Relatório IV

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QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL
RELATÓRIO IV – OS ELEMENTOS DO GRUPO 14
Manaus 2018
RELATÓRIO IV - OS ELEMENTOS DO GRUPO 14
Trabalho acadêmico apresentado à para obtenção de nota parcial na disciplina de Química Inorgânica experimental ofertada no 
 
Sumário
1. Introdução	3
2. Materiais e Métodos	3-7
3. Resultados e Discussão	8-12
4. Conclusão	13
5. Referências	14
1. Introdução
 
 Os elementos do grupo 14 mostram caráter crescente de metal de cima para baixo na tabela periódica. Como o carbono é o cabeça do grupo, possui propriedades muito distintas dos demais como ter muitos alótropos entre eles o carbono ativo. Já o estanho e o chumbo são ótimos agentes redutores.
 Através deste objetiva-se averiguar a capacidade redutora do carbono, sintetizar gás carbônico, atestar propriedades de carbonatos e bicarbonatos além de também atestar a capacidade redutora dos cátions Sn (II) e Pb (II).
 
2. Materiais e Métodos
2.1 Preparação do carvão a partir do açúcar e propriedades redutoras do carbono
Soluções e reagentes
Açúcar de cana
Ácido nítrico concentrado
Vidrarias
1 Cadinho de porcelana
1 Espátula
1 Bastão de vidro
Outros
Bico de Bunsen
Capela
Triângulo de porcelana
2.1.2 Estudo do carbono microcristalino (propriedades de adsorção do carvão)
Soluções e reagentes
3 g de Carvão ativo
2 mL de solução de CuSO4 (0,1 N) – (usou-se de 0,5 M)
2 mL de solução de azul de metileno (0,01N)
2 mL de solução de Iodo + Amido
Vidrarias
3 tubos de ensaio
3 Pipetas de Pasteur
Outros
1 Espátula
2.1.3. Preparação e propriedades do CO2
Soluções e reagentes
25 g de CaCO3
HCl 10%
Água destilada
2 mL de solução 0,1 M de Ba(OH)2
2 mL de solução 0,1 M de AgNO3
2 mL de água de cal
Vidrarias
1 Funil de decantação
1 Kitassato
1 Béquer de 200 mL
1 Pipeta graduada de 10 mL
3 Tubos de ensaio
Outros
Suporte universal com garra
Vela
Papel de tornassol
2.1.4. Carbonatos e bicarbonatos
Soluções e reagentes
Carbonato de sódio anidro
Bicarbonato de sódio
Carbonato de sódio deca- hidratado
Água destilada
Vidrarias
3 Tubos de ensaio
Outros
Bico de Bunsen 
Capela 
Papel de tornassol
2.1.5. Propriedade redutora do Sn (II) e do Pb (II)
Soluções e reagentes
Cloreto de estanho (II) 0,1 M
Acetato de chumbo (II) 0,1 M
Permanganato de potássio 
Vidrarias
2 Tubos de ensaio
Outros
Estante para tubos de ensaio
1 Pipeta de Pasteur
2.2 Métodos
2.2.1 Preparação do carvão a partir do açúcar e propriedades redutoras do carbono
 Adicionou-se a um cadinho de porcelana uma ponta de espátula de açúcar, levou-se o mesmo até o Bico de Bunsen e o triângulo de porcelana para aquecê-lo. Agitou-se essa massa ainda no fogo com o bastão de vidro, deixando aquecer mais um pouco. Após esse procedimento, ainda com o cadinho no fogo, gotejou-se ácido nítrico sobre o mesmo.
 
2.2.2. Estudo do carbono microcristalino (propriedade de adsorção do carvão)
 
 Três tubos de ensaio foram marcados e em seguida adicionou-se aproximadamente 1 g de carvão ativo nos mesmos. Após isso, foram adicionados 2 mL de solução de CuSO4 no tubo A, 2 mL de solução de azul de metileno no tubo B e 2 mL de solução de iodo + amido no tubo C. Todos os tubos foram agitados e ficaram descansando por cerca de 16 minutos
2.2.3. Preparação e propriedades do CO2
 
 Adicionou-se 25 g de CaCO3 em um kitassato e HCl 10 % em um funil de decantação. Em seguida o funil foi acoplado ao suporte universal e o kitassato colocado debaixo do funil presos entre si por uma rolha. Uma mangueira de plástico conectou a vidraria a um béquer com uma vela acesa.
 Gotejou-se a solução de HCl no kitassato até que a solução cobrisse todo o CaCO3.
 
2.2.4. Carbonatos e bicarbonatos
 Colocou-se em um tubo de ensaio seco pequenas quantidades de carbonato de sódio anidro e depois este foi levado à capela para ser aquecido. No tubo dois colocou-se pequenas quantidades de bicarbonato de sódio e este foi levado à capela para ser aquecido. No tubo 3 colocou-se pequenas quantidades de carbonato de sódio hidratado e este foi aquecido.
 Após as amostras esfriarem elas foram dissolvidas em água destilada e o pH foi medido com papel de tornassol.
 
