Grupo do nitrogênio

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA
QUIMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I
TURMA: 2015.1
Graduanda: Íngrede Ferreira Silva
Professor: Tancredo Fontineles
Entrega: 19/08/2015
Grupo do Nitrogênio: propriedades oxidantes e redutoras do NO3 e NO2
Introdução
Os átomos dos elementos do grupo 15/V tem configuração dos elétrons de valência ns2 np3 (Tabela 1). As propriedades dos elementos desse grupo variam bruscamente. Segundo Peter Atkins e Loretta Jones (2006), “os estados de oxidação dos elementos do grupo 15/V variam de -3 a +5, mas somente o nitrogênio e o fósforo são encontrados em todos os estados de oxidação possíveis”.
Tabela 1. Propriedades Físicas e Químicas dos elementos do grupo 15/V. Fonte: ATKINS, P; JONES, L. Princípios de Química. Ed. 3º. Bookman. 2006. p. 666.
	Z
	Nome
	Símbolo
	Massa Molar (g/mol)
	Ponto de Fusão (ºC)
	Ponto de Ebulição (ºC)
	Densidade (g.cm-3) em 25 ºC
	Forma Normal
	7
	Nitrogênio
	N
	14,01
	-210
	-196
	1,04
	Gás incolor
	15
	Fósforo
	P
	30,97
	44
	280
	1,82
	Ametal branco ou vermelho
	33
	Arsênio
	As
	74,92
	613s
	____
	5,78
	Metalóide cinzento
	51
	Antimônio
	Sb
	121,76
	631
	1750
	6,69
	Metalóide branco-azulado
	83
	Bismuto
	Bi
	208,98
	271
	1650
	8,90
	Metal branco-rosado
Como outros elementos que estão à cabeça do grupo, o nitrogênio tem algumas propriedades dos outros membros da família. De acordo com Peter Atkins e Loretta jones (2006), 
o nitrogênio é muito eletronegativo, Devido a essa alta eletronegatividade, o nitrogênio é o único elemento do grupo 15/V que forma hidretos capazes de formar ligações de hidrogênio. Como seus átomos são pequenos, o nitrogênio pode formar ligações múltiplas com outros átomos do período 2 usando seus orbitais p [...]. Outra importante propriedade química do nitrogênio é a grande variedade de números de oxidação: são conhecidos compostos para cada número de oxidação inteiro, de -3 (NH3) a +5 (ácido nítrico e nitratos). Ele também utiliza números de oxidação fracionários, como -1/3, no íon azoteto, N3-. (ATKINS, JONES. 2006. p. 667).
 A pólvora foi o primeiro explosivo inventado pelo homem. É uma mistura de carvão, salitre (nitrato de potássio) e enxofre. Segundo o site UOL (2009), “uma pólvora de boa qualidade contém 75% de nitrato de potássio, 11% de enxofre e 14% de carvão. Nesta proporção, a presença de chama ou calor intenso faz com que as substâncias reajam, liberando um grande volume de produtos gasosos e energia”. Este é o princípio de funcionamento de todos os explosivos.
2- Objetivo:
Estudar as propriedades oxidantes e redutoras dos íons NO3 e NO2 em solução.
3- Procedimentos Experimentais:
3.1- Materiais e Reagentes:
Balança analítica;
Ácido nítrico 1 M;
Bico de Bunsen;
Ácido Sulfúrico concentrado;
Espátulas;
Enxofre em pó;
Carvão em pó;
Papel de filtro;
Pinça de madeira;
Nitrato de potássio em pó;
Pipetas;
Solução de FeSO4 1 M;
Tela de amianto;
Solução de H2SO4 2 M;
Solução de KOH 30%;
Tripé de ferro;
Solução de K2Cr2O7 1 M
Tubos de ensaio;
Solução de KI 1 M;
Vidro de relógio;
Solução de KNO3 1 M;
Solução de NaNO2 3 M;
Zinco em pó.
