5º Relatório - Elementos do Grupo IV A

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM
Instituto de Ciências Exatas - ICE
Departamento de Química - DQ
	
5º RELATÓRIO DE QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL
MANAUS - AM
18 DE NOVEMBRO DE 2014
	
	UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS - UFAM
Instituto de Ciências Exatas - ICE
Departamento de Química - DQ
ELEMENTOS DO GRUPO IV A
Laiane Souza da Silva	– 21201351
Wagner Picanço Moreira – 21203673
MANAUS - AM
18 DE NOVEMBRO DE 2014
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Estudar as propriedades e características dos elementos do grupo IV A da tabela periódica e por meio de adsorção, hidrolise de sais e caráter anfótero, demonstrar através das equações químicas essas reações.
Objetivos Específicos
Analisar a adsorção do carbono;
Determinar os sais que se hidrolisa com facilidade;
Analisar o caráter anfótero do hidróxido de estanho.
INTRODUÇÃO
Os elementos do grupo 14 são caracterizados pela configuração da camada de valência ns2 np2. Tem como primeiro elemento, o carbono, o mais importante elemento para os seres vivos, seguido pelo silício, que é um dos elementos fundamentais para a tecnologia moderna.
O carbono é o único elemento da tabela periódica que forma mais de 1.000.000 de compostos e tem seu próprio ramo da química, a chamada química orgânica.
O carbono é distintamente um não metal, silício e germânio são metalóides e estanho e chumbo são metais.
O carbono é o elemento que possui maior destaque, entre todos deste grupo, uma vez que, existe até uma parte da Química para estudo dos compostos de carbono, a Química Orgânica. Isso é devido à grande quantidade compostos orgânicos, que são milhares. O carbono ocorre livre na natureza, em suas conhecidas formas alotrópicas: diamante, grafite, carvão e fulerenos.
O silício não é encontrado em sua forma livre na natureza, mas sim em grande quantidade nas rochas, como silicatos (SiO32-) ou então como sílica (SiO2). Seus compostos também estão presentes na atmosfera, em muitas plantas, na água e nos ossos. Constitui cerca de 27,7% em abundancia na crosta terrestre, o segundo, vindo logo depois do oxigênio. Seu formato puro é obtido da quartzita (grânulos do quartzo), pela redução com o carbono:
SiO2(s) + 2C(s) →        Si(s)  + 2CO(g)
 Uma forma ainda mais pura deste elemento pode ser obtida a partir da redução do SiCl4(l) com o Hidrogênio:
SiCl4(l) + 2H2(g)           →           Si(s) + 4HCl(g)
Compostos de silício são usados desde a fabricação de vidros, polímeros de silicone e até materiais semicondutores eletrônicos, utilizados em dispositivos de informática.
Os outros elementos deste grupo: germânio, estanho e chumbo são também bastante conhecidos e utilizados, principalmente, o estanho e o chumbo que são usados e trabalhados desde muito tempo, seja na fabricação de ligas metálicas importantes como o bronze (Cu + Sn) ou nos seus usos separadamente.
O germânio é um elemento raro, dificilmente encontrado na natureza de forma pura. Em geral ocorre como argirodita (sulfeto de germânio e prata, GeS2·4Ag2S), germanita (sulfeto de cobre, ferro e germânio, Cu13Fe2Ge2S16, 69 % de Ge) e também em minerais de zinco e no carvão mineral.
A separação do germânio se dá através da transformação em tetracloreto de germânio (GeCl4). A obtenção de germânio se faz por redução do dióxido, com hidrogênio ou carvão roxo.
O germânio possui aplicações limitadas devido seu alto custo por ser um metalóide raro, mesmo assim é utilizado em indústrias metalúrgicas e na fabricação de dispositivos eletrônicos de estado sólido. O germânio é um importante constituinte de vidros industriais com elevada transmissão de infravermelhos e índice de refração. Utilizado também na fabricação de fibras ópticas, amplificadores de guitarras elétricas, ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade, espectroscópios, sistemas de visão noturna, em joias é usado uma liga metálica de ouro com 12% de germânio.