2.2.5. Propriedade redutora do Sn (II) e do Pb (II)
 
 Colocou-se 2 ml de cloreto de estanho em um tubo de ensaio e depois gotejou algumas gotas de permanganato de potássio.
 Colocou-se 2 ml de acetado de chumbo em um tubo de ensaio e depois gotejou algumas gotas de permanganato de potássio.
3. Resultados e discussão
3.1. Preparação do carvão a partir do açúcar e propriedades redutoras do carbono
 Após o aquecimento do açúcar, notou-se que uma massa dourada se formou, pois, o açúcar se funde e carboniza, a massa inchou e tornou-se esponjosa por conta da liberação dos componentes voláteis formando carvão. 
 Após adicionar ácido nítrico no carvão, observou-se a liberação de um gás alaranjado, já que o ácido nítrico é capaz de desidratar o açúcar, fazendo com que reste apenas o carvão:
C12H22O11(s) → 12C(s) + 11H2O(aq)
 Segundo a literatura, esse processo é exotérmico e libera vapores tóxicos.
3.2. Estudo do carbono microcristalino (propriedades de adsorção do carvão)
Tubo A:
 Após 16 minutos, observou-se que o carvão acumulou no fundo e na superfície do recipiente. A fase do meio permaneceu intacta e com a coloração azulada característica do sulfato de cobre. Isso pode ter ocorrido devido a quantidade de carvão não ser suficiente para filtrar o cobre presente na solução, fazendo com que o limite de adsorção do carvão fosse atingido rapidamente. 
Tubo B:
 Após os 16 minutos, notou-se que o carvão ficou acumulado no fundo e na superfície formando 2 fases bem perceptíveis. Na fase do meio, a solução de azul de metileno perdeu a coloração azul e haviam várias partículas de carvão. O carvão ativado é amplamente utilizado para a remoção desse corante por conta da grande afinidade que ambos têm. 
Tubo C:
 Após os 16 minutos, o carvão acumulou-se no fundo e na superfície, e a solução que ficou na fase do meio, tornou-se translucida e haviam minúsculas e poucas partículas de carvão presentes. As partículas de iodo são bem pequenas, o que facilita o processo da adsorção, além disso carvão ativado tem um número de poros muito superior ao do carvão comum o que aumenta a sua capacidade de adsorção. 
3.3. Preparação e propriedades de CO2
 1ª tentativa:
 Ao gotejar a solução de HCl no CaCO3 observou-se formação de bolhas e efervescência a qual foi transferida para a mangueira de plástico.
CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
 Formaram-se bolhas pela liberação de dióxido de carbono; já a efervescência deveu-se a evolução de gás carbônio em meio aquoso uma vez que a reação formou água em estado líquido.
 A vela não apagou após este processo. Pode-se explicar tal observação através de algumas suposições: as vidrarias não estavam totalmente fechadas de modo não conteve todo o gás e este escapasse. Ou colocou-se pouco reagente e pouco gás foi produzido levando a não inibição da combustão da vela.
2ª tentativa:
 Após uma segunda tentativa devido a possibilidade de vazamento do gás presente no sistema, trocou-se o funil de decantação e de rolha afim de isolar o sistema e preservar o gás produzido e adicionou-se mais reagente. Entretanto, houve um vazamento de ácido pelo funil o qual estava com defeito e isto comprometeu o restante do experimento uma vez que novamente o gás produzido escapou para o meio. 
 Porém, segunda a literatura científica, ao borbulhar este gás em água o seguinte produto é formado.
CO2(g) + H2O(l)   H2CO3(aq)
 Apesar de formar ácido carbônico, a solução tempH em torno de 6 uma vez que por ser um ácido fraco seus hidrogênios protonizam muito pouco.
 Também, segundo a literatura ao borbulhar este gás em soluções de Ba(OH)2 e AgNO3 os seguintes produtos são formados.
CO2(g) + Ba(OH)2(aq) → BaCO3(s) + H2O(l)
CO2(g) + 2AgNO3(aq) → Ag2CO3(s) + 2NO3(aq)
 Ao borbulhar este gás em água de cal os seguintes produtos foram formados.
Ca(OH)2(aq) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l)
 A água de cal serviu como um parâmetro para identificar a presença de gás carbônico uma vez que ao borbulhar este gás na solução formou-se um precipitado de cor branca que foi o carbonato de cálcio
3.4. Carbonatos e bicarbonatos
 
