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Universidade Federal de Pelotas Centro de Ciências Químicas et al. Curso de Química Industrial (2º Semestre) Química Inorgânica I Aulas Práticas (2012-1) (Química dos elementos dos grupos 1, 2, 13 – 18 e de seus compostos) Prof. Dr. rer. nat. W. Martin Wallau (Dipl.-Chem.) ii iii Auch in den Wissenschaften kann man eigentlich nichts wissen, es will getan sein. (Johann Wolfgang von Goethe, 1822 aus den Heften zur Morphologie) iv v Índice Índice ........................................................................................................................................................v Índice de Tabelas ....................................................................................................................................xi Índice de Figuras ................................................................................................................................... xiii Índice dos Experimentos ........................................................................................................................xv Parte I: Informações gerais ..................................................................................................................... 1 Introdução ........................................................................................................................................... 1 Datas das provas (QI 1 2012-1):......................................................................................................... 2 Datas das aulas práticas (QI1; 2012-1) .............................................................................................. 3 Datas das aulas teóricas (QI1, 2012-1) .............................................................................................. 4 Comportamento no Laboratório .......................................................................................................... 5 Elaboração dos protocolos.................................................................................................................. 6 Modelo de protocolo (Aula Prática I, Experimento 1.2) ...................................................................... 7 Operações e equipamentos típicos no laboratório químico................................................................ 9 Filtração .......................................................................................................................................... 9 Aquecimento de amostras .............................................................................................................. 9 Manuseio de sólidos ..................................................................................................................... 11 Manuseio de líquidos.................................................................................................................... 12 Fixação de equipamentos de laboratório ..................................................................................... 13 Perigos toxicológicos e proteção de saúde e meio ambiente ............................................................... 15 Agentes químicos insalubres – Limite de tolerância e toxicidade – ................................................. 15 Tratamento de resíduos .................................................................................................................... 16 Introdução de compostos químicos na rede de esgoto................................................................ 16 Tratamento de nitrito (NO2 -).......................................................................................................... 16 Tratamento de sais de metais pesados p.e. compostos de As, Cd ............................................. 16 Tratamento de sais de cromo(VI) ................................................................................................. 16 Tratamento de resto de sódio metálico ........................................................................................ 17 Tratamento de cloro, dióxido de enxofre e cloreto de hidrogênio ................................................ 17 vi Tratamento de bromo ................................................................................................................... 17 Tratamento de cianetos ................................................................................................................ 18 Tratamento de fósforo branco ...................................................................................................... 18 Classificação e rotulagem de substancias e misturas perigosas.......................................................... 20 O sistema estabelecido pela Directiva 1999/45/CE.......................................................................... 20 O sistema GHS ................................................................................................................................. 20 Pictogramas, palavras-sinal e Frases utilizados na rotulagem .................................................... 20 Classificação de substâncias........................................................................................................ 24 Classificação de misturas ............................................................................................................. 25 Primeiro socorro em caso de acidentes ................................................................................................ 30 Obrigação do socorrista primário...................................................................................................... 30 Avaliação inicial................................................................................................................................. 30 Remoção – Acomodação.................................................................................................................. 30 Reanimação cardiorrespiratória ........................................................................................................ 32 Choque.............................................................................................................................................. 35 Ferimentos externos ......................................................................................................................... 35 Queimaduras..................................................................................................................................... 36 Lesões e queimações oculares......................................................................................................... 37 Acompanhamento compreensivo...................................................................................................... 38 Parte II: Propriedades, preparação e utilização dos elementos dos grupos 1 (metais alcalinos), 2 (metais alcalinos terrosos), 13 (trielos), 14 (tetrelos), 15 (pentelos), 16 (calcogênios), 17 (halogênios) e 18 (gases nobres).......................................................................................................... 39 No principio é o Hidrogênio............................................................................................................... 39 Propriedades................................................................................................................................. 39 Importância econômica................................................................................................................. 40 Preparação ................................................................................................................................... 40 Utilização ...................................................................................................................................... 41 Os elementosdo grupo 1 (metais alcalinos) e suas propriedades................................................... 42 Propriedades................................................................................................................................. 42 Importância econômica................................................................................................................. 43 Preparação ................................................................................................................................... 43 vii Utilização ...................................................................................................................................... 45 Os elementos do grupo 2 (metais alcalinos terrosos) e suas propriedades..................................... 46 Propriedades................................................................................................................................. 46 Importância econômica................................................................................................................. 47 Preparação ................................................................................................................................... 47 Utilização ...................................................................................................................................... 48 Os elementos do grupo 13 (trielos) e suas propriedades ................................................................. 49 Propriedades................................................................................................................................. 49 Importância econômica................................................................................................................. 