Relatorio 4 Química Inorgânica Experimental Carbono, Silício, Chumbo e Estanho elementos do grupo IV A

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG
Centro de Educação e Saúde – CES
Unidade Acadêmica de Biologia e Química – UABQ
Disciplina: Química Inorgânica Experimental
Docente: Dr. Paulo Sérgio
Discente: Jefferson Felipe dos Santos Cruz
“As diferentes propriedades de elementos de um mesmo grupo”
Carbono, Silício, Estanho e Chumbo.
Prática nº 4 
Cuité – PB, 2018.
As diferentes propriedades de elementos de um mesmo grupo
Introdução
Os elementos do grupo IV A possuem uma configuração eletrônica ns2np2. Apresentam caráter metálico crescente de 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. Espera-se que ele seja diferente dos demais elementos do grupo. Em relação ao silício, por exemplo, as diferenças de raios atômicos, possibilitam ao carbono a capacidade de fazer ligação pi do tipo C=O e C=C, que o Silício consegue fazer com menor freqüência, exemplo Si=Si ou Si=O. Fato que se dá pela dificuldade ocorrida na superposição lateral dos orbitais p, em átomos de raio atômicos grandes. Além disso, o silício pode ainda agir como ácido de Lewis, enquanto o carbono não.
Apesar de não agir como ácido de Lewis o CO2 é considerado um fraco ácido de Lewis. O carbono pode ser encontrado puro nas formas de grafite e diamante, em formas não puras, como carbono ativado ou carvão ativado que são grânulos de carbono microcristalinos.
Silício
É considerado o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre e ocorre em grande quantidade nas rochas na forma de silicatos e como sílica de areia. Sua forma pura dá-se a partir da quartzita, como grânulos de quartzo, pela redução com carbono de alta pureza. 
SiO2(s) + 2C(s) Si(s) + 2CO(g)
A condutividade do silício são ideias para muitas aplicações dos semicondutores e alguns dos seus compostos mais importantes contém halogênio, oxigênio e nitrogênio. Apresenta propriedades dessecantes e desidratante. É capaz de reter umidade de certos ambientes, mecanismo se da por adsorção física, processo em que as moléculas de um líquido se aderem à superfície do dessecante. Bastante utilizado na conservação de materiais protegendo contra os efeitos nocivos da umidade, oxidação aérea e da propagação de fungos. Sua capacidade de adsorção corresponde a aproximadamente 30% do seu peso, perdendo capacidade de acordo com a medida de utilização, sendo possível uma regeneração quando à submissão a temperaturas entre 100 e 200°C por um período mínimo de 40 minutos.
Dos compostos de silício, os de maiores importâncias e são mais comuns envolvem combinações com oxigênio, como SiO2 que reage com HF e com bases fortes.
Estanho
O Estanho é um metal branco prateado, maleável, pouco dúctil, de baixo ponto de fusão e altamente cristalino. Ocorre principalmente na forma de mineral cassiterita (SnO2) e é obtido pela redução com carbono sob aquecimento.
SnO2(s) + C(s) Sn(l) + CO2(g)
Chumbo
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 facilmente obtidos de seus minerais.
O principal minério de chumbo é a galena (PbS) que é aquecida ao ar para a conversão em PbO sendo posteriormente, reduzido com choque.
2 PbS(s) + 3 O2(g) 2PbO(s) + SO2(g)
PbO(s) + C(s) Pb(s) + CO(g)
Infelizmente, não foi possível trabalhar os compostos de Silício.
Objetivos
Com a realização dos procedimentos, espera-se observar por meio de reações químicas o comportamento dos elementos do grupo IV e averiguar características dos mesmos experimentalmente. Verificar as propriedades dos compostos de carbono, as reatividades de sais de chumbo e estanho e observar as propriedades do silício. 
Materiais e Reagentes
	Materiais
	Reagentes
	Tubos de ensaio
	Ácido Clorídrico 1,0M
	Cadinhos
	Papel Fenolftaleína (indicador)
	Pipetas
	Ácido Sulfúrico [ ] não informada. 
