Carbono suas propriedades fisicas e quimicas 1 (1)

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I N S T I T U T O F E D E R A L D O P A R A N Á
C Â M P U S P A R A N A V A Í
	
Celso Emilio Bortoletto Junior
Carbono e suas propriedades Físicas e Químicas 
Relatório de Química Inorgânica I apresentado ao IFPR – Instituto Federal do Paraná - como requisito parcial para obtenção de conceito bimestral
Prof. Dr. Luiz Carlos Soares de Figueiredo Filho
PARANAVAÍ
2017
INTRODUÇÃO
Família 4A, localizada na tabela periódica, possui sua configuração eletrônica 2s2 e 2p2. A ordem de eletronegatividade começa pelo carbono (C), silício (Si) germânio (Ge) estanho (Sn) e chumbo (Pb).
Uma das características da família 4A, é que os pontos de fusão decrescem de cima para baixo, por que as ligações se tornam fracas na medida em que os átomos aumentam de tamanho. A transição de não metal para um metal, com o aumento do número atômico é bem evidente na família 4A, onde o carbono (C) e o silício (Si) são não metais, o germânio (Ge) tem caráter metálico, e o estanho (Sn) e chumbo (Pb) são metais. Com o aumento do caráter metálico, manifesta as estruturas dos elementos através das propriedades físicas, como maleabilidade e condutividade elétrica e através de propriedades químicas. (LEE J.D 1999).
Carbono, família 4A, do latim Carbo, foi descoberto desde a antiguidade. Historiadores acreditam que tenha começado na índia, no século I, já existiam descrições do diamante. Por volta do ano de 1200 o diamante começou a ser comercializado na índia, se espalhando para o mercado local, atraindo os exploradores de vários continentes como Europa, Ásia e América do Norte. No continente Europeu, só se tomou conhecimento do diamante em 1430, com a finalidade de uso pessoal, nesse mesmo período, ocorreram grandes descobertas de diamantes, como Grão Mogol, ao longo dos rios Kistna e Godavery na Índia.
Um dos compostos que contem o carbono (C) é o grafite, constituído por camadas planas de átomos de carbono. Cada camada é constituída por malhas hexagonais de átomos de carbono, sendo que a atração entre as camadas é fraca, e através a força de Van Der Walls mantém unido essas camadas. (LEE J.D 1999).
2. OBJETIVO
Verificar algumas propriedades químicas e físicas do carbono e de alguns de seus compostos
3. MATERIAL E REAGENTES (Por grupo)
3 Béquer de 100 mL
Lixa
Funil
Suporte universal
Papel de filtro
Bastão de vidro
3 Tubos com rolha de borracha
Cápsula de porcelana
Pipeta de Pasteur ou tubo fino de vidro
Pinça de madeira
Erlenmeyer
3.1 MATERIAL E REAGENTE GERAL
Fósforo ou isqueiro
Água destilada
Ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado
Açúcar (sacarose) (C12 H22 O11)
Carbonato de cálcio (CaCO3)
Azul de bromotimol (solução etanólica)
Ácido clorídrico (HCl)
Hidróxido de sódio (NaOH) 6,0 M
Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2)
Fita de magnésio
4. PROCEDIMENTO 
Primeira parte
Para a realização do experimento, colocou-se 1g de açúcar (sacarose) (C12H22O11) em uma cápsula de porcelana. Em seguida, adicionou-se cuidadosamente 1mL de solução concentrada de ácido sulfúrico (H2SO4), com o uso de uma capela, para maior segurança, devido ao fato de que o ácido libera gás tóxico. Observou-se atentamente por alguns minutos.
