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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA INORGÂNICA I - EXPERIMENTAL São Luís 2005 2 BOAS VINDAS... Sejam bem-vindos ao laboratório de Química Inorgânica. Aqui vocês terão oportunidade de viver um pouco a prática do modelo científico e poderão exercitar habilidades, ora objetivas (como pesagem, síntese, manuseio de amostras, etc.), ora subjetivas (como a observação, discussão em equipe, elaboração de estratégias experimentais, suposição de modelos, etc). Desenvolverão a habilidade de fazer as devidas anotações dos fatos experimentais; de reproduzir e interpretar experimentos; de propor novas metodologias; de criticar resultados e redigir relatórios, fundamentando suas observações e apresentando, sempre que possível, seus resultados em forma de gráficos e tabelas. Aqui, acreditamos que às atividades experimentais não cabem apenas o título de coadjuvante das aulas discursivas, ou simples estratégias para a fixação de conhecimento, mas, antes, como meios de produção destes conhecimentos. É com este espírito que vocês devem vestir seu jaleco. Devem ter sempre em mente que não vão apenas cumprir as instruções contidas em um roteiro ou protocolo experimental, mas realizar um experimento. E realizar um experimento significa: conhecer um problema (escolha do assunto), propor soluções para este problema (discutindo em equipe e pesquisando a literatura), propor uma estratégia experimental para a verificação das sugestões (planejamento), realizar esta atividade experimental (executando o experimento) e criticar os resultados obtidos (trabalhando os resultados, analisando os erros e escrevendo o relatório). Vocês devem exigir do professor a problematização do assunto, da mesma forma que este deve cobrar de vocês alternativas para a resolução do problema proposto. Durante a realização das práticas procurem deixar bastante claro para vocês qual o objetivo do experimento, qual metodologia deve ser empregada para atingir o objetivo proposto, quais as variáveis que podem interferir mais significativamente nesta metodologia, quais habilidades e competências estão, de fato, adquirindo, etc. O professor deve orientar as equipes sobre o problema a ser investigado. De preferência, deve ressaltar a importância do assunto, contextualizando-o ao máximo. É a melhor oportunidade para vocês esclareceram possíveis dúvidas quanto ao roteiro, técnica a 3 ser utilizada ou manuseio de algum produto tóxico. Devem permear também as discussões das equipes procedimentos em caso de acidentes e o descarte do material. Outro cuidado que vocês devem ter durante a realização das atividades é quanto ao uso correto do caderno de laboratório. O caderno de laboratório hoje, poderá ser o caderno de pesquisa ou de análise, amanhã. Portanto, o aluno deve cultivar o bom hábito de anotar tudo no seu caderno. Não esquecer que a atividade a ser realizada e discutida é um trabalho de equipe. Tudo dever ser discutido entre os membros, mas a anotação deve ser individual. Todos devem ter o seu caderno e anotar suas impressões sobre cada etapa do experimento, resultados e discussões (se possível, depois, colocar observações da literatura). Nada de anotar depois ou escrever no roteiro de prática ou em uma folha avulsa. Ao final do experimento o professor deve fazer um comentário de caráter geral, enfatizando os pontos positivos e analisando de forma global os dados obtidos, seus desvios e convergências. O Laboratório deve ser encarado por vocês como um espaço para constatação (ou refutação) de idéias. Portanto, não é simplesmente por estar dentro dele, realizando tarefas, que alcançarão aprimoramento na sua formação. Procurem também propor novas atividades experimentais ou modificações nas atuais que satisfaçam a curiosidade de vocês e que primem pela formação de todos. Bom trabalho a todos. 4 1. RELAÇÃO DOS EXPERIMENTOS 1.1 Reações Inorgânicas Este experimento foi elaborado para ser realizada em 2 aulas (1ª e 2ª aulas) 1.2 Hidrogênio Este experimento foi elaborado para ser realizado em 3 aulas, sendo distribuído do seguinte modo: 1.1.1 Preparação, propriedades e identificação (3ª aula) 1.1.2 Obtenção eletroquímica do hidrogênio (4ª aula) 1.1.3 Reatividade de metais com HCl (5ª aula) 1.3. Folheando com cobre Este experimento será desenvolvido em uma única aula (6ª aula) 1.4. Metais Alcalinos Este experimento será desenvolvido em duas aulas (7ª e 8ª aulas), sendo distribuído do seguinte modo: 1.4.1. Teste de solubilidade dos compostos alcalinos 1.4.2. Reatividade e reações de precipitação entre bases alcalinas e sais 1.5. Metais Alcalino-terrosos Este experimento será desenvolvido em duas aulas (9ª e 10ª aulas), sendo distribuído do seguinte modo: 1.5.1. Reatividade dos metais alcalinos terrosos 1.5.2. Solubilidade dos metais alcalinos terrosos 5 1.5.3. Testes de precipitação 1.6 Halogênios Este experimento foi elaborado para ser desenvolvido em 5 aulas, subdividido do seguinte modo: 1.6.1 Propriedades dos halogênios (11ª aula) 1.6.2 Obtenção dos halogênios por eletrólise e Identificação das espécies produzidas (12ª aula) 1.6.3 Preparação da água clorada e Propriedades da água clorada (13ª aula) 1.6.4 Preparação e Propriedades da água de bromo (14ª aula) 1.6.5 Preparação e Propriedades do Iodo (15ª aula) 1.7. Obtenção de NO e NO2 Este experimento será desenvolvido em uma única aula, sendo que o tema é sugerido e a metodologia é livre (cada grupo trará sua proposta) (16ª aula). 