O estanho é um metal leve e muito maleável. Tem aparência branco-prateada e é atacado por ácidos fortes. É capaz de formar três variedades alotrópicas: o estanho α, o β e o Υ.
O primeiro também é conhecido como estanho cinzento e aparece quando o metal em questão é submetido a temperaturas inferiores a 130C; é como um pó amorfo. Tem a coloração cinza, é não-metálico e a densidade é 5,75 g/cm3. O segundo é o estanho comum. Tem o retículo cristalino tetragonal, é estável entre 13 e 161ºC e também chamado de estanho branco. Quando este é submetido a temperaturas superiores a 161ºC, aparece a última variedade alotrópica, que possui retículos ortorrômbicos e é muito quebradiça.
Sua principal fonte é a cassiterita (dióxido de estanho), SnO2. Suas maiores reservas estão na Sibéria, Tailândia, Malásia, Nigéria, Bolívia e Brasil.
Para a obtenção do metal, esse minério é extraído e lavado para remover as impurezas; em seguida é cozido para oxidar os sulfetos de ferro e cobre. Por fim, depois de outra lavagem, ele é reduzido por carbono em forno revérbero, como mostra a equação:
SnO2(s) + 2C(s)       →         Sn(l) + 2CO(g)
É um metal tóxico, pesado, macio, maleável, encontrado na cor branco-azulada, quando cortado, e acinzentada quando exposto ao ar. É pobre condutor de eletricidade.
O chumbo raramente é encontrado no seu estado elementar, sendo mais comum como sulfeto, denominado de galena (com 86,6% deste metal).  Geralmente é encontrado com minerais de zinco, prata e, abundantemente, de cobre.
Através da ustulação do minério de chumbo, galena, obtém-se como produto o óxido de chumbo que, num alto forno, é reduzido com a utilização de coque fundente e óxido de ferro. O chumbo bruto obtido é separado da escória por flotação. A seguir, é refinado para a retirada das impurezas metálicas, que pode ser por destilação. Desta forma pode-se obter chumbo com uma pureza elevada (99,99%).
2PbS + 3O2  → 2PbO + 2SO2.
 PbO + C → Pb + CO.
 PbO + CO → Pb + CO2.
Sua mais ampla aplicação é na fabricação de acumuladores, tendo outras na fabricação de forros para cabos, elementos de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições.
Por sua alta densidade, o chumbo acaba tornando-se útil como bloqueador de radiação. Isso ocorre porque ele tem um grande número de elétrons que absorvem radiação de alta energia. Também é usado em eletrodos de baterias recarregáveis.
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Materiais
- 02 Bécheres;					- Papel tornassol;
- 04 Tubos de ensaio;			- 04 pipetas;
- Espátula;
3.2. Reagentes
- Solução de índigo;			- Carvão ativado;
- Carbonato;					- Silicato de sódio;
- Cloreto de estanho;			- HNO3 (6N);
- H2SO4 (6N);				- HCl (6N);
- NaOH (6N).
Procedimento Experimental
Propriedades de adsorção do carbono
Colocar em um bécher pequeno 10mL de solução de índigo. Adicionar, no bécher, um grama de carvão ativado (carvão finamente dividido e pré-aquecido). Agitar, filtrar e determinar, pela coloração, se a solução está isenta de índigo.
3.3.2. Hidrólise de sais
Testar as soluções de carbonato e silicato de sódio com papel tornassol.
3.3.3. Caráter anfótero dos hidróxidos de estanho e chumbo
Obter, a partir de soluções salinas contendo íons Sn2+, o precipitado de hidróxido de estanho – Sn(OH)2. Determinar o caráter anfótero dos respectivos hidróxidos, utilizando as soluções 6N de HNO3, H2SO4, HCl E NaOH.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Propriedades de adsorção do carbono
A solução de índigo apresentava uma coloração amarelada. Ao adicionarmos o carvão ativado na solução e logo após filtrarmos, a solução apresenta uma colarão incolor.
