Nitrogênio e seus compostos

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Nitrogênio e seus compostos 
Universidade Federal de Goiás (UFG) 
 
Introdução 
O nitrogênio, representado na tabela periódica por N, é um gás que possui 
peso atômico 7, e exibe uma grande variedade de estados de oxidação podendo 
oscilar de -3 a +5. ​(1) 
Este elemento constitui 78% da atmosfera terrestre em massa, e é 
componente essencial de proteínas e aminoácidos. Compostos a base de 
nitrogênio, como nitratos e amônia, são intensivamente utilizados como fertilizantes, 
e em alguns casos, como explosivos. Além dessas aplicações, o gás nitrogênio é 
usado em grandes quantidades como atmosfera inerte em indústrias metalúrgicas 
principalmente, na função de limpeza de reatores de craqueamento catalítico, e o 
nitrogênio líquido é usado como um refrigerador.​(1) 
O objetivo dos experimentos é identificar e caracterizar diferentes 
propriedades do nitrogênio e suas aplicações. 
 
Roteiro Experimental 
 
Materiais 
Foram utilizados sulfato de cobre (II), solução de amônia, Sulfato de Níquel 
(II), Permanganato de Potássio, Solução de Glicose 0,25 mol L​-1​, Nitrato de Prata 
0,1 mol L ​-1​, Hidróxido de Sódio 0,8 mol L​-1​, Ácido Nítrico concentrado, Dicromato de 
Amônio. 
 
Métodos 
No primeiro experimento, em um tubo de ensaio adicionou-se 1 mL de sulfato 
de cobre (II) e em seguida 3 gotas de solução de amônia, observou-se a mudança e 
adicionou-se um excesso de solução de amônia. O mesmo procedimento foi 
realizado com sulfato de níquel (II). 
No segundo experimento, adicionou-se 1 mL de permanganato de potássio e 
consecutivamente 3 mL de solução de amônia, e aqueceu-se a solução em 
banho-maria no intuito de observar a variação de cor. Em um cadinho, adicionou-se 
alguns cristais de cloreto de amônio e levou-o para aquecimento, ao início do 
desprendimento de amônia em forma de gás, posicionou-se um papel de tornassol 
umedecido com água em cima do gás, e observou a mudança de coloração do 
indicador. 
No terceiro experimento adicionou-se 10 mL de uma solução de glicose 0,25 
mol L ​-1 em um erlenmeyer e reservou. Em um béquer de 250 mL adicionou-se 30 
mL de nitrato de prata 0,1 mol L​-1 e sob agitação constante adicionou-se solução de 
amônia concentrada até que a solução ficasse turva e depois solubilizar novamente. 
Em seguida, adicionou-se hidróxido de potássio 0,8 mol L​-1 até formar-se um 
precipitado, e consecutivamente adicionou-se mais solução de amônia concentrada 
até a solubilização deste precipitado. Após preparada essa solução, despejou-a no 
erlenmeyer contendo a solução de glicose e tapou-a com uma rolha e agitou-se 
vigorosamente em torno de 5 minutos até que atingisse a aparência de um espelho. 
No quarto experimento, adicionou-se uma porção de dicromato de amônio 
dentro de um béquer de alta capacidade e um pedaço pequeno de papel. 
Acendeu-se o fogo no papel como fonte de calor e observou-se a reação ocorrer. 
 
Resultados e Discussões 
No primeiro procedimento, foi observada a reação entre o sulfato de cobre (II) 
e uma solução de amônia. De início, a solução de CuSO​4 apresentava cor azul, e 
assim que entrou em contato com NH​3 ​+ H ​2​O ​, foi observado a formação de um 
precipitado gelatinoso de tom azul claro. Destaca-se que esse comportamento 
ocorreu quando essa reação se apresentou proporcional à sua estequiometria. Na 
presença de um excesso da solução de amônia, formou-se um complexo de cobre 
de cor azul intenso, o tetraminocuprato (II). As reações são representadas abaixo. 
 