2. OBJETIVOS DA DISCIPLINA Os experimentos selecionados para esta disciplina visam reforçar conceitos fundamentais de Química Inorgânica, complementando o conteúdo da disciplina teórica do curso. Espera-se que o aluno desenvolva e amplie sua capacidade de compreensão de fenômenos, da aplicação da metodologia científica e de modelos teóricos, bem como de apresentação de dados e de análise crítica dos conteúdos e resultados experimentais. 3. PRESENÇA NAS AULAS É obrigatória a presença de todos os alunos durante toda a extensão da aula. Os alunos que faltarem ou se ausentarem do experimento receberão nota zero neste experimento. OBSERVAÇÃO: SERÁ TOLERADO ATRASO DE, NO MÁXIMO, 10 MINUTOS. 4. GRUPOS 6 Os alunos deverão se dividir em grupos de três ou quatro (no máximo) conforme suas afinidades pessoais. Esses grupos permanecerão os mesmos durante todo o semestre. 5. CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO Os alunos serão avaliados nos seguintes itens: A) Pré-relatório: cada aluno deverá entregar um pré-relatório no início da aula de cada experimento. Este pré-relatório deverá conter uma descrição do procedimento experimental a ser realizado, de forma resumida, preferencialmente na forma de um esquema ou fluxograma, e as respostas às questões formuladas junto ao material de apoio da disciplina. Os pré- relatórios não receberão notas individuais, mas valerão 20% da nota do relatório do experimento. B) Relatórios: cada aluno deverá elaborar um relatório de cada experimento que será entregue ao final do assunto. O relatório será avaliado, com notas de 0 a 10. Os integrantes do grupo receberão a mesma nota estampada no relatório, salvo casos especiais a serem julgados pelo professor. Se o aluno faltar em um experimento, sua nota neste relatório será zero. No caso de experimentos realizados em duas semanas, se o aluno faltar em uma das semanas, sua nota neste relatório será dividida por dois. Os relatórios deverão ser entregues diretamente ao professor no início da aula seguinte. Os relatórios não serão recebidos após este prazo, salvo em ocasiões específicas. C) Participação na Aula Prática: os alunos serão avaliados individualmente quanto a sua conduta no laboratório e envolvimento com o conteúdo da aula prática. Sua nota final da parte experimentalpoderá ser acrescentada ou diminuída de acordo com o item em questão. 6. PREPARAÇÃO DO RELATÓRIO Os relatórios não devem ser digitados. Figuras e tabelas também não precisam ser impressas em impressoras. Cada relatório deve conter os seguintes itens: 7 a) Título do experimento: Data em que ele foi realizado Nome e código dos alunos do grupo. b) Uma breve introdução: O objetivo da introdução é o de situar o tema do experimento. Esta introdução deve ser de no máximo uma página. A introdução não pode ser uma cópia dos textos de apoio. Para escrevê-la use as referências bibliográficas sugeridas ou outras que você encontre na biblioteca. c) Parte experimental: Deve conter uma descrição simplificada do procedimento seguido (incluindo-se modificações que tenham sido feitas), uma lista dos materiais, instrumentos e reagentes utilizados, sempre na forma de texto. d) Resultados e discussão: Esta é a parte mais importante do relatório. Nela você vai apresentar da forma mais clara e completa possível os resultados obtidos no experimento, acompanhados de uma análise crítica dos mesmos com base nos conceitos envolvidos. Deve-se incluir todo o tipo de resultado obtido: observações visuais, dados numéricos (como volumes medidos, massas pesadas, tempos decorridos, temperaturas, rendimentos, etc.) e dados instrumentais. Deve-se incluir também todos os cálculos efetuados. Sempre que possível seus dados devem ser organizados na forma de tabelas e gráficos. e) Conclusão: f) Referências. 8 Numere e relacione todas as referências bibliográficas que você usou para elaborar o relatório. Estas referências podem ser livros-texto ou periódicos (revistas e jornais científicos) e devem ser citadas no texto do relatório. Obs. Não serão aceitos relatórios digitados. 9. REGRAS GERAIS DO LABORATÓRIO Não é permitido comer ou fumar no laboratório. É obrigatório o uso de jaleco, calça comprida e sapato fechado. Óculos de segurança serão exigidos em situações especiais no laboratório, de acordo com instruções do professor. No caso de se necessitar de material ou equipamento extra, o mesmo deverá ser solicitado ao professor e devolvido limpo logo após sua utilização. Após o experimento, o material deve ser cuidadosamente limpo e reposto no respectivo armário. Os reagentes e equipamentos devem ser utilizados com cuidado e devolvidos ao local apropriado, imediatamente após o uso. Qualquer reagente/equipamento extra só pode ser utilizado com a aprovação do professor. Tenha muito cuidado no uso das balanças e limpe imediatamente qualquer derramamento de reagentes. Em caso de dúvida sobre algum reagente ou equipamento, consulte antes o professor responsável. Nas capelas existem frascos para o descarte de solventes e outros resíduos líquidos. Nunca descarte nada na pia. 9 Aula Prática N o 01 – Reações Inorgânicas 1 – OBJETIVOS Proporcionar um contato com um grande número de reações químicas; Aperfeiçoar a percepção do que acontece quando determinados “elementos” são postos para reagir; Desenvolver habilidade em determinar o resultado de certas reações. 