	Béquer
	Bicarbonato de Sódio
	Açúcar
	Hidróxido de Sódio 6,0M
	Papel
	Vinagre
	Madeira
	Estanho
	Carvão
	Chumbo
	Iodeto
	Silício 
	Estante para tubos de ensaio
	Chapa quente
Procedimento Experimental
Inicialmente, transferiram-se os carboidratos (papel, madeira, carvão, açúcar) para cadinhos, para facilitar o trabalho de manipulação. Em seguida, com utilização de pipetas, adicionou-se 0,4ml de ácido sulfúrico em cada um dos carboidratos. A partir de então, observou-se como se procedia a reação. Estávamos todos focados em denotar características e evidências de ocorrência de reação química, em cada reação.
	Para acelerar um pouco as reações, os cadinhos contendo os reagentes, foram colocados em uma chapa quente, cobertos por um papel indicador de fenolftaleína, para que a partir da liberação de gases, pudéssemos observar se o seu caráter era ácido ou básico. 
	No segundo momento, em um béquer, adicionou-se bicarbonato de sódio e vinagre e cobriu-se com o papel toalha de fenolftaleína, a fim de descobrir se a solução apresentaria um caráter básico ou ácido.
	Na terceira e última parte, foi realizada a experimentação para averiguar as reatividades dos sais de chumbo e estanho.
	Em um tubo de ensaio, adicionou-se 1 ml de tetra cloreto de estanho e logo em seguida adicionou-se 1 ml de Hidróxido de Sódio 6,0M. Observou-se a reação. Posteriormente transferiu-se uma amostra da solução para outro tubo de ensaio e adicionou-se Ácido Clorídrico 1,0M, enquanto na outra parte do tubo de ensaio inicial adicionou-se excesso de hidróxido de Sódio, observaram-se as reações. 
	Em outro tubo de ensaio, adicionou-se 1 ml de Chumbo e em seguida adicionou 1 ml de Iodeto 0,1M. Observou-se a reação. Depois de um tempo adicionou-se excesso de hidróxido de sódio 6,0M.
Resultados e discussão
O H2SO4 é um catalisador na fabricação de combustíveis de alta octanagem por alquilação de hidrocarbonetos insaturados. Este ácido é amplamente utilizado em eletrólitos de baterias e acumuladores (LEE, 1996).
O H2SO4 concentrado absorve água e por isso é um importante agente dessecante. Ele pode desidratar alguns compostos orgânicos de forma eficiente e provocar a sua carbonização, como por exemplo, papeis e tecidos são destruídos completamente (LEE, 1996; MELATTI et al, 2010).
O ácido Sulfúrico pode atuar como agente desidratante, oxidante e ácido forte e fixo. Nas reações com carboidratos, no entanto, atua principalmente como agente desidratante.
Nos procedimentos reacionais entre ácido sulfúrico e carboidratos, sabendo-se que em uma reação química, existem sub-reações e subprodutos. Seguem-se abaixo as equações químicas bases, para todas as reações feitas experimentalmente.
Cn(H2O)n + H+ + H2SO4 C(s) + SO2 + CO2 + H2O
SO2 + H2O H2SO3 + H2O H2SO4 + H+
CO2 + H2O H2CO3 = H+ + CO32-
O produto principal nessas reações é a obtenção do carbono puro, contudo nas sub-reações ocorrentes nestes equilíbrios, existe-se em alguns momentos, o excesso de CO2 que ao reagir com H2O, produzem o ácido carbônico H2CO3. Em outros momentos da reação, o excesso de SO2 proveniente do H2SO4 reage com H2O, produzindo o ácido sulfuroso H2SO3. 
De forma geral, pode-se aceitar a afirmação de que as reações entre ácido sulfúrico e carboidratos, liberam em quase sua totalidade gases fracamente ácidos. O que foi observado na experimentação realizada para a obtenção de carbono, é que para açúcar, papel, madeira e carvão as reações liberaram caráter ácido como H2SO3 e H2CO3 em momentos da reação, apresentando sempre um H+ no equilíbrio, oferecendo caráter ácido a reação. Comprovado pela utilização do papel toalha de fenolftaleína que mudou da cor rosa para o incolor em todas as reações, devido o caráter ácido do gás liberado, ser neutralizado pelo caráter básico da fenolftaleína. 
