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1 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS A escala de reatividade dos metais pode ser simplificada, conforme a Figura 1: Figura 1 – Reatividade dos metais. mailto:contato@algetec.com.br 2 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS A reatividade do metal varia com sua eletropositividade, logo, quanto mais eletropositivo for o elemento, mais reativo será o metal. Os metais mais ativos são aqueles que perdem elétrons com maior facilidade, portanto, são mais propensos a formar íons positivos. Isso os torna agentes redutores, oxidados com maior ou menor facilidade na presença de agentes oxidantes como H2O, HCl, HNO3, H2SO4, O2 e O3, conforme a expressão geral: 𝑀 → 𝑀𝑛+ + 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛 (1) Para avaliar a facilidade ou a dificuldade do metal em reagir em certo meio, é importante observar a série eletroquímica dos metais. Nela, os elementos estão em ordem decrescente de reatividade e em ordem crescente de nobreza. Quanto mais reativo é o elemento, menos nobre ele é. O ouro (Au), a platina (Pt) e a prata (Ag) têm baixa reatividade química e são exemplos de metais nobres. São chamados de “nobres” porque dificilmente sofrem o “ataque” químico de outras substâncias. O potencial padrão de oxidação (Eox) atribuído a esse processo é um indicador da reatividade dos metais. Quanto mais positivo, maior a força redutora e, consequentemente, maior a reatividade de um determinado metal frente a um agente oxidante. Os valores de potencial padrão de oxidação e redução de metais variam entre 3,04 e -1,5 volts. Na Tabela 1, apresentada a seguir, estão dispostos diversos valores de potenciais de diferentes substâncias. Vale ressaltar que, o agente oxidante, é aquela substância capaz de oxidar outras substâncias, portanto, ela mesmo sofre redução. Já o agente redutor, é aquela substância capaz de reduzir outras substâncias, mas, durante o processo, ela sofre oxidação no processo. mailto:contato@algetec.com.br 3 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS A u m en ta o c ar át er r ed u to r → E°(ox) Semirreação E°(red) A u m en ta o caráter o xid an te → +3,04 𝐿𝑖+ + 𝑒 ⇄ 𝐿𝑖(𝑠) -3,04 +2,87 𝐶𝑎2+ + 2𝑒 ⇄ 𝐶𝑎(𝑠) -2,87 +2,71 𝑁𝑎+ + 𝑒 ⇄ 𝑁𝑎(𝑠) -2,71 +2,36 𝑀𝑔2+ + 2𝑒 ⇄ 𝑀𝑔(𝑠) -2,36 +1,66 𝐴𝑙3+ + 3𝑒 ⇄ 𝐴𝑙(𝑠) -1,66 +0,76 𝑍𝑛2+ + 2𝑒 ⇄ 𝑍𝑛(𝑠) -0,76 +0,44 𝐹𝑒2+ + 2𝑒 ⇄ 𝐴𝑔(𝑠) -0,44 +0,28 𝐶𝑜2+ + 2𝑒 ⇄ 𝐶𝑜(𝑠) -0,28 +0,25 𝑁𝑖2+ + 2𝑒 ⇄ 𝑁𝑖(𝑠) -0,25 +0,14 𝑆𝑛2+ + 2𝑒 ⇄ 𝑆𝑛(𝑠) -0,14 +0,13 𝑃𝑏2+ + 2𝑒 ⇄ 𝑃𝑏(𝑠) -0,13 0,00 2𝐻+ + 2𝑒 ⇄ 𝐻2(𝑔) 0,00 -0,34 𝐶𝑢2+ + 2𝑒 ⇄ 𝐶𝑢(𝑠) +0,34 -0,80 𝐴𝑔+ + 𝑒 ⇄ 𝐴𝑔(𝑠) +0,80 -0,85 𝐻𝑔2+ + 2𝑒 ⇄ 𝐻𝑔(𝑙) +0,85 -1,07 𝐵𝑟2 + 2𝑒 ⇄ 2 𝐵𝑟− +1,07 -1,36 𝐶𝑙2 + 2𝑒 ⇄ 2 𝐶𝑙− +1,36 -1,50 𝐴𝑢3+ + 3𝑒 ⇄ 𝐴𝑢(𝑠) +1,50 -2,87 𝐹2 + 2𝑒 ⇄ 2 𝐹− +2,87 Tabela 1 – Potenciais padrão (E°). mailto:contato@algetec.com.br 4 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS Os metais mais reativos, isto é, aqueles que apresentam valores de potencial padrão de oxidação próximos a 3 volts, como por exemplo, o sódio e o potássio, reagem espontaneamente com a água, um agente oxidante relativamente fraco, tendo como produto o hidrogênio gasoso: 2 𝑁𝑎(𝑠) + 