2 – PROBLEMATIZAÇÃO Existem tantas reações singulares na química que memorizar todas elas seria uma tarefa tola. É muito mais proveitoso tentar usar um padrão de reconhecimento para determinar a categoria geral de uma reação, como metátese ou reação de oxirredução. Portanto, quando você se deparar com o desafio de prever o resultado de uma reação química, faça a você mesmo as seguintes questões apropriadas: Quais são os reagentes na reação? São eletrólitos ou não eletrólitos? São ácidos ou bases? Se os reagentes são eletrólitos, a metátese produzirá um precipitado? Água? Gás? Fazendo perguntas como estas, vocês estarão aptos a determinar o que poderá acontecer durante a reação. Infelizmente não existem regras baseadas em propriedades físicas, tais como cargas iônicas, para nos guiar na determinação de um composto iônico particular ser solúvel ou não. Entretanto, observações experimentais têm nos levado a regras para previsão da solubilidade de compostos iônicos. Por exemplo, os experimentos mostram que todos os compostos iônicos comuns que contêm o ânion nitrato, NO3 - , são solúveis em água. Para determinar se um precipitado é formado quando misturamos soluções aquosas de dois eletrólitos fortes, devemos observar alguns critérios: 1) observar os íons presentes nos reagentes, 2) considerar as possíveis combinações de cátions e ânions e 3) usar as regras de 10 solubilidade para determinar se alguma dessas combinações é insolúvel (ver tabela de solubilidade) Muitos metais sofrem reações de deslocamento com ácidos, produzindo sais e gás hidrogênio. Os metais podem também ser oxidados por soluções aquosas de vários sais. Nestas reações, podemos determinar se um metal será ou não oxidado por um ácido ou por um sal específico? Essa é uma pergunta de suma importância na prática e de grande interesse químico. Diferentes metais variam na facilidade com que são oxidados. O Zn é oxidado por soluções aquosas de Cu 2+ , por exemplo; Ag não é. Portanto, Zn perde elétrons mais facilmente do que Ag, isto é, Zn é mais fácil oxidar do que Ag. Uma lista de metais dispostos em ordem decrescente de facilidade de oxidação é chamada série eletroquímica. A série eletroquímica pode ser usada para ajudar a prever o resultados de reações entre metais e sais metálicos ou ácidos. 3 – MATERIAIS E REAGENTES a) Metais: Alumínio Cobre (lâminas) Ferro (fio ou prego) Zinco (em pó) Zinco (grânulos) b) Soluções e Reagentes: Ácido clorídrico 3M Ácido sulfúrico concentrado Ácido sulfúrico 3M Carbonato de sódio 0,1 M Cloreto de bário 0,1 M Cloreto de cálcio 0,1 M Cloreto de sódio 0,1 M Cloreto de sódio (sólido) Cloreto férrico 0,1 M Fosfato de potássio 0,1 M Hidróxido de sódio 5 M Iodeto de potássio 0,1 M Nitrato de chumbo 0,1 M Nitrato de prata 0,1 M 11 Sulfato de potássio ou sódio 0,1 M Sulfato de zinco 0,1 M Sulfato de cobre 0,1M Sulfato de magnésio 0,1 M c) Vidrarias e outros Tubos de ensaio Rolhas de borracha Bico de bunsen Pinça de madeira Espátula Pipetador de borracha (pêra) Pipetas Balões volumétricos Etiquetas 4 – PROCEDIMENTO Em cada uma das seguintes experiências, logo após a adição dos reagentes, anotar tudo que observar. Em seguida escrever as equações químicas correspondentes. Naquelas em que não se observa reação, explicar o porquê. 4.1. Reações de Dupla Troca 4.1.1. Colocar 2 mL de solução aquosa de nitrato de prata 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 2 mL de solução de cloreto de sódio 0,1M. 4.1.2. Colocar 2 mL de solução aquosa de sulfato de zinco 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 2 mL solução de nitrato de prata 0,1M. 4.1.3. Colocar um cristal de cloreto de sódio (aproximadamente 0,3 g) num tubo de ensaio e adicionar 1 mL de ácido sulfúrico concentrado. 12 4.1.4. Colocar 2 mL de solução aquosa de cloreto de sódio 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 1 mL de ácido sulfúrico concentrado. 4.1.5. Colocar 2 mL de solução aquosa de Pb(NO3)2 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 2 mL de solução de KI 0,1M. 4.1.6. Colocar 2 mL de solução aquosa de CaCl2 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 2 mL de solução de Na2CO3 0,1M. 4.1.7. Colocar 2 mL de solução aquosa de AgNO3 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 2 mL de solução de K3PO4 0,1M. 4.1.8. Colocar 2 mL de solução aquosa de BaCl2 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 1 mL de solução de K2SO4 0,1M. 4.1.9. Colocar 2 mL de solução aquosa de FeCl3 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 1 mL de solução de NaOH 5M.4.1.10. Colocar 2 mL de solução aquosa de CuSO4 0,1M num tubo de ensaio e adicionar 1 mL de solução de NaOH 5M. 13 5.2. REAÇÕES DE DESLOCAMENTO 5.2.1. Colocar 5 mL de solução de sulfato de cobre(II) 0,1M num tubo de ensaio contendo uma lâmina de zinco. 5.2.2. Colocar 5 mL de solução de nitrato de prata 0,1M num tubo de ensaio contendo uma lâmina de cobre. 5.2.3. Colocar 5 mL de solução de sulfato de magnésio 0,1M num tubo de ensaio contendo um fio de ferro. 