Relatório experimento determinação do raio iônico

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Relatório Experimento 2: Determinação do Raio Iônico 
 
 
 
Discentes: 
Daniela Carvalho Ogasawara RA:087740 
Mariana Luiza de Oliveira RA:183759 
 
 
 
Disciplina: QG109 – Química Experimental I 
Turma: 56 
 
 
 
Data do experimento: 17/03/2016 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
Raio Iônico denomina-se como o tamanho de um íon. Para estudar essa propriedade 
é preciso antes ter uma base do conhecimento sobre raio atômico e ions.¹ 
Raio atômico é a distância do núcleo até a última camada eletrônica. Para ser mais 
simples, é a distância entre a camada de valência (nível de energia com elétrons mais 
externo deste átomo) e seu centro.² 
Íon são átomos que em meio a reações perdem ou ganham elétrons, que são 
classificados em Cátions (íons positivo) ou Ânions (íons negativo). Ou seja, o raio iônico é o 
tamanho que um átomo apresenta depois de perder ou ganhar elétrons. Veja abaixo 
algumas imagens de raio iônico em cátion e em ânion: 
 
 Comparação entre o raio de um átomo neutro do Berílio e de um cátion do Berílio
 
Comparação entre o raio de um átomo neutro e um ânion, todos do elemento Boro. 
Fonte das Imagens: Mundo Educação.³ 
 
 
 
 
 
O objetivo da atividade foi determinar raios atômicos de sólidos cristalinos, através da 
massa e volume do material. Assim, nos permitindo medir dimensões de partículas muito 
pequenas. Foram utilizados três amostras de sólidos cristalinos metálicos e uma amostra de 
sólido cristalino iônico. 
Sólidos cristalinos estão relacionados à organização dos átomos em forma 
geométrica. Os átomos distribuídos dentro de sua estrutura formam uma rede chamada 
retículo cristalino, que por sua vez são formados por celas unitárias (unidade básica).4 
Materiais utilizados: 
 Proveta 
 Alumínio 
 Cobre 
 Ferro 
 Cloreto de sódio (sal) 
 Água destilada 
 Balança analítica 
 Bécker 
 Pipeta 
 
Metodologia: 
 
Experimento 1 – Determinação do Raio Atômico (Metais) 
 
1) Fazer a pesagem de cada pedaço de metal (Alumínio, Cobre e Ferro) na balança 
analítica e anotar. 
2) Preencher a proveta parcialmente com a água destilada do experimento anterior (5ml). 
3) Tombar a proveta e inserir o pedaço de metal na água, tomando cuidado para não 
perder líquido. 
4) Anotar o aumento de volume e repetir o procedimento com os outros dois metais. 
 
 
 
 
 
Experimento 2 – Determinação do Raio Iônico (Cloreto de sódio) 
 
1) Em um bécker, adicionar uma quantidade de água destilada e em seguida deve-se 
saturar. 
2) Transferir a água saturada (5ml) para uma proveta com auxílio de uma pipeta. 
3) Pesar uma quantidade de cloreto de sódio e anotar (4,0539g). 
4) Adicionar essa quantidade de cloreto de sódio na proveta com água saturada, e 
anotar o aumento do volume. 
 
Resultados e Discussões 
 Experimento 1 
 A tabela 1 apresenta os valores dos dados coletados: 
Massa dos metais Água na proveta Deslocamento 
 Cu – 4,7315g 5ml 0,6ml 
 Al – 9,5045g 5ml 3,4ml 
 Fe – 28,0326g 5ml 3,3ml 
 
Para encontrar a densidade (d) dos metais é preciso dividir a massa (m) pelo volume. 
Exemplo: 
 Massa do cobre / Deslocamento do cobre 
4,7315g / 0,6ml = 7,89.10³ kg/m³ 
 
A tabela 2 apresenta a densidade de cada metal 
Metais Densidade 
Cobre 7,89.10³ kg/m³ 
Alumínio 2,79.10³ kg/m³ 
Ferro 8,49.10³ kg/m³ 
 
Obs: Como a densidade do ferro obtida por nós ficou discrepante com a densidade 
obtida por outros grupos, nos próximos cálculos, será utilizado a densidade pesquisada: 
7,87.10³ kg/m³. 
 
 
Para definirmos o volume molar (v) de cada metal, devemos dividir a massa (m) 
pela densidade (d). Exemplo: 
 Massa Molar do Cobre / Densidade do cobre 
63,55.10-3 kg / 7,89.10³ kg/m³ = 8,05.10-6 m³ 
 
A tabela 3 apresenta o volume molar dos metais: 
Metais Volume Molar Volume Molar (1 átomo) 
Cobre 8,05.10-6 m³ 1,34.10-29 m³ 
Alumínio 9,67.10-6 m³ 1,60.10-29 m³ 
Ferro 7,10.10-6 m³ 1,17.10-29 m³ 
 