2 𝐻2𝑂(𝑙) → 2 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2(𝑔) (2) Nesta reação, o hidrogênio produzido reage muito rápido e entra em combustão quando em contato com o oxigênio presente no ar. Com a adição do indicador ácido- base fenolftaleína, é possível observar o aparecimento de uma coloração rósea que evidencia a presença da base (NaOH). Na maioria dos metais com potenciais que variam entre 0,0 e 2,5 volts, a reatividade de oxidação é moderada, como por exemplo, o manganês, o cádmio ou o níquel. Quando são dissolvidos por ácidos diluídos comuns, como o ácido acético, o ácido clorídrico ou o ácido sulfúrico, produzem hidrogênio gasoso e um sal como produto da reação: 𝑀𝑛(𝑠) + 𝐻2𝑆𝑂4(𝑎𝑞) → 𝑀𝑛𝑆𝑂4(𝑎𝑞) + 𝐻2(𝑔) (3) Alguns desses metais também são oxidados por bases fortes, com desprendimento de hidrogênio e a formação de hidroxocomplexos solúveis em água: 𝑀(𝑠) + 2 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) → 2 𝑁𝑎(𝑎𝑞) + + 𝑀(𝑂𝐻)4(𝑎𝑞) −2 + 𝐻2(𝑔) (4) Os metais prata e ouro apresentam valores negativos de potencial de oxidação, são mais resistentes à oxidação e são chamados de metais nobres. Tais metais, podem ser dissolvidos apenas em ácidos fortemente oxidantes. Como exemplo, a reação da prata com o ácido nítrico, que tem como produto o dióxido de nitrogênio (gás castanho, muito tóxico): 𝐴𝑔(𝑠) + 2 𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑞) → 𝐴𝑔(𝑎𝑞) + + 𝑁𝑂3(𝑎𝑞) − + 𝐻2𝑂(𝑙) + 𝑁𝑂2(𝑔) (5) A adição de ácidos comuns na presença de oxidantes fortes, como por exemplo, a mistura de ácido acético e água oxigenada, têm o mesmo efeito de ácidos oxidantes fortes: 𝑀(𝑠) + 𝐻3𝐶𝐶𝑂2𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂2(𝑎𝑞) → 𝑀(𝐻3𝐶𝑂2)2(𝑎𝑞) + 2 𝐻2𝑂(𝑙) (6) mailto:contato@algetec.com.br 5 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS Nestes dois últimos casos, não há formação de hidrogênio gasoso como um dos produtos da reação, porém o metal ainda sofre corrosão, perdendo elétron no processo. Na corrosão, em condições atmosféricas, o oxidante geralmente é o oxigênio do ar, e a reação ocorre muito lentamente: 4 𝐹𝑒(𝑠) + 3𝑂2(𝑔) + 6 𝐻2𝑂(𝑙) → 4 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3(𝑠) (7) Uma outra importante característica é que alguns metais como zinco, crômio, manganês e alumínio formam óxidos e hidróxidos anfóteros. Uma substância é dita de comportamento anfótero quando possui comportamento ambíguo, pois frente a um ácido se comporta como base e na presença de uma base se comporta como ácido. Um exemplo de substância que possui comportamento anfótero é o do hidróxido de alumínio, Al(OH)3. Baseado nos processos descritos acima, no laboratório virtual você irá avaliar as reatividades de diversos metais comuns frente a diversos ácidos, bases e outros agentes oxidantes. mailto:contato@algetec.com.br 6 LABORATÓRIO DE QUIMICA INORGÂNICA REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHANGE, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. SILVA, Rodrigo Borges da; COELHO, Felipe Lange; Fundamentos de química orgânica e inorgânica. Porto Alegre: SAGAH, 2018. mailto:contato@algetec.com.br
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