5.2.4. Colocar 5 mL de solução de nitrato de prata 0,1M num tubo de ensaio contendo zinco em pó. 5.3. REAÇÕES DE METAIS COM ÁCIDOS DILUÍDOS NÃO OXIDANTES 5.3.1. Colocar 2 mL de solução de ácido clorídrico 3M num tubo de ensaio e introduzir uma pitada de zinco em pó. 5.3.2 Colocar 2 mL de solução de ácido sulfúrico 3M num tubo de ensaio e introduzir uma lâmina de alumínio. 5.3.3 Colocar 2 mL de solução de ácido clorídrico 3M num tubo de ensaio e introduzir um fio de ferro. 14 5.4. REAÇÃO DE ZINCO E ALUMÍNIO COM SOLUÇÃO AQUOSA DE BASES FORTES 5.4.1 Colocar 2 mL de solução de hidróxido de sódio 5M num tubo de ensaio e introduzir uma lâmina de alumínio. 5.4.2 Colocar 2 mL de solução de hidróxido de sódio 5M num tubo de ensaio e introduzir uma lâmina de zinco. Aula Prática N o 02 – Hidrogênio PARTE 1- PREPARAÇÃO, PROPRIEDADES E IDENTIFICAÇÃO. OBJETIVOS Preparar o hidrogênio a partir da ação de metais sobre ácidos Verificar algumas propriedades deste gás e sua combustão PROBLEMATIZAÇÃO O hidrogênio, H2(g), pode ser convenientemente preparado no laboratório pela ação de ácidos sobre metais. Entretanto, será que qualquer metal ou qualquer ácido pode ser utilizado para esta finalidade? Consulte as tabelas abaixo e sugira um procedimento para responder esta questão. Tabela 01 - Potencial padrão de eletrodo, a 25 o C. SEMI-REAÇÃO E o (V) SEMI-REAÇÃO E o (V) Na + + e - Na 0 -2,71 Fe 2+ + 2e - → Fe 0 -0,44 Mg 2+ + 2e - Mg 0 -2,37 Sn 2+ + 2e - → Sn 0 -0,14 Al 3+ + 3e - Al 0 -1,66 Cu 2+ + 2e - → Cu 0 +0,34 Zn 2+ + 2e - Zn 0 -0,76 Hg2 2+ + 2e - → 2Hg 0 +0,79 15 Tabela 02 – Ácidos usuais Fórmula Força Oxidante HCl Forte Não HNO3 Forte Sim CH3COOH Fraco Não H2SO4 Forte Sim PRÉ-LABORATÓRIO 1 – Relacione os reagentes, soluções e vidrarias a serem utilizadas. 2 – Quais os cuidados que devem ser observados para a produção de hidrogênio? 3 – O que é gás detonante? 4 – Quais as equações da reação de formação do hidrogênio e da sua combustão? Sugira um procedimento para verificar a combustão do hidrogênio. 5 – O que é o equipamento de Kipp, como ele funciona e quais as suas vantagens? PARTE 02 – OBTENÇÃO ELETROQUÍMICA DO HIDROGÊNIO OBJETIVOS Preparar o hidrogênio eletroquimicamente Identificar o eletrodo onde ocorre a evolução deste gás Identificar os sub-produtos da reação PROBLEMATIZAÇÃO Da atividade anterior deve ter sido evidenciado que a combinação Zn com HCl em virtude do valor do potencial e da força do ácido, é a mais indicada para a produção do gás hidrogênio em laboratório. Entretanto, o Zn comercial contém impurezas (As, Sb, P, S, etc.), as quais formarão hidretos e contaminarão o hidrogênio assim produzido, limitando o emprego subseqüente deste gás. Para a purificação é comum o emprego de frascos lavadores 16 contendo soluções que oxidarão e reterão as impurezas. Entretanto, o H2 com maior pureza pode ser obtido eletroliticamente. PRÉ- LABORATÓRIO Discuta em equipe e sugira um procedimento para a preparação deste gás via redução eletrolítica. Pontos como: matéria prima a ser eletrolisada, eletrodos, potencial a ser utilizado, coleta e identificação do H2 devem ser abordados. Proponha uma aplicação para este gás. PARTE 03 – REATIVIDADE DE METAIS COM HCl OBJETIVOS Descrever uma série de reatividade de metais com ácido clorídrico Enumerar alguns metais mais ou menos reativos que o hidrogênio Reconhecer que a velocidade de reação com o ácido é um indício da reatividade do metal. Prever se um metal reagirá com o ácido clorídrico consultando a série de potencial padrão de redução. PROBLEMATIZAÇÃO Já sabemos que o gás hidrogênio pode ser obtido a partir da ação de determinados metais, como por exemplo, o zinco, com o HCl, conforme a reação abaixo: Zn(s) + 2H + (aq) → H2(g) + Zn 2+ A pergunta que tentaremos responder com esta atividade é se esta propriedade redutora dos metais pode ser empregada para o estabelecimento de uma série, a qual meça a reatividade de diferentes metais. Para tal, verificaremos a tendência crescente em reduzir o íon hidrogênio de uma solução de HCl, a partir dos metais abaixo relacionados: Alumínio em pó; Cobre em pó; 17 Magnésio em pó Ferro em pó Zinco em pó PRÉ-LABORATÓRIO 1 – Consulte a série eletroquímica (tabela dos potenciais padrão de redução) e verifique se a seqüência em que os metais foram dispostos está em concordância com ela. 2 – Se os metais reativos supracitados estivessem não na forma de pó, mas em placas, o resultado poderia ser outro? 2 – Como determinar, sem fazer experiência, se um metal qualquer reagirá com HCl? PROCEDIMENTO 1 – Coloque um pouco de cada metal em pó em um tudo de ensaio, com o cuidado de enumerar e dispor devidamente os tubos de ensaio na estante. 2 – Acrescente 5,0 mL de HCl 3,0 M. O que ocorre em cada tubo? Toque-o com a mão: houve alguma mudança perceptível na temperatura? 3 – Suas observações indicam que ocorreu alguma transformação química entre os metais e o ácido clorídrico? Em caso positivo, escreva as respectivas equações químicas. 4 – Há produção de hidrogênio em todos os tubos? Em caso negativo, quais os metais que não provocam reação? 