Relatório 2 Metais

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ESTUDOS DE ALGUMAS PROPRIEDADES DOS METAIS ALCALINO-TERROSOS
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
PONTA GROSSA
2015
1 INTRODUÇÃO
	Os metais alcalinos terrosos formam uma série altamente reativa, porém, menos reativa que os metais do grupo 1. Geralmente, são divalentes e formam compostos iônicos incolores.
	Diversos compostos derivados de metais alcalinos terrosos são utilizados em grande escala: calcário (CaCO3) é utilizado para obtenção de cal virgem, cimento e giz; o gesso (CaSO4); fluorita (CaF2); magnesita (MgCO3); e barita (BaSO4).
	Quando a sua abundância, o berílio não é muito comum, devido à sua difícil extração e pequena abundância. Já o magnésio é o sexto elemento mais abundante da crosta terrestre. O cálcio é o quinto elemento mais abundante, pois é constituinte de diversos minerais bastante comuns, espalhados pelo planeta. O estrôncio e o bário são bem menos abundantes, entretanto, são bastante conhecidos, devido a sua ocorrência na forma de minérios concentrados, que permitem fácil extração. O rádio é extremamente radioativo, isolado por meio de processamento de minério de urânio, já foi utilizado no tratamento radioterápico do câncer.
	Os metais desse grupo não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque são fortes agentes redutores. São fortemente eletropositivos e reagem com água. Todos podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos fundidos, embora o estrôncio e o bário tenham tendência em formar uma suspensão coloidal.
Os valores de eletronegatividade dos elementos do grupo 2 são baixos, mas maiores do que os do grupo 1. A solubilidade da maioria dos sais diminui com o aumento do peso atômico, embora a tendência no caso de fluoretos e hidróxidos é inversa.
	O potencial de redução do berílio é muito menor que aquele dos demais metais alcalinos terrosos, o que indica que o berílio é muito menos eletropositivo que os demais elementos do grupo, e não reage com a água. Ca, Sr e Ba reagem facilmente com água fria, liberando hidrogênio e formando hidróxidos. O magnésio tem um potencial de redução intermediário e não reage com água fria, apenas com água quente.
Todos os metais do grupo 2 reagem com ácidos, liberando H2, embora o berílio reaja lentamente.
2 PROCEDIMENTOS
Os materiais utilizados foram:
Béquer de 50 ml
Béquer de 250 ml
Tubo de vidro 25 x 2 cm
Oito tubos de ensaio
Garra
Haste universal
Dois vidros de relógio
Suporte para tubos de ensaio
Bastão de vidro
Tesoura
Pipeta
Lixa
Placa de Petri
Proveta de 50mL
Fósforos
Água destilada
Cálcio
Fenolftaleína (solução etanólica)
Magnésio (fita)
Hidróxido de sódio
Sulfato de sódio
Cloreto de magnésio
Cloreto de cálcio
Cloreto de estrôncio
Cloreto de bário
Procedimentos:
	Na primeira parte, foi colocado cerca 150 mL de água no béquer de 250 mL, e fixado verticalmente o tubo de vidro com uma garra presa a uma haste universal, de modo que ela atingisse o fundo do béquer. Colocou-se um pequeno pedaço de Ca em uma placa de Petri, e com o auxílio de uma pinça e uma lixa, retirou-se um pouco da camada que recobre o metal. Desta maneira, o pedaço de Ca foi transportado em um vidro de relógio e colocado no béquer através do tubo de vidro, utilizando um bastão de vidro. E então, aproximou-se uma chama com o fósforo à parte superior do tubo de vidro durante a reação, e depois adicionou-se algumas gotas da solução aquosa de fenolftaleína ao conteúdo do béquer após a reação e agitou-se com o bastão de vidro.
	Na segunda parte, foi cortado e lixado um pedaço de aproximadamente 0,5 cm de uma fita de Mg. Encheu-se um béquer de 50 ml com 20 ml de água destilada, onde a fita foi colocada e adicionou-se algumas gotas de fenolftaleína, sob constante agito. A solução foi deixada em repouso, enquanto era observada.
	Foram separados quatro tubos de ensaio, onde foi pipetado 1 mL de quatro soluções diferentes em cada tubo, sendo elas: MgCl2, CaCl2, SrCl2, e BaCl2. Em seguida, adicionou-se a cada um dos quatro tubos de ensaio cerca de 1 ml da solução de NaOH. Observou-se a reação.
