REL EXPERIMENTO III

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UFRRJ – Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química
Disciplina: Química Inorgânica Experimental I (IC615) – P64 – 2018.1
Professor: Marcelo 
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EXPERIMENTO III
CARBONO, SILÍCIO, ESTANHO E CHUMBO
Alunos: Sara de Souza Monteiro – 2016640276
Wanny Tavares Nogueira – 2017640326
Seropédica, 07 de Maio de 2018.
INTRODUÇÃO
	Pertencentes ao grupo 14/IV, estes elementos possuem a configuração eletrônica de valência ns2np2. Mostram um caráter metálico crescente do carbono ao estanho, assim o carbono é distintamente um não metal, silício e germânio são metalóides e estanho e chumbo são metais.
CARBONO
O carbono possui propriedades definidas de não metal, forma compostos covalentes com os não metais e iônico com os metais. Por ser o cabeça do grupo, espera-se que ele seja diferente dos demais e algumas diferenças entre ele e o silício vem do menor raio do carbono, o que explica a ampla ocorrência de ligações duplas tipo C=C e C=O, em relação à raridade das ligações duplas Si=Si e Si=O, uma vez que os átomos de silício são muito grandes par superposição lateral eficiente dos orbitais p, necessária para formar a ligação π (pi). Além disso, os compostos de silício podem agir como ácidos de Lewis enquanto que os de carbono normalmente não. 
Existem duas formas puras de carbono, o diamante e o grafite que podem ser encontrados em minas. Mas há também formas menos puras, como por exemplo, o coque e o negro de fumo. Sendo que a grafita é a forma termodinâmica mais estável sob condições normais.
	O carbono ativo, conhecido também como carvão ativado, é formado por grânulos de carbono microcristalino. A grande área especifica de sua superfície (2.000 m2g-1) de carbono poroso indicam-no para a remoção de impurezas orgânicas de líquidos e de gases por adsorção, sendo assim usado em purificadores de ar, mascaras contra gases entre outras aplicações.
	Apesar de, em geral, não agir como ácido de Lewis por conta do seu raio pequeno e não possuir orbitais d disponíveis, o dióxido de carbono (CO2) é considerado um fraco ácido de Lewis. 
SILÍCIO
O silício é considerado o segundo elemento ais abundante na crosta terrestre e ocorre em grande quantidade nas rochas na forma de silicatos e como sílica na areia. Ele puro obtém-se da quartzita, uma forma granular do quartzo, pela redução com carbono de alta pureza em forno de arco elétrico: 
∆SiO2(s) + 2 C(s) Si(s) + 2 CO(g) 
O band gap e a condutividade do silício são ideais para muitas aplicações dos semicondutores e alguns dos seus compostos mais importantes contem os halogênios eletronegativos, oxigênio e nitrogênio.
A sílica possui também propriedades dessecantes e desidratantes na forma de sílica em gel. Ela é capaz de reter a umidade de certos ambientes. Este mecanismo se dá por adsorção física, processo em que as moléculas de um líquido se aderem a superfície do dessecante. É útil na conservação de materiais protegendo contra os efeitos nocivos da umidade, da oxidação aérea e da propagação de fungos. Sua capacidade de adsorção corresponde a 30% do seu peso, perdendo seu efeito dessecante à medida que é utilizada podendo ser regenerada quando submetida a temperaturas entre 100 e 200 ºC por um período mínimo de 40 minutos.
ESTANHO e CHUMBO
O estanho é um metal branco prateado, maleável, pouco dúctil, de baixo ponto de fusão e altamente cristalino.  Já o chumbo, é um metal tóxico, pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade. Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. 
∆São obtidos facilmente de seus minerais.
∆O estanho ocorre principalmente na forma do mineral cassiterita (SnO2) e é obtido pela redução com carbono:
SnO2(S) + C(S) Sn(l) + CO2(g)
Enquanto que o principal minério do chumbo é a galena (PbS) que é aquecida ao ar para conversão em PbO sendo, posteriormente, reduzido com coque:
2 PbS(s) + 3 O2(g) 2PbO(s) + SO2(g)
PbO(s) + C(s) Pb(s) + CO(g)
Apesar de caro e não muito forte, o estanho é resistente a corrosão. Seu uso principal é como revestimento por deposição, que é responsável por cerca de 40% do seu consumo. Também pode ser utilizado na produção de ligas como o bronze e peltre. 