5 – Observe atentamente a velocidade de desprendimento de hidrogênio nos tubos onde ocorre a reação. Nota diferença entre eles? Ordene os metais segundo a velocidade de desprendimento de hidrogênio: o que se pode concluir sobre a reatividade desses metais? Aula Prática N o 03 – Folheando com Cobre OBJETIVO Estudar o revestimento de materiais através da eletrólise 18 PROBLEMATIZAÇÃO Os revestimentos metálicos são usados pra fins decorativos (ouro, prata), elétricos (estanho, prata, ouro, etc), endurecimento superficial (cromo), resistência à corrosão (cromo, níquel, cádmio, alumínio, zinco, estanho, etc), entre outros. Umas das técnicas freqüentemente utilizadas para aplicação de revestimentos metálicos é a eletrodeposição, pois proporciona um revestimento fino e relativamente livre de poros. Utiliza-se geralmente este processo para revestimento com ouro, prata, cobre, estanho, níquel, cádmio, cromo e zinco. Neste processo, o material a ser protegido é colocado como catodo de uma cuba eletrolítica, onde o eletrólito contém sal do metal a ser usado no revestimento, podendo o anodo ser também do metal a ser depositado. A espessura da película e suas propriedades dependem de fatores tais como a densidade de corrente aplicada, concentração de sais, temperatura do banho, etc. MATERIAIS E REAGENTES Béquer, espátula, balão volumétrico Proveta Pisseta Bastão de vidro Eletrodo de cobre, moeda, palha de aço Terminais de bateria CuSO4 0,5 mol/L HCl H2SO4 PROCEDIMENTO No béquer, coloque certa quantidade da solução de CuSO4, 1 gota de HCl e 3 gotas de H2SO4 19 Agite a solução com o bastão de vidro, misturando os ácidos à solução de CuSO4 Lixe as moedas com palha de aço, lave-as com água e sabão, até ficarem limpas,lisas e brilhantes, secando-as com papel absorvente. Usando as garras, ligue o pólo positivo da bateria (vermelho) na placa de cobre, e o pólo negativo na moeda a ser revestida. Mergulhe a moeda e o eletrodo de cobre (placa) na solução durante 30 segundos e observe. Se necessário, mergulhe novamente para um melhor folheamento. Observe o explique: 1) Qual a função dos ácidos adicionados? 2) Por que usamos a placa de cobre como eletrodo positivo? 3) Que transformação pode ter ocorrido na lâmina de cobre? 4) Essa transformação poderia ocorrer sem que fosse usada energia elétrica? Para responder esta questão coloque uma moeda numa solução de sulfato de cobre e observe o que ocorre. 5) Ao se ligar as duas placas de cobre, mergulhadas numa solução de sulfato de cobre aos pólos da pilha, observa-se que uma das placas se desgasta e a outra fica recoberta de cobre metálico. Em qual dos pólos ocorre o desgaste? E o recobrimento? Como se explica esse processo? 6) Observando o que ocorreu com a, responda: a. Que substância se formou sobre a moeda? b. Como você representa a equação química dessa transformação? Aula Prática N o 04 – Metais Alcalinos OBJETIVOS Estudar a solubilidade de compostos dos metais alcalinos Estudar a reatividade de compostos dos metais alcalinos Estudar as reações de precipitação entre base alcalina e sais 20 PROBLEMATIZAÇÃO Os metais alcalinos são os metais mais reativos que existem. Reagem facilmente com oxigênio, com a umidade e com o gás carbônico do ar (por isso são guardados imersos em querosene ou outro líquido não oxigenado). Reagem também facilmente com álcool etílico. No homem, como nos animais superiores, o potássio e o sódio atuam sobre as membranas celulares transmitindo impulsos eletroquímicos para as fibras musculares e para os nervos. Esses dois elementos equilibram a atividade dos alimentos ingeridos e a eliminação de resíduos celulares. A carência ou o excesso de potássio no organismo são altamente prejudiciais. A presença do potássio no solo garante as quantidades necessárias nos alimentos de origem vegetal. MATERIAIS a) Soluções e Reagentes cloreto, hidróxido e carbonato de lítio(s) cloreto, hidróxido e carbonato de potássio(s) cloreto, hidróxido e carbonato de sódio(s) cloreto, hidróxido e carbonato de rubídio(s) cloreto, hidróxido e carbonato de césio(s) Álcool etílico P.A Dissulfeto de carbono Tetracloreto de carbono Benzina Gasolina Carbonato de potássio 0,1 M Bicarbonato de potássio 0,1 M Acetato de sódio 0,1 M Nitrato de potássio 0,2 M Iodeto de potássio 0,2 M Sulfeto de potássio 0,1 M Brometo de sódio 0,2 M 21 Cloreto de sódio 0,2 M Tetraborato de sódio 0,1 M Sulfato de sódio 0,2 M Cálcio metálico (s) Lítio metálico(s) Potássio metálico(s) Sódio metálico (s) Ácido clorídrico 0,1 M Cloreto de magnésio, cálcio, zinco, manganês(II), cobalto(II), cobre(II) 1 M Hidróxido de sódio 0,1 N Fenolftaleína Papel indicador universal pH 0-14 b) Vidrarias e outros Tubos de ensaio bureta Erlenmeyer Suporte universal com garras Pipetas graduadas Pipetas volumétricas de 2 mL e 5 mL Espátulas PROCEDIMENTO 1) Testes de solubilidade de compostos alcalinos (sugere-se que sejam usados tubos de ensaio pequenos, do tipo 10x100mm) 1.1) Dissolver, em tubos de ensaio diferentes, 0,1 g de LiCl, NaCl, KCl, RbCl e CsCl em 1 mL de água. Agitá-los. Adicionar, eventualmente, mais algumas gotas de água. 1.2) Dissolver, em tubos de ensaio diferentes, 0,1 g de LiOH, NaOH, KOH, RbOH e CsOH em 1 mL de água. Agitá-los. Adicionar, eventualmente, mais algumas gotas de água. São todos solúveis? 22 1.3) Dissolver, em tubos de ensaio diferentes, 0,1 g de Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3 e Cs2CO3 em 1 mL de água. Agitá-los. Adicionar, eventualmente, mais algumas gotas de água. São todos solúveis? 1.4) Repetir os três itens anteriores, utilizando como solvente 1 mL de álcool etílico P.A. O quê você observou? 