50 Preparação ................................................................................................................................... 50 Utilização ...................................................................................................................................... 51 Os elementos do grupo 14 (tetrelos) e suas propriedades............................................................... 52 Propriedades................................................................................................................................. 52 Importância econômica................................................................................................................. 53 Preparação ................................................................................................................................... 53 Utilização ...................................................................................................................................... 55 Os elementos do grupo 15 (pentelos) e suas propriedades............................................................. 56 Propriedades................................................................................................................................. 56 Importância econômica................................................................................................................. 57 Preparação ................................................................................................................................... 57 Utilização ...................................................................................................................................... 59 Os elementos do grupo 16 (calcogênios) e suas propriedades ....................................................... 60 Propriedades................................................................................................................................. 60 Importância econômica................................................................................................................. 61 Preparação ................................................................................................................................... 61 Utilização ...................................................................................................................................... 63 Os elementos do grupo 17 (halogênios) e suas propriedades ......................................................... 64 Propriedades................................................................................................................................. 64 Importância econômica................................................................................................................. 65 Preparação ................................................................................................................................... 65 viii Utilização ...................................................................................................................................... 66 Os elementos do grupo 18 (gases nobres) e suas propriedades..................................................... 67 Propriedades................................................................................................................................. 67 Importância econômica................................................................................................................. 67 Preparação ................................................................................................................................... 67 Utilização ...................................................................................................................................... 68 Parte III: Experimental ........................................................................................................................... 69 Miniaturização de Experimentos com Gases utilizando seringas..................................................... 69 Aula Prática I: Reações de hidrogênio.............................................................................................. 73 Lista de Materiais para Aula Prática I: Reações de hidrogênio:................................................... 75 Lista de Químicos para Aula Prática I: Reações de hidrogênio: .................................................. 75 Aula Prática II: Compostos de elementos do grupo 1 ...................................................................... 77 Lista de Materiais para Aula Prática II: Compostos de elementos do grupo 1: ........................... 79 Lista de Químicos para Aula Prática II: Compostos de elementos do grupo 1: ........................... 79 Aula Prática III: Compostos de elementos do grupo 2 ..................................................................... 81 Lista de Materiais para: Aula Prática III: Compostos de elementos do grupo 2: ......................... 83 Lista de Químicos para Aula Prática III: Compostos de elementos do grupo 2 ........................... 83 Aula Prática IV: Compostos de elementos do grupo 13 ................................................................... 85 Lista de Materiais para Aula Prática IV: Compostos de elementos do grupo 13: ........................ 87 Lista de Químicos para Aula Prática IV: Compostos de elementos do grupo 13 ........................ 87 Aula Prática V: Compostos de elementos do grupo 14 .................................................................... 89 Lista de Materiais para Aula Prática V: Compostos de elementos do grupo 14: ......................... 91 Lista de Químicos para Aula Prática V: Compostos de elementos do grupo 14: ........................ 91 Aula Prática VI: Compostos de elementos do grupo 15 ................................................................... 93 Lista de Materiais para Aula Prática VI: Compostos de elementos do grupo 15: ........................ 95 Lista de Químicos para Aula Prática VI: Compostos de elementos do grupo 15 ........................95 Aula Prática VII: Obtenção do oxigênio e reações de compostos de enxofre.................................. 97 Lista de Materiais para Aula Prática VII: Obtenção do oxigênio e reações de compostos de enxofre: ....................................................................................................................................... 100 Lista de Químicos para Aula Prática VII: Obtenção do oxigênio e reações de compostos de enxofre: ....................................................................................................................................... 100 ix Aula Prática VIII: Preparação de halogênios e reações de compostos de fluoro e cloro............... 101 Lista de Materiais para Aula Prática VIII: Preparação de halogênios e reações de compostos de fluoro e cloro: .............................................................................................................................. 104 Lista de Químicos para Aula Prática VIII: Preparação de halogênios e reações de compostos de fluoro e cloro: .............................................................................................................................. 104 Aula Prática IX: Reações de oxigênio, hidrogênio, cloreto de hidrogênio e amônia. ..................... 105 Lista de Materiais para Aula Prática IX: Reações de oxigênio, hidrogênio, cloreto de hidrogênio e amônia. ....................................................................................................................................... 108 Lista de Químicos para Aula Prática IX: Reações de oxigênio, hidrogênio, cloreto de hidrogênio e amônia. .................................................................................................................................... 108 Aula Prática X: Reações de sulfeto de dihidrogênio e dióxido de enxofre. .................................... 109 Lista de Materiais para Aula Prática X: Reações de sulfeto de dihidrogênio e dióxido de enxofre. .................................................................................................................................................... 112 Lista de Químicos para Aula Prática X: Reações de sulfeto de dihidrogênio e dióxido de enxofre. .................................................................................................................................................... 112 Aula Prática XI: Reações de dióxido e monóxido de carbono........................................................ 113 Lista de Materiais para Aula Prática XI: Reações de dióxido e monóxido de carbono:............. 116 Lista de Químicos para Aula Prática XI: Reações de dióxido e monóxido de carbono: ............ 116 Aula Prática XII: Reações de cloro (parte I).................................................................................... 117 Lista de Materiais para Aula Prática XII: Reações de cloro (parte I):......................................... 119 Lista de Químicos para Aula Prática XII: Reações de cloro (parte I); ........................................ 119 Aula Prática XIII: Reações com cloro (parte 2)............................................................................... 120 Lista de Materiais para Aula Prática XIII: Reações com cloro (parte 2) ..................................... 122 Lista de Químicos para Aula Prática XIII: Reações com cloro (parte 2) .................................... 122 Aula Prática XIV: Reações de óxidos de nitrogênio ....................................................................... 123 Lista de Materiais para Aula Prática XIV: Reações de óxidos de nitrogênio ............................. 