Relatório carbono e seus compostos

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO SUL DE
MINAS – CAMPUS POUSO ALEGRE
ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO DE QUÍMICA INORGÂNICA
Grupo 14: CARBONO E SEUS COMPOSTOS
28/09/2017
Natália Ferreira
Nayara Campos
Talita Neri
Pouso Alegre – MG
2017
1. INTRODUÇÃO
 O Grupo 14, também conhecido como o grupo do carbono, é formado por carbono, silício,
germânio, estanho e chumbo. Há neste grupo uma grande variedade de propriedades químicas.
Nesta prática realizada no laboratório, evidenciou-se algumas propriedades do carbono. 
O carbono possui diferentes números de oxidação, que varia de -4 a +4. Ele existe na
natureza em três formas cristalinas: grafite, diamante e fulerenos. Além disso, existe em três formas
microcristalinas e amorfas comuns do grafite: carbono preto, carvão vegetal e coque. O carvão
vegetal tem estrutura muito aberta, o que fornece a ele uma grande área superficial por unidade de
massa. O carvão vegetal ativado, uma forma pulverizada cuja superfície é limpa pelo aquecimento de
vapor, é muito utilizado para absorver moléculas. No dia a dia, como é barato, o carvão ativado é
utilizado em larga escala nas estações de purificação de água para remover compostos orgânicos de
água potável. Além de ser usado em purificadores de ar, máscaras contra gases e filtros de água de
aquários. Ademais, o carbono forma dois tipos de óxidos principais: o monóxido de carbono (CO), que
é um gás incolor, inodoro, sem sabor e tóxico; e o dióxido de carbono (CO2), que é um gás incolor,
inodoro e é produzido em laboratório pela ação de ácidos nos carbonatos. (BROWN, LEMAY, JR,
BURSTEN e BURDGE, 2014)
Há dois tipos de sais derivados do ácido carbônico (H2CO3): os carbonatos (CO32- ) e os
hidrogenocarbonatos, também chamados de bicarbonatos (HCO3-). O íon carbonato é incolor, e seus
compostos com metais dos Grupos 1 e 2 são brancos. Os compostos de prata são geralmente
brancos, porém carbonato de prata (Ag2CO3) é amarelo, devido seu alto poder polarizante. Em
relação a solubilidade, os carbonatos de amônio e do Grupo 1 são muito solúveis em água, com
exceção do Li2CO3 que é pouco solúvel. Já os bicarbonatos são insolúveis com os metais alcalinos e
com o íon amônio (NH4+), formando sólidos incolores, um pouco menos solúveis que seus
correspondentes. Um bicarbonato metálico muito utilizado no dia a dia é o bicarbonato de sódio
(NaHCO3), pois ele reduz a acidez do estômago. Em relação basicalidade, o carbonato (Kb = 1,8 x 10-
4) é bem mais básico que o bicarbonato(Kb = 2,3 x 10-8). (LEE, 1999).
O índigo blue é um corante, muito utilizado no tingimento de fios de algodão empregados na
manufatura do tecido, geralmente no jeans. É um composto azul e insolúvel em água. Ele era extraído
de plantas antes da introdução do índigo sintético comercial. (PASCHOAL e TREMILIOSI-FILHO,
2005).
2. OBJETIVOS
 Analisar a adsorção do carbono usando carvão;
 Apurar algumas reações do íon carbonato e do íon bicarbonato verificando sua solubilidade.
 Observar a síntese e propriedades do dióxido de carbono.
3. PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Material
Propriedades da adsorção do carbono
Tubo de ensaio;
Espátula;
Pinga gotas;
Béquer;
Coador de papel;
Reagentes
Carvão;
Solução de índigo blue.
 Reação do íon carbonato
Tubo de ensaio
Regentes
Solução de ácido nítrico [HNO3];
Solução de carbonato de prata [Ag2CO3];
Solução de ácido clorídrico [HCl];
Solução de hidróxido de amônio [NH4OH];
Solução de carbonato de cálcio [CaCO3].
Preparação e propriedades do dióxido de carbono
Tubo de ensaio;
Pipeta graduada;
Mangueira de borracha.
Reagentes
Água destilada;
Solução de hidróxido de sódio; [NaOH];
Solução de hidróxido de cálcio [Ca(OH)2];
Solução de carbonato de sódio [Na2CO3];
Solução de ácido clorídrico [HCl];
Carbonato de cálcio [CaCO3];
Fenolftaleína.
3.2 Método
Propriedades de adsorção do carbono
Em um tubo de ensaio, com auxílio de um pinga gotas, adicionou-se um pouco de solução de
índigo blue. Em seguida, com o auxílio de uma espátula, foi acrescentado carvão. O material foi
agitado e após esse procedimento, filtrado com um papel de filtro em um béquer.