1.5) Os sais dos metais alcalinos, com poucas exceções, são solúveis em água, e pertencem ao grupo dos eletrólitos fortes. Retire 2 mL de cada uma das soluções abaixo, transferindo-os respectivamente para tubos de ensaio: K2CO3 KHCO3 CH3COONa K2S Na2B4O7 KNO3 KI NaBr NaCl Na2SO4 Questionário: a) Testar o pH de cada solução, e anotá-la ao lado de cada tubo. O que observou? b) Escrever as equações de sua reação com água. c) Explicar porque motivos apresentam valores de pH diferentes. 2) Reatividade 2.1) Cortar três pedacinhos de sódio e colocar um deles sobre o vidro de relógio e deixá-lo exposto à ação do ar durante 15 minutos. O segundo deve ser colocado em um béquer contendo 50 mL de água destilada. O terceiro, em um tubo de ensaio contendo 5 mL de álcool etílico P.A. Questionário: a) Descreva os fenômenos que observou em cada um deles. b) Determinar a molaridade da solução contida no béquer com solução 0,1 M de ácido clorídrico. c) Determinar a massa de sódio que reagiu. d) Qual é a reação química ocorrida no sódio metálico exposto ao ar? 3) Reações de precipitação entre base alcalina e sais 23 3.1) Preparar soluções 1M de FeCl3, MgCl2, CaCl2, ZnCl2, MnCl2, CoCl2, CuCl2 e solução 3M de NaOH. 3.2) Transferir 5 mL de cada uma das soluções de cloretos para os sete tubos de ensaio, respectivamente. Em seguida adicionar 5 mL de solução de NaOH a cada tubo de ensaio. Questionário: a) Notou formação de precipitados? b) Equacione as sete reações químicas. Aula Prática N o 05 – Metais Alcalinos Terrosos OBJETIVOS Estudar a reatividade dos Metais alcalino-terrosos Estudar a solubilidade dos compostos alcalino-terrosos Estudar as reações de precipitação de compostos alcalino-terrosos. PROBLEMATIZAÇÃO São bastante reativos, mas bem menos do que os alcalinos. Devem ser guardados em recipientes fechados, pois se oxidam, hidratam-se e carbonatam-se facilmente. Como aplicação biológica, podemos citar os íons Mg +2 , que se concentram nas células animais, e os íons Ca 2+ , que se concentram nos fluídos corpóreos fora da célula, de modo semelhante à concentração do K + no interior da célula e do Na + no seu exterior. Os íons Mg 2+ formam um complexo com o ATP, e são constituintes dos fosfoidrolases e das fosfotransferases, que são enzimas para reações envolvendo o ATP e liberando energia. São também essenciais para a transmissão de impulsos ao longo de fibras nervosas. O Mg 2+ é importante na clorofila, nas partes verdes das plantas. O Ca 2+ é importante em ossos e dentes como a apatita, Ca3(PO4)2, e no esmalte dos dentes, como fluorapatita, 3(Ca3(PO4)2).CaF2. Os íons Ca 2+ são importantes na coagulação do sangue, e são necessários para dar início à contração dos músculos e para manter o batimento regular do coração. 24 MATERIAIS a) Soluções e Reagentes Magnésio (em raspas) Cálcio metálico Fenolftaleína Papel indicador universal, pH 0-14 Ácido clorídrico 0,1 M Álcool etílico P.A Cloreto de berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário(s) Hidróxido de berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário(s) Nitrato de berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário(s) Sulfato de berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário(s) Carbonato de berílio, magnésio, cálcio, estrôncio e bário(s) Nitrato de berílio 1M Cloreto de magnésio 1M Cloreto de estrôncio 1M Cloreto de bário 1M Cloreto de cálcio 1M Carbonato de amônio 3M Carbonato de sódio 3M Ácido sulfúrico 3M Fosfato trissódico 0,1M Sulfato de sódio 1M Oxalato de sódio 0,1M Cromato de potássio 3M b) Vidraria e outros Becker de 250 mL Suporte universal Bureta 25 Erlenmeyer Bico de Bunsen Espátulas Tubos de ensaio Pipetas volumétricas de 1 mL Pipetas graduadasProvetas PROCEDIMENTO 1) Reatividade dos Metais alcalino-terrosos 1.1) Cortar um pedacinho de Mg, transformá-lo parcialmente em raspas e colocá-lo em um béquer contendo 150 mL de água destilada. Você não observará reação química. 1.2) Aquecer até a ebulição, deixando ferver durante 5 minutos. Testar o pH da solução. Caso não se evidencia pH alcalino, deixar ferver mais algum tempo. Gotejar 5 gotas de fenolftaleína. Questionário: a) Que observou ao gotejar o indicador? b) Qual foi a reação química? Equacione-a. 1.3) Cortar um pedacinho de Ca e colocá-lo em um béquer contendo 150 mL de água destilada. Aguardar o término da reação e testar o pH da solução. Questão: a) Qual foi a reação química? b) Determine a molaridade da solução com HCl 0,1 M. Determinar a massa de hidróxido de cálcio que existe na água. 1.4) Colocar um pedacinho de Ca em um tubo de ensaio contendo 5 mL de álcool etílico. Houve reação química? 2) Solubilidade dos compostos alcalino-terrosos 2.1) Solubilidade das bases 26 Colocar 0,1 g de cada uma das bases alcalino-terrosas em tubos de ensaio diferentes e adicionar 1 mL de água destilada. Agitar bem. Adicionar eventualmente mais um pouco de água. Observou diferença de comportamento quanto à solubilidade? 2.2) Solubilidade dos cloretos Colocar 0,1 g de cada um dos cloretos dos metais alcalino-terrosos em tubos de ensaio diferentes e adicionar 1 mL de água destilada. Agitar. São todos solúveis? 2.3) Solubilidade dos nitratos Colocar 0,1 g de cada um dos nitratos dos metais alcalino-terrosos em tubos de ensaio diferentes e adicionar 1 mL de água destilada. Agitar. São todos solúveis? 