Segunda parte
Preparou-se um gerador de CO2 de acordo com a figura a seguir
Quadro 1: Gerador de CO2
No primeiro experimento, colocou-se no erlenmeyer, 5 g de carbonato de cálcio (CaCO3). Em seguida, adicionou-se cerca de 5 mL de uma solução de ácido clorídrico (HCl) (1:1). Fechou-se com a rolha de borracha. A reação produzida pela solução de acido clorídrico (HCl), em contato com o carbonato de cálcio (CaCO3), produziu gás carbônico (CO2) .Esse gás carbônico (CO2) saiu do erlenmeyer, através da mangueira a qual, a outra extremidade estava submersa, num recipiente com água, produzindo assim, bolhas de gás carbônico (CO2).
No segundo experimento, utilizou-se um béquer de 100 mL, adicionou-se 50 mL de água destilada, em seguida, algumas gotas de solução de azul de bromotimol, e uma pequena quantidade de hidróxido de sódio (NaOH) (apenas o suficiente para mudar a cor da solução). Misturou-se cerca de 1g de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) com 50 mL de água em um béquer de 100 mL e filtrou-se a mistura para outro béquer de 100 mL. Produziu-se mais gás carbônico (CO2) (se necessário, adicione mais carbonato de cálcio (CaCO3) ou bicarbonato de sódio (NaHCO3) ao erlenmeyer) em seguida, borbulhou-se o gás carbônico (CO2) preparada anteriormente.
Para finalizar, produziu-se mais gás carbônico (CO2), recolhendo o gás em 2 tubos de ensaio, em seguida, fechou-se com as rolhas de borracha. Introduziu-se no primeiro tubo de ensaio um fósforo acesso. E no segundo tubo de ensaio, uma fita de magnésio incandescente.
5. CÁLCULOS
Ácido sulfúrico (H2 SO4) (concentrado)
98 g 1mol 1000mL
1mol 1000mL 1,84g/cm-3 = 180,32mL de H2 SO4
Açúcar (sacarose) (C12 H22 O11)
342,24g 1mol 1000mL 
 1mol 1000mL = 342,24g de C12 H22 O11
Carbonato de cálcio (CaCO3)
100,08g 1mol 1000mL
 1mol 1000mL = 100,08g de CaCO3
 Ácido clorídrico (HCl)
 36,5g 1mol 1000mL
1mol 1000mL 1,18g/cm-3 = 43,07 mL de HCl
Hidróxido de sódio (NaOH) (6M)
40g 6mol 1000mL
1mol 1000mL = 240g de NaOH
Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2)
74,09g 1mol 1000mL
 1mol 1000mL = 74,09g de Ca(OH)2
Fita de magnésio (Mg)
24 g 1mol 1000mL = 24g de Mg
1mol 1000mL 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Primeira parte 
Adicionou-se 1g de sacarose (C12H22O11), em seguida, adicionou-se cuidadosamente 1mL de ácido sulfúrico (H2SO4). Para o manuseio do ácido sulfúrico (H2SO4) utilizou-se a capela, pois o ácido libera gás tóxico. Formando-se essa reação química:
C12H22 O11(s) + H2SO4(l) 12C(s)+ 11H2O(g) + H2SO4(aq)
Sacarose + Ácido sulfúrico Carbono + Água + Ácido sulfúrico 
O que aconteceu foi uma reação de “desidratação” do açúcar causada pelo ácido sulfúrico (H2SO4). A sacarose (C12H22O11) tornou-se um resíduo de carbono (C) preto, enquanto a água foi expelida na forma de vapor, fazendo com que ocorre-se um aumento da massa do elemento carbono (C), e ao mesmo tempo o liquido tornou-se viscoso. 
Segunda parte 
No primeiro experimento, dentro do erlenmeyer, colocou-se 5g de carbonato de cálcio (CaCO3), e 5 mL de ácido clorídrico (HCl). Para maior segurança, foi manuseado o ácido clorídrico (HCl) dentro de uma capela, pois esse ácido libera gás tóxico, além do uso de EPI (Equipamento de Proteção Individual). Ocorrendo a reação química no erlenmeyer:
CaCO3(s) + 2HCl(aq) H2O(l) + CO2(g) + CaCl2(aq)
Carbonato de cálcio + Ácido clorídrico Água + Dióxido de carbono + Cloreto de cálcio
Ocorre uma reação química quando se junta ácido clorídrico (HCl) concentrado, mais o carbonato de cálcio (CaCO3) dando origem a uma solução aquosa de cloreto de cálcio (CaCl2) e há liberação do gás carbônico (CO2).
