Relatório sobre o GRUPO 16- Química Inorgânica

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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” 
LABORATÓRIO DE INORGÂNICA I
 
GRUPO 16 – FAMÍLIA DOS CALCOGÊNIOS
 
 
 
 
Discentes:                       R.A.:
Fernanda Livramento     191025968
Larissa Montezori           181023571
Victória Silveira              181024071
 
Docente: Dr. Fenelon M. L. Pontes
 Bauru- SP
2019
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	5
2.	OBJETIVO	6
3.	MATERIAIS UTILIZADOS	6
4.	PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	7
5.	RESULTADOS E DISCUSSÃO	8
6.	CONCLUSÕES	15
7.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	15
INTRODUÇÃO
Os quatro primeiros elementos do Grupo 16 são não-metais. São conhecidos como “calcogênios”, ou elementos formadores de minérios, pois inúmeros minérios são óxidos ou sulfetos de metais.
Diversos produtos químicos contendo elementos desse grupo têm importância econômica. O H2SO4 é o produto mais abundante da indústria química, em 1992, a impressionante quantidade de 146 milhões de toneladas foram produzidas. 100 milhões de toneladas de O2 são produzidas anualmente e consumidas, principalmente, na indústria do ferro e do aço. Em 1992 foram produzidas 54 milhões de toneladas de S, sendo a maior parte usada para fabricar H2SO4. 
Os elementos apresentam a tendência normal de aumento de caráter metálico, ao se descer pelo Grupo. Isso se reflete nas suas reações, nas estruturas do elementos e na crescente tendência de formar íons M2+, com concomitante decréscimo da estabilidade dos íons M2-. O e S são totalmente não-metálicos. O caráter não-metálico é menor no Se e no Te. O Po é caracteristicamente metálico, além de ser um elemento radioativo com tempo de vida curto.
O oxigênio é um elemento muito importante na química inorgânica, visto que reage com quase todos os demais elementos. A maioria de seus compostos foi ou será estudada junto com os outros elementos.
S, Se e Te são moderadamente reativos e queimam ao ar formando dióxidos. Eles se combinam diretamente com a maioria dos elementos, tanto metais como não-metais, embora com menos facilidade que o oxigênio. Como esperado no caso de elementos não-metálicos, S, Se e Te não são atacados por ácidos, exceto por aqueles que são também agentes oxidantes. O Po tem propriedades metálicas, pois se dissolve em H2SO4, HF, HCl e HNO3, formando soluções de PoII, de coloração rosa. Contudo, o Po é fortemente radioativo, e as partículas emitidas decompõem a água. Por isso, as soluções de PoII são rapidamente oxidadas gerando soluções amarelas de PoIV.
O oxigênio apresenta diversas em relação aos demais elementos desse grupo. Essas diferenças estão relacionadas ao seu menor tamanho, sua maior eletronegatividade, e à falta de orbitais d adequados para formarem ligações. O oxigênio pode utilizar orbitais p para formar duplas ligações fortes. Os demais elementos também podem formar duplas ligações, mas se tornam cada vez mais fracas à medida que aumenta o número atômico dos mesmos. O oxigênio também forma ligações de hidrogênio fortes, que influenciam enormemente as propriedades da água e de outros compostos.
O enxofre possui uma maior tendência de formar cadeias e ciclos que os demais elementos do grupo. O enxofre forma uma extensa e incomum variedade de compostos com o nitrogênio, que não encontram correspondentes nos demais elementos. 
O Enxofre é usado em múltiplos processos industriais como produção de ácido sulfúrico para baterias, fabricação de pólvora e vulcanização da borracha. O enxofre também tem usos como fungicida e na manufactura de fosfatos fertilizantes. Os sulfitos são usados para branquear o papel e como conservantes em bebidas.
Enquanto o O e o S possuem somente elétrons s e p, o Se segue logo após a primeira série de transição e também possui elétrons d. O preenchimento do nível 3d influencia as propriedades do Ge, As, Se e Br. Os átomos são menores e os elétrons estão mais firmemente ligados ao núcleo. Por isso, o Se é oxidado com maior dificuldade a estado de oxidação mais elevado (+VI), em contraste com o S. 