2.4) Solubilidade dos sulfatos Colocar 0,1 g de cada um dos sulfatos dos metais alcalino-terrosos em tubos de ensaio diferentes e adicionar 1 mL de água destilada. Agitar. São todos solúveis? 2.5) Solubilidade dos carbonatos Colocar 0,1 g de cada um dos carbonatos de metais alcalino-terrosos em tubos de ensaio diferentes e adicionar 1 mL de água destilada. Agitar. São todos solúveis? 3) Testes de precipitação Preparar 100 mL de soluções de cada um dos seguintes: Be(NO3)2 1 M, MgCl2 1M, SrCl2 1M, BaCl2 1M, (NH4)2CO3 3M, Na2CO3 3M, H2SO4 3M, Na3PO4 0,1 M, Na2SO4 1M, Na2C2O4 0,1M, K2CrO4 3M, CaCl2 1M. Uma vez prontas estas soluções, proceder aos seguintes testes: 3.1) Colocar em 5 tubos de ensaio diferentes, 1 mL de solução, conforme indicado: Be(NO3)2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 Adicionar a cada um deles 1 mL de solução de H2SO4 3M. Equacionar as reações químicas. 27 3.2) Colocar em 5 tubos de ensaio diferentes 1 mL de solução conforme indicado: Be(NO3)2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 Adicionar a cada um deles 1 mL de solução de Na3PO4 0,1 M. Equacionar as reações químicas. 3.3) Colocar em 5 tubos de ensaio diferentes 1 mL de solução conforme indicado: Be(NO3)2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 Adicionar a cada um deles 1 mL de solução de Na2SO4 1 M. Equacionar as reações químicas. 3.4) Colocar em 5 tubos de ensaio diferentes 1 mL de solução conforme indicado: Be(NO3)2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 Adicionar a cada um deles 1 mL de solução de Na2C2O4 0,1 M. Equacionar as reações químicas. 3.5) Colocar em 5 tubos de ensaio diferentes 1 mL de solução conforme indicado: Be(NO3)2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 28 Adicionar a cada um deles 1 mL de solução de K2CrO4 3 M. Equacionar as reações químicas. Aula Prática N o 06 – Halogênios PARTE 01 - PROPRIEDADES DOS HALOGÊNIOS OBJETIVOS Identificar compostos de elementos da família dos halogênios por sua reação característica com os íons prata e cálcio. Observar diferenças nas propriedades dos compostos de flúor em relação aos haletos semelhantes PROBLEMATIZAÇÃO Os halogênios não ocorrem na natureza em seus estados elementares, sendo suas moléculas diatômicas e homonucleares. Interessantemente, o aumento do volume das moléculas relaciona-se com a intensidade de absorção de luz visível, aumentando a coloração do elemento: o flúor é um gás verde pálido, o cloro um gás verde amarelo, o bromo um líquido marrom castanho e o iodo um sólido violeta. Assim como o mercúrio é o único metal líquido nas condições normais, o bromo é o único não metal líquido. Eficientes na contenção do fogo e também promotores de melhor resistência química, os halogênios, como o cloro e o bromo, constituem uma das quatro principais bases tecnológicas para conferir características antichama aos plásticos (fosfatos, aluminas, halogenados e aminas modificadas). Em casos de incêndios, porém, provocam efeitos deletérios, como a liberação de fumaça contendo gases tóxicos muitas vezes corrosivos, como os ácidos clorídrico e bromídrico. As pessoas não se queimam, mas podem sufocar-se. Por isso, os fabricantes se empenharam em desenvolver alternativas para substituir os halogênios sem prejudicar a eficiência no combate à propagação da chama. 29 MATERIAIS E REAGENTES Solução de nitrato de prata 0,1 M Solução de fluoreto de sódio 0,1 M Solução de cloreto de sódio 0,1 M Solução de brometo de potássio 0,1 M Solução de iodeto de potássio 0,1 M Proveta de 5 ou 10 mL Tubos de ensaio Conta-gotas Bastão de vidro PROCEDIMENTO 1 – Acomode os quatro tubos de ensaio na estante e coloque 5 mL das soluções dos haletos nos respectivos tubos; 2 – Adicione algumas gotas da solução de nitrato de prata a cada tubo de ensaio e observe atentamente. O que ocorre? Qual o aspecto do conteúdo do tubo após alguns minutos? Há evidência da formação de novas substâncias? Há diferenças no comportamento do fluoreto em relação aos outros haletos? Descreva os sistemas, ordene os resultados em tabelas e justifique suas observações. As regras de Fajans justificam os resultados observados? PARTE 02 - OBTENÇÃO DOS HALOGÊNIOS POR ELETRÓLISE – IDENTIFICAÇÃO DAS ESPÉCIES PRODUZIDAS OBJETIVOS 30 Obter as espécies Cl2, Br2 e I2 por eletrólise a partir dos respectivos sais; Descrever e realizar experimentos eletrolíticos a partir de materiais simples; Propor uma metodologia para identificação das espécies produzidas no catodo e anodo. PROBLEMATIZAÇÃO O cloro ocorre na natureza basicamente como cloreto de sódio, dissolvido nas águas dos mares, ou em minas, imensos depósitos de NaCl oriundo provavelmente do soterramento ou evaporação de mares ancestrais. Ele pode ser obtido por eletrólise (ver Eq. 1), Eq. 1 NaCl (aq) + 1,3V → H2 (g) (catodo) + Cl2 (g) (anodo) + NaOH (aq) Nessa reação todos os produtos são importantes, o cloro sendo de fato o subproduto da produção industrial de soda cáustica. O hidrogênio formado é muito importante, sendo utilizado na indústria petroquímica e alimentícia para hidrogenação catalítica de olefinas e gorduras insaturadas, como na produção de margarinas vegetais. Infelizmente um dos eletrodos, o catodo, é uma camada de mercúrio, e é difícil manter as cubas eletrolíticas completamente a prova de vazamentos, o que torna toda a operação um perigo ambiental enorme devido a grande toxicidade do mercúrio. MATERIAIS E REAGENTES Sais solúveis de cloro, bromo e iodo. Solução hidroalcoólica de fenolftaleína Béqueres Eliminador de pilha Fios de cobre com garras e bocal Grafites Tubos de ensaio Erlenmeyers PROCEDIMENTO http://inorgan221.iq.unesp.br/quimgeral/halogenios/halogenios.html#catodo#catodohttp://inorgan221.iq.unesp.br/quimgeral/halogenios/halogenios.html#catodo#catodo 31 1. Preencha dois tubos de ensaio e um béquer com a solução a ser eletrolisada (inicialmente cloreto e, em seguida, soluções de brometo e iodeto) contendo gotas de fenolftaleína. 