Essa reação química é denominada de “reação de substituição única e decomposição”, pois a única substituição feita é o dióxido de carbono (CO2) ligado ao carbonato de cálcio (CaCO3), nesta reação o cloro (Cl) antes ligado ao ácido clorídrico (HCl), através da substituição, formou-se o cloreto de cálcio (CaCl2). A decomposição é o único elemento químico que ao se desfragmentar, formará 2 produtos. No caso da decomposição o carbonato de cálcio (CaCO3), formou o gás carbônico (CO2) e o cálcio (Ca), reagindo com o ácido clorídrico (HCl), formou cloreto de cálcio (CaCl2). Essa reação também é denominada de “exotérmica”, pois o calor liberado nesta reação, do carbonato de cálcio (CaCO3) + ácido clorídrico (HCl) é alto, se não for tomado os cuidados necessários, podeocasionar graves queimaduras em contato com a pele.
No segundo experimento, em um béquer de 100 mL, colocou-se 50 mL água destilada, gotas de azul de bromotimol, pequenas gotas de hidróxido de sódio (NaOH) aquoso, suficiente para mudar a coloração de verde para coloração azul. Ocorrendo esta reação química:
2H2O(l) +2NaOH(aq) azul de bromotimol 3H2(g) + 2NaO2(aq)
Água + Hidróxido de sódio azul de bromotimol Hidrogênio + Óxido de sódio
Essa reação é denominada de “dupla-troca”, pois o oxigênio (O2) ligado a água (H2O) e também ao hidróxido de sódio (NaOH) , formou o óxido de sódio (Na2O), sobrando apenas o hidrogênio (H).
Em seguida, foi adicionado no béquer de 100 mL, gás carbônico (CO2), fazendo com que a coloração azul, tornasse amarela. Ocorrendo a reação química:
H2O(l) + CO2(g) azul de bromotimol H2CO3(g)
 Água + Dióxido de carbono azul de bromotimol Ácido carbônico 
 Essa reação é denominada de “síntese”, pois dois reagentes (H2O e CO2) formando um único composto chamado de ácido carbônico (H2CO3).
No terceiro experimento, em um béquer de 100 mL, foi adicionado 50 mL de água destilada (H2O) e 1g de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Filtrou-se a solução com o papel filtro inserido no funil de vidro, fixado no suporte universal, o liquido filtrado, depositou-se no outro béquer de 100 mL. Ocorrendo essa reação química:
Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O(l)
Hidróxido de cálcio + Dióxido de carbono Carbonato de cálcio + Água 
Essa reação é denominada de “reação de dupla-troca”. Pois o gás carbônico (CO2) trocou de lugar com a hidroxila (OH) formando o cálcio (Ca) que antes estava ligada a hidroxila (OH) agora com o dióxido de carbono (CO2), formando o carbonato de cálcio (CaCO3).
O dióxido de carbono (CO2) foi liberado, fazendo com que água borbulha-se, formando-se um precipitado leitoso de carbonato de cálcio (CaCO3). Se continuar a borbulhar, dióxido de carbono (CO2), o carbonato de cálcio (CaCO3) acabará por se dissolver totalmente, formando-se uma solução incolor de bicarbonato de cálcio (Ca(HCO3)2). Formando essa reação química:
CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Ca(HCO3)2)(aq)
Carbonato de cálcio + Água + Dióxido de carbono Bicarbonato de cálcio;
Essa reação é denominada “reação de síntese”, pois quando 3 reagentes participam de uma reação para formar um único composto. No caso o carbonato de cálcio (CaCO3) água (H2O) é dióxido de carbono (CO2), formando o único produto que se chama bicarbonato de cálcio (Ca(HCO3)2).