Reações do íon carbonato
1. Com íons diluídos:
Em um tubo de ensaio, foi inserido carbonato de sódio (Na2CO3) e solução de ácido clorídrico (HCl)
0,3 mol/L.
2. Com íons cálcio:
Em um outro tubo de ensaio, foi inserido carbonato de sódio e solução cloreto de cálcio (CaCl 2). Após
a formação de precipitado adicionou-se ácido clorídrico (HCl) 0,1 mol/L para observar a solubilidade. 
3. Com íons prata na presença de HNO3:
Em um outro tubo de ensaio, foi inserido carbonato de sódio e solução de ácido nítrico (AgNO3) na
proporção 10:1. Após a formação de precipitado, adicionou-se hidróxido de amônio (NH4OH) para
observar a solubilidade. 
Preparação e propriedades do dióxido de carbono
Primeiramente, foi utilizado 3 tubos de ensaio. Colocou-se no primeiro 5 mL de água
destilada, uma gota de solução de hidróxido de sódio (NaOH) e uma gota de fenolftaleína. Logo após,
agitou-se a solução. No segundo tubo de ensaio foi adicionado 2 mL de solução de hidróxido de
cálcio [Ca(OH)2]. Por fim, no terceiro tubo de ensaio colocou-se 1mL de solução de carbonato de
sódio (Na2CO3), 1 mL de água destilada e uma gota de fenolftaleína e, em seguida, agitou-se a
solução.
Em um outro tubo de ensaio, foi acrescentado um pouco de carbonato de cálcio (CaCO3) e,
em seguida, adicionou-se 8 mL de solução de ácido clorídrico (HCl), rapidamente, a boca do tubo foi
tampada e com a ajuda de uma mangueira de borracha, a solução foi mergulhada nos três primeiros
tubos com suas respectivas soluções.
 Por fim, foi separado, um último tubo de ensaio, adicionou-se 1 mL solução de hidróxido de
cálcio [Ca(OH)2] e duas gotas de fenolftaleína. Com o auxílio de uma pipeta, a solução foi assoprada
por alguns minutos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Propriedades de adsorção do carbono
Após a filtração, a solução apresentou-se incolor. Isso ocorreu porque o carvão ativado é uma
forma de carbono puro de grande porosidade por possuir uma enorme área superficial,
aproximadamente, cerca de 2.000 m2.g-1. Além disso, essa superfície porosa contém carga elétrica
negativa que faz com que toxinas carregadas positivas e gases se liguem com ele. É indicado para
remoção de impurezas orgânicas de líquidos e de gases por adsorção, que é uma reação onde os
elementos se ligam a uma superfície. (ATKINS e JONES, 2012).
No experimento foi observado que o carvão ativado adsorveu a coloração do índigo blue, por
possuir em sua estrutura poros, o que lhe dá uma grande capacidade de adsorção, fazendo com que
as moléculas de gases e líquidos de outras substâncias fiquem retidas em sua superfície.
Reações do íon carbonato
1. Com íons diluídos:
Conforme as reações seguintes ocorreu a decomposição do ácido carbônico, e em seguida
uma nova decomposição que gerou carbonato, gás carbônico e água. Observou-se no laboratório a
formação de bolhas devido a liberação de gás carbônico e a não ocorrência de precipitado, já que o
íon carbonato está disperso na solução.
H2CO3 (aq) → H+(aq) + HCO3- (aq)
2HCO3- (aq) →CO32- (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
Obtendo-se assim, a equação global:
 Na2CO3(aq) + 2HCl(aq) → CO2 (g) + H2O(l) + 2NaCl(aq)
2. Com íons cálcio:
Conforme a reação seguinte ocorreu a formação de precipitado devido o carbonato ser
insolúvel com metais alcalinos terrosos:
Na2CO3 (aq) + CaCl2 (aq)  CaCO3 (s) + 2NaCl (aq)
Quando adicionou-se HCL diluído, diminui a quantidade de precipitado, pois há formação de
cloreto de cálcio (CaCl2) que é solúvel, e a formaçãode ácido carbônico que se decompõe formando
carbonato, água e gás carbônico. Com isso o ácido clorídrico (HCl) solubiliza o carbonato de cálcio.
Além disso, ocorreu uma reação de neutralização, pois houve formação de sal e água, conforme a
reação a seguinte.
