Relatório de Reatividade dos metais

Prévia do material em texto

p
 
 
U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E S A N T A C R U Z 
D e p a r t a m e n t o d e C i ê n c i a s E x a t a s e T e c n o l ó g i c a s 
C o l e g i a d o d o C u r s o d e E n g e n h a r i a Q u í m i c a 
 
 
 
Química Inorgânica – 2017.1 
Prof. Márcio Luis Ferreira 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO II 
"Reatividade química dos metais" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
junho-2017 
Ilhéus-Bahia 
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
1 
1. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
Os metais são substâncias químicas muito abundantes na natureza, e são 
facilmente caracterizadas devidas as propriedades físicas, tais como: o aspecto 
brilhante; a facilidade em conduzir calor e eletricidade em virtude dos elétrons 
livres nas ligações; são maleáveis e dúcteis, além de assumirem estruturas 
cristalinas definidas, sendo a maioria dos metais como cúbica de corpo centrado, 
cúbica de face centrada e hexagonal compacta, devido ao ordenamento de longo 
alcance dos átomos. [1] 
É fundamental o estudo da reatividade dos metais, que consiste nas diversas 
aplicações da indústria, principalmente no que diz respeito à corrosão desses 
materiais. A reatividade deve-se a grande tendência dos metais em ceder elétrons 
formando íons positivos, este pode variar de acordo a eletropositividade do 
elemento, isto é, os elementos mais eletropositivos são os mais reativos, tendo 
maior facilidade em doar elétrons. Alguns metais são tão reativos como o sódio e 
potássio, que devem ser mantidos em líquidos inertes (querosene). 
No entanto, nem todos os metais são reativos, é possível encontrar aqueles que 
são inertes, ou seja, possuem baixa eletropositividade e são encontrados no 
estado nativo na natureza como o ouro, a platina, entre outros que apresentam 
alto valor comercial devido a tais propriedades. 
Para o estudo da reatividade dos metais, é importante a definição de alguns 
conceitos que concerne o objetivo e compreensão do experimento. As reações de 
oxirredução acontecem pela afinidade que os elementos tendem a ceder ou 
ganhar elétrons, que correspondem justamente à reatividade dos mesmos. 
 A oxidação e redução ocorrem de forma simultânea, à espécie química que oxida 
na reação é a mais reativa, cedendo elétrons e se tornando cátions, por outro lado 
as espécies químicas reduzidas são as menos reativas, recebendo estes elétrons. 
Este fato está diretamente relacionado com a energia de ionização, pois quanto 
mais reativo for o metal menor será a energia necessária para remover o elétron. 
A tabela 01 mostra o potencial de redução de alguns elementos, a tabela facilita a 
identificação das espécies químicas que podem oxidar ou reduzir. 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
2 
 
Tabela 01: Potencial de redução de alguns elementos químicos. [3] 
Meia reação de redução Potencial de redução ( V ) 
𝐴𝑔+ + 𝑒− → 𝐴𝑔 +0,80 
𝐴𝑙+ + 3𝑒− → 𝐴𝑙 −1,66 
𝐶𝑢2+ + 2𝑒− → 𝐶𝑢 +0,34 
𝐹𝑒2+ + 2𝑒− → 𝐹𝑒 −0,44 
2𝐻+ + 2𝑒− → 𝐻2 0, 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖çã𝑜 
𝑀𝑔2+ + 2𝑒− → 𝑀𝑔 −2,36 
𝑁𝑎+ + 𝑒− → 𝑁𝑎 −2,71 
𝑍𝑛2+ + 2𝑒− → 𝑍𝑛 −0,76 
 
2. OBJETIVOS 
Estudar a reatividade entre metais e soluções iônicas. 
 
3. PARTE EXPERIMENTAL 
 
 Reações de metais com sais 
Separaram-se três pedaços de zinco e lixou-se a superfície dos mesmos para 
retirar as impurezas retidas, garantido o contanto mais efetivo entre os reagentes. 
Em seguida adicionaram-se 2mL de solução de sulfato de cobre (CuSO4), cloreto 
de sódio(NaCl) e nitrato de prata (AgNO3) em cada tubo de ensaio identificado. 
Logo após, colocou-se o zinco em todos os tubos e observaram-se as reações do 
processo. 
 
 
 
 Reações de metais com ácidos 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
3 
Separaram-se cinco tubos de ensaio, e em cada tubo acrescentaram-se 2mL de 
ácido clorídrico (HCl). Em seguida, separaram-se pequenas porções dos metais 
(alumínio, zinco, cobre, ferro e magnésio), sendo que, metais de superfícies lisas 
foram lixados antes de serem adicionados aos tubos. Logos após, adicionou-se 
cada metal às soluções de ácido clorídrico e observaram-se as reações. 
 