125 Lista de Químicos para Aula Prática XIV: Reações de óxidos de nitrogênio............................. 125 Aula Prática XV: Coloração de chama dos metais alcalinos e alcalinos terrosos.......................... 127 Lista de Materiais para Aula Prática XV: Coloração de chama dos metais alcalinos e alcalinos terrosos: ...................................................................................................................................... 129 Lista de Químicos para Aula Prática XV: Coloração de chama dos metais alcalinos e alcalinos terrosos: ...................................................................................................................................... 129 Anexos................................................................................................................................................. 131 Anexo I: Concentrações comuns das soluções importantes .......................................................... 131 x Anexo II: Frases R/S ....................................................................................................................... 132 Frases R ..................................................................................................................................... 132 Combinações de Frases R ......................................................................................................... 133 Frases S...................................................................................................................................... 135 Combinações de Frases S ......................................................................................................... 136 Anexo III: Símbolos de risco ........................................................................................................... 138 Anexo IV: Advertências de Perigo (Hazard Satements) ................................................................. 139 Anexo V: Recomendações de prudência (Precautionary Statements)........................................... 142 Anexo VI: Lista das substancias utilizadas nas aulas práticas de Química Inorgânica I e Química Inorgânica II..................................................................................................................................... 146 Anexo VII: Tipos de literatura química para pesquisa de dados etc............................................... 170 Bibliografia ........................................................................................................................................... 172 xi Índice de Tabelas Tabela 1. Tabela Modelo para Tabela: Classificação dos perigos para saúde das substâncias e soluções utilizadas. ................................................................................................................................. 7 Tabela 2. Propriedades de alguns gases e vapores inorgânicos ......................................................... 19 Tabela 3. Pictogramas de perigos utilizados no GHS........................................................................... 21 Tabela 4. Classificação da Toxicidade aguda segundo GHS. .............................................................. 23 Tabela 5. Sub-classificação da corrosão cutânea na categoria 1......................................................... 24 Tabela 6. Concentrações limites para consideração de perigos para saúde e o meio ambiente em misturas. ................................................................................................................................................ 25 Tabela 7. Classificação da toxicidade aguda de NaCN e Ba(OH)2 como função da concentração. .... 26 Tabela 8. Valores de concentração limite para classificação da corrosão e irritação cutânea na aplicação do Principio da Adicionação.................................................................................................. 27 Tabela 9. Valores de concentração limite para classificação da corrosão e irritação cutânea para substancias que não permitem a aplicação do Principio da Adicionação. ........................................... 27 Tabela 10. Classificação de corrosão/irritação cutânea paraH2SO4 e NaOH...................................... 28 Tabela 11. Valores de concentração limite para classificação da lesão e irritação ocular na aplicação do Principio da Adicionação. ................................................................................................................. 28 Tabela 12. Valores de concentração limite para classificação da lesão e irritação ocular para substancias que não permitem a aplicação do Principio da Adicionação. ........................................... 29 Tabela 13. Classificação de lesão/irritação ocular para ZnSO4. ........................................................... 29 Tabela 14. Propriedades de hidrogênio. ............................................................................................... 39 Tabela 15. Propriedades dos metais alcalinos (grupo 1). ..................................................................... 42 Tabela 16. Comparação de processos de eletrólise de NaCl para produção de NaOH e Cl2. ............ 45 Tabela 17. Utilização dos metais alcalinos e seus principais compostos inorgânicos. ........................ 45 Tabela 18. Propriedades dos metais alcalinos terrosos (grupo 2)........................................................ 46 Tabela 19. Utilização dos metais alcalinos e seus principais compostos inorgânicos. ........................ 48 Tabela 20. Propriedades dos trielos (grupo 13). ................................................................................... 49 Tabela 21. Utilização dos trieles e seus principais compostos inorgânicos. ........................................ 51 Tabela 22. Propriedades dos elementos do grupo 14 (tetrelos). .......................................................... 52 Tabela 23. Utilização dos tetrelos e seus principais compostos inorgânicos. ...................................... 55 Tabela 24. Propriedades dos pentelos (grupo 15) ................................................................................ 56 Tabela 25. Utilização dos pentelos e seus principais compostos inorgânicos. .................................... 59 xii Tabela 26. Propriedades dos calcogênios (grupo 16) .......................................................................... 60 Tabela 27. Utilização dos calcogênios e seus principais compostos inorgânicos. ............................... 63 Tabela 28. Propriedades dos halogênios (grupo 17) ............................................................................ 64 Tabela 29. Utilização dos halogênios e seus principais compostos inorgânicos.................................. 66 Tabela 30. Propriedades dos gases nobres (grupo 18)........................................................................ 67 Tabela 31. Utilização dos gases nobres. .............................................................................................. 68 Tabela 32. Preparação de gases em reatores miniaturizado. .............................................................. 70 xiii Índice de Figuras Figura 1. Funis para transferência e separação de líquidos e sólidos: (a) Funil com papel de filtro; (b) Funil com filtro; (c) Papel de filtro pregueado; (d) Funil para pós. .......................................................... 9 Figura 2. Garrafa de sucção com funil de Büchner para filtração a vácuo. ............................................ 9 Figura 3. (a) Bico de Bunsen; (b) Chama do bico de Bunsen............................................................... 10 Figura 4. Recipientes para aquecimento de amostras: (a) tubo de ensaio; (b) béqueres; (c) concha de porcelana; (d) pinça para tubos de ensaio; (e) raque para tubos de ensaio; (f) cadinhos com tenaz de cadinhos. ............................................................................................................................................... 11 Figura 5. (a) Almofariz com pistilo (mão); (b) Espátulas; (c) Funil de sólidos; (d) Vidros de relógio. ... 11 Figura 6. (a) Frasco lavador; (b) Pipetas de vidro e polietileno (PE); (c) Provetas graduadas; (d) Balão volumétrico. ........................................................................................................................................... 12 Figura 7. Instrumentos para transferência de líquidos: (a) Bureta; (b) Pipetas graduadas; (c) Pipeta volumétrica; (d) Pêra de Peleus. ........................................................................................................... 12 Figura 8. (a) Suporte universal; (b) Mufa, (c) Garra; (d) Garra para bureta; (e) Garra para condensador; (f) Argola. ........................................................................................................................ 13 Figura 9. Theophrastus Bombastus von Hohenheim chamado Paracelsus ......................................... 15 Figura 10. Codificação das (a) Advertências de risco; (b) Recomendações de Prudência.................. 20 Figura 11. Manobra de salvação de Rautek. ........................................................................................ 30 Figura 12. Posição lateral de segurança............................................................................................... 31 Figura 13. Massagem cardíaca. ............................................................................................................ 32 Figura 14. Desobstrução das vias aéreas............................................................................................. 33 Figura 15. Respiração artificial (boca-nariz).......................................................................................... 