REL QI I - GRUPO 13 e 14

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UECE - Universidade Estadual do Ceará 
FACEDI – Faculdade de Educação de Itapipoca – Química Inorgânica I – 2018.1 
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Análise Experimental de Compostos do Grupo do Boro e Grupo do Carbono 
Beatriz Praciano de CASTRO 
José Isaias Vasconcelos MESQUITA 
Paulo Anderson Ferreira Silva SOUSA 
Universidade Estadual do Ceará/Faculdade de Educação de Itapipoca 
Relatório de Trabalho para Química Inorgânica I 
Prof. Dr. Antônio Sávio Gomes Magalhães 
 
 
 
RESUMO 
 
O presente trabalho foi realizado no Laboratório Didático de Química (LDQ) da Universidade Estadual do Ceará 
– UECE, Campus Faculdade de Educação de Itapipoca – FACEDI. Nesta experiência, teve-se como objetivo 
geral abordar as propriedades e compostos do grupo 13, ou grupo do boro, e do grupo 14, ou grupo do carbono. 
Cujas evidências experimentais eram observar algumas propriedades do ácido bórico, identificar algumas 
propriedades do alumínio e compostos, e experimentar propriedades do carbono e compostos. Portanto, com o 
supracitado, os objetivos foram alcançados satisfatoriamente, e os resultados foram obtidos com êxito. Sempre 
acreditando na complementação teórica e prática para formação dos graduandos de Química da FACEDI/UECE. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 O grupo 13 é constituído dos elementos boro (B), alumínio (Al), gálio (Ga), índio 
(In) e tálio (Tl). O boro é um metaloide, e normalmente forma três ligações covalentes com 
ângulos de 120º entre si, utilizando orbitais híbridos sp
2
. Os elementos Al, Ga, In e Tl, são 
metais, e formam compostos trivalentes. Os elementos mais pesados apresentam o “efeito do 
par inerte”. Tais espécies são mais metálicas e iônicas, moles, de cores prateada e 
moderadamente mais reativas que o boro. 
 O boro é um metalóide que forma ligações covalentes e possui energia de ionização 
particularmente alta. Todavia, como ele possui apenas três elétrons na camada de valência e 
possui um raio atômico muito pequeno, ele forma compostos com octetos incompletos. Essa 
peculiaridade do elemento faz com que ele possua propriedades notavelmente incomuns, que 
o tornaram essencial à tecnologia moderna. 
O boro não é encontrado livre na natureza, mas em jazidas relacionadas a atividades 
vulcânicas, combinado com oxigênio e sódio (bórax). Pode ser usado em artefatos 
pirotécnicos porque possui a propriedade de reproduzir a cor verde, e também como 
combustível para a ignição de foguetes. O composto de boro de maior importância econômica 
é o bórax (Na2B4O7), empregado em grandes quantidades para a fabricação de fibras de vidro. 
O alumínio puro metálico não é encontrado na natureza. É encontrado combinado 
principalmente com o oxigênio formando o óxido de alumínio (Al2O3) – bauxita. O alumínio 
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é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre. A disponibilidade de bauxita, o 
minério bruto do qual é obtido o alumínio, é praticamente inesgotável. O alumínio por ser um 
elemento com alto potencial oxidante, não é encontrado in natura, ou seja, puro na natureza. 
É um metal tão amplamente usado nos dias de hoje devido a características como 
leveza, resistência, aparência, entre outras, além de ser encontrado formando compostos. O 
alumínio é um elemento de caráter metálico, reativo, leve, resistente, anfotérico, com uma 
superfície que se apassiva devido à formação de uma película de Al2O3 quando exposto ao ar. 
 No grupo 14 há um não-metal, o carbono (C), dois metaloides, silício (Si) e 
germânio (Ge), e dois metais, estanho (Sn) e chumbo (Pb). Por causa da mudança de 
comportamento metálico para não-metálico, existe mais variação nas propriedades dos 
elementos desse grupo do que na maioria dos outros. O carbono é a base para a variedade de 
compostos químicos que constituem os seres vivos, e é objeto de estudo da Química 
Orgânica. Encontrado nos carbonatos como calcário e no carvão, no petróleo e no gás natural. 
 O carbono tem pelo menos três alótropos, sendo o grafite e o diamante os mais 
conhecidos. As camadas planas de átomos de carbono no grafite ligam-se fracamente umas as 
outras. Uma camada pode deslizar facilmente sobre a outra, o que explica porque o grafite é 
macio e um bom lubrificante e é usado na fabricação do lápis. No diamante, cada átomo de 
carbono é conectado a quatro outros nos cantos de um tetraedro, o que se estende por todo o 
sólido. Essa estrutura vez faz com que o diamante seja extremamente duro, mais denso e 
quimicamente menos reativo do que o grafite. 
 O sílicio é a base de muitos minerais, como argilas, o quartzo e a belas gemas como 
a ametista. O estanho e o chumbo são conhecidos há séculos, pois são facilmente obtidos a 
partir dos seus minerais. A liga de cobre e estanho é o bronze, que foi usado por centenas de 
anos em utensílios e armas para as guerras. O chumbo foi utilizado em encanamentos e tinta, 
embora o elemento seja tóxico para os humanos, chegando a afetar grandes comunidades. 
 