Todos os compostos de Se, Te e Po são potencialmente tóxicos e devem ser manuseados com cuidado. Os derivados orgânicos e os compostos voláteis tais como H2Se e H2Te, são 100 vezes mais tóxicos que o HCN. (LEE, 1999).
Todos os elementos desse grupo tem configuração eletrônica s2p4.
Todos os elementos desse grupo, exceto o Te, são polimórficos, isto é, podem ser obtidos em mais de uma variedade alotrópica.
OBJETIVO
O objetivo consiste em realizar e compreender reações com os elementos do Grupo 16 (O, S, Se, Te, Po) da tabela periódica e observar as propriedades dos mesmos. 
MATERIAIS UTILIZADOS
Parte I- Obtenção do oxigênio:
Permanganato de potássio (KMnO4);
Tubo de ensaio;
Bico de Bunsen;
Palito de fósforo;
Pinça de madeira.
Parte II- Observação da forma rômbica dos cristais de enxofre:
Enxofre em pó;
Dissulfeto de carbono (CS2);
Vidro de relógio.
Parte III e IV- Outras formas alotrópicas do enxofre:
Enxofre em pó;
Cápsula de porcelana;
Bico de Bunsen;
Béquer;
Proveta;
Água destilada;
Parte V- Produção de dióxido de enxofre:
Fios de cobre;
Ferro sólido;
Zinco sólido;
Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4);
Cápsula de porcelana;
Bico de Bunsen.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Parte I- Obtenção do oxigênio:
Foi colocado 0,5 gramas de permanganato de potássio em um tubo de ensaio e aqueceu no bico de Bunsen, segurando-o com a pinça de madeira. Posteriormente, introduziu um palito de fósforo em brasa na entrada do tubo.
Parte II- Observação da forma rômbica dos cristais de enxofre:
Em um vidro de relógio foi posto 0,1 gramas de enxofre em pó, em seguida, este foi dissolvido em 2,0 mL de dissulfeto de carbono, deixando evaporar na capela. Deixou secar completamente e em seguida os cristais formados foram observados no microscópio. 
Parte III- Forma monoclínica do enxofre:
Colocou-se 4,0 gramas de enxofre em pó em uma cápsula de porcelana, e aqueceu-se lentamente no bico de Bunsen até a completa fusão do enxofre. Deixou escoar o líquido em um béquer contendo água destilada em temperatura ambiente. 
Parte IV- Obtenção do enxofre plástico:
Foi posto 3,0 gramas de enxofre em pó em uma cápsula de porcelana, aquecendo lentamente no bico de Bunsen até a ebulição. Posteriormente, o enxofre líquido foi derramado em uma proveta que continha água destilada gelada.
Parte V- Produção de dióxido de enxofre:
Em uma cápsula de porcelana colocou-se uma ponta de espátula de fios de cobre e foi adicionado sobre eles 5,0 mL de ácido sulfúrico concentrado, aquecendo lentamente no bico de Bunsen na capela.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Parte I- Obtenção do oxigênio:
Ao aquecer KMnO4, um sólido preto, este se decompõe, liberando O2 um gás incolor, e formando óxidos de potássio e manganês com coloração escura. Inserindo um fósforo em brasa dentro do tubo de ensaio ouviu-se um pequeno estalido e formação de chama confirmando a presença do O2.
4 KMnO4 (s) 2 K2O (s) + 4 MnO (s) + 5 O2 (g)
Parte II- Observação da forma rômbica dos cristais de enxofre:
Dissolvendo o enxofre em pó com dissulfeto de carbono, evaporou o solvente, CS2, visto que, este é muito volátil, produzindo os cristais de enxofre. Após secar completamente, os cristais formados foram observados no microscópio, imagem (1). Observou-se o cristal de enxofre rômbico, uma das formas cristalinas mais comuns, estável à temperatura ambiente. Suas características: cristais amarelos, contém anéis S8 não- planos, com uma conformação de coroa, difere das demais formas alotrópicas somente no modo de empacotamento dos anéis no cristal, afetando nas densidades, de 2,069 g/cm3.
Imagem 1 - Forma alotrópica do enxofre- rômbico.
Fonte autoral.