Obs: Utilizamos a massa de apenas um átomo de cada metal para o cálculo. E 
consideramos que o sólido metálico seja formado por pequenas esferas que se encaixam 
perfeitamente, sem deixar espaços vazios. Portanto, obtemos o volume molar de apenas um 
átomo, dividindo o volume molar pela constante de Avogadro. 
 Assumindo que os átomos são esferas, podemos então calcular o raio atômico a 
partir da equação do volume da esfera: V esfera = 4/3π r³ 
Exemplo: 
 Volume molar do cobre / 4/3π = r³ 
1,34.10-29 m³ / 4/3π = r³ => r = 1,47.10-10 = 1,47 Å 
 A tabela 4 apresenta o raio atômico dos metais considerando a esfera. 
Metais Raio Atômico 
Cobre 1,47 Å 
Alumínio 1,56 Å 
Ferro 1,40 Å 
 
Para obtermos os valores de raios atômicos nos três retículos possíveis do sistema 
cúbico, primeiro precisamos saber o número de átomos em cada cela unitária. 
A tabela 5 apresenta o número de átomos do sistema cúbico e o número de celas 
unitárias por mol de substância em cada tipo cela: 
CS CCC CFC 
1 átomo 2 átomos 4 átomos 
6,02.1023 celas 3,01.1023 celas 1,5.1023 celas. 
 
 Agora, devemos calcular o volume da cela dividindo o volume molar pelo número de 
celas, depois aplicar a raiz cúbica para descobrirmos o valor da aresta. E por fim, aplicar a 
função trigonométrica para obter o valor do raio. Assim, analisando o calculo do raio anterior 
que fizemos, poderemos descobrir a qual sistema cúbico os metais pertencem. 
 
 A tabela 6 apresenta os dados obtidos com o cobre: 
 CS CCC CFC 
Volume Cela 1,33.10-29 pm³ 2,67.10-29 pm³ 5,36.10-29 pm³ 
Aresta 2,36 Å 2,98 Å 3,77 Å 
Raio 1,18 Å 1,05 Å 1,41 Å 
 
A tabela 7 apresenta os dados obtidos com o Alumínio: 
 CS CCC CFC 
Volume Cela 1,60.10-29 pm³ 3,21.10-29 pm³ 6,44.10-29 pm³ 
Aresta 2,5 Å 3,17 Å 4,0 Å 
Raio 1,25 Å 1,12 Å 1,5 Å 
 
A tabela 8 apresenta os dados obtidos com o Ferro: 
 CS CCC CFC 
Volume Cela 1,17.10-29 pm³ 2,35.10-29 pm³ 4,73.10-29 pm³ 
Aresta 2,27 Å 2,86 Å 3,6 Å 
Raio 1,135 Å 1,01 Å 1,35 Å 
 
Funções trigonométricas utilizadas: 
CS- 2R=a 
CCC- (4R)²= a²+a² 
CFC- (4R)²= 2a²+a 
 
Verificando os valores encontrados dos raios atômicos, concluímos que os três metais 
(Cobre, Alumínio e Ferro) pertencem ao sistema cúbico de face centrada (CFC). 
 
Experimento 2 
 Peso do NaCl: 4,0539g 
 Água na proveta: 5ml 
 Deslocamento: 1,3ml 
 
O NaCl pertence ao sistema cúbico de face centrada. Portanto, ele possui 4 Na+ e 4 
Cl- 
Todos os cálculos feito com os metais, agora será aplicado no cloreto de sódio, para 
determinarmos o valor do raio iônico. 
Densidade: 4,0539g / 1,3ml = 3,11g/ml 
 
Volume molar: 58,44.10-3 kg / 3,11.103 g/ml = 18,79.10-6 m³/mol 
18,79.10-6 ___ 1 mol ___ 6,02.1023 
 X __________ 4 (moléculas) 
X= 18,79.10-6 . 4 / 6,02.1023 = 1,24.10-28 pm³ - 4 moléculas de NaCl na cela 
Aresta: Raiz Cúbica de 1,24.10-28= 4,98.10-10= 4,98 Å 
Raio do Cátion: 102 pm 
Raio do ânion: A= 2Cl- + 2Na+ (A=2r do Cl + 2 do Na) 
4,98=2r + 2.(102) 
4,98-2,04 / 2 = r 
R= 1,47 Å Cl- 
Tabela 9 apresenta os resultados obtidos do Cloreto de sódio: 
 Propriedades Cúbico de face centrada 
Nº de íons por cela unitária 4 
Nº de celas unitárias por mol de sólido 1,879.10-5 m³/mol 
Volume da cela (pm³) 1,24.10-28 pm³ 
Comprimento da aresta (pm) 498 pm 
Relações trigonométricas A= 2r do Cl + 2r do Na 
Raio do cátion (pm) 102 pm 
Raio do ânion (pm) 147 pm 
 
 
 
Referências 
 
1- DIAS, Diogo Lopes. "Raio iônico"; BrasilEscola. Disponível em 
<http://brasilescola.uol.com.br/quimica/raio-ionico.htm>. 
 
2- BROWN,T.L. Química A ciência central, Pearson. 9ªedição, São Paulo, 2012. 
 
3- http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/raio-ionico.htm 
 
4- NEVES, Paulo Cesar Pereira. Introdução à mineralogia prática. 2ª Ed. Canoas: 
ULBRA. 2008.