Isso pode ser explicado porque o carvão ativado é uma forma de carbono puro de grande porosidade, apresenta notáveis propriedades atribuídas à sua área superficial, entre elas, a remoção de impurezas dissolvidas em solução. Tendo a capacidade de coletar seletivamente gases, líquidos e impurezas no interiordos seus poros, sendo por isso vastamente utilizado em sistemas de filtragem.
Hidrólise do Carbonato de Cálcio:
Ao se adicionar água no carbonato de cálcio houve dissociação iônica, formando assim um ácido e uma base, ou seja, os íons correspondentes ao ácido ou a base sofre hidrólise e liberam da água o íon de carga elétrica de mesmo sinal, H+ ou OH-.
Quando adicionamos o papel tornassol na solução, ele apresentou uma coloração azul, indicando um caráter ácido.
Em geral, o carbonato de cálcio tende a se comportar como uma base na maioria das reações. Em meios ácidos o íon CO32- tende a ser protonado até as condições de H2CO3 e então decomposto em CO2 e H2O.
Ao realizar todo procedimento da hidrólise de sais, obteve-se os seguintes resultados para o carbonato de cálcio:
CaCO3 → Ca2+ + CO32-
H2O → H+ + OH-
CO32- + 2H+ + OH- → H2CO3 + OH-
Caráter anfótero dos hidróxidos de estanho e chumbo
Ao adicionarmos à solução salina, os respectivos ácidos, HNO3, H2SO4, HCl, e uma solução básica de NaOH na solução salina de Sn2+, podemos observar algumas reações.
A única que formou o precipitado de hidróxido de estanho Sn(OH)2 foi ao adicionarmos uma solução básica, NaOH:
2 NaOH + SnCl2 → 2 NaCl + Sn(OH)2
No entanto, ao adicionarmos as três soluções ácidas à solução salina de estanho, na reação de um ácido com um sal, ocorrerá dupla troca, ou seja, o ânion do sal ficará com o cátion do ácido, e vice-versa. Mas os ânions dos respectivos compostos, são iguais, ou seja, se "houver" reação, formar-se-á os mesmos compostos. 
Consideremos que não haja reação, pois os "produtos formados são iguais aos reagentes". 
HCl + SnCl → HCl + SnCl
É importante saber, que numa reação entre um ácido e um sal, haverá a formação de um segundo ácido e de um segundo sal. 
CONCLUSÃO
Através dos experimentos foi possível comprovar algumas características químicas e físicas do grupo 14 da tabela periódica. Foi possível verificar a baixa reatividade dos elementos desse grupo quando comparados aos elementos do bloco s, devido ao fato de seus elétrons estarem menos disponíveis graças ao menor raio. Aferiu-se também que existe uma diferença na reatividade entre os elementos do próprio grupo, sendo mais reativos aqueles que estão em maiores períodos da tabela periódica, com exceção do chumbo, que se apresentou menos reativo que o estanho (demonstrado na literatura), que está um período acima. Além disso, também foi observado diferença entre os elementos quanto a comportamento, pois em uma mesma família, tem-se metais, não metais e metalóides. Foi possível concluir também que os metais mais reativos do grupo (Pb e Sn) são excelentes agentes redutores nas reações químicas.
BIBLIOGRAFIA
LEE, J.D. Química Inorgânica não tão concisa. 5th Ed., São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 1999. 
ATKINS, Peter; Loreta, Jones. Princípio De Química: Questionando A Vida Moderna E O Meio Ambiente. Porto Alegre: Bookmam, 2001.
DIAS, S. C.; BRASILINO, M. G. A. Aulas Práticas de Química Inorgânica. UFPB. Departamento de Química. PB