34 Figura 16. Seqüência na reanimação cardiopulmonar (RCP) .............................................................. 34 Figura 17. Acomodação em caso de choque........................................................................................ 35 Figura 18. Lavagem de ferimentos externos......................................................................................... 36 Figura 19. Ligadura de pressão. ........................................................................................................... 36 Figura 20. Queimaduras de grau diferente. .......................................................................................... 36 Figura 21. Irrigação de olhos................................................................................................................. 38 Figura 22. Hidrogênio. ........................................................................................................................... 39 Figura 23. Consumo de H2 nos EUA em 1996...................................................................................... 41 Figura 24. Os metais alcalinos. ............................................................................................................. 42 Figura 25. Eletrólise de NaCl fundido.................................................................................................... 43 xiv Figura 26. Processos eletrolíticos de obtenção de NaOH e Cl2 (a) processos amalgama; (b) processo diafragma; (c) processo membrana. ..................................................................................................... 44 Figura 27. Os Metais alcalinos terrosos. ............................................................................................... 46 Figura 28. Os trielos. ............................................................................................................................. 49 Figura 29. Produção de alumínio por eletrólise de Al2O3 dissolvido em Na3[AlF6] fundido. ................. 50 Figura 30. Os tetrelos. ........................................................................................................................... 52 Figura 31. Produção de Si puríssimo: (a) Preparação de granulado de Si;(b) segregação de Si num bastão fino; (c) preparação de monocristal de Si.................................................................................. 54 Figura 32. Os pentelos. ......................................................................................................................... 56 Figura 33. Os calcogênios..................................................................................................................... 60 Figura 34. Processo Frasch para extração de enxofre elementar. ....................................................... 62 Figura 35. Os halogênios ...................................................................................................................... 64 Figura 36. Cela de eletrólise para produção de Fluoro molecular. ....................................................... 65 Figura 37. Os gases nobres. ................................................................................................................. 68 Figura 38. Utilização de seringas como funis de gotejar. ..................................................................... 69 Figura 39. Variações de mini-reatores para desenvolvimento de gases. ............................................. 69 xv Índice dos Experimentos Experimento 1.1: Reação de Hidrogênio em “status nascendi” com permanganato de potássio ........ 73 Experimento 1.2: Reação de Hidrogênio molecular com permanganato de potássio .......................... 73 Experimento 1.3: Reação de hidrogênio com oxigênio (gás detonante) .............................................. 73 Experimento 1.4: Oxidação de sódio .................................................................................................... 74 Experimento 2.1: Mistura eutética de LiCl/KCl...................................................................................... 77 Experimento 2.2: Precipitação de Li+ como periodatoferrato(III) de lítio (Li2[FeIO6])............................ 77 Experimento 2.3: Precipitação de fosfato de lítio .................................................................................. 77 Experimento 2.4: Precipitação de Na[Sb(OH)6] .................................................................................... 77 Experimento 2.5: Precipitação de tartrato de hidrogênio de potássio .................................................. 77 Experimento 2.6: Precipitação de hexanitrocobaltato(III) de dipotássio de sódio ................................ 78 Experimento 2.7: Precipitação de hexanitrocobaltato(III) de diamônio de sódio .................................. 78 Experimento 2.8: Precipitação de hexanitrito de dipotássio de chumbo(II) de cobre(II) (K2CuPb(NO2)6) ............................................................................................................................................................... 78 Experimento 2.9: Precipitação de hexanitrito de diamônio de chumbo(II) de cobre(II) ((NH4)2CuPb(NO2)6)............................................................................................................................... 78 Experimento 3.1: Oxidação de Magnésio no ar .................................................................................... 81 Experimento 3.2: Preparação de Iodeto de magnésio.......................................................................... 81 Experimento 3.3a: Precipitado de carbonato/bicarbonato de cálcio ..................................................... 81 Experimento 3.4: Complexação de Ca2+ ............................................................................................... 81 Experimento 3.5: Precipitação de sulfato de estrôncio e bário ............................................................. 82 Experimento 3.6: Solubilidade de sais dos metais alcalinos terrosos .................................................. 82 Experimento 4.1: Ativação de alumínio................................................................................................. 85 Experimento 4.2: Anfóteria de alumínio ................................................................................................ 85 Experimento 4.3: Mascaração de Alumínio........................................................................................... 85 Experimento 4.4: Dissolução de Alumínio em Ácidos e Bases............................................................. 85 xvi Experimento 4.5: Complexação de ácido bórico................................................................................... 86 Experimento 4.6: Precipitação de metaborato de prata ........................................................................ 86 Experimento 4.7: Precipitação de metaborato de cálcio ....................................................................... 86 Experimento 4.8: Preparação de trimetilborato (Chama verde)............................................................ 86 Experimento 5.1: Crescimento de silicatos cristalinos (Jardim Inorgânico).......................................... 89 Experimento 5.2: Precipitação de carbonato/bicarbonato de cálcio e bário ......................................... 89 Experimento 5.3: Liberação de ácido acético ....................................................................................... 89 Experimento 5.4: Preparação de etilacetato ......................................................................................... 89 Experimento 5.5: Preparação de CO/CO2 ............................................................................................ 89 Experimento 5.6: Oxidação de aldeídos (Reação de Fehling).............................................................. 90 Experimento 5.7: Precipitação de oxalato de cálcio, estrôncio e bário................................................. 90 Experimento 5.8: Oxidação de ácido oxálico ........................................................................................ 90 Experimento 5.9: Decomposição de bicarbonato de sódio (Serpentes de Faraó) ............................... 90 Experimento 6.1: Síntese de nitrogênio ................................................................................................ 93 Experimento 6.2: Reações de nitrato de amônio .................................................................................. 93 Experimento 6.3: Decomposição de bicarbonato de amônio (Hirschhornsalz = sal de cifres do veado) ............................................................................................................................................................... 93 Experimento 6.4: Reação de ácido nítrico com zinco ........................................................................... 93 Experimento 6.5: Preparação de arseneto de prata (Teste de Gutzeit) ............................................... 94 Experimento 6.6: Preparação de Arsênio (Teste de Bettendorf) .......................................................... 94 Experimento 6.7: Equilíbrio redox (Sb3+/Sb5+ -) ..................................................................................... 94 Experimento 6.8: Precipitação e complexação de Bi3+ ......................................................................... 94 Experimento 7.1: Disproporção de clorato de potássio (KClO3) ........................................................... 97 Experimento 7.2: Redução de MnO2..................................................................................................... 