Parte III- Forma monoclínica do enxofre:
Ao aquecer o enxofre, sólido de cor amarela, até o seu ponto de fusão, 115,2°C, observou-se uma cor caramelizada. Escorremos o líquido em um bécker, contendo água em temperatura ambiente, em torno de 25°C. Assim, ao entrar em contato com a água o enxofre líquido se transformouem sólido novamente, formando o enxofre monoclínico. Formou-se um sólido em formato oval de cor amarela, como na imagem (2) e (3). É estável entre 96°C e 119°C, no entanto, à temperatura ambiente, a forma monoclínica transforma-se lentamente na ortorrômbica. 
Imagem 2- Forma monoclínica do enxofre.
Fonte autoral.
Imagem 3- Formato físico e aparência do sólido formado (enxofre monoclínico).
Fonte autoral.
Parte IV- Obtenção do enxofre plástico:
O enxofre funde formando um líquido móvel, que escurece à medida que a temperatura aumenta. A 160°C, os anéis S8 se rompem e o dirradical assim formado se polimeriza, formando cadeias longas com até um milhão de átomos. Por este motivo todas as propriedades físicas do S variam de forma descontínua. 
A viscosidade aumenta rapidamente e de forma contínua ao aumentar a temperatura até 200°C. Ao aquecer o enxofre até a 232,4°C (temperatura de ignição), a cor do líquido era preta, ocorreu sua combustão observando uma chama azul pálida, como na imagem (5), produzindo gases tóxicos de dióxido de enxofre. O vapor a 200°C é constituído essencialmente por anéis S8, mas contém de 1 a 2% de moléculas de S2.
Imagem 5- Enxofre em combustão produzindo uma chama azul pálida.
Fonte autoral.
Acima de 200°C as cadeias se rompem, formando cadeias mais curtas e espécies cíclicas, fazendo com que a viscosidade diminua continuamente até 444°C. 
Aquecendo até a sua ebulição, 444°C e derramando-o em uma proveta contendo água gelada, como na imagem (6), percebeu-se a transformação do estado líquido para a forma plástica do enxofre. Uma forma metaestável, que se converte na forma rômbica (ciclo S8), após certo tempo em repouso. A estrutura do enxofre plástico contém cadeias espiraladas, e às vezes anéis S8 ou outras formas cíclicas. Diversas formas podem ser obtidas resfriando rapidamente o enxofre fundido, estas formas podem ser fibrosas, lamelares ou elásticas. Observou-se uma textura de borracha, maleável, resistente e de cor preta, como na imagem (7).
Imagem 6- Procedimento experimental: derramando o enxofre líquido em uma proveta contendo água gelada.
Fonte autoral.
Imagem 7- Forma plástica do enxofre.
Fonte autoral.
A 600°C o gás é formado quase que exclusivamente por moléculas S2. O S2 é paramagnético e de cor azul, este gás é estável até cerca de 2.200°C. 
Parte V- Produção de dióxido de enxofre:
Ao aquecer lentamente a cápsula de porcelana contendo uma ponta de espátula de fios de cobre e 5,0 mL de ácido sulfúrico concentrado, observou-se o desprendimento de gás, dióxido de enxofre (SO2) e a produção de vapor de água e sulfato de cobre (II), Cu2SO4.
Cu (s) + 2 H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) + SO2 (g) + 2 H2O (g) 
O cobre irá oxidar, 0 para +2, e o enxofre irá reduzir, de +6 para +4. Assim, o Cu será o agente redutor e o H2SO4 o agente oxidante. Podemos afirmar isso conforme os valores de potencial padrão de redução (E0) em Volts.
Semi reação: Cu → Cu2+ + 2e- E0= -0,34 V.
Semi reação: SO42- + 4H+ + 2e- → SO2 + 2 H2O E0= 0,20 V.
Quanto maior o valor do potencial padrão de redução, ou seja mais positivo ele for, maior a tendência de redução do composto. Já, para valores negativos a tendência é de oxidar. Deste modo, o Cu irá oxidar, pois seu E0 tem um valor de -0,34 V e o H2SO4 irá reduzir, visto que, E0= 0,20 V.
Aquecendo lentamente a cápsula de porcelana que continha uma ponta de espátula de ferro e 5,0 mL de ácido sulfúrico concentrado, foi observado o desprendimento do gás dióxido de enxofre (SO2) e a produção de vapor de água e sulfato de ferro (III), Fe2(SO4)3.