CaCO3 (aq) + HCl (aq) → CaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
3. Com íons prata na presença de HNO3:
A adição de ácido nítrico evita a formação do complexo solúvel diaminoargenato, e faz com
que a reação tenda a formar o precipitado. Sem a adição do ácido nítrico não é possível observar a
formação de precipitado. As reações que descrevem o procedimento supracitado seguem abaixo:
Na2CO3 (aq) + 2AgNO3 (aq) → 2NaNO3 (aq) + Ag2CO3 (s)
Ag2CO3 (s) + 2NH4OH (aq) → (NH4)2CO3 (aq) + 2 AgOH (aq)
Preparação e propriedades do dióxido de carbono
A preparação do dióxido de carbono foi feita em um tubo de ensaio obedecendo a seguinte
equação:
2HCl(aq) + CaCO3(s) → CO2(g) + H2O(l)
O CO2 obtido é então borbulhado nos três outros tubos e pode-se observar:
No tubo 1: tem-se uma solução rósea por ser básica e por conter o indicador fenolftaleína.
Quando o gás dióxido de carbono foi borbulhado, observou-se mudança na coloração, passando da
cor rósea para incolor. Evidenciando assim, a diminuição do pH. Nesse procedimento, ocorre a
seguinte reação:
2NaOH(aq) + CO2(g) → Na2CO3(aq) +H2O(l) 
O carbonato tem caráter básico e isso não alteraria a cor da solução, porém, com o excesso de CO2,
este reage com a água formando o ácido carbônico, que é um ácido diprótico fraco, o que garante
acidez suficiente para a mudança de cor na solução na presença de fenolftaleína. A reação é
mostrada a seguir.
CO2(g) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq)
No tubo 2: Constatou-se a formação de um precipitado branco, o carbonato de cálcio
[Ca(OH)2], porém, se um excesso de dióxido de carbono for borbulhado na mistura há a formação de
um bicarbonato solúvel. Nesse procedimento, ocorrem as reações abaixo, evidenciando na primeira a
formação de um precipitado branco e, na segunda formação de bicarbonato solúvel, já que há
ausência de precipitado.
Ca(OH)2(aq) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l) 
CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) ↔ Ca(HCO3)2(aq)
No tubo 3: A princípio a solução estava rósea e, com a adição do CO2 a solução não altera
sua coloração. Isso ocorre devido a formação de bicarbonato de sódio, decorrente ao deslocamento
de equilíbrio químico, pois com excesso de CO2 o equilíbrio se desloca para a direita, em direção a
formação de bicarbonatos. Isso ocorre, segundo o princípio de Le Chatelier, que afirma que quando
um sistema experimenta uma pertubação, neste caso mudança de concentração, ele responderá para
restaurar um novo estado de equilíbrio (ATKINS e SHRIVER, 2008). Isso é demostrado na reação a
seguir. 
Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) ↔ 2NaHCO3(aq)
Por fim, no último experimento, foi assoprado com o auxílio de uma pipeta na solução de
hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]. Vale ressaltar, que o ar expirado através da pipeta é rico em gás
carbônico. Devido a isso, houve a formação de precipitado, quando foi assoprado por pouco tempo.
No entanto, após assoprar por um período de tempo maior, constatou-se a solubilização do carbonato
de cálcio pelo mesmo motivo descrito no tubo 2, ou seja, com excesso desse gás na solução há
formação de bicarbonato solúvel.
5. CONCLUSÃO
Em relação a adsorção do carbono, conclui-se que na prática não foi utilizado um carvão
mineral comum, como aquele usado para fazer churrasco, trata-se de um carvão mineral ativado, pois
observou-se sua principal propriedade, ou seja, a de reter impurezas, devido a sua grande
capacidade de adsorção. Já em relação as reações do íon carbonato, conclui-se que carbonato com
adição de ácido forma dióxido de carbono, que foi evidenciado pela formação de bolhas. Já com a
adição de íons metálicos, cálcio e prata, observou-se a formação de precipitado, o que condiz com a
teoria, a qual diz que carbonatos são solúveis apenas com metais do Grupo 1 e íon amônio. O
carbonato de cálcio mostrou-se solúvel em ácido clorídrico diluído, já o carbonato de prata demostrou
grande solubilidade em hidróxido de amônio. Por último, o dióxido de carbono é facilmente sintetizado
em laboratório, com reação entre carbonato e um ácido forte, e essa reação é muito rápida. Além
disso, conclui-se que o excesso de CO2 no tubo 1 faz com que a solução torne-se básica, e no tubo 2
esse excesso solubiliza os precipitados de carbonatos. Pelo tubo 3, pode-se concluir que o tanto
carbonatos quanto bicarbonatos são básicos.
6. REFERÊNCIAS CONSULTADAS
ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de Química. Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 
5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
ATKINS, P. W.; SHRIVER, D. F. Química Inorgânica. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2008.
BROWN, T. L.; LEMAY H. E..; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. 9. ed. São Paulo: Prentice 
Hall, 2005.
LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5. ed. São Paulo: Blucher, 1999.
VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Mestre Jou, 1981