97 Experimento 7.3: Desproporcionamento de H2O2 catalisado por MnO2 ............................................... 97 Experimento 7.4: Redução de KMnO4 .................................................................................................. 97 Experimento 7.5: Fusão de enxofre ......................................................................................................98 xvii Experimento 7.6: Reação de enxofre com metais ................................................................................ 98 Experimento 7.7: Preparação de SO2 ................................................................................................... 98 Experimento 7.8: Reação de ácido sulfúrico diluído com metais.......................................................... 98 Experimento 7.9: Reação de ácido sulfúrico concentrado com metais ................................................ 98 Experimento 7.10: Reação de ácido sulfúrico concentrado com material orgânico (Lava preta)......... 99 Experimento 8.1: Preparação de cloro por oxidação de cloreto ......................................................... 101 Experimento 8.2: Cloro por comproporção de cloreto e clorato.......................................................... 101 Experimento 8.3: Bromo por oxidação de brometo............................................................................. 101 Experimento 8.4: Iodo por oxidação de iodeto.................................................................................... 101 Experimento 8.5: Oxidação com clorato ............................................................................................. 101 Experimento 8.6: Precipitação de fluoretos de metais alcalinos terrosos........................................... 102 Experimento 8.7: Fluoração superficial de vidro (Teste de arrasto) ................................................... 102 Experimento 8.8: Precipitação de cloreto de prata e redução de prata(I) em meio ácido .................. 102 Experimento 8.9: Precipitação de cloreto de prata e redução de prata(I) em meio básico ................ 102 Experimento 8.10: Precipitação e dissolução de cloreto de prata ...................................................... 102 Experimento 8.11: Precipitação e dissolução de cianeto de prata ..................................................... 103 Experimento 9.1: Reações de oxigênio............................................................................................... 105 Experimento 9.2: Reações com Hidrogênio........................................................................................ 105 Experimento 9.3: Reações de cloreto de hidrogênio. ......................................................................... 106 Experimento 9.4: Reações com amônia ............................................................................................. 107 Experimento 10.1: Propriedades de H2S ............................................................................................ 109 Experimento 10.2: Propriedades de SO2 ............................................................................................ 109 Experimento 10.3: Preparação de enxofre (Processo Claus)............................................................. 110 Experimento 10.4: Preparação de ácido sulfúrico .............................................................................. 110 Experimento 10.5: Dessulfurização de gases de exaustão. ............................................................... 111 Experimento 11.1: Propriedades de dióxido de carbono .................................................................... 113 xviii Experimento 11.2: Oxidação de monóxido de carbono ...................................................................... 114 Experimento 11.3: Redução com monóxido de carbono. ................................................................... 114 Experimento 11. 4: Formação de complexos de carbonila. ................................................................ 115 Experimento 12.1: Disproporcionamento de cloro em água ............................................................... 117 Experimento 12.2: Preparação de O2 singlete. ................................................................................... 117 Experimento 12.3: Preparação N2 triplete........................................................................................... 117 Experimento 12.4: Preparação de bromo ........................................................................................... 118 Experimento 12.5: Preparação de I2. .................................................................................................. 118 Experimento 12.6: Preparação seqüencial de Br2 e de I2. .................................................................. 118 Experimento 13.1: Reação de cloro com metais ................................................................................ 120 Experimento 13.2: Reação de cloro com não-metais ......................................................................... 120 Experimento 14.1: Propriedades de monóxido de nitrogênio ............................................................. 123 Experimento 14.2: NO como ligante ................................................................................................... 123 Experimento 14.3: Formação e reações de dióxido de nitrogênio...................................................... 124 Experimento 15.1: Fogo Bengalês ...................................................................................................... 127 Experimento 15.2: Neblina artificial ..................................................................................................... 128 1 Parte I: Informações gerais Introdução As aulas práticas da disciplina Química Inorgânica I são orientadas nos elementos dos grupos principais da Tabela periódica (grupo 1 – 2, 13 – 18). É pré-requisito para realização dos experimentos que os alunos tomam conhecimento das aulas praticas antes de sua execução e, portanto devem conhecer os respectivos conceitos teóricos, como também as perigos das subtâncias e misturas (soluções) utilizadas. Os experimentos devem ser executados em grupos de dois ou no máximo três alunos. Cada grupo deve apresentar um protocolo (sempre na próxima aula!) mostrando a execuçãodos experimentos, as observações e a inbtrerpretação dos resultados, como também uma Tabela com a classificação dos perigos para saúde das substãncias e misturas utilizadas na respectiva aula prática. Os protocolos serão avaliados com 0 – 10 pontos e sua média de terá um peso de 5 % na nota final. Antes de cada aula será aplicado um teste versando sobre o conteúdo da aula anterior e a média de todos estes pós-testes terá um peso de 5 % na nota final. Além da média dos protocolos e dos pós´testes a avaliação da disciplina Química Inorgânica I se baseia em três provas da parte teórica e da parte prática cada um com peso de 30 % na nota final. Assim a nota final da disciplina é calculada como: testespósprotocolos0,05 prova30,3prova20,3prova10,3Nota aaafinal −×+×+ +×+×+×= 05,0 2 Datas das provas (QI 1 2012-1): 1ª Prova (parte teórica) Estrutura atômica; Tabela Periódica e Propriedades periódicas; Ligação metálica; Ligação iônica; Ligação covalente (Estruturas de Lewis, Nox, carga formal). 03/05/2012 2ª Prova (parte teórica) Ligação covalente (Modelo VSPER, Simetria e grupos pontuais, Teoria do orbital molecular); Ácidos e Bases. 28/06/2012 3ª Prova (parte prática) Os Elementos dos grupos 1, 2, 13 – 18 e suas propriedades; Nomenclatura na química inorgânica, segurança no laboratório e tratamento de resíduos, Classificação de perigos para saúde de substãncias e misturas. 05/07/2012 EXAME Estrutura atômica; Tabela Periódica e Propriedades periódicas, Ligação metálica, Ligação iônica; Ligação covalente; Teoria do orbital molecular; sólidos, forças intermoleculares, ácidos e bases; Os Elementos dos grupos 1, 2, 13 – 18 e suas propriedades; Nomenclatura na química inorgânica, segurança no laboratório e tratamento de resíduos, Classificação de perigos para saúde de substãncias e misturas. 12/07/20123 Datas das aulas práticas (QI1; 2012-1) Aula Data Tema Aula Prática I 09/03/2012 Reações de hidrogênio Aula Prática II 16/03/2012 Compostos de elementos do grupo 1 Aula Prática III 23/03/2012 Compostos de elementos do grupo 2 Aula Prática IV 30/03/2012 Compostos de elementos do grupo 13 Aula Prática V 13/04/2012 Compostos de elementos do grupo 14 Aula Prática VI 20/04/2012 Compostos de elementos do grupo 15 Aula Prática VII 27/04/2012 Obtenção do oxigênio e reações de compostos de enxofre Aula Prática VIII 04/05/2012 Preparação de halogênios e reações de compostos de fluoro e cloro Aula Prática IX 11/05/2012 Reações de oxigênio, hidrogênio, cloreto de hidrogênio e amônia. Aula Prática X 18/05/2012 Reações de sulfeto de dihidrogênio e dióxido de enxofre. Aula Prática XI 25/05/2012 Reações de dióxido e monóxido de carbono Aula Prática XII 01/06/2012 Reações de cloro (parte I) Aula Prática XIII 15/06/2012 Reações com cloro (parte 2) Aula Prática XIV 22/06/2012 Reações de óxidos de nitrogênio Aula Prática XV 29/06/2012 Coloração de chama dos metais alcalinos e alcalinos terrosos 4 Datas das aulas teóricas (QI1, 2012-1) Aula Assunto Data Aula I Introdução geral, Átomos e partículas elementares; Modelos atômicos de Rutherford, Bohr e Kimball 08/03/2012 Aula II O modelo quântico do átomo de hidrogênio e de átomos polieletrônicos, o principio da construção da Tabela periódica 15/03/2012 Aula III A Tabela periódica e as propriedades periódicas e aperiódicas 22/03/2012 Aula IV