No quarto experimento, foi coletado em 2 tubos de ensaio, gás carbônico (CO2) proveniente da mistura de carbonato de cálcio (CaCO3) e ácido clorídrico (HCl). Os tubos foram tampados com a rolha de borracha, para que o gás carbônico (CO2) não vazasse. Em seguida, no primeiro tubo de ensaio que foi coletado o gás carbônico (CO2), foi colocado um palito de fósforo acesso, e no outro tubo de ensaio, uma fita de magnésio (Mg) aquecida com utilização do bico de bunsen.
Para que a reação ocorre-se, abriu-se o tubo de ensaio, retirando a rolha de borracha rapidamente, pois o gás carbônico (CO2) evapora pelo ar, impedindo de acontecer à reação química. Da mesma forma com a fita de magnésio aquecida com bico de bunsen. Formando essa reação química:
Mg(s) + CO2(g) 2MgO(s) + C(s)
Magnésio + Dióxido de carbono Óxido de magnésio + Carbono
Essa reação química é denominada de reação de “síntese”, pois o magnésio (Mg) reage com o dióxido de carbono (CO2), formando o óxido de magnésio (MgO) e carbono (C).
Com o palito de fósforo, a reação não ocorreu, pois o dióxido de carbono (CO2) não é um bom comburente, pois ele não se alimenta da chama, fazendo com que o palito de fósforo acesso, apagasse dentro do tubo de ensaio, em contato com o dióxido de carbono (CO2), armazenado no tubo de ensaio.
Quadro 2: Azul de bromotimol e seu pH
Quadro 3: Azul de Bromotimol em meio ácido, base e neutro
6. CONCLUSÃO
Concluiu-se que na primeira parte do experimento, realizado com o açúcar (sacarose) (C12H22O11), e ácido sulfúrico (H2SO4) ocorreu à reação de desidratação do açúcar (sacarose). 
Já na segunda parte do experimento, houve à liberação de gás carbônico (CO2) na extremidade da mangueira fixada do erlenmeyer, na preparação do carbonato de cálcio (CaCO3) e ácido clorídrico (HCl). Com a reação química de carbonato de cálcio (CaCO3) e ácido clorídrico (HCl), formando o cloreto de cálcio (CaCl2) e gás carbônico (CO2).
Com o segundo experimento, o gás carbônico (CO2) liberado no béquer, contendo água destilada (H2O), azul de bromotimol (indicador ácido-base) e hidróxido de sódio (NaOH), que antes a coloração do béquer de 100 mL era azul, passou a ser amarela. 
No terceiro experimento, a liberação de gás carbônico (CO2) faz com o que o carbonato de cálcio (CaCO3) seja totalmente sugado, restando apenas o bicarbonato de cálcio (Ca(HCO3)2).
No quarto experimento, o gás carbônico (CO2) foi o responsável pelo palito de fósforo ter apagado totalmente, não ocorrendo reação química alguma. Com o magnésio incandescente, formou o óxido de magnésio (MgO).
Ao manusear estes reagentes químicos, devemos tomar precauções e utilização de EPI (Equipamento de Proteção Individual), pois, os reagentes químicos liberam gases tóxicos, e a utilização da capela também se faz necessário para evitar a inalação desses gases.
7. REFERENCIAS
http://qnint.sbq.org.br/qni/popup_visualizarMolecula.php?id=--bixYN7ZKIYqzAcYM9D_Re5ezAnm0TMO-SHhA0WKCxN23Vb9CWlqXbzRFylI99YKoYBvxqMzPrqbc-8k3FFYg(Acessado em 24/09/17 ás 17:32
http://slideplayer.com.br/slide/3493709/(Acessado em 26/09/17 ás 17:40)
https://www.tabelaperiodicacompleta.com/familia-do-carbono/(Acessado em 25/09/17 ás 15:14)
LEE, J.D., Química Inorgânica não tão concisa, 5a Ed., São Paulo, Editora Edgard Blücher. Ltda, 1999/(Pg 202-208.)