Em proporções normais de estequiometria da reação: 
CuSO​4 (aq)​ + 2NH​3 (aq) ​+ H​2​O​ (​l​)​ ⟶ Cu(OH)​2​.CuSO​4 (s)​ + 2NH​4​+​(aq) 
 
Na presença de excesso de amônia: 
2Cu(OH)​2​.CuSO​4 (s) ​+ 8NH​3 (aq)​ ⟶ 2[Cu(NH ​3​)​4​]​2+​ ​(aq)​ + SO​4​2-​ ​(aq)​ + 2OH​-​ ​(aq) 
 
Em seguida, também foi observado o comportamento de uma reação na 
equivalência e com excesso de uma solução de amônia. Dessa vez, o sal analisado 
foi o sulfato de níquel, que inicialmente era transparente, e assim que as primeiras 
gotas de amônia foram adicionadas à primeira solução, houve a formação de um 
precipitado gelatinoso de coloração branco. Quando houve a adição do excesso da 
solução de amônia, a cor da solução 
 
Em proporções normais de estequiometria de reação: 
NiSO​4​ ​(aq)​ + NH​4​OH​ (aq)​ ⟶ Ni(OH)​2​.NiSO​4 (s)​ + NH​4​+ ​(aq) 
 
Na presença de excesso de amônia: 
Ni(OH)​2 (s)​ + 6NH ​3 (aq)​ ⟶ [Ni(NH​3​)​6​]​2+ ​(aq)​ + OH ​- ​(aq) 
 
No segundo procedimento, a mistura de uma solução de amônia com 
permanganato de potássio foi adicionada em um tubo de ensaio, e então aquecida 
em banho maria. Antes do aquecimento, a cor da solução era a predominante do 
permanganato: roxo intenso. Após o aquecimento, foi observado uma mudança para 
um tom amarelado, consequente de uma reação de oxirredução que teve início 
quando foi fornecido energia ao sistema e descrita abaixo. 
 
MnO​4​-​ + 2H​2​O​(l)​ + 3e​-​ → MnO​2(s)​ + 4OH​-​(aq) ​(x2)​ ​E​red​: +0,59 V ​[2] 
 
N​2(g)​ + 6e​-​ + 6H​2​O​(l)​→ 2NH​3(aq)​ + 6OH ​-​(aq)​ (inverte) E ​red​: -0,74 V​ [2] 
 
Eq. global: 2KMnO​4(aq)​ + 2NH​3(aq) ​+ Δ⟶ + N ​2(g)​ + 2MnO​2(s)​ + 2KOH ​(aq)​ ​+ 2H​2​O​(l) 
ΔE​o ​= +1,33 
 
Nessa etapa, também foi adicionado uma pequena quantidade de cloreto de 
amônia em um recipiente de porcelana, que foi aquecido na presença de um papel 
de tornassol vermelho umedecido, de acordo com a reação abaixo. 
 
NH​4​Cl ​(s)​ + Δ ⟶ NH​3​ ​(g)​ + HCl ​(g) 
 
NH​3 (g)​ + H ​2​O​(l) ​⟶ NH​4​OH​(aq) 
 
O papel tornassol foi apresentando cor azul a medida em que era observado 
a decomposição do sal. Isso ocorreu porque a decomposição desse sal deu origem 
a dois gases: o gás amônio e cloreto de hidrogênio. O segundo gás por ser um 
haleto de hidrogênio, só possui comportamento ácido em solução aquosa, portanto 
o único interferente de pH foi a amônia, que tornou o papel indicador para uma cor 
final azul. 
 