 Ao aquecer o carbonato de sódio anidro notou-se que na saída do tubo de ensaio havia umidade. Apesar do sal ser anidro, ainda haviam em seus cristais moléculas de água as quais foram liberadas pelo aquecimento. Também notou-se a saída de gás. Mediu-se o pH que foi de 11.
Na2CO3(s) → Na2O(s) + CO2(g) 
 Ao adicionar água destilada no carbonato de sódio anidro aquecido notou-se imediata dissolução uma vez que o óxido formado na decomposição térmica é solúvel em água assim como o carbonato de sódio que não foi decomposto. 
 O pH da solução foi de 12 devido aos íons CO3- , ainda presentes na solução, terem capturando H+ da água produzindo OH-, tornando o meio mais básico ainda e aumentando o pH em uma unidade. Apesar de formar o ácido carbônico ele é um ácido fraco e fornece poucos H+ à solução.
Na2CO3(s) + H2O(l) → 2Na+(aq) + CO32-(aq)
CO32-(aq) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq) + OH-(aq)
[OH-] > [H+] = pH > 7 pH = 12 
 Ao aquecer o bicarbonato de sódio notou-se que na saída do tubo de ensaio haviam gotas de água formadas na reação. Outra observação foi a liberação de gás que também foi um dos produtos da reação. O pH antes da dissolução foi de 10. 
	
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
 Ao adicionar água após o aquecimento do bicarbonato de sódio notou-se que houve total dissolução uma vez que o carbonato de sódio é um sal solúvel em água. 
 O pH da solução foi de 12 devido aos íons HCO3-, ainda presentes na solução, capturarem o H+ da água produzindo OH-. Apesar de formar o ácido carbônico ele é um ácido fraco e fornece poucos H+ à solução. 
HCO3-(aq) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq) + OH-(aq)
[OH-] > [H+] = pH > 7; pH = 12
 Ao aquecer o carbonato de sódio deca-hidratado a evaporação das moléculas de água foi imediata. Notou-se liberação de gás. Mediu-se o pH que foi de 11.
Na2CO3x10H2O(aq) → Na2O(aq) + CO2(g) + 10H2O(l)
 Ao adicionar água destilada no resultado do aquecimento do carbonato de sódio deca-hidratado notou-se imediata dissolução já que o óxido formado é solúvel em água.
 O pH da solução foi de 12 devido aos íons HCO3-, ainda presentes na solução, capturarem o H+ da água produzindo OH-. Apesar de formar o ácido carbônico ele é um ácido fraco e fornece poucos H+ à solução.
CO32-(aq) + H2O(l) ↔ H2CO3(aq) + OH-(aq)
[OH-] > [H+] = pH > 7; pH = 12
3.5. Propriedade redutora do Sn (II) e do Pb (II)
 Ao adicionar permanganato de potássio em cloreto de estanho a solução ficou rosa claro devido a cor roxa do permanganato de potássio. Também se notou pequenas partículas na solução apesar de na reação só serem formados produtos solúveis. Tais partículas podem ser de sujeira presente no tubo de ensaio.
SnCl2(aq) + 2KMnO4(aq) → 2KCl(aq) + Sn(MnO4)2(aq) 
 O permanganato é um forte agente oxidante e o cloreto de estanho um ótimo agente redutor.
 Ao adicionar permanganato de potássio em acetato de chumbo a coloração da solução ficou âmbar.
Pb(C2H3O2)2(aq) + 2KMnO4(aq)→ 2K(C2H3O2)(aq) + Pb(MnO4)2(aq)
 O permanganato é um forte agente oxidante e acetato de chumbo um ótimo agente redutor.
 O Sn (II) é mais estável do que o Pb (II) uma vez que o primeiro é um agente redutor mais forte.
4. Conclusão
 
 Através dos experimentos foi possível averiguar algumas propriedades dos elementos do grupo 14 como: a capacidade de o carbono presente no açúcar reduzir em meio ácido concentrado formando carvão; averiguou-se que o carbono ativo por ter alta porosidade é capaz de remover impurezas por adsorção. 
 Na síntese de gás carbônico averiguou-se que este inibi a combustão uma vez que o gás afasta o oxigênio; ele reage com solução de hidróxido de cálcio formando o precipitado carbonato de cálcio. Além disso, pôde-se atestar que a decomposição térmica de carbonatos e bicarbonatos mais adição de água gera soluções com pH em torno de 12.
 Por fim, observou-se que o cátion Sn (II) é mais estável que o cátion Pb (II) uma vez que ele é um íon menor e terá maior capacidade redutora.
5. Referências
ATKINS, P: et al. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5 ed, 2012.
ATKINS, P et al. Química Inorgânica, 4 ed, 2008.
FELTRE, R. Química Geral. 5 ed. São Paulo: Moderna, 2000
<pt.slideshare.net/Proclaudialuciane/reaes-com-carbonatos-e-bicarbonatos> acessado em 20-05-18
 <educador.brasilescola.uol.com.br/estrategias-ensino/adsorcao-sobre-carvao-ativado.htm> acessado em 21-05-18 
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