2 Fe (s) + 6 H2SO4 (aq) Fe2(SO4)3 (aq) + 3 SO2 (g) + 6 H2O (g) 
O estado de oxidação do Fe teve uma variação igual a 3, de 0 para +3. Já o S, reduziu, tendo uma variação de 2, +6 para +4. Assim, conclui-se que, o Fe é o agente redutor e o H2SO4 é o agente oxidante. Baseia-se esta afirmação a partir dos valores de E0:
Semi reação: Fe → Fe3+ + 3e- E0= 0,04 V (x2)
Semi reação: SO42- + 4H+ + 2e- → SO2 + 2H2O E0= 0,20 V (x3)
Ficando:
 Semi reação: 2Fe → 2Fe3+ + 6e- E0= 0,08 V.
Semi reação: 3SO42- + 12H+ + 6e- → 3SO2 + 6H2O E0= 0,60 V.
Já, aquecendo lentamente uma cápsula de porcelana com zinco e 5,0 mL de ácido sulfúrico concentrado, produziu sulfato de zinco (II), ZnSO4, vapor de água, além de desprender gás dióxido de enxofre (SO2).
Zn (s) + 2 H2SO4 (aq) ZnSO4 (aq) + SO2 (g) + 2 H2O (g) 
O Zn oxidou, de 0 para +2, variando 2, e o S reduziu, de +6 para +4, tendo uma variação de 2. Deste modo, o agente redutor é o Zn e o agente oxidante é o H2SO4. Afirmamos isto conforme os valores de E0:
Semi reação: Zn → Zn2+ + 2e- E0= +0,76 V.
Semi reação: SO42- + 4H+ + 2e- → SO2 + 2 H2O E0= 0,20 V.
Pode-se observar que o zinco possui um potencial-padrão maior que o do sulfato, diferentemente do ferro e do cobre portanto, essa reação não é espontânea ela precisa de energia para ocorrer. Como a mesma é extremamente exotérmica ela libera energia fornecendo a energia necessária para que ocorra a reação. Em uma reação espontânea o zinco iria reduzir e o sulfato, oxidar. 
Resumindo em um aspecto geral, se o ânion do ácido tem E0 maior que o dos metais, este irá reduzir. Isso indica que o SO42- pode se reduzir a SO2, causando a oxidação dos metais e formando água. O ácido sulfúrico concentrado se comporta como ácido oxidante para os metais com E0 < 0 , isto porque E0 (SO42- /SO2) = 0,20 V.
Ao comparar os três agentes redutores, Fe, Cu e Zn, observou-se que algumas reações demoravam menos tempo para começar a desprender dióxido de enxofre e outras demoravam mais tempo.
A reação do zinco com H2SO4 concentrado desprendeu SO2 mais rápido comparada às demais reações.
Em seguida, a reação do cobre com H2SO4 concentrado desprendeu SO2 mais rápido se comparada com a reação do ferro, e mais devagar comparada com Zn.
Isso pode ser explicado com base nos potenciais padrão de redução, o do zinco possui um valor maior e o do ferro é o menor.
CONCLUSÕES
A partir dos experimentos foi possível concluir que, a decomposição do permanganato de potássio produz O2 e óxidos. Além de que, o enxofre apresenta muitas formas alotrópicas, estas diferem no grau de polimerização do S e na estrutura cristalina. Também concluiu-se que, o H2SO4 concentrado é um agente oxidante relativamente forte.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LEE, J. D.: Química Inorgânica Não Tão Concisa. 5° ed. São Paulo, 1999. Editora Edgard Blücher. 
Tabela de potenciais-padrão de redução. Disponível em: <https://www.ebah.com.br/content/ABAAAARaMAD/potenciais-padrao-reducao-tabela>. Acesso em: 21 de maio de 2019.
Reações químicas. Disponível em: <http://livresaber.sead.ufscar.br:8080/jspui/bitstream/123456789/1913/2/Unidade%205_Texto_Rea%C3%A7%C3%B5es%20qu%C3%ADmica.pdf>. Acesso em: 21 de maio de 2019.