Na terceira etapa, foi realizado o experimento do espelho de prata. Para isso, 
adicionou-se 30 mL de AgNO​3 em um béquer, e então foi gotejado NH ​3 até a 
formação de um precipitado escuro: 
 
2Ag ​+​(aq)​ + 2OH​-​(aq)​ ​⟶​ Ag​2​O​(s)​ + H​2​O​(​l​) 
 
Ao adicionarmos um excesso de amônia, é formado um complexo solúvel em 
água, o cátion diaminprata [Ag(NH​3​)​2​]​2+​. ​Com o meio básico em virtude da presença 
de amônia, o óxido de prata interage com a amônia e forma o cátion complexo que 
é o reagente de Tollens, o qual é solúvel na água e, por isso, a solução volta a ser 
incolor.​4 
Ag​2​O ​(s)​ + 4NH​3 (aq)​ + H ​2​O ​(​l​)​ → 2[Ag(NH​3​)​2​]​2+ ​(aq)​ + 2OH​- ​(aq)​4 
 
Após formação do complexo, a reação com a solução de glicose ​o reagente 
de Tollens oxida o grupo aldeído a um ácido carboxílico e, ao mesmo tempo, ocorre 
a redução da prata presente no reagente de Tollens, formando prata sólida 
(metálica).​ ​4 
 
RCHO ​(aq)​ + 2[Ag(NH​3​)​2​] ​+​(aq)​ + 3OH ​-​(aq)​ → 2Ag​(s)​ + RCOO​-​(aq)​ + 4NH​3(g)​ + 2H​2​O​(l)​4 
 
A prata metálica formada a partir da redução do cátion prata presente no 
diaminprata deposita-se na parede do vidro utilizado noexperimento, formando o 
espelho de prata. ​4 
No quarto procedimento, foi adicionado à um béquer de alta capacidade uma 
porção de dicromato de amônio, que foi exposto à um papel de chamas. Assim que 
aconteceu o contato, ocorreu uma projeção de massa simultaneamente a emissão 
de luz. Isso ocorreu devido ao papel em chamas ter fornecido uma energia de 
ativação para uma reação de decomposição do sal juntamente com a liberação de 
calor, responsável pela visualização das luzes, enquanto ocorreu a liberação de 
nitrogênio e água gasosos, ocasionando a projeção de massa. 
 
(NH​4​)​2​Cr​2​O​7(s) ​→ Cr​2​O​3(s) ​+ N ​2(g)​ + 4 H​2​O​(g) 
Conclusão 
No primeiro experimento, foi observado a formação de complexos coloridos 
com amônio na presença de excesso desse íon na solução. 
No segundo experimento, a reação de oxirredução teve como produto MnO​2​, 
responsável pela alteração na cor do sistema. Além disso, a segunda parte do 
segundo experimento, apresentou-se a decomposição por aquecimento de um sal 
de amônio no qual ocasionou o desprendimento do gás amônia, que reagiu com a 
água usada para umedecer o papel tornassol formando hidróxido de amônio, uma 
base fraca que deu o tom azulado do papel. 
No terceiro experimento, foi formado um complexo de prata e amônia capaz 
de reagir com o grupo aldeído da glicose formando prata metálica, responsável pelo 
aspecto metálico espelhado. 
No quarto experimento, o desprendimento de outro gás, nitrogênio, 
proveniente de um sal de amônio juntamente com água gasosa provocou um 
projetamento de massa além de emissão de luzes devido a eliminação de uma 
quantidade elevada de calor, dando nome a esse experimento de vulcão de 
dicromato de amônio. 
 
Bibliografia 
1. Lee, J.D., QUÍMICA INORGÂNICA NÃO TÃO CONCISA, 4ª ed, pág 200. 
2. Lee, J.D., QUÍMICA INORGÂNICA NÃO TÃO CONCISA, 4ª ed, pág 324 
3. “GRUPO 15 NITROGÊNIO E SEUS COMPOSTOS” UFJF - Laboratório 
Química dos elementos 2017 . Disponível em: 
<​http://www.ufjf.br/quimica/files/2015/10/LABORAT%C3%93RIO-DE-QU%C3
%8DMICA-DOS-ELEMENTOS-QUI081-2017-GRUPO-15.pdf​> 
4. Experimento: o espelho de prata disponível em: 
https://manualdaquimica.uol.com.br/experimentos-quimica/experimento-espel
ho-prata.htm​.