	Posteriormente, repetiu-se o processo. Em outros quatro tubos de ensaio, foram novamente colocados 1 ml de cada uma das soluções citadas acima. Substituiu-se a solução de NaOH pela solução de Na2SO4, utilizando 1 ml desta. Igualmente, observou-se a reação. 
3 RESULTADOS
	No primeiro procedimento, aproximando-se a chama à parte superior do tubo de vidro, que estava no béquer com o pedaço de cálcio, ocorreu uma explosão. Adicionando fenolftaleína a solução no béquer fica rosa, indicando basicidade.
	Quando se colocou uma fita de magnésio lixada em água com algumas gotas de fenolftaleína observou-se que houve uma coloração rosa e a formação de bolhas de ar em volta da fita.
	Foram preparados dois béqueres contendo 25 mL de NaOH (1mol/L) e Na2SO4 (1 mol/L).
	Feito isso, colocou-se cerca de 1mL de solução de MgCl2 em um tubo de ensaio e 1 mL da solução de NaOH, ocorrendo a seguinte reação:
MgCl2 + 2 NaOH → 2 NaCl + Mg(OH)2
Sendo Mg(OH)2 um precipitado branco opaco muito concentrado, e a velocidade da reação foi instantânea.
Repetiu-se o procedimento contendo CaCl2 em outro tubo de ensaio e obteve-se:
CaCl2 + NaOH → 2 NaCl + Ca(OH)2
A solução fica branca e sua velocidade foi muito rápida sendo um pouco menor que a da primeira reação.
Depois o mesmo procedimento foi feito com o SrCl2 em um tubo de ensaio diferente da dos outros e teve-se:
SrCl2 + 2 NaOH → 2 NaCl + Sr(OH)2
Sendo o Sr(OH)2 insolúvel, forma precipitado, e a velocidade da reação foi a mais lenta das reações. 
Por fim, foi feito com BaCl2 em um outro tubo de ensaio, obtendo-se:
BaCl2 + 2 NaOH → 2 NaCl + Ba(OH)2
A solução fica branco transparente, um pouco turva. 
Agora, foi feito o mesmo procedimento com a solução de Na2SO4:
Com MgCl2:
MgCl2 + Na2SO4 → 2 NaCl + MgSO4
Não havendo precipitação e a velocidade da reação observada foi lenta.
Com CaCl2:
CaCl2 + Na2SO4 → 2 NaCl + CaSO4
A solução fica levemente branca, mas ainda transparente.
Com SrCl2:
SrCl2 + Na2SO4 → 2 NaCl + SrSO4
Sendo SrSO4 insolúvel, a solução forma grande quantidade de precipitado e a velocidade da reação foi extremamente rápida. 
Com BaCl2:
BaCl2 + Na2SO4 → 2 NaCl + BaSO4
Obtendo BaSO4 um precipitado branco, e a velocidade com que a reação ocorreu foi instantânea. 
4 CONCLUSÃO
	Através desta aula prática, foram observadas reações entre metais alcalinos terrosos e algumas soluções. Foram observadas as reações de uma fita de magnésio com a água e, logo depois se observaram quais metais dentre o magnésio, cálcio, estrôncio e bário que têm ou não facilidade de reagir com o sulfato de sódio (Na2SO4) e o hidróxido de sódio (NaOH), seja de modo rápido ou lento. Foram observadas diferentes velocidades de reação devido à diferença de reatividade entre os metais analisados.
	Na velocidade das reações utilizando o hidróxido de sódio (NaOH), foi observado que a reação mais rápida foi a com o magnésio, seguida da com o cálcio e a com o bário, enquanto que a reação mais lenta foi a envolvendo o estrôncio.
	Já na reação com o sulfato de sódio, a reação mais rápida foi a com o bário, seguida da reação envolvendo o estrôncio e o magnésio. A reação com o cálcio não ocorreu. Considerando as reações que ocorreram, é possível observar que a reação foi realizada mais rapidamente para os metais de maior número atômico do grupo dos metais alcalinos terrosos.
5 QUESTIONÁRIO
1. Os resultados dos experimentos dos itens 5 e 6 devem sugerir quais são os produtos da reação entre cálcio e água. Explique esses resultados e escreva a equação dessa reação.
A reação é: Ca+2(s) + 2 H2O(l)→ Ca(OH)2(aq) + H2(g). 
Ao aproximar uma chama ao tubo de vidro, houve uma explosão e uma chama luminosa , pois o cálcio reage rapidamente com a água e produz gás hidrogênio. 