 No segundo momento, no béqueradicionou-se Bicarbonato de Sódio e em seguida adicionou-se vinagre, que apresentou uma liberação de gás carbônico, seguindo a reação:
NaHCO3 + H3CCOOH H3CCOONa + CO2 + H2O 
CO2 + H2O H2CO3 2 H+ + CO32-
Pode-se, portanto, observar que na reação embora ocorra à liberação de gás carbônico que inicialmente seria o objetivo da reação, a obtenção de compostos de carbono não para aí, pode-se notar ainda que há uma sub-reação onde se obtém o ácido carbônico H2CO3. Destacado pela observação da neutralização do papel toalha de fenolftaleína.
Por ultimo, foram realizadas as experimentações com chumbo e estanho, para observar suas propriedades reativas. Para tanto, deve-se citar que tanto o Pb quanto o Sn, são capazes de formar complexos quando reagem com haletos, podendo ainda serem submetidos a tratamento por álcalis produzindo precipitados anfóteros com capacidade de reagir com ácidos e bases. O estanho, porém, apresenta maior capacidade de reação com ácidos que o chumbo.
Primeiro em um tubo de ensaio adicionou-se 1 ml de Sn e 1 ml de Hidróxido de Sódio, com objetivo a realização de um tratamento por álcalis, o resultado obtido foi um precipitado branco Sn(OH)2.
Sn2+(s) + 2 NaOH Sn(OH)2(aq) + 2 Na(aq)
Sn(OH)2 SnOH+ + H+
Em seguida, o precipitado obtido Sn(OH)2 foi separado, tendo uma porção sido transferida para outro tubo de ensaio. Posteriormente, no tubo de ensaio inicial adicionou-se excesso de NaOH 6,0M, e observou-se que o precipitado tornou-se disperso, com a solubilidade alavancada, obtendo-se o complexo Na2[Sn(OH)6].
No outro tudo de ensaio, ao qual foi transferido o precipitado Sn(OH)2 adicionou-se 1 ml de ácido clorídrico 1,0M, observou-se uma precipitação rápida, a sedimentação do sal SnCl2 é notável, mostrando o caráter anfótero dos compostos de estanho com tratamento a álcalis. Obteve-se nesta reação o complexo [SnCl2(H2O)2].
Sn(OH)2 + 2 HCl [SnCl2(H2O)2]
Para o chumbo, a experimentação seguiu-se: inicialmente em um tudo de ensaio adicionou-se 1 ml de chumbo (Pb2+) e 1 ml de Iodeto (I-) 0,1M. Observou-se rapidamente a formação de um precipitado de cor amarela, em um tom característico da gema de ovo, proveniente da presença do Iodo no precipitado.
O precipitado obtido foi o PbI2 segundo a reação Pb2+ + 2 I- PbI2. A partir de então adicionou-se um excesso de NaOH, para a realização do chumbo por álcalis. Notando que o precipitado iodeto de chumbo que é insolúvel, passou a ser solúvel com o excesso de base NaOH. Ocorrendo a formação de um complexo Na2[Pb(HO)6].
Conclusão
Com a realização dos experimentos, foi possível compreender o processo de obtenção de compostos contendo elementos do grupo IV A, além de elucidar as semelhanças e diferenças apresentadas entre os elementos de um mesmo grupo, desde as características básicas, como o fato de o teor metálico crescer do carbono ao chumbo, as diferentes possibilidades reativas de acordo com o tamanho atômico, as capacidades anfóteras dos compostos de estanho e chumbo. De forma a possibilitar um melhor entendimento de suas aplicações e obtenções no cotidiano.
Bibliografia
Voguel, Análise Química Quantitativa, 5ª Ed., LTC – Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A., R.J., 1992;
LEE, J.D - Química Inorgânica - 5ª Edição - Editora Edgard Blucher Ltda, 1999, São Paulo - Brasil. 
ATKINS, P. JONES, L.– 5ª Edição – Editora Bookman, 2012, Porto alegre – Brasil.
RUSSEL, J. B. Química geral. 6. ed. Rio de Janeiro, LTC, 1996.