-se 7mL de água para cada grama de alúmen, como obteve-se 16,3237g de cristais utilizou-se 114,3mL de água. Para a completa dissolução do sal aqueceu-se a solução a uma temperatura media entre 50 e 60ºC, com o auxilio de um termômetro. Após a dissolução completa deixou-se a solução esfriar, a uma temperatura abaixo de 30ºC, e arrumou-se um pequeno gérmen de alúmen a um fio, onde o mesmo, foi mergulhado
na solução como descrito no roteiro experimental. O Béquer foi tampado e deixado em repouso durante uma semana.
4.2. Experimento 2 – Formação de amálgama com alumínio.
Um pedaço de papel alumínio, com cerca de 15x15cm, foi colocado sob uma placa de petri, onde o mesmo foi submetido a uma solução de cloreto de mercúrio (HgCl2) por via de uma bagueta intumescida. No papel de alumínio desenhou-se alguns riscos, e após alguns minutos, o mesmo apresentou-se a formação de um solido de coloração acinzentada e liberação de gás. Esse processo pode ser representado pela reação abaixo:
HgCl2(aq) + 2Al(s) + 4H2O(l) + O2(g) → 2Al(OH)3(s) + Hg(s) + H2(g) + 2Cl-(aq)
O experimento trata-sede uma reação de oxido-redução, e as reações envolvidas no experimento são descritas abaixo:
Semi-reação de redução: Hg2+ + 2e- → Hg0 E = +0,79V Semi-reação de oxidação: Al0→ Al3+ + 3e-	Eo= −1,66 V Reação Global: 3 Hg2+ + 2 Al0→ 3Hg0 + 2Al3+ Eº= 2,51V
O potencial padrão da reação global é positivo, o que explica a espontaneidade da reação de cloreto de mercúrio com o papel alumínio.
No mecanismo proposto o átomo de Hg2+ é reduzido no cátodo (borda da gota) e o Al é oxidado no meio da gota. Os átomos de Hg formam mercúrio metálico e os átomos de Al formam Al3+ com a produção de alumina hidratada: Al2O3.3 H2O, gás 19 hidrogênio (H2) e íons hidroxila (OH-). Os átomos de Hg metálico em contato com os de Al formam o amálgama Hg(Al) ativando a superfície de Al com a possibilidade de formação do óxido de Al na presença de oxigênio atmosférico.[3]
5. Conclusão
No primeiro experimento obteve-se um rendimento de aproximadamente 77%, o que demonstra ser possível a preparação do alúmen de potássio a partir de alumínio metálico de uma latinha. Entretanto, podemos constatar que o rendimento foi menor do que deveria pelo fato da composição da lata de alumínio não ser feita somente de alumínio e sim de ligas com outros metais que interferiram na quantidade de alumínio de fato presente nas amostras e também pela presença de resíduos de tintas e vernizes da lata, que não foram totalmente retirados por meio de lixamento da mesma. Além disso, ocorreram erros experimentais como na transferência dos sólidos durante a filtração, fazendo com que fosse perdida a massa de alúmen. Utilizando o alúmen produzido, houve a formação do monocristal, porém não em seu tamanho máximo, por conta do pouco tempo que foi deixado em repouso, uma vez que, cristais não tem uma velocidade de crescimento tão rápida.
Já no segundo experimento foi observado a formação da amálgama com alumínio através da reação de óxido-redução entre o alumínio metálico e o cloreto de mercúrio, gerando hidróxido de alumínio e mercúrio metálico, demonstrando que é uma reação espontânea devido ao seu potencial padrão positivo da reação global.
6. Referências
1- A. B. Ellis, M. J. Geselbrecht, B. J. Johnson, G. C. Lisensky e W. R. Robinson, Teaching General Chemistry: A Materials Science Companion, American Chemical Society, Washington,DC, 1993, Chapter 5. Common crystalline structures, Appendix 5.5, p. 143.
2- Alumen de Potássio; Disponível em: [http://www.biam2.org/www1/Sub3397.html]; Consulta em: 10 de julho de 2022.
3- Boza, Izabelle Amorim Ferreira; Estudo da ativação da superfície de alumínio por íons de mercúrio e formação do amálgama Hg-Al: identificação do produto e cinética de reação.	Disponivel	em:
<https://repositorio.unesp.br/bitstream/handle/11449/136511/000860074.pdf?sequence= 1&isAllowed=y>. Acesso em 10 de julho de 2022.
4- Dias,	D.	P.;	Alumen.	Disponivel	em: [https://brasilescola.uol.com.br/quimica/alumen.htm]. Consulta em: 10 de julho de 2022.
5- Gold Book. Disponível em: <https://goldbook.iupac.org>. Consulta em 10 de julho de 2022.
6- Molina, Celso; “Elementos do grupo 13 – Boro e Alumínio”; Diadema; p 15 – 31; 2022
7- Verran, G.O., Kurzawa, U., Pescador, W.A. Reciclagem de Latas de Alumínio Visando Melhor Rendimento e Qualidade Metalúrgica no Alumínio Obtido. [S. l.], 2005.
Disponível em: <http://www.materia.coppe.ufrj.br/sarra/artigos/artigo10635/>. Acesso em: 10 julho. 2022.