Nomenclatura na Química Inorgânica, Ligação metálica e estrutura de metais 29/03/2012 Aula V Ligação iônica, energia reticular e ciclo de Born-Haber, estrutura de compostos iônicos, Propriedades de sólidos iônicos 12/04/2012 Aula VI Ligação covalente (Estruturas de Lewis, Nox, carga formal) 19/04/2012 Aula VII Revisão 26/04/2012 Aula VIII 1ª Prova 03/05/2012 Aula IX Ligação covalente (Modelo de VSEPR), 10/05/2012 Aula X Simetria molecular e grupos pontuais 17/05/2012 Aula XI Teoria do orbital molecular 24/05/2012 Aula XII Ácidos e Bases 31/05/2012 Aula XIII Ácidos e Bases 14/06/2012 Aula XIV Revisão 21/06/2012 Aula XV 2ª Prova 28/06/2012 Aula XVI 3ª Prova 05/07/2012 5 Comportamento no Laboratório ⇒ No laboratório o uso de avental (de algodão), óculos de proteção (também para usuários de óculos) e sapatos fechados é obrigatório (nada de chinelos, sandálias ou saltos altos). ⇒ Cabelos longos devem ser presos. (Não será admitido o uso de bonés, chapéus etc.!) ⇒ Fumar e o consumo de comida e bebida são proibidos no laboratório. ⇒ Durante as aulas somente os alunos do respectivo curso e o professor podem permanecer no laboratório. Se for necessário de falar com outras pessoas somente fora do laboratório. ⇒ Economizar água, gás e substancias químicas. ⇒ Experimentos só podem ser realizados se eles são descrito na apostila ou autorizados pelo professor. ⇒ Com substâncias agressivas e venenosas deve-se trabalhar na capela. ⇒ Antes da saída o laboratório deve ser arrumado e os equipamentos limpados. ⇒ Violações graves do regulamento resultam depois de uma advertência na exclusão do aluno e os protocolos faltando serão contado com zero ponto. 6 Elaboração dos protocolos q O protocolo deve mostrar a execução do experimento q O protocolo deve permitir a reprodução do experimento q O protocolo deve conter data e identificação do experimento q O protocolo deve conter uma Tabela enumerando os perigos para a saúde das substâncias e soluções utilizadas. q O protocolo não precisa conter todos os detalhes da instrução do experimento (estes são dados na apostila ou podem ser substituídas pela referencia). Mesmo assim o protocolo deve conter um curto esboço do experimento. q a identificação das amostras deve ser inequívoco! E documentado (reprodutibilidade) q as observações devem ser descritas conciso e preciso. q Explicação do experimento: 1. Esclarecimento conciso, 2. Equação da reação. q Perguntas adicionais: Não escrever novelas: Na regra algumas sentenças e equações são suficientes. => Um cientista deveria expressar-se conciso e preciso. q Extensão do protocolo: => tão conciso como possível, tão detalhado como necessário! (10 páginas são geralmente demais, 1 geralmente de menos). q redação do protocolo: Observações e resultados devem ser escritos durante a execução do experimento diretamente no caderno de protocolo. (Portanto é necessário de pensar antes de começar o experimento) => A seguir precisamos somente interpretar e explicar os dados e responder as perguntas adicionais (se houver). q IMPORTANTE: Prepara-se antes de começar o experimento! Tudo mundo deve saber o que ele está fazendo e por que! 7 Modelo de protocolo (Aula Prática I, Experimento 1.2) A Descrição do experimento como ela se encontra na apostila Experimento 1.2: Reação de Hidrogênio molecular com permanganato de potássio Material; Béquer 100 mL, tripé com rede de amianto, Bico de Bunsen; vidro de relógio Químicos: ácido sulfúrico diluído; solução de KMnO4 (0,1 M); grânulos de zinco Coloca algumas gotas da solução de KMnO4 no meio da placa de vidro. No Béquer adicione alguns pedacinhos de zinco ao H2SO4 diluído, se não há desenvolvimento de gás aquece um pouco e cobre com a placa de vidro, assim que a gota de KMnO4 fica em contato com o gás desenvolvido como é mostrado abaixo. Espera o fim do desenvolvimento de gás e descrevem as observações, tenta de expressar-las com equações químicas. O Protocolo para esse experimento poderia aparecer na seguinte maneira: Disciplina: Química Inorgânica I Protocolo da Aula Prática I: Reações de hidrogênioI Nome: Erika Musterfrau Data: 35 de maio de 1331 Cada protocolo deve conter uma Tabela das substancias e soluções usadas com suas classificações em respeito aos perigos de saúde. Tabela 1. Tabela Modelo para Tabela: Classificação dos perigos para saúde das substâncias e soluções utilizadas. Classificação Composto/mistura Pictogramas Tox. C/Icut C/Iolh Outras* Frases H Zn Não é substancia perigoso H2SO4 (1 M) - 1A 1 - H314 Provoca queimaduras na pele e lesões oculares graves KMnO4 (0,1 M ≈ 1,5 %) 4 - - - H302 Nocivo por ingestão *Sensibilização cutânea; Toxicidade para órgãos-alvo específicos, Irritação das vias respiratórias, efeito narcóticos; Sensibilização respiratória, mutagenicidade em células germitivas carcinogenicidade, toxicidade reprodutiva, perigo de aspiração. H2SO4; Zn Gota de KMnO4 8 Experimento (2a): Adição de um granulo de zinco ao ácido sulfúrico diluído. Observação: Formação de um gás incolor. Explicação: O zinco é oxidado pela ação dos prótons do ácido; Zn + 2 H3O + → Zn2+ + H2↑ + 2 H2O Experimento (2b): Depois do começo da formação de H2 o béquer foi coberto com uma placa de vidro com uma gota da solução de KMnO4 aderida como é mostrado na Figura abaixo. Observação: A cor do permanganato de potássio não mudou com a exposição da solução ao hidrogênio gasoso liberado. Explicação: À temperatura ambiente hidrogênio molecular não é capaz de reduzir o permanganato. MnO4 - + H2O + K + + H2 (gás) → não há reação H 2 SO 4 (diluído) Gota de KMnO 4 em água H 2 ↑ + Zn2+ H 2 Zn metálico 9 Operações e equipamentos típicos no laboratório químico Filtração Para separação de sólidos e líquidos usam-se funis com filtros de papel. Os funis usados nas aulas práticas possuem geralmente diâmetro de 3,5 cm e os filtros de papel correspondendo um diâmetro de 5,5 a 7 cm. Os papeis são dobrados pela metade e depois mais uma vez dobrados assimetricamente como mostra Figura 1a. Assim o papel pode ser aberto em um cartucho maior ou menor, dependendo da forma do funil. Importante é que a pontado papel está pendurada livremente no meio do funil como mostra Figura 1b. Para fixar o papel no funil ele é umedecido com algumas gotas de água. Em caso de grandes quantidades de líquidos recomenda-se o uso de papeis de filtros pregueados. Funis sem o papel de filtro serão utilizados para transferência segura de líquidos. (a) (b) (c) Figura 1. Funis para transferência e separação de líquidos e sólidos: (a) Funil com papel de filtro; (b) Funil com filtro; (c) Papel de filtro pregueado; (d) Funil para pós. Para acelerar a filtração pode ser usada a filtração a vácuo utilizando funis de Büchner e garrafas de sucção, ligados a uma bomba de vácuo, na configuração mostrado na Figura 2. Figura 2. Garrafa de sucção com funil de Büchner para filtração a vácuo. Aquecimento de amostras Muito usado no laboratório (de ensino) é o bico de Bunsen. Como é mostrado na Figura 3a o gás entra pelo bico A no tubo do queimador e é misturado com o ar entrando pelos 10 buracos B. A quantidade do ar pode ser regulada pelo estojo C. A chama possui no interior um cerne (aba na Figura 3b) levemente verde com propriedades redutivas, devido ao excesso de monóxido de carbono e de hidrogênio, resultado de queima incompleta. Na parte externo (aca na Figura 3b), levemente azul, existe um excesso de oxigênio e a chama possui propriedades oxidantes. A temperatura da chama pode atingir 1000 – 1500 °C, mas na base da chama redutiva a temperatura é somente em torno de 300 °C. As diversas zonas da chama mostradas na Figura 3b são: α: Base da chama, relativamente frio (300 °C); β: Zona de fusão com a temperatura mais alta; γ: Zona de oxidação superior; δ: Zona de oxidação superior; ε e θ zonas de redução com temperatura e potencial de redução maior em θ. (a) (b) Figura 3. (a) Bico de Bunsen; (b) Chama do bico de Bunsen. Se a quantidade do ar em relação à quantidade do gás é muito grande a combustão do gás pode acontecer já no tubo do bico e pode acender até a mangueira de borracha. Por isso o bico de Bunsen não deve ser deixado sem observação. Também para acender o bico de Bunsen o aceso de ar deve ser completamente fechado para evitar que a chama é apagada pelo ar entrando. Como recipientes para aquecer e ferver soluções serão utilizados tubos de ensaios (Figura 4a) ou béqueres de diversos tamanhos (Figura 4b). Para evaporação de líquidos ou eliminação de gases das amostras a temperaturas elevadas usam se conchas de porcelana (Figura 4c). Cadinhos de porcelana ou outros materiais, por exemplo, platina e níquel, (Figura 4d) são usados para fusão e decomposição de sólidos. Para o manuseio dos cadinhos e conchas quentes são usados tenazes apropriadas (Figura 4d). (a) (b) (c) 11 (d) (e) (f) Figura 4. Recipientes para aquecimento de amostras: (a) tubo de ensaio; (b) béqueres; (c) concha de porcelana; (d) pinça para tubos de ensaio; (e) raque para tubos de ensaio; (f) cadinhos com tenaz de cadinhos. Manuseio de sólidos Sólidos podem ser transportados, balançados ou misturados em béqueres, conchas ou cadinhos. Muitas vezes porem há necessidade de esmiuçar os compostos, o que é feito num almofariz com a ajudo do pistilo (Figura 5a). Para pegar e transferir sólidos em pó usa-se no laboratório espátulas de diversos tamanhos (Figura 5b). Estas espátulas devem ser usadas somente para pegar de transferir os sólidos e não para agitar soluções, uma vez que eles são na regra cobertas com níquel que facilmente é dissolvido e assim contamina as soluções. Para transferência de quantidades maiores recomenda-se o uso de funis de sólidos (Figura 5c), caracterizados por um tubo maior que os funis para líquidos. Os vidros de relógio (Figura 5d) são segmentos de esferas chatos em diversos tamanhos. Alem de ser utilizados para transportar ou pesar pequenas quantidades de químicas eles são úteis para tampar béqueres ou outros vasos no laboratório. (a) (b) (c) (d) Figura 5. (a) Almofariz com pistilo (mão); (b) Espátulas; (c) Funil de sólidos; (d) Vidros de relógio. 