2 OBJETIVOS 
 
 O presente trabalho caracteriza a prática laboratorial sobre propriedades e compostos 
do grupo 13 e 14 por meio de evidências experimentais. Cujos objetivos eram observar 
algumas propriedades do ácido bórico, identificar algumas propriedades do alumínio e 
compostos, e experimentar propriedades do carbono e compostos. 
 
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3 REAGENTES E MATERIAIS 
 
3.1 Reagentes 
 Os reagentes utilizados foram ácido bórico ou ácido ortobórico ou ortoborato de 
hidrogênio (H3BO3), ácido clorídrico (HCl 6,0 mol∕L), ácido sulfúrico (H2SO4 1,0 mol∕L), 
ácido sulfônico (H-S(=O)₂-OH), cloreto de alumínio (AlCl3 1,0 mol/L), cloreto de sódio 
sólido (NaCl), hidróxido de sódio (NaOH 0,1 mol/L), hidróxido de sódio (NaOH 6,0 mol/L), 
etanol (C2H5OH), óxido de cobre (CuO), água de cal (solução saturada de Ca(OH)2), carvão 
ativado, carvão em pó, amostra de alumínio, etileno glicol ou glicerina, água destilada (H2O) 
e indicador de ácido-base fenolftaleína. 
 
3.2 Materiais 
Os materiais utilizados foram béquer, pipeta graduada, tubos de ensaio, estante para 
tubos de ensaio, funil de haste longa, capsula de porcelana, pisseta, bastão de vidro, bico de 
Bunsen, placa de Petri, papel filtro, pinça de madeira e palitos de fósforo. 
 
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
4.1 Primeiro Procedimento 
Pesou-se aproximadamente 0,4566 g de ácido bórico, e transferiu-se para um cadinho 
de porcelana. Aqueceu-se o sistema com auxílio de um bico de Bunsen por 4 minutos. Após, 
deixou-se o sistema esfriar, acrescentou-se 5 gotas de ácido sulfúrico concentrado e 2 mL de 
etanol. Misturou-se o sistema e em seguida fez-se a ignição da solução (ver figura 1). 
 
Figura 1 – Chama verde característica após a ignição com o etanol. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
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4.2 Segundo Procedimento 
Separou-se dois tubos de ensaio. No primeiro colocou-se uma ponta de espátula de 
ácido bórico e aproximadamente 4 mL de água. Agitou-se até completa dissolução do ácido e 
em seguida gotejou-se (2 gotas) de fenolftaleína. Acrescentou-se (gotejando) hidróxido de 
sódio 0,1 mol/L até que aparecesse uma coloração levemente rósea (meio alcalino). No 
segundo tubo acrescentou-se 2 mL de etileno glicol ou glicerina e 2 gotas de fenolftaleína. 
Acrescentou-se (gotejando) hidróxido de sódio 0,1 mol/L até que aparecesse uma coloração 
levemente rósea (meio alcalino). Misturou-se os conteúdosdos dois tubos. 
 
