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Química Inorgânica, Maria Fernanda Burgo de Oliveira Cavalcanti, Experimento 3 1 Compostos do Grupo 3A Ex p e ri m en to 3 Maria Fernanda Burgo de Oliveira Cavalcanti Curso de Engenharia Química, Faculdade Maurício de Nassau, Recife, Brasil Professor: Aleksándros El Áurens Meira de Souza Data da prática: 23/10/2015; Data de entrega do relatório: 30/10/2015 Resumo Observou-se o comportamento e as características do boro, alumínio e seus compostos, através do estudo da acidez dos composto de boro e da reatividade do alumínio e seus compostos. Comprovou-se então o caráter anfótero do hidróxido de alumínio, a eletropositividade do alumínio diante de outros elementos e a comportamento de ácido fraco e forte do ácido bórico. Palavras chaves: Grupo 3A; Alumínio; Boro. Sumário Resumo ......................................................... 1 Introdução .................................................... 1 Metodologia ................................................. 1 Resultados e Discussão ................................ 2 Conclusão ..................................................... 3 Referências ................................................... 3 Introdução O grupo 13/IIIA é o primeiro grupo do bloco p. Os elementos desta família são o Boro (B), Alumínio (Al), Gálio (Ga), Índio (In), Tálio (Tl), Ununtrio (Uut), com configuração eletrônica ns2np1. Os números de oxidação do Boro e Alumínio são +3 na maior parte de seus compostos. Entretanto, os elementos mais pesados do grupo possuem maior tendência a reter os elétrons s (efeito do par inerte) e o número de oxidação +1 passa a ser cada vez mais importante de cima para baixo no grupo. Em geral os elementos apresentam uma variedade de propriedades e alguns contrastes. Mudança das propriedades semi-metálicas para metálicas, de óxidos ácidos para anfóteros e básicos, de haletos onde a ligação é covalente para haletos com caráter iônico. O boro é um não- metal e forma sempre ligações covalentes, normalmente são três, utilizando orbitais híbridos sp2, com ângulos de 120º entre si. Os outros elementos do grupo formam compostos trivalentes, sendo mais metálicos e iônicos que o boro. São metais moderadamente reativos. Seus compostos estão no limite entre aqueles com caráter iônico e covalente. Os raios atômicos não aumentam regularmente de cima para baixo dentro do grupo. Deve-se considerar que os raios no boro e no gálio são estimados, como sendo a metade da distância de aproximação. Os raios iônicos de X3+ aumentam de cima para baixo dentro do grupo. A eletropositiva desses elementos cresce do B para o Al, segundo a tendência normal associada ao aumento de tamanho, e a seguir decresce do Al para o Tl. Os três últimos elementos desse grupo têm menor tendência em perder elétrons por causa da blindagem ineficiente proporcionada pelos elétrons d. Os valores das energias de ionização não decrescem regularmente dentro do grupo. O decréscimo do boro para o alumínio corresponde ao comportamento esperado descendo-se pelo grupo, associado ao aumento de tamanho. A blindagem ineficiente oferecida pelos elétrons d influenciam os valores dos demais elementos da família. Química Inorgânica, Maria Fernanda Burgo de Oliveira Cavalcanti, Experimento 3 2 Na prática 03, foi estudado a acidez dos compostos de Boro e verificado a reatividade dos compostos de Alumínio. Metodologia Composto de Boro Numa estante de tubo de ensaio, colocou-se quatro tubos de ensaio, identificando-os como Tubo 01, 02, 03 e 04. Com o auxílio de uma proveta de 10 mL, adicionou-se 2 mL de água destilada (H2O) em todos os tubos. Em seguida, com o auxílio de pipetas graduadas de 5 mL, adicionou- se 1 mL de glicerina (C3H8O3) ao Tubo 02, uma pequena quantidade de ácido bórico (H3BO3) ao Tubo 03 e uma pequena quantidade de ácido bórico e 1 mL de glicerina ao Tubo 04. Agitou-se bem os tubos e usando um papel indicador de pH, determinou-se o pH de todos os tubos, imediatamente o preparo das soluções e após uma 1h. Composto de Alumínio Na primeira etapa, numerou-se três tubos de ensaio como 01, 02 e 03, adicionou-se em cada tubo alumínio metálico (na forma de pregos). Em seguida, adicionou-se com auxílio de pipetas graduadas de 5 mL, 2 mL de ácido clorídrico concentrado (HCl) ao Tubo 01, 2 mL de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) ao Tubo 02 e 2 mL de sulfato de cobre (CuSO4) 1 N ao Tubo 03. Na segunda etapa, marcou-se dois tubos de ensaio como A e B. Com auxílio de pipetas graduadas de 5 mL e pipetas de Pasteur, adicionou-se em ambos os tubos, 2 mL de solução de cloreto de alumínio (AlCl3) 