 Reações de Metais com bases 
Colocaram-se 3mL de hidróxido de sódio (NaOH) em três tubos de ensaio, em 
seguida adicionaram-se pedaços de metal (Alumínio, cobre e ferro) em cada tudo, 
e observaram-se as reações. 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1 Reações de metais com sais 
Após a realização do experimento verificou-se os seguintes aspectos qualitativos 
para o primeiro experimento na reação do zinco com as devidas soluções. 
 
Tabela 02: Dados qualitativos da reação das soluções com o zinco 
Tubo Solução Aspectos qualitativos 
1 CuSO4 Formação de camada na superfície do metal e 
solução mais clara 
2 NaCl Não se observou qualquer alteração 
3 AgNO3 Formação da camada branca sobre a superfície 
do metal 
 
De acordo com tabela, as reações ocorreram quando o zinco metálico 
apresentava maior reatividade que os cátions presentes na solução, como 
mostram as equações químicas abaixo: 
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
4 
 𝑍𝑛(𝑠) + 𝐶𝑢𝑆𝑂4(𝑎𝑞) → 𝐶𝑢(𝑠) + 𝑍𝑛𝑆𝑂4(𝑎𝑞) (1) 
 
 𝑍𝑛(𝑠) + 2𝐴𝑔𝑁𝑂3(𝑎𝑞) → 2𝐴𝑔(𝑠) + 𝑍𝑛(𝑁𝑂3)2(𝑎𝑞) (2) 
 
 
Na equação química 1, o zinco metálico é mais reativo que o cobre, de acordo 
com a tabela 01, o zinco possui menor potencial de redução, logo na reação 
inversa ele possui maior potencial de oxidação comparado ao cobre. Desta forma 
O zinco cede elétrons (sofre oxidação) transformando-se em íons de zinco (Zn2+) 
e vai para a solução formando o nitrato de zinco, ao mesmo tempo em que os 
íons de cobre (Cu2+) recebem esses elétrons (sofre redução) transformando-se 
em cobre metálico que é depositado sobre a superfície do zinco, este 
acontecimento, elucida o fato da solução que antes azul começa a ficar clara, 
porque o responsável pela coloração são os íons de cobre, desta forma a medida 
que a reação ocorre a concentração do mesmo vai diminuindo e a solução vai fica 
mais clara. 
Para a equação química 2, o mesmo acontece pois o zinco é mais reativo que a 
prata e possui maior potencial de oxidação, logo há transferência de elétrons 
entre as espécies químicas. O zinco metálico sofre oxidação, cedendo elétrons 
para os íons de prata, que por sua vez ao receber esses elétrons passando para 
prata metálica, deposita-se na superfície da placa de zinco. 
No entanto, tais reações de simples trocas não acontecem entre o zinco metálico 
e o cloreto de sódio, pois o sódio é mais reativo que o zinco, ou seja, possui maior 
potencial de oxidação, logo apresenta maior tendência a ceder elétrons, mas 
como se encontra dissolvido em solução à reação não ocorre. 
 
 
 
4.2 Reações de metais com ácidos 
Os dados qualitativos observados apresentam-se na tabela 03. 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DESANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
5 
 
Tabela 03: Dados qualitativos da reação do ácido clorídrico com os metais 
Tubo Metal Aspectos qualitativos 
1 Al Liberação de gás 
2 Zn Escurecimento do metal, mudança da coloração 
da solução e liberação de gás 
3 Cu Não se observou qualquer alteração 
4 Fe Liberação de gás 
5 Mg Liberação de gás e aquecimento do tubo 
 
De acordo com a tabela 03 é possível observar que na maioria das reações houve 
liberação de gás, sendo que o gás liberado foi o hidrogênio (H2). É notável que 
para essas reações o hidrogênio seja menos reativo que esses metais (Al, Zn, Fe 
e Mg), isto é, a liberação do cátion hidrogênio (H+), em virtude do ácido clorídrico 
que dissocia-se completamente, pode receber elétrons e liberar o gás 
hidrogênio(H2) , como mostra as reações químicas abaixo: 
 
 2𝐴𝑙(𝑠) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 2𝐴𝑙𝐶𝑙𝟑(𝑎𝑞) + 3𝐻𝟐(𝑔) (3) 
 
 𝑍𝑛(𝑠) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 𝑍𝑛𝐶𝑙𝟐(𝑎𝑞) + 𝐻𝟐(𝑔) (4) 
 
 𝐹𝑒(𝑠) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 2𝐹𝑒𝐶𝑙𝟑(𝑎𝑞) + 3𝐻𝟐(𝑔) (5) 
 
 𝑀𝑔(𝑠) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 𝑀𝑔𝐶𝑙𝟐(𝑎𝑞) + 𝐻𝟐(𝑔) (6) 
 