4.3 Terceiro Procedimento 
Em um tubo de ensaio acrescentou-se 1 mL de HCl 6 mol/L e um pequeno pedaço de 
Al. Procurou-se identificar se o gás produzido é inflamável. Repetiu-se o 
procedimento utilizando solução de NaOH 6 mol/L com a amostra de alumínio (ver figura 2). 
 
Figura 2 – Reação de base/ácido + metal. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
4.4 Quarto Procedimento 
Em dois tubos de ensaio acrescentou-se 1,0 mL de AlCl3 1,0 mol/L. Em seguida 
acrescentou-se a cada tubo 1,0 mL de NaOH 0,1 mol/L. Depois disso acrescentou-se 
ao primeiro tubo 1,0 mL de NaOH 1,0 mol/L e no segundo 1,0 mL de HCl 1,0 mol/L. 
 
4.5 Quinto Procedimento 
Em um tubo de ensaio colocou-se 3 mL de água de cal (solução saturada de Ca(OH)2). 
Em seguida borbulhou-se CO2 produzido no gerador adaptado até formar um precipitado. 
Parou-se de borbulhar o gás e acrescentou-se 1 mL de HCl 1 mol/L. 
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4.6 Sexto Procedimento 
Repetiu-se o procedimento anterior até formar novamente o precipitado. Continuando 
a borbulhar o gás por aproximadamente um minuto (ver figura 3). 
 
Figura 3 – Sistema 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
4.7 Sétimo Procedimento 
Em um volume aproximado de 10 mL de um suco existente na bancada (suco de uva 
artificial), acrescentou-se uma espátula de carvão ativado. Agitou-se com um bastão por 
aproximadamente 3 minutos. Em seguida filtre-o no sistema (ver figura 4). Compare a 
coloração e o aroma do filtrado com a do suco. 
 
Figura 4 – Filtração do suco no carvão ativado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
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4.8 Oitavo Procedimento 
 Montou um sistema (ver figura 5). No primeiro tubo acrescentou-se uma mistura de 
CuO e carvão em pó. Aqueceu-se num bico de gás por aproximadamente 5 minutos. 
Observou-se o ocorrido no tubo dois contendo solução saturada Ca(OH)2. Após esfriar, 
colocou-se o material do tubo em uma placa de Petri, e observou-se a existência de mudanças. 
 
Figura 5 – Sistema para redução do cobre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
4.9 Nono Procedimento 
 Pesou-se 1 g de ácido sulfônico em um béquer. Acrescentou-se 20 mL de água 
destilada, e agitou-se com o bastão de vidro até a homogeneização. Após, acrescentou-se 2 
gotas de fenolftaleína. Foram adicionados 4 gotas de NaOH 6 mol/L, e aproximadamente 60 
gotas NaOH 1,0 mol/L (ver figura 6). 
 
Figura 6 – Produção de detergente em pequena escala. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
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5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
5.1 Primeiro Procedimento 
Na primeira parte do procedimento, reagiu-se ácido bórico B(OH)3 e etanol 
(CH3CH2OH) utilizando ácido sulfúrico (H2SO4) como catalisador. Quando a solução de 
ácido sulfúrico concentrado foi adicionada ao ácido bórico obteve-se um composto volátil na 
sequência a reação foi aquecida com o etanol. 
 
2 B(OH)3 (s) + 3 CH3CH2OH (l) → 2 B(OCH3)3 (aq) + 3 H2O (g) 
 
O H2SO4 concentrado removeu a água formada. O borato de etila é volátil e conferiu 
uma coloração à chama após a ignição com o etanol na cápsula de porcelana. Pode-se 
perceber a formação de ésteres de boro, o que explica a cor verde observada ao se acender os 
vapores do sistema. A chama adquiriu uma coloração verde característica devido à transição 
de níveis de energia. Assim, quando o elétron transita entre os níveis, emite uma cor verde, 
típica dos orbitais d. 
 