0,1 N e gotas de solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 N até a formação de um precipitado. Em seguida, adicionou-se ao tubo A, 2 mL de solução de ácido clorídrico (HCl) 6 N e ao tubo B, 3 mL de solução de hidróxido de sódio 6N. Observou-se as reações. Resultados e Discussão Composto de Boro No Tubo 01, verificou-se nas duas medições um pH = 5. No Tubo 02, encontrou-se nas duas medições um pH = 5, indicando que não houve alteração ao adicionar-se glicerina na água destilada. No Tubo 03, verificou-se um pH = 4 em ambas as medições, indicando que ocorreu a dissociação parcial do ácido bórico na água (Reação 1), comportando-se como um ácido fraco. H3BO3 (s) + 2H2O(l) → [B(OH)4]-(aq) + H3O+(aq) (1) No Tubo 04, verificou-se um pH = 3 nas duas medições, indicando que em relação ao Tubo 03, ocorreu um aumento na acidez da solução com a adição da glicerina. H3BO3(s) + C3H8O3(aq) → C3H5BO3(aq) + 3H2O(l) (2) Composto de Alumínio Na primeira etapa, no Tubo 01 observou-se que a reação é exotérmica, com formação intensa de bolhas, indicando a liberação de gás hidrogênio (H2) e a formação final de uma solução com aspecto turvo. O alumínio é mais reativo, ou seja, mais eletropositivo que o hidrogênio, o que causa a reação (3) de deslocamento. O outro produto da reação é o sal cloreto de alumínio (AlCl3). 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq)+ 3H2(g) (3) No Tubo 02, verificou-se a formação de bolhas no interior do tubo, indicando a liberação de gás hidrogênio (H2). Como já foi descrito, o alumínio é mais reativo que o hidrogênio, o que causa a reação (4) de deslocamento. O outro produto da reação de o sal sulfato de alumínio (Al2(SO4)3). 2Al(s) + 3H2SO4 (aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3H2(g) (4) No Tubo 3, observou-se uma coloração avermelhada no prego (Al◦), indicando o depósito de cobre metálico (Cu◦). O alumínio é mais eletropositivo que o cobre, o que causa a reação (5) de simples troca. O outro produto da reação é o sulfato de alumínio. Na segunda etapa, nos Tubos A e B observou- se inicialmente a formação de uma solução coloidal. As partículas dispersas nos tubos é o 2Al(s) + 3CuSO4(aq) → Al2(SO4)3(aq) + 3Cu(s) ↓ (5) Química Inorgânica, Maria Fernanda Burgo de Oliveira Cavalcanti, Experimento 3 3 hidróxido de alumínio (Al(OH)3) que é parcialmente insolúvel. O outro produto da reação (6) é o sal cloreto de sódio. AlCl3(aq) + 3Na(OH)(aq) → Al(OH)3(s)↓ + 3NaCl(aq) (6) Após a adição de ácido clorídrico no Tubo A, verificou – se que a formação de uma solução homogênea. A reação (7) indica que ocorreu o deslocamento de equilíbrio da reação (6), formando novamente o cloreto de alumínio (AlCl3) e água. 3HCl(aq) + Al(OH)3(s) ↓ → AlCl3(aq) +3H2O(l) (7) Após a adição de mais hidróxido de sódio no Tubo B, verificou-se a formação de uma solução homogênea. Na reação (8) o hidróxido de alumínio mostrou caráter ácido, reagindo com o excesso de hidróxido de sódio para formar o sal aluminato de sódio (NaAlO2) e água. Os aluminatos são frequentemente representados como NaAlO2. 2H2O que é equivalente a [Al(OH)4-]. Na(OH)(aq) + Al(OH)3(s) ↓ → NaAlO2 . 2H2O(aq) (8) Conclusão Com os resultados obtidos pode-se concluir que o ácido bórico é solúvel em água e comporta- se com um ácido monobásico fraco. Ele não doa prótons para o solvente como a maioria dos ácidos, mas aceita íons OH-, sendo portanto um ácido de Lewis. Conclui-se também, que após adição de certos compostos orgânicos poliidroxilados, como a glicerina, o ácido bórico comporta-se como ácido forte. Com os resultados nas reações com o alumínio metálico, pode-se comprovar que quando a sua reatividade química, ou seja, sua eletropositividade é maior que a do outro elemento, a reação ocorre. Reatividade química:(+)Li>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>Be>Al >Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>H>Sb>Bi>Cu>Hg>Ag>P d>Pt>Au(-). Também comprovou-se o caráter anfótero do hidróxido de alumínio. Ele reage principalmente como base, ou seja, reage com ácidos para formar sal e água, mas mostra algum caráter ácido quando reage com o hidróxido de sódio para formar o aluminato. Referências LEE, John David. Química Inorgânica não tão concisa. 5ºEd. Ed. Edgard Blucher, 1999. EBAH. Família do Boro (13 ou III A). Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAnM4 AD/familia-boro-13-iii-a> Acesso em: 21 de Outubro de 2015. EBAH. Os Elementos Boro e Alumínio e seus Compostos. Disponível em: <http://www.ebah. com.br/content/ABAAAAnM4AD/familia-boro13- iii-a> Acesso em: 21 de Outubro de 2015.
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