No caso do chumbo, sua durabilidade e maleabilidade o tornam útil na industria a construção. Outra propriedade importante é a sua alta densidade tornando-o útil como bloqueador de radiação, pois ele possui um grande numero de elétrons que absorvem radiação de alta energia.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais
Pipeta 
Tubos de ensaio
Estante para tubos de ensaio
Bécher
Espátula
Bastão de vidro
Erlenmeyer
Papel de filtro
Reagentes e indicadores
Carvão ativado
Azul de metileno
Mármore
Ácido clorídrico
Água de barita
Hidróxido de sódio 1M
Fenolftaleína
Sulfato de cobre
Hidróxido de amônio 
Sílica gel
Solução de sais de Ca2+, Ni2+, Co2+, Cu2+ e Fe3+.
Água destilada
Zinco metálico
Solução de cloreto de mercúrio
Solução de nitrato de chumbo 5%
Solução de hipoclorito de sódio 12%
Solução de ácido nítrico 0,1M
Solução de KI amidonado
Solução de peróxido de hidrogênio 3%
Procedimento
Carbono
1) 
Em um becher de 100 mL misturou-se 2 g de carvão ativo com 10 mL de solução diluída de azul d metileno. Em seguida a solução foi filtrada. 
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. 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.
2) 
	Colocou-se cerca de 10g de mármore em um gerador de gás e adicionou-se ácido clorídrico. Recolheu-se o gás desprendido em um tudo de ensaio contendo água de cal. Quando a turvação desapareceu, recolheu-se o gás em um tudo de ensaio contendo 3 mL de hidróxido de sódio 1M e gotas de fenolftaleína. 
	A preparação do dióxido de carbono foi feita obedecendo a reação a seguir: 
2HCl(aq) + CaCO3(s) → CO2(g) + H2O(l)
O CO2 obtido foi então borbulhado em água de barita
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 em 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)
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 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)
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 oequilíbrio 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 perturbação, neste caso mudança de concentração, ele responderá para restaurar um novo estado de equilíbrio . Isso é demonstrado trado 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.
Silício
1) 
	Em um tudo de ensaio contendo 1mL de solução de sulfato de cobre, juntou-se, gota a gota, uma solução de hidróxido de amônio até coloração azul intensa. Após isto adicionou-se 1 g de sílica gel e agitou-se por algum tempo. Após isso foi deixado decantar. 
	Ao adicionarmos amônia em sulfato de cobre CuSO4 ocorre uma formação de um precipitado com aparência de flocos. As cores variam rapidamente durante a reação, indo de um azul claro até um azul muito escuro. Isto ocorre por causa das variações na formação de complexos de cobre em solução. Para quem está acostumado com processos comuns de precipitação parece que a imagem está invertida, mas neste caso o avanço da reação está ocorrendo de cima para baixo porque a adição de amônia foi feita na parte superior do tubo que já continha sulfato de cobre diluído. Isto fez com que durante o processo da mistura e avanço da amônia pelo tubo ocorresse esse tipo de padrão de formação de sólidos no tubo. Com o tempo a parte sólida foi assentando e se deslocou para o fundo do tubo de ensaio. 
[Cu(H2O)4]2+ + NH4OH [Cu(NH3)4]2+
Obs.: O NH3 é um ligante mais forte que a água. 
	Após isto, foi adicionado 1g de sílica gel a foi agitado por algum tempo. Deixou-se decantar e observou-se que a sílica gel absorve o [Cu(NH3)4]2+ para o fundo. 
[Cu(NH3)4]2+ + SiO42- Cu(NH3)4 SiO4
2) 
	Adicionou-se separadamente 2 mL de soluções de sais solúveis de Ca2+, Ni2+, Cu2+, Co2+ a cada um dos cinco tubos de ensaio, contendo volume iguais de solução de silicato de sódio 30 %. 
	Com esse experimento foi observado que todos são insolúveis e silicato de sódio. A insolubilidade geral dos sais de silicato se deve à característica incomum deste ânion de se ligar uns aos outros, formando assim longas estruturas iônicas em forma de cadeias e de difícil solvatação. 
Ca2+ + SiO42- CaSiO4
Ni2+ + SiO42- NiSiO4
Cu2+ + SiO42- CuSiO4
Co2+ + SiO42- CoSiO4
Fe3+ + SiO42- Fe2(SiO4)3
Estanho
1) Propriedade redox
	a) Reagiu-se estanho metálico com ácido clorídrico concentrado (6M) e em seguida, dilui-se a solução obtida com água destilada até o dobro do volume inicial e reservou-se a fim de usá-la no item a seguir.