5.2 Segundo Procedimento 
No primeiro tubo de ensaio a reação entre ácido bórico e hidróxido de sódio que, ao 
entrar em contato com a fenolftaleína adquire uma coloração levemente rósea, indicando 
tratar-se de uma base, ocorrendo da seguinte forma: 
 
H3BO3 + NaOH → Na[B(OH)4] (NaBO2 + 2 H2O) 
 
No segundo tubo de ensaio que continha 2 mL de etileno glicol foi gotejado NaOH, 
até que o mesmo resultasse em uma coloração levemente rósea, através do indicador ácido-
base fenolftaleína, indicando estar em meio alcalino. Ao unir as soluções, percebeu-se um 
aumento do caráter ácido da solução. Implicando que, para se observar o aumento da acidez 
do H3BO3 é necessário que o composto adicionado seja um cis-diol, no caso, o etileno glicol. 
O etileno glicol reage com ácido bórico formando um éster complexo do ácido 
ortobórico e o grupo hidroxila do etileno glicol torna-se mais ácido, onde esse complexo que 
foi formado é estável na reação que o remove da solução, assim é efetivada a remoção do 
produto da reação deslocando o equilíbrio completamente para a direita, de modo que todo 
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reagente é convertido em produto. Por isso, o ácido bórico comportou-se como um ácido forte 
na presença do cis-diol. 
 
5.3 Terceiro Procedimento 
Quando o alumínio entra em contato com o ar forma uma película protetora de óxido, 
fato este que explica o motivo pelo qual a reação não ocorreu de imediato. Porém após esta 
camada ser retirada a reação seguiu, mas de forma devagar. Durante a reação pode-se 
observar que houve desprendimento do gás hidrogênio, característico pela formação de 
bolhas. O alumínio reagiu com o ácido clorídrico produzindo o cloreto de alumínio liberando 
gás hidrogênio, sendo assim uma reação de simples troca. 
Ao se reagir o alumínio com HCl concentrado, a reação ocorreu vigorosamente: houve 
aquecimento, efervescência e muito gás se desprendeu do sistema o gás que se desprendeu foi 
o gás hidrogênio (H2) e houve formação de cloreto de alumínio (AlCl3). 
 
2 Al (s) + 6 HCl (aq) → 2 AlCl3 (aq) + 3 H2 (g) 
 
Na segunda reação, pode-se observar a liberação de gás hidrogênio, característico pela 
formação de bolhas comentada anteriormente. A reação apresentou uma coloração branca 
devido o produto formado, aluminato de sódio. O alumínio reagiu com o hidróxido de sódio 
produzindo aluminato de sódio [2 NaAl(OH)4] liberando gás hidrogênio. 
 
2 Al (s) + 2 NaOH (aq) + 4 H2O (l) → 2 NaAl(OH)4 + 3 H2 (g) 
 
5.4 Quarto Procedimento 
Foi possível observar a formação de um precipitado ao adicionar 1 mL de hidróxido de 
sódio no tubo de ensaio que continha 1 mL de AlCl3. 
 
AlCl3 + 3 NaOH → 2 Al(OH)3 + 3 NaCl 
 
Em seguida, ao adicionar hidróxido de sódio em excesso e agitar, notou-se o 
desaparecimento do precipitado. O Al(OH)3 apesar de reagir principalmente como base, ele 
demonstra algum caráter ácido quando dissolvido em NaOH e forma o íon Al(OH)4
-
 ao reagir 
com mais uma hidroxila proveniente da base forte e em decorrência do seu anfoterismo. 
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Al(OH)3 + NaOH (em excesso) → Na
+
AlOH4
-
 
 
No segundo tubo de ensaio contendo 1 mL de hidróxido de sódio e 1 mL de cloreto de 
alumínio, houve formação de precipitado, e mediante a adição de ácido clorídrico o 
precipitado não se dissolveu. O HCl reagiu com o hidróxido de alumínio produzindo cloreto 
de alumínio e água. Devido ao seu caráter anfótero, no primeiro tubo o hidróxido de alumínio 
reagiu como um ácido, e no segundo como uma base. 
 
AlOH3 + 3 HCl → AlCl3 + 3 H2O 
 
5.5 Quinto Procedimento 
O gás dióxido de carbonoliberado fez-se borbulhar uma solução saturada aquosa de 
hidróxido de cálcio (água de cal). Quando se fez o borbulhamento formou-se o precipitado 
leitoso de carbonato de cálcio. Ca(OH)2 é um óxido básico, já o CO2 é um óxido ácido. 
Quando reagiram formaram uma reação de neutralização, onde foi formado sal (CaCO3) e 
água. A reação química entre dióxido de carbono e água de cal. 
 
Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3 (g) + H2O (l) 
 
Quando foi unido ácido clorídrico e carbonato de cálcio deu-se origem a uma solução 
aquosa de cloreto de cálcio e a liberação de um gás (dióxido de carbono). 
 
2 HCl (aq) + CaCO3 (s) → CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) 
 
5.6 Sexto Procedimento 
O borbulhamento de gás carbônico na solução de água de cal formou um precipitado 
de carbonato de cálcio e água. 
 
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 
 
Continuando o borbulhamento do gás carbônico, ocorre a dissolução do precipitado, 
devido a formação do íon bicarbonato. No início, água de cal era incolor, em determinado 
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tempo a solução ficou turva, mas logo após a formação do íon bicarbonato, a solução voltou a 
ser incolor novamente. 
 
CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (l) → Ca
2+
 (aq) + 2 HCO3
2- 
(aq) 
 
5.7 Sétimo Procedimento 
O suco de uva após passar por uma filtragem que continha carvão ativado separou-se 
em água e impurezas (que ficaram retidas no filtro), devido o carvão ativado possuir uma 
porosidade bastante desenvolvida que o torna capaz de coletar seletivamente gases, líquidos 
ou impurezas no interior de seus poros. Assim, como foi observado, ao conseguir purificar o 
suco de uva que tornou-se água além de ter conseguido retirar os gases nele presente, já que 
observou-se também a ausência do aroma característico do suco de uva após a filtragem. 
 
5.8 Oitavo Procedimento 
Ao aquecer o tubo de ensaio, percebeu-se que as ligações entre óxido de cobre (CuO) 
foram possivelmente quebradas, assim levando ao carvão (ótimo agente redutor) a reduzir o 
Cu
2+ 
para Cu
0
, ou seja, cobre metálico, além disso formou-se também gás carbônico (CO2). 
 
C + 2 Cu
+2
O
-2
 → 2 (Cu2)
0 
+ CO2 
 
5.9 Nono Procedimento 
Ao ser acrescentado 20 mL de água ao béquer, contendo ácido sulfônico, baixou-se 
ainda mais a concentração do mesmo, porém ao gotejar-se fenolftaleína a coloração continuou 
a mesma, podendo desta forma comprovar-se a olho nu que a solução embora tivesse 
diminuído sua acidez, continuava ácida. Somente após acrescentar-se hidróxido de sódio 1,0 
mol/L como também o hidróxido de sódio 6,0 mol/L foi que pode perceber-se a mudança de 
cor sendo essa mudança de cor perceptível por conta do indicador ácido-base fenolftaleína, 
assim comprovou-se que a concentração da base NaOH estava superior a concentração do 
ácido sulfônico na solução. 
 
 
 
 
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6 CONCLUSÃO 
 
Analisando os resultados obtidos, o boro possui uma propriedade de reproduzir uma 
coloração verde. O alumínio possui um caráter anfótero, ou seja, reage tanto com ácidos 
quanto com bases, ele reage com ácidos diluídos liberando hidrogênio, e se a reação se 
apresentar lenta é devido à formação de uma camada protetora de óxido que protege a 
superfície do alumínio. Portanto, com o supracitado, os resultados foram obtidos com êxito. 
Sempre acreditando na complementação teórica e prática para formação dos graduandos de 
Liceciatura em Química da FACEDI/UECE. 
 
7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
ATKIS, P. W; SHRIVER, D. F. Química Inorgânica. Trad. Maria Aparecida Gomes. – 3. 
Ed. – Porto Alegre: Bookmann, 2003. 
 
KOTZ, J. C; TREICHEL, Jr, P. M. Química Geral I e Reações Químicas. Tradução da 5ª 
edição norte-americano. Cengage Learning, 2005. 55 - 57 p. 
 
LEE, J. D. Química Inorgânica Não Tão Concisa. Tradução da 5
a
 edição inglesa: Henrique 
E. Toma, Koiti Araki, Reginaldo C. Rocha. São Paulo: Editora Blucher. 1999. p. 180 – 200.