Prática 6 Carbonato e Silicato

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
QUÍMICA INORGÂNICA
COMPARAÇÃO DAS PROPRIEDADES DOS CARBONATOS E SILICATOS 
Kelly Aparecida Silva Souza
Tayná Roberta Nunes
Prof. Dr: Antônio Doriguetto
ALFENAS
2017
INTRODUÇÃO
No grupo IVA da tabela periódica os elementos possuem configuração eletrônica ns²np² e possuem eletronegatividades, geralmente, baixas. A formação de íons 4+ não é vista devido à grande energia de ionização que isso implicaria, por este motivo maioria dos compostos dos elementos do grupo IVA são ligados covalentemente. O carbono é o único elemento da família que pode ser classificado como não-metal, os demais são classificados como semi-metais.	
Segundo Brown, o carbono constitui apenas 0,027% da crosta terrestre. Apesar do carbono ser encontrado puro na natureza como grafite ou diamante, também pode ser achado combinado com outros elementos, na forma de minerais como carbonatos e de óxidos. Um dos principais óxidos é o dióxido de carbono que pode ser produzido a partir da queima de substâncias com excesso de oxigênio, do aquecimento de carbonatos e no laboratório através da reação de ácidos e carbonatos. Os carbonatos são gerados através da neutralização completa no ácido carbônico.	
O silício, o segundo elemento da família 4A, tem seu nome derivado do latim “sílex”; que significa dióxido de silício impuro. O silício só perde em abundância, na crosta da Terra, para o oxigênio. Ele é encontrado na maioria das rochas e solos, que são compostos por variações de sílica, e na forma de silicatos. Embora o silício forme ligações com o hidrogênio e halogênios esses compostos convertem-se em dióxido de silício na presença do ar (RUSSELL,1994). 
	
Os silicatos são compostos em que o silício é rodeado por oxigênio. Além do carbono ser o único ametal do seu grupo ele também difere por ter um tamanho menor, podendo formar ligações sigma e pi. O silício e o carbono se assemelham por possuírem apenas orbitais s e p, comportarem-se como bases de Brönsted-Lowry, formarem oxiânions e sais poucos solúveis, exceto quando ligados a cátions do grupo IA, que por serem grandes apresentam maior energia de hidratação e, portanto, maior solubilidade. E se diferem por suas ligações, o carbono faz ligações discretas e direcionais, enquanto o silício faz ligações ad infinitum.
OBJETIVOS 
Comparar as propriedades dos carbonatos e silicatos e preparar sílica-gel.
 