12 Manuseio de líquidos Muito útil no laboratório são frascos lavadores (Figura 6a), hoje em dia geralmente feitos de polietileno. Assim o liquido (água ou solvente orgânico) pode ser espirrado apertando o frasco. Eles permitam no laboratório a lavagem da vidraria e a transferência de pequenas quantidades de líquidos. Pequenas quantidades de líquidos podem ser transferidas (gota a gota) também com o uso de pipetas de vidro (pipetas Pasteur) ou de polietileno (Figura 6b). O volume das gotas depende do diâmetro na ponta do tubo, e é para pipetas Pasteur em torno de 0,03 mL. As pipetas de PE não são adequadas para o manuseio de soluções quentes e também o volume das goras é maior que o das pipetas Pasteur (em torno de 0,5 mL). (a) (b) (c) (d) Figura 6. (a) Frasco lavador; (b) Pipetas de vidro e polietileno (PE); (c) Provetas graduadas; (d) Balão volumétrico. (a) (b) (c) (d) Figura 7. Instrumentos para transferência de líquidos: (a) Bureta; (b) Pipetas graduadas; (c) Pipeta volumétrica; (d) Pêra de Peleus. 13 Para medir volumes maiores de líquidos usam-se provetas graduadas (Figura 6c), enquanto balões volumétricos (Figura 6d) são utilizados para trabalhos quantitativos, onde eles servem para preparação de soluções com concentrações definidas. Como estes equipamentos volumétricos podem mudar seu volume a altas temperaturas eles não devem ser secos na estufa. Recomenda-se que eles são antes do uso lavados com o solvente, para assegura que eles são limpos. Para mediação exata de volumes de líquidos são usados diversos equipamentos como buretas (Figura 7a). Estas existem com diversos volumes e precisões permitindo a mediação exata de volumes variáveis de líquidos. Menos exata que a dosagem com buretas, mas mais rápido, é a dosagem de volumes variáveis utilizando pipetas graduadas (Figura 7b) úteis para trabalhos semi – quantitativas que também são fornecidas com diversos volumes e precisões. Para transferência ou dosagem exata de volumes definidas (por exemplo: 1, 5, 10, 25, 100 mL) são utilizados pipetas volumétricas (Figura 7c). Para encher as pipetas os líquidos não devem ser sugados com a boca, mas com equipamentos apropriados para evitar a ingerimento acidental do liquido. Um desses equipamentos é a pêra de Peleus (Figura 7d), basicamente um balão de borracha com três válvulas e um tubo para conectar as pipetas. Para esvaziar o balão aperta-se a válvula 1. Apertando a válvula 2 o liquido é sugado pelo vácuo no balão na pipeta, que pode ser esvaziada com a abertura da válvula 3. Fixação de equipamentos de laboratório (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 8. (a) Suporte universal; (b) Mufa, (c) Garra; (d) Garra para bureta; (e) Garra para condensador; (f) Argola. Para segurar os diversos equipamentos usam-se no laboratório suportes universais (Figura 8a) nos quais garras (Figura 8c) para segura os equipamentos são fixadas com mufas (Figura 8b). Estas garras podem ser adquiridas em diversos tamanhos ou para equipamentos 14 específicos como buretas (Figura 8d) ou condensadores (Figura 8e). Para segurar equipamentos como funis pode-se usar argolas (Figura 8f) que permitem sua remoção rápida. 15 Perigos toxicológicos e proteção de saúde e meio ambiente Agentes químicos insalubres – Limite de tolerância e toxicidade – Dosis sola facit venenum A frase em latim acima é a versão resumida da observação de Paracelsus (Figura 9): „All Ding’ sind Gift und nichts ohn’ Gift; allein die Dosis macht, dass ein Ding kein Gift ist“, ou seja, toda coisa é veneno e nada é sem veneno, somente a dose faz que uma coisa não seja veneno. Figura 9. Theophrastus Bombastus von Hohenheim chamado Paracelsus Portanto o uso de quantidades pequenas é um método eficiente de minimizar os perigos no laboratório. Porem mesmo o uso de quantidadespequenas como é realizado nas aulas práticas não exclue completamente os possíveis perigos. Para avaliar o potencial nocivo de substancias típicas utilizadas na química inorgânica, a Tabela 2 enumera as propriedades de diversos gases junto com a concentração máxima permitida para o lugar de trabalho. Esta concentração é considerada pelos conhecimentos atuais como inofensiva mesmo se a exposição ocorrer repetidamente a longo prazo (em geral por 8 horas por dia, correspondendo à uma média de 40 horas por semana). Os valores dados na Tabela 2 são tirados da TRGS 900 (technische Regel für Gefahrstoffe) conforme a legislação européia. Os respectivos valores para o Brasil diferem ligeiramente, são considerados por uma exposição de 48 horas semanais e podem ser encontrados na página do Ministério de Trabalho e Emprego (http://www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_15_anexo11.pdf, acessado 23/02/2010). Para avaliar a toxicidade dos diversos compostos a Tabela 2 ainda mostra a CL50, a concentração letal capaz de matar 50 % das cobaias nas condições dadas. Uma boa fonte para tais dados toxicológicos, as concentrações máximas permitidas e os limites de percepção olfativa são as Datasheets (Folhas de dados) fornecidas pelos produtores de diversos compostos químicos, que podem ser encontrados, geralmente nos sítios da internet das empresas produtoras e/ou distribuidoras de produtos químicos. É interessante ressaltar (Tabela 2) que o limite de percepção olfativa é em geral muito menor que a concentração máxima permitida pela legislação de Segurança e Saúde no Trabalho. Portanto, a percepção do cheiro de diversos compostos químicos não implica um perigo imediato para a saúde. Recomenda-se que os alunos, já preparam antecipadamente uma Tabela com a classificação dos perigos para saúde das substâncias e soluções utilizadas nas aulas práticas> esta Tabela, deve constar obrigatoriamente em cada protocolo. 16 Tratamento de resíduos Principalmente o trabalho com compostos químicos requer que o aluno se informe sobre os seguintes pontos: • Processos de tratamento e reciclagem de resíduos; • Equipamento de proteção individual; • Recipientes de coleta e tratamento de resíduos; • Meios de Adsorção; • Meios e possibilidades de limpeza. A seguir são enumerados alguns exemplos práticos para o tratamento de químicos presentes em laboratórios de química inorgânica. Introdução de compostos químicos na rede de esgoto Somente compostos não tóxicos, que podem ser integrantes de alimentos podem ser introduzidos na rede de esgoto. Mesmo assim somente em quantidades pequenas e altamente diluídos. Exemplos são ácidos como HCl, H2SO4, HNO3 e H3PO4 ou bases como NaOH, KOH e NH3, depois da neutralização. Solventes orgânicos, com exceção de etanol não devem ser introduzidos na rede de esgoto. Isto deve ser considerado no uso de trompas de água e rotaevaporadores. Tratamento de nitrito (NO2 -) Transformação em nitrogênio molecular por comproporcionamento. Compare a síntese de nitrogênio no laboratório (Aula Prática VI: Compostos de elementos do grupo 15, página 93). HNO2 + NH3 → N2↑ + 2 H2O ou HNO2 + (NH2)HSO3 → N2↑ + H2SO4 + H2O Depois da neutralização e da diluição, a solução obtida pode ser introduzida à rede de esgoto. Tratamento de sais de metais pesados p.e. compostos de As, Cd Sais de metais pesados e suas soluções devem ser coletados em recipientes separados. Recomenda-se a sua precipitação em forma de sal menos solúvel, como p.e.: 2 As(OH)3 + H2S → As2S3↓ + 6 H2O CdCl2 + H2S → CdS↓ + 2 HCl Os precipitados são separados por filtração e coletados em recipientes adequados. Depois da oxidação de sulfeto com peróxido de hidrogênio a solução é neutralizada, diluída e introduzida à rede de esgoto. Tratamento de sais de cromo(VI) Sais de cromo(VI) que podem causar danos à herança genética ou câncer pela inalação devem ser reduzido para cromo(III). As soluções de Cr(VI) serão acidificados (pH 2 – 3) com ácido sulfúrico e cuidadosamente tratados com NaHSO3 para redução. Cr2O7 2- + 3 HSO3 - + 5 H+ → 2 Cr3+ + 3 SO4 2- + 4 H2O O cromo(III) é precipitado como hidróxido e coletado em recipiente adequado. Cr3+ + 3 OH- →Cr(OH)3↓ 17 Depois da neutralização e da diluição, o filtrado obtido pode ser introduzida à rede de esgoto. Tratamento de resto de sódio metálico Restos de sódio metálico serão oxidados com álcool (Aula Prática II: Compostos de elementos do grupo 1, página 77). Na + CH3CH2OH → NaOCH2CH3 + ½ H2 Tratamento de cloro, dióxido de enxofre e cloreto de hidrogênio Estes gases serão tratados com uma solução aquosa diluída de hidróxido de sódio: Para cloro: Cl2 + 2 OH - → OCl- + Cl- + H2O Redução do hipoclorito formado com tiossulfato: S2O3 2- + 4 OCl- + H2O → 4 Cl - + 2 SO4 2- + 2H+ Para dióxido de enxofre: SO2 + OH - → HSO3 - Oxidação do sulfito de hidrogênio com H2O2: HSO3 - + H2O2 → HSO4 - + H2O Para cloreto de hidrogênio: HCl + OH- → H2O + Cl - As soluções obtidas podem, depois da neutralização e da diluição, ser introduzidas à rede de esgoto. Tratamento de bromo Redução com tiossulfato: 4 Br2 + S2O3 2- + 5 H2O → 8 Br - + 2 SO4 2- + 10 H+ Depois da neutralização e da diluição, a solução obtida pode ser introduzida à rede de esgoto. 18 Tratamento de cianetos Oxidação com hipoclorito para cianato em meio básico (pH 10 – 11), seguida de oxidação para dióxido de carbono e nitrogênio em solução fracamente básica (pH 8 -9): CN- + OCl- + H2O → CNCl + 2 OH - CNCl + 2 OH- → OCN- + Cl- + H2O 2 OCN- + 3 OCl- + H2O → 2 CO2 + N2 + 3 Cl - + 2 OH- Depois da neutralização e da diluição, a solução obtida pode ser introduzida à rede de esgoto. Tratamento de fósforo branco Oxidação com permanganato de potássio em meio ácido. P4 + 4 MnO4 -→ 4 PO4 3- + 4 Mn2+ Depois da precipitação do manganês(II), p.e. como hidróxido, a solução é neutralizada e diluída e pode ser introduzida à rede de esgoto. 