	Observou-se que durante o andamento lento da reação houve desprendimento de gás, devido a oxidação do Sn0 pelos íons hidrônio da solução ácida, produzindo assim gás H2, que era liberado para o meio e a solução passou a apresentar aspecto turvo. A equação química que descreve tal reação é:
Sn(s) + 2 HCl SnCl2(aq) + H2(g)
	Com a adição de água para diluição, notou-se que o tubo aqueceu e a solução voltou a ser límpida, cessando também o desprendimento de H2.
	b) Em cerca de 2 mL da solução reservada, adicionou-se zinco e observou-se que houve desprendimento de gás atribuída a reações de oxi-redução com o ácido clorídrico ainda remanescente da obtenção da solução de Sn2+, aquecimento do tubo e durante a reação a solução tornou-se acinzentada.
	Uma vez cessada a liberação gasosa, pôde ser observado que a solução voltou a ser incolor além da formação de uma película prateada na superfície do zinco, identificada como estanho esponjoso formado por oxi-redução com o zinco segundo a equação química a seguir:
Sn2+ + Zn0  Sn0 + Zn2+
	c) Em outro tubo de ensaio, contendo 2 mL da solução reservada, adicionou-se igual volume de solução de HgCl2 e anotou-se que a cor do precipitado obtido foi branco em grandes quantidades, identificado como cloreto mercuroso.
Sn2+ + 2HgCl2  Hg2Cl2↓ + Sn4+ + 2Cl-
Estas reações demonstraram o caráter redox do íon Sn2+, que pode atuar como redutor ou oxidante, dependendo das condições reacionais.
Chumbo
1) Preparação e caráter oxidante do dióxido de chumbo
	a) 
Transferiu-se para um tubo de ensaio grande cerca de 10 mL de uma solução a 5 % de Pb(NO3)2. Em seguida, adicionou-se, lentamente, igual volume de uma solução a 12 % de NaOCl e notou-se a formação de um precipitado branco amarelado.
Aqueceu-se, em banho-maria, até ebulição obtendo um precipitado castanho escuro, sendo este o PbO2 e deixou-se em repouso por aproximadamente 5 minutos. Lavou-se o precipitado, por decantação, inicialmente com 5 mL de água destilada e em seguida com 5 mL de solução de ácido nítrico diluído (0,1 M). Filtrou-se a mistura e, novamente, lavou-se o precipitado com 5 mL de água destilada. 
	b) 
Em um tubo de ensaio, adicionou-se uma pequena quantidade do dióxido de chumbo preparado no item anterior e gotejou-se ácido clorídrico concentrado (P.A.) sobre o mesmo, notando-se que com isso, o precipitado, ou seja, o dióxido de chumbo dissolveu-se tornando a solução amarela. Feito isso, colocou-se, na boca do tubo de ensaio, um papel de filtro embebido em solução de KI amidonado para identificar o gás liberado. Conforme o gás entrava em contato com o papel de filtro, o mesmo tornava-se castanho o que, de acordo com a equação química da reação entre o dióxido de chumbo e o ácido, indica que foi produzido gás cloro (Cl2) durante a reação:
PbO2 + 4 HCl → PbCl2(aq) + Cl2(g) + 2 H2O(l)
E a reação que ocorre no papel indica que a produção de Cl2 é responsável por reduzir o I- a I2. Tal redução é observada através da mudança de cor no papel, segundo a equação química global a seguir descreve:
2 KI + Cl2 2 KCl + I2
	c) 
	Em um tubo de ensaio, contendo uma solução a 3 % de H2O2, verteu-se uma pequena quantidade do dióxido de chumbo recém-preparado e observou-se que houve desprendimento de gás e aquecimento do tubo. Pode-se notar também que, durante a reação, formou-se um precipitado marrom claro que por sua vez decantou no fundo do tubo ao passo que a solução sobrenadante ficou límpida.
H2O2 + PbO2(s) Pb(OH)2(s) + O2(g)
	Conforme pode ser visto na equação química, o gás desprendido durante a reação é o oxigênio e o precipitado marrom claro que decantou o hidróxido de chumbo.
CONCLUSÃO
Neste experimento foi possível observar na prática as propriedades e reações que envolvem os elementos do grupo 14, mais especificamente os elementos Carbono, Silício, Estanho e Chumbo.
BIBLIOGRAFIA
P. Atkins &L. Jones; Princípios de Química Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente; Editora bookman; 5ª Edição; 
J.D.Lee; Química Inorgânica não Tão Concisa; Editora Blucher, 5ª edição.