3.2- Procedimentos Realizados:
PARTE I
Foi colocado 1 mL da solução de sulfato ferroso e 3 mL de ácido sulfúrico concentrado em um tubo de ensaio. 
Adicionou-se à mistura do item a, 1 mL de ácido nítrico.
A um outro tubo de ensaio, foi adicionado 2 mL da solução de KNO3 e 3 mL da solução de hidróxido de potássio 30%.
 Adicionou-se à solução do item c, uma pequena quantidade de zinco em pó. A mistura foi aquecida para identificação do gás formado através do cheiro.
PARTE II
Em um tubo de ensaio, colocou-se 1 mL da solução de NaNO2 3 M. Adicionou-se ao tubo, 0,5 mL de H2SO4 2M. Reservou-se o tubo para observar posteriormente a coloração da mistura.
Em um outro tubo de ensaio, misturou-se 3 mL de NaNO2 e 3 mL de H2SO4.
Foi adicionado na solução do item b, 1 mL da solução de K2Cr2O7 1 M. A mistura foi aquecida.
Em um terceiro tubo, foi adicionado 2 mL de NaNO2 3 M e KI 1 M. Foi acrescentado ao tubo, 0,5 mL de H2SO4 2 M.
PARTE III
Foi pesado um papel de filtro 1,54g de KNO3, 0,22g de enxofre e 0,24g de carvão.
Os reagentes foram misturados cuidadosamente em um vidro de relógio;
A mistura foi colocada sobre um tela de amianto e aquecida.
4- Resultados e Discussão:
Parte I
Quando adicionou-se 1 mL da solução de sulfato ferroso e 3 mL de ácido sulfúrico concentrado em um tubo de ensaio e fervido a mistura, a solução apresentou 3 fases, como mostra a Figura 1:
Figura 1. Procedimento a.
Ao adicionar o ácido nítrico na solução (Figura 2), o íon NO-3 é reduzido para NO3 e os íons do sulfato ferroso são substituidos por íons férricos (Fe+3), o que explica a cor marrom obtida nesta reação (Equação 1).
Figura 2. Adição de ácido nítrico na solução do item a.
No procedimento c, em outro tubo de ensaio, foi adicionado 2 mL da solução de KNO3 e 3 mL da solução de hidróxido de potássio 30%. Após acrescentar o zinco em pó, agitar o sistema e aquecer, foi possível observar a formação de gás. Era esperado o cheiro caracterísco do amônio, como mostra a Equação 2, porém não foi possível senti-lo durante o experimento (Figura 3).
Figura 3. Aquecendo a solução de KNO3 e hidróxido de potássio 30% e zinco em pó.
Parte II
Em um tubo de ensaio, colocou-se 1 mL da solução de NaNO2 3 M. Adicionou-se ao tubo, 0,5 mL de H2SO4 2M. Houve a liberação violeta de gás laranja, o ácido nitroso (Equação 3). Em outro tubo foi novamente adicionado NaNO3 e H2SO4, porém, foi acrescentado 1 mL de K2Cr2O7 1 M. Observou-se que a solução passou a ter uma coloração verde, Após o aquecimento, a solução passou a ter a coloração azul (Figura 4). A reação é descrita na Equação 4.
Figura 4. Coloração da solução do procedimento c.
Ao misturar 2 mL de NaNO2 3 M, KI 1 M e 0,5 mL de H2SO4 1 M foi observado uma coloração avermelhada e liberação de gás. A cor foi obtida por conta da formação de iodo e o gás formado foi o NO.
Parte III
Na mistura de 1,54g de KNO3, 0,22g de enxofre e 0,24g de carvão foi obtida a pólvora, que em seguida foi inflamada. A equação 5 demonstra o fenômeno ocorrido.
5- Conclusão:
Através desde experimento foi possível observar o ocorrimento de reações envolvendo compostos de nitrogênio, suas propriedades e os estados de oxidação, de acordo com o que era previsto na literatura. Só não foi possível observar a formação do gás amônio por seu cheiro, provavelmente por conta da formação rápida do gás.