Em todas as reações trata-se apenas de transferência de elétrons entre as 
espécies químicas. Na equação (4), por exemplo, o zinco metálico reage com o 
ácido clorídrico deslocando o íon hidrogênio e formando cloreto de zinco 
(substância composta) e o gás hidrogênio (substância simples), que é perceptível 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
6 
tal formação pela liberação de bolhas no tubo. Neste caso, o zinco metálico com 
número de oxidação 0, cede elétrons sofrendo oxidação e transformando-se em 
íons de zinco (Zn2+), de forma simultânea o íon hidrogênio sofre redução, 
recebendo esses elétrons e transformando-se em gás hidrogênio. De maneira 
análoga acontece para as outras reações químicas cujo há liberação do gás, pois 
como relatado anteriormente, devido à reatividade dos metais serem maior que a 
do hidrogênio faz com que tais reações ocorram. 
Vale ressaltar que para a reação do Magnésio com o ácido clorídrico houve um 
aumento da temperatura no sistema, o que caracterizou a reação como sendo 
exotérmica. 
No entanto, de acordo com a tabela 03, o único metal que não reagiu 
quimicamente com ácido clorídrico foi o cobre (Cu), pois se trata de um metal 
nobre, tendo baixa reatividade, desta forma não há tendência do cobre em 
transferir os elétrons para o íon hidrogênio, pois o mesmo é mais reativo que o 
metal, tendo maior tendência em transferir elétrons, sendo assim a reação não 
ocorre. 
 
 𝐶𝑢 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑛ã𝑜 ℎá 𝑟𝑒𝑎çã𝑜 
 
(7) 
 
 
 
 
 
 
4.3 Reações de metais com bases 
Os dados qualitativos observados estão presentes na tabela 04. 
 
Tabela 04: Dados qualitativos da reação de hidróxido de sódio com metais 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
7 
Tubo Metal Aspectos qualitativos 
1 Al Liberação de gás 
2 Cu Não se observou qualquer alteração 
3 Fe Não se observou qualquer alteração 
 
De acordo com a tabela 04 é possível perceber que nos tubos 2 e 3 do 
experimento não foi observado nenhuma alteração, ocorrendo somente uma 
reação com liberação do gás. Na reação do alumínio com hidróxido de sódio, 
devido ao maior potencial de oxidação do sódio e maior potencial de redução do 
alumínio, o mesmo reage com os íons de sódio que se encontra dissociados em 
meio aquoso, facilitando a reação e formando o aluminato de alumínio com 
liberação do gás hidrogênio (H2), como mostra a equação abaixo: 
 
2𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 2𝐴𝑙(𝑠) + 2𝐻2𝑂(𝑙) → 2𝑁𝑎𝐴𝑙𝑂2(𝑎𝑞) + 3𝐻2(𝑔) 
 
 (8) 
Contudo, vale ressaltar o motivo pelo qual as reações do Cu e Fe não ocorreram. 
De acordo com a Tabela 01, podemos observar os valores de potencial de 
redução dos metais, que se refere à espontaneidade de uma espécie química em 
adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzida, mostra que o potencial de oxidação 
do sódio é maior que a do ferro e do cobre, logo a reação não ocorre. A reação 
poderia ocorrer caso houvesse interferência externa para criar um ambiente 
favorável à reação 
 
 
. 
5. CONCLUSÕES 
A partir dos resultados obtidos em laboratório e do conhecimento teórico 
sobre a reatividade química dos metais, foi possível verificar que as reações 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
Relatório de Experimento N
o
 2: " Reatividade química dos metais” 
 
Colegiado de Química 
Curso: Engenharia Química 
 
8 
ocorridas dependiam do estado em que as substâncias se encontravam e da 
tendência de ceder elétrons. 
A reação de metais com sais, o zinco metálico reage com os íons de cobre 
e os íons de prata, por apresentar maior reatividade, o mesmo não ocorre para a 
reação do zinco metálico com os íons de sódio, devido a maior reatividade do 
sódio. Na reação dos metais com ácido clorídrico, o Al, Zn, Fe e Mg Reagiram 
com o hidrogênio , devido a maior reatividade desses metais, diferente de cobre 
que apresenta menor reatividade comparado a reatividade do hidrogênio. A 
reação de metais (alumínio, ferro e cobre) com o hidróxido de sódio apenas a 
reação dos íons de sódio com o alumínio ocorreu formando um complexo que 
possibilitou a oxidação do sódio. 
 
6. REFERÊNCIAS 
 
LIVROS 
[1] LEE,J.D., Química inorgânica não tão concisa. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 
1999. P.1-3. 
 
[2] Atkins,P., Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente/ 
Peter Atkins e Loretta Jones. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. P. 205-207. 
 
[3] ATKINS, P.W.Físico – Química I, Volume 1, 9ª edição,LTC,2012