2. Escreva a equação da reação de magnésio com água.
 Mg+2(s)+ 2 H2O(l)→ Mg(OH)2(aq) + H2(g)
3. Qual dos metais alcalino-terrosos estudados é mais reativo? Suas observações estão consistentes com os dados mostrados no Quadro 2.2? Justifique.
O mais reativo é o Bário. Sim, pois ele possui maior energia de ionização (E.I.), sendo E.I. a energia mínima para retirar um elétron de um átomo neutro, o Bário precisa de menos energia, portanto, é mais reativo.
4. Utilize os Quadros 1.2 e 2.2 para pôr em ordem crescente os potenciais-padrão de redução dos metais estudados nas práticas 1 e 2. Essa ordem é consistente com as velocidades de reações desses metais com água? Explique.
Ordem crescente do E°red:
Li<Rb<K<Cs<Ba<Ra<Sr<Ca<Na<Mg<Be
A ordem crescente de potencial padrão de redução não é consistente com a velocidade da reação desses metais com água, pois quanto menor o potencial de redução, necessita de menos energia para arrancar os elétrons de valência. Com essa energia menor ele reagirá mais facilmente, então a sua velocidade de reação com água será menor.
5. Existe alguma contradição entre os dados dos Quadros 1.2 e 2.2 no que se refere à reatividade de metais alcalinos e alcalino-terrosos de um mesmo período frente a água? Justifique.
Os metais que reagem com a água são os alcalinos, alcalino-terrosos e outros, como o alumínio, zinco e ferro, devido a maior reatividade desses elementos comparado ao hidrogênio da água. Assim, os metais deslocam o hidrogênio, produzindo o gás hidrogênio e a base correspondente.
6. Escreva as equações que representam os experimentos dos itens 9 a 11 e complete o quadro a seguir, indicando a presença ou não de precipitado.
MgCl2(aq) + 2 NaOH(aq) → Mg(OH)2(s) + 2 NaCl(aq) 
CaCl2(aq) + 2 NaOH(aq) → Ca(OH)2(aq) + 2 NaCl(aq) 
SrCl2(aq) + 2 NaOH(aq) → Sr(OH)2(aq) + 2 NaCl(aq) 
BaCl2(aq) + 2 NaOH(aq) → Ba(OH)2(aq) + 2 NaCl(aq)
MgCl2(aq) + Na2SO4(aq) → MgSO4(aq) + 2 NaCl(aq) 
CaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → CaSO4(aq) + 2 NaCl(aq)
SrCl2(aq) + Na2SO4(aq) → SrSO4(s) + 2 NaCl(aq) 
BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → BaSO4(s) + 2 NaCl(aq)
	Reagente
	NaOH
	Na2SO4
	MgCl2
	Forma precipitado
	Sem precipitado
	CaCl2
	Sem precipitado
	Sem precipitado
	SrCl2
	Sem precipitado
	Forma precipitado
	BaCl2
	Sem precipitado
	Forma precipitado
7. Qual a sua previsão com relação à solubilidade em água de BeCl2, Be(OH)2, BeSO4, RaCl2, Ra(OH)2 e RaSO4? Justifique.
Solúveis: BeCl2, BeSO4, RaCl2, RaSO4
Insolúveis: Be(OH)2 ,Ra(OH)2 
Todos cloretos são solúveis, com exceção dos de Ag, Pb e Hg.
Todos sulfatos são solúveis, com exceção dos de Ag, Pb, Ba e Sr.
Todos hidróxidos são insolúveis, com exceção dos de metais alcalinos, Ca, Ba e Sr.
8. Calcule a solubilidade de Mg(OH)2 (58,3 g/mol) em água (g 100mL-1), sabendo que seu Kps é 8,9 . 10-12.
Mg(OH)2(aq) → Mg+2(aq) + 2 OH-(aq) 
x mols x mols 2x mols
Kps = [Mg+2] [OH-]2
Kps = x . (2x)2
8,9 . 10-12 = 4 x3
x= 1,3 . 10-4 mol/L ↔ 1,3 .10-5 mol/100mL
1,3 .10-5 mol ---- y 
 1 mol ---- 58,3 g 
y= 7,6 .10-4 g . 100mL-1 
 
9. A solubilidade de LiOH em água é 12,3 g 100 mL-1. Explique a diferença de solubilidade entre LiOH e Mg(OH)2.
Como o Li é um metal alcalino, sua base é solúvel. E o Mg é alcalino-terroso, e sua base é pouco solúvel.
6 REFERENCIAS
LEE, J. D.. Química Inorgânica não tão concisa. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1999. 527 p