6. Questionário:
Balancear todas as equações das reações utilizadas na prática por oxi-redução identificando os agentes oxidantes e redutores.
 (1)
Agente redutor: nitrogênio.
Agente oxidante: ferro.
 (2)
 (3)
 (4)
 (5)
Agente redutor: nitrogênio e enxofre.
Agente oxidante: carvão.
Comente as propriedades oxidantes e redutoras do íon NO-3.
O íon NO3ˉ possui seu estado de oxidação +5, que é o estado de oxidação mais elevado do nitrogênio. Em meio ácido possui forte caráter oxidante e em meio básico é relativamente estável.
A combustão da pólvora negra processa-se de acordo com a seguinte reação aproximada: . Quantos litros de gás reduzido às condições de T=29 ºC e p= 1 atm, se libertarão após a combustão de 
100 g de pólvora;
 371 g de pólvora ___________ 160 g de gases
100 g de pólvora ___________ x
x= 43,12 g de gases.
Transformando em mols:
n = m/MM = 0,26 mols
Sabemos que em 1 mol ocupa-se 22,4 L. Portanto:
1 mol ______ 22,4 L
0,26 mol ____ x
x = 6,03 L de gás se libertarão na combustão de 100 g de pólvora.
2g de pólvora.
371 g de pólvora ___________ 160 g de gases
2 g de pólvora ________________ x
x= 0,86 g de gases.
Transformando em mols:
n = m/MM = 0,0053 mols
Sabemos que em 1 mol ocupa-se 22,4 L. Portanto:1 mol ______ 22,4 L
0,0053 mol ____ x
x = 0,12 L de gás se libertarão na combustão de 2 g de pólvora.
Fale sobre o uso dos nitritos.
Segundo Maria Reis Felipe (2012), “Os aditivos nitritos e nitratos de sódio e potássio possuem a função de conservadores impedindo o crescimento e formação de esporos por bactérias anaeróbicas, ou seja, aquelas que não precisam de oxigênio para o seu desenvolvimento”. Esses aditivos dão uma coloração rosada característica de alguns alimentos a base de carne processada. Por esse motivo, os aditivos são normalmente utilizados em produtos embutidos, em carnes, leite e derivados.
Comente as propriedades oxidantes dos nitritos;
O íon nitrito pode ser oxidado a nitrato por muitos pares oxidantes relativamente fracos.
Comente as estrturas geométricas dos íons nitrato e nitrito.
O íon nitrito (NO2ˉ) é angular com ângulo de ligação de 125° (Figura 5). Já o íon nitrato (NO3ˉ) tem uma estrutura trigonal plana (Figura 6).
Figura 5. Geometria do íon nitrito.
Figura 6. geometria do íon nitrato.
Quais os métodos de preparação do HNO3? Comente resumidamente.
Um dos processos para a obtenção do ácido nítrico é fazer passar amônia e ar, sob pressão, por um catalisador acerca de 850°C, ocorrendo a formação de monóxido de nitrogênio e água. O monóxido de nitrogênio, em presença do oxigênio do ar, se transforma no dióxido que reagindo com a água forma o ácido nítrico e monóxido de nitrogênio.
7. Referências:
ATKINS, P; JONES, L. Princípios de Química. Ed. 3º. Bookman. 2006. p. 680, 681.
UOL, Clique e Aprenda. Uma mistura Explosiva. [Online]. 2009. Disponível em < http://clickeaprenda.uol.com.br/portal/mostrarConteudo.php?idPagina=19655> Acesso em 16 de agosto de 2015.
FELIPE, M, R. Nitratos e Nitritos como aditivos... fique atento. [Online]. 2012. Disponível em < http://wp.clicrbs.com.br/viverbem/2012/10/05/nitratos-e-nitritos-como-aditivos-fique-atento/> Acesso em 16 de agosto de 2015.