19 Tabela 2. Propriedades de alguns gases e vapores inorgânicos Concentração máxima no lugar de trabalhoComposto Pe (°C) Odor Percepção olfativa (mg/m3) mg/m3 ppm CL50 (ppm/x h) H2 -295,9 Inodoro - - - - F2 -187 Picante 0,035 ppm 0,2 0,1 185/1 Cl2 -34,6 Sufocante 0,2 ppm 1,5 0,5 293/1 Br2 58,78 Picante 0,05 ppm 0,7 0,1 180/6,5 I2 457,4 - 0,8 ppm 1 0,1 800*/1 HF 19,54 Penetrante 0,03 – 0,11 2,5 3 1100*/1 HCl -84,9 Irritante 0,77 5,5 4 3124/1 HBr 126 Irritante 2 10 3 2858/1 HCN 26 Desagradável 0,58 ppm 2,1 1,9 484/0,08 H2S -60,2 Podre 0,012 15 100 712/1 NH3 -33 Picante 3,7 35 20 2000/4 PH3 -87,77 Desagradável 0,021 0,4 0,3 11/4 AsH3 -62 Desagradável 1,6 0,2 0,05 83*/1 CO2 -78,5 † Inodoro - 9000 5000 470000/0,5 CO -191,6 inodoro - 55 50 1807/4 NO -152 Pouco 0,3 – 1 ppm 30 25 115/1 SO2 -10 Irritante 3 – 5 ppm 5 2 2520/1 SO3 44,5 Irritante 1 0,5 - 510*/2 ClO2 11 Desagradável 0,1 ppm 0,3 0,1 150/1 COCl2 7,44 Podre 0,125 ppm 0,4 0,1 12,35/2 *mg/m3; †sublimação As concentrações máximas de gases, vapores e compostos voláteis são dados como ppm, equivalente a mL/m3. Neste caso a concentração é independente da temperatura e da pressão atmosférica. Também pode ser dado como mg/m3, para uma temperatura de 20 °C e uma pressão de 101,3 kPa. A última medida é utilizada exclusivamente para sólidos suspensos como pó, fumaça e neblinas. Nas condições normais (20 °C, 101,3 kPa) as diferentes medidas podem ser convertidas pelas seguintes formulas onde o volume molar para 20°C e 101,3 kPa é igual à 24,1 L. ⋅= ⋅= 3333 m mL c Lemmolarvolume gemmolarmassa m mg ce m mg c gemmolarmassa Lemmolarvolume m mL c 20 Classificação e rotulagem de substancias e misturas perigosas O sistema estabelecido pelaDirectiva 1999/45/CE Segundo o Decreto 2.657/1998 é necessário que “os produtos químicos perigosos deverão portar, …, uma etiqueta facilmente compreensível para os trabalhadores, que facilite informações essenciais sobre a sua classificação, os perigos que oferecem e as precauções de segurança que devam ser observadas” (art. 7 parágrafo 2). Um sistema utilizado para confecção dessas etiquetas foi estabelecido pela Directiva 1999/45/CE da Comissão Européia e utiliza para estes fins os símbolos de risco e frases R/S (frases de risco/Segurança) mostrados no Anexo III e no Anexo II respectivamente. Para substancias puras este sistema deve ser substituído desde Fevereiro de 2011 pelo sistema GHS (Inglês: Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals = Sistema Globalmente Harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos) que também deve ser utilizado para misturas a partir de Junho de 2015. O sistema GHS Pictogramas, palavras-sinal e Frases utilizados na rotulagem No sistema GHS os Perigos são classificados em: (a) Perigos físicos (b) Perigos para saúde (c) Perigos para o meio ambiente Enquanto as mediadas de Prudência são classificadas em: (a) Medidas Gerais (b) Medidas de Prevenção (c) Medidas de Reação (d) Medidas de Estocagem (e) Medidas de Eliminação Para a indicação dos perigos nas rotulagens são utilizados os pictogramas de perigos, mostrados na Tabela 3 em conjunto com as palavras-sinal “PERIGO” e “ATENÇÃO” que indicam o grau de periculosidade relativa. As frases R (frases de risco) são substituídas no sistema GHS pelas advertências de perigo enumeradas nas Frases H (Hazard Statements) que se encontram no Anexo IV e as frases S são substituídas pelas recomendações de Prudência enumeradas nas Frases P (Precautionary Statements) que se encontram no Anexo V. A codificação das frases H ilustrado na Figura 10a permite imediatamente a diferenciação entre perigos físicos, para saúde e para o meio ambiente, enquanto a codificação das frases P ilustra imediatamente quais medidas devem ser tomadas em termos gerais, para precaução, para reação em casos de acidente, para estocagem e para eliminação dos produtos. (a) (b) Figura 10. Codificação das (a) Advertências de risco; (b) Recomendações de Prudência. 21 Tabela 3. Pictogramas de perigos utilizados no GHS. Perigos físicos Pictograma/Código Descrição Perigo GHS01 Bomba a explodir Explosivo GHS02 Chama Inflamável GHS03 Chama sobre círculo Comburente GHS04 Garrafa de gás Gás sob pressão GHS05 Corrosão Corrosivo para os metais 22 Tabela 3. Pictogramas de perigos utilizados no GHS. Perigos para saúde Pictograma/Código Descrição Perigo GHS05 Corrosão Corrosão cutânea; Lesões oculares graves GHS06 Caveira sobre tíbias cruzadas Toxicidade aguda (< 300 mg/kg por via oral) GHS07 Ponto de exclamação Toxicidade aguda (300 – 2000 mg/kg por via oral); Irritação cutânea, Irritação ocular, Sensibilização cutânea, Toxicidade para órgãos-alvo específicos Irritação das vias respiratórias, Efeitos narcóticos GHS08 Perigo para a saúde Sensibilização respiratória, Mutagenicidade em células germinativas, Carcinogenicidade, Toxicidade reprodutiva, Toxicidade para órgãos-alvo específicos; Perigo de aspiração, Perigos para o ambiente Pictograma/Código Descrição Perigo GHS09 Ambiente Perigoso para o ambiente aquático 23 Tabela 4. Classificação da Toxicidade aguda segundo GHS. Exposição CL50/DL50 Perigo Categoria ATE* Pictograma ≤ 0,05 mg/L H330 (Mortal por inalação) 1 0,005 0,05 – 0,5 mg/L H330 (Mortal por inalação) 2 0,05 0,5 – 1,0 mg/L H331 (Tóxico por inalação) 3 0,5Inalação (poeiras e névoa) 1,0 – 5,0 mg/L H332 (Nocivo por inalação) 4 1,5 ≤ 0,5 mg/L H330 (Mortal por inalação) 1 0,05 0,5 – 2,0 mg/L H330 (Mortal por inalação) 2 0,5 2,0 – 10,0 mg/L H331 (Tóxico por inalação) 3 3Inalação (vapor) 10,0 – 20,0 mg/L H332 (Nocivo por inalação) 4 11 ≤ 100 ppmV H330 (Mortal por inalação) 1 10 100 – 500 ppmV H330 (Mortal por inalação) 2 100 500 – 2500 ppmV H331 (Tóxico por inalação) 3 700Inalação (gás) 2500 – 20000 ppmV H332 (Nocivo por inalação) 4 4500 ≤ 50 mg/kg H310 (Mortal em contacto com a pele) 1 5 50 – 200 mg H310 (Mortal em contacto com a pele) 2 50 200 – 1000 mg/kg H311 (Tóxico em contacto com a pele) 3 300Cutânea 1000 – 2000 mg/kg H312 (Nocivo em contacto com a pele) 4 1100 ≤ 5 mg/kg H300 (Mortal por ingestão) 1 0,5 5 – 50 mg/kg H300 (Mortal por ingestão) 2 5 50 – 300 mg/kg H301 (Tóxico por ingestão) 3 100Oral 300 – 2000 mg/kg H302 (Nocivo por ingestão) 4 500 *ATE = Acute Toxicity Estimate (Estimativa da Toxicidade Aguda) 24 Classificação de substâncias Considerações gerais Os critérios para classificação e rotulagem de substâncias são descritos no REGULAMENTO (CE) N.o 1272/2008 DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO de 16 de Dezembro de 2008, publicado no Jornal Oficial da União Européia.* Este regulamento já contém uma Lista com a classificação de mais de 3300 Substâncias e classes de substâncias diferentes, indicando também os pictogramas, o palavra-sinal e as advertências de risco, que devem constar no rotulo dessas substancias. Uma outra boa fonte para encontrar a classificação de diversas substâncias são as FISPQ (FISPQ - Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos) ou MSDS (Material Safety Data Sheet) que devem ser obrigatoriamente fornecidas pelos produtores e comerciantes de produtos químicos.† Este processo de classificação de substancias é em geral muito complexo requerendo diversas informações. Aqui nos restringem as considerações de classificação aos perigos agudos à saúde, especialmente a toxicidade aguda, a corrosão e irritação cutânea e a lesão e irritação ocular. Classificação da toxicidade aguda Relativamente simples é a classificação da toxicidade aguda de substancias, mostrado na Tabela 4, que somente considera os diversos caminhos de intoxicação (inalação, contaminação cutânea ou ingestão oral) e a concentração ou dose letal (CL50 e DL50, respectivamente). A DL50 é a quantidade aplicada via oral ou cutânea em dose singular ou em doses múltiplos durante 24 h capaz de matar 50 % da população de teste enquanto para determinação da CL50 um gás ou aerossol é inalado durante 4 h. Classificação da corrosão e irritação cutânea A corrosão e irritação cutânea é classificada em duas categorias 1 (corrosão cutânea) e 2 (irritação cutânea). A classificação como corrosivo na categoria 1 acontece se existem experiências em humanos sobre lesões cutâneas irreversíveis, resultados positivos num teste in-vitro validado, em caso de valores pH extremos (≤ 2 ou ≥ 11,5) ou relações estruturais ou de atividade com outras substancias ou misturas corrosivas. Semelhante a classificação na categoria 2 (irritação cutânea) acontece se existem experiências em humanos sobre lesões cutâneas reversíveis, resultados positivos num teste in-vitro validado, relações estruturais ou de atividade com outras substancias ou misturas irritantes, avermelhamento, exulceração ou formação de edemas em pelo menos 2 de 3 cobaias ou inflamação em pelo menos 2 cobaias dentro de 14 dias. Dependendo da ação corrosiva a corrosão cutânea é subdividido em três categorias como mostra a Tabela 5. Tabela 5. Sub-classificação da corrosão cutânea na categoria 1. Sub-categoria Tempo de Exposição Destruição da pele em pelo menos um de três cobaias 1A ≤ 3 minutos ≤ 1 hora 1B > 3 minutos ≤ 1 hora ≤ 14 dias 1C > 1 hora ≤ 4 horas ≤ 14 dias * Jornal Oficial da União Européia de 31/12/2008, página 1 – 1355 (versão em Português) http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2008:353:0001:1355:pt:PDF (acessado 16/11/2011) † MSDS podem ser encontrados na página da Sigma-Aldrich (http://www.sigmaaldrich.com/brazil.html)
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