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
MATERIAIS 
Duas espátulas
Dois béqueres de 50 mL
Água destilada 
Dois erlenmeyers de 25 mL
Dois bastões de vidro 
 REAGENTES 
Solução saturada metassilicato de sódio
Carbonato de sódio
HCl (solução 1:1 v/v) (100 mL)
Solução etanólica de fenolftaleína
PROCEDIMENTO 
1. Preparou-se 10 mL de solução aquosa saturada de Na2CO3 e transferiu-se a solução para um erlenmeyer de 50 mL. 
2. Preparou-se 10 mL de solução aquosa saturada de Na2SiO3. 5H2O e transferiu-se a solução para um erlenmeyer de 50 mL
3. Adicionou-se algumas gotas de solução etanólica de fenolftaleína em cada um dos erlenmeyers e observou. 
4. Colocou-se, gota a gota, com agitação, uma solução de HCl (1:1) em cada um dos erlenmeyers, até que houvesse mudança de cor do indicador e observou. 
RESULTADO DE DISCUSSÃO
Preparou-se as soluções saturadas de Na2CO3 e Na2SiO3 e adicionou-se algumas gotas de solução etanólica de fenolftaleína em cada um dos frascos. Foi possível visualizar a mudança de coloração das soluções de incolor para rosa (Imagens 1 e 2), que descreve o pH alcalino das mesmas (Equações 1 e 2). Deixou-se a solução em repouso e observou.
Imagem 1: Solução saturada de carbonato 
de sódio e fenolftaleína
Fonte: Dos autores
Imagem 2: Solução saturada de metasilicato de sódio e fenolftaleína
Fonte: Dos autores
CO32- (aq) + H2O (l) → OH- (aq) + HCO3-(aq) 		 	(1)
SiO32-(aq) + 2H2O (l) → SiO2 H2O(aq) + 2OH- (aq)				(2)
Em seguida, adicionou-se ácido clorídrico às soluções, gota a gota, até o momento que a coloração mudasse novamente (Imagens 3 e 5). No caso do Na2CO3 a solução, além de mudar de cor, formou mais precipitado do que havia inicialmente, antes de adicionar-se a fenolftaleína (Imagem 4). Durante o processo de gotejamento do ácido clorídrico na solução saturada de Na2SiO3, notou-se a formação de um sólido gelatinoso (Imagem 6). A mudança da coloração ocorreu devido a alteração do pH para valores menores que 7, indicando o meio ácido (Equações 3, 3.1, 4).
HCO3-(aq) + OH- (aq) + H+ (aq) → H2O (l) + CO2 (g)				(3)
CO2 (g) + H2O (l) → H2CO3(aq)						(3.1)
SiO2 H2O(aq) + 2OH- (aq) + 2H+ (aq) → H2SiO3 H2O(aq) + H2O(l)	(4)	
Imagem 3: Solução de carbonato de sódio, com indicador, durante o gotejamento do ácido clorídrico
Fonte: Dos autores
Imagem 4: Solução de carbonato de sódio depois viragem recorrente à adição do ácido clorídrico
Fonte: Dos autores
Imagem 5: Solução saturada de metasilicato, com indicador, durante o gotejamento de HCl.
Fonte: Dos autores
Imagem 6: Solução de metasilicato depois da viragem recorrente à adição de HCl.
Fonte: Dos autores
Observou-se que os sais de silicato e de carbonato são solúveis em água quando ligados a elementos do grupo IA, no caso, o sódio. 
Notou-se que o carbonato de sódio, em solução, reagiu com o ácido clorídrico produzindo dióxido de carbono e água, que rapidamente formaram ácido carbônico.
A solução de silicato de sódio, que é fortemente alcalina por hidrólise, originou a sílica hidratada devido a solução ter sido tratada com ácido clorídrico, isto levou a produção do ácido metassilícico, que caso venha a sofrer desidratação formará xerogéis (sílica-gel). Foi observado, também, que a reação do silicato de sódio com o ácido clorídrico foi exotérmica. 
De acordo, com as análises é possível observar a diferença entre os estados físicos dos produtos intermediários (CO2 e SiO2) que pode ser explicada pela direcionalidade das ligações. O carbono faz ligações duplas e triplas e assim pode formar moléculas isoladas de CO2; já o silício faz ligações sigma, formando estruturas multidirecionais, tridimensionais infinitas, tendo como consequência elevados pontos de fusão. Isto caracteriza o CO2 como um gás e o SiO2 como um sólido. 
CONCLUSÃO
As diferenças e semelhanças das propriedades dos elementos e seus compostos estão, geralmente, associada aos seus tipos de estruturas e ligações que podem formar. Os ânions carbonatos, por exemplo, possuem solubilidade diferentes entre si, sendo apenas os carbonatos de metais alcalinos e de amônio solúveis em água. No caso dos silicatos, somente os que são compostos pelos metais alcalinos, são solúveis em água. Existem tipos diferentes de silicatos, nos quais cada ligação de Si—O tem considerável caráter covalente. As propriedades diferentes dos ânions silicatos devem-se ao número da carga negativa de cada arranjo tetraédrico, ao número de átomos de oxigênio ligados e a maneira que as cadeias se unem. 
Na prática foi possível analisar, as diferenças e semelhanças entre os silicatos e os carbonatos, onde, embora, ambos tenham se apresentado como bases de Bronsted-Lowry, ou seja, receberam prótons (H+), também se apresentaram com estado físicos diferentes, ao fim das reações. A reação do carbonato de sódio com o ácido clorídrico, por exemplo, formou precipitado e liberou gás (CO2), enquanto a reação de metassilicato de sódio com ácido resultou em um gel de sílica hidratado.
ANEXO 1
QUESTÕES 
1. O pH das soluções dos itens 1 e 2 é maior ou menor que 7? Explique utilizando equações químicas. 
 RESPOSTA: 
Apresentam pH maior que 7, uma vez que o indicador fenolftaleína quando rosa em solução, indica a presença de OH-. Este fato pode ser ilustrado através das equações químicas:
CO32- (aq) + H2O (l) → OH- (aq) + HCO3-(aq) 
SiO32- (aq) + H2O (l) → SiO2-(aq) + 2OH-(aq)
2.Escreva as equações das reações feitas no item 4. 
RESPOSTA:
H2CO3(aq) → HCO3 (aq) + H+ (aq) → H+ (l) + CO32- (g)				
CO2 (g) + H2O(l) → H2CO3(aq)						
SiO2 H2O(aq) + 2OH- (aq) + 2H+ (aq) → H2SiO3 H2O(aq) + H2O(l)	
3.Nesta prática, quais as semelhanças e quais as diferenças você observou com respeito à química dos silicatos e à química dos carbonatos? 
 RESPOSTA: 
Observou-se que os sais de silicato e de carbonato são solúveis em água quando ligados a elementos do grupo IA, como o sódio, são bases fracas e tornam a solução alcalina. Após a reação com o ácido clorídrico os dois formaram dióxidos, sendo o estado físico a diferença entre eles; o dióxido de carbono em estado gasoso e o dióxido de silício em forma de gel hidratado. 
4. Quais as diferenças entre os estados físicos de dióxido de carbono e dióxido de silício à temperatura ambiente? Como se explicam essas diferenças
RESPOSTA:
Em temperatura ambiente o dióxido de carbono é encontrado na forma gasosa, enquanto o dióxido de silício se apresenta na forma sólida. Isso pode ser explicado pela polarizabilidade, o silício por ter um átomo maior, é mais polarizável pois os seus elétrons estão mais distantes do núcleo, assim o sódio tem maior poder de distorção da sua nuvem eletrônica, atraindo-o mais fortemente. Já no átomo de carbono os elétrons são mais atraídos pelo núcleo, tornando-o menor e dificultando a distorção da sua nuvem eletrônica e assim formando uma ligação mais fraca com o sódio. O estado físico também pode ser explicado pelo tipo de ligação que cada elemento faz, o C faz duplas e triplas ligações e assim pode formar moléculas isoladas de CO2; já o silício faz ligações sigma, formando estruturas multidirecionais, tridimensionais infinitas, tendo como consequência elevado ponto de fusão.
REFERÊNCIAS
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 5. ed. São Paulo: Bookman Editora, 2009.
BROWN, Theodore L.; BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R.. Química: A Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
LEE, J. D.. Química Inorgânica Não Tão Concisa. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 1991.
OHWEILER, Otto Alcides. Química Inorgânica. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 1971.
RUSSELL, John B.. Química Geral. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 2013.
VOGEL, Arthur I.. Química Analítica Qualitativa. 5. ed. São Paulo: Mestre Jou, 1905.