2. Prender as minas de grafite nos fios de cobre e os conectar ao eliminador de pilha. Colocar cada eletrodo em um tubo de ensaio e emborcar os tubos no béquer, conforme o desenho a seguir: 3. Iniciar a eletrólise e anotar todos os fatos observados 4. Explicar o processo através das respectivas semi-reações 5. Discutir o que aconteceria caso a solução fosse de um fluoreto solúvel. 6. Proponha uma metodologia para a identificação das espécies produzidas no catodo e anodo durante a eletrólise das soluções dos haletos. 7. Demonstre o procedimento e descreva todas as reações químicas envolvidas. PARTE 03 - PREPARAÇÃO DA ÁGUA CLORADA - PROPRIEDADES DA ÁGUA CLORADA OBJETIVOS Discutir metodologias para a obtenção da água clorada Fazer o reconhecimento do cloro e verificar a reatividade da água clorada Verificar a solubilidade do cloro em água Verificar o desproporcionamento do íon hipoclorito (ClO-) Verificar propriedades da água clorada como agente oxidante PROBLEMATIZAÇÃO O gás cloro (Cl2(g)) pode ser obtido, sob aquecimento, através do seguinte procedimento: MnO2(s) + 4HCl(conc) → MnCl2(aq) + Cl2(g) + 2H2O(g) Trata-se de uma reação de oxi-redução com os seguintes potenciais envolvidos: 32 Pode-se observar que dentro de condições normais a reação não é espontânea, pois o potencial de redução do cloro é maior do que do óxido de manganês IV. Com um oxidante mais forte, tipo permanganato de potássio (KMnO4), a oxidação Cl - /Cl2 pode ocorrer sem necessidade de aquecimento: 2KMnO4(s) + 16HCl(conc) → 2MnCl2(aq) + 2KCl(aq) + 5Cl2(g) + 8H2O(l), Em contato com a água, o Cl2(g) sofre a seguinte reação de desproporcionamento, formando: Cl2(g) + H2O(l) → HClO(aq) + HCl A água clorada, assim gerada, pode evitar doenças comuns, como diarréia, hepatite, tifo e salmonelose. O consumo de água clorada na proporção correta não é prejudicial e combate à contaminação por fezes humanas e de animais. Entretanto, atualmente se discute a ação do cloro como desinfetante e a presença de trihalometanos na água tratada, pelos riscos que estes podem representar a saúde humana. Os THMs constituem um grupo de compostos orgânicos que se consideram derivados do metano (CH4) em cuja molécula três de seus quatro átomos de hidrogênio foram substituídos por um igual número de átomos dos elementos halógenos (cloro, bromo e iodo). O aumento da poluição dos mananciais, principalmente por compostos orgânicos, provocou uma grande preocupação em se verificar os efeitos causados pela presença destas substâncias na água destinada ao abastecimento público. PRÉ-LABORATÓRIO Com base nas reações acima: 1. Proponha um esquema para produção e coleta do gás Cl2. VERIFIQUE A NECESSIDADE DE SE TRABALHAR EM CAPELA! 33 2. Pesquise o potencial de redução (e as semi-reações) para o dióxido de manganês e permanganato de potássio em meio ácido. 3. Outro método conveniente para a produção do gás cloro é através da adição de ácidos a hipoclorito de cálcio. Verifique esse processo e escreva sua equação. 4. A molécula do gás cloro (Cl2) é apolar. Desta maneira esperaríamos que esta molécula fosse totalmente insolúvel em água, o que não é verdade. Proponha uma explicação. MATERIAIS E REAGENTES Permanganato de potássio (KMnO4) 12 g Ácido clorídrico concentrado (HCl) 50 mL Solução de hidróxido de sódio (NaOH) 0,5M Solução de brometo de potássio (KBr) 0,5% Solução de iodeto de potássio (KI) 0,5% Solução de azul de metileno Clorofórmio Kitassato Tubos de ensaio Erlenmeyers Lã de aço Tecido de algodão colorido Tiocianato de potássio Papel de tornassol PROCEDIMENTO 1) Obtenção Monte o sistema para produção e coleta do gás Cl2 na capela. Coletar o gás em tubo de ensaio (contendo um pouco de areia no fundo) e fechá-lo rapidamente. Em seguida coletar o gás em água e em solução aquosa de NaOH (0,5M). Com auxílio de papel de tornassol comentar os valores de pH dos experimentos. 34 1.1. Identificação do hipoclorito – Aqueça em chama até ebulição 2 mL da solução recém preparada de hipoclorito. Adicione 1 mL de Pb(NO3)2 0,1M. Observe a cor do precipitado formado e escreva a reação. 2. Oxidação de I - Em um tubo de ensaio, adicione 1,5 mL da água clorada e junte a este volume 1,5 mL de uma solução 0,5% de KI. Agite bem e anote suas observações. Escreva a reação para este processo. Divida o volume com outro tudo de ensaio e adicione, em um tubo, um pouco de clorofórmio e, ao outro, um pouco de amido. Anote e comente suas observações. 3. Oxidação de Br- A 1,5 mL de solução 0,5% de KBr, adicione igual volume de água clorada. Agite bem e anote suas observações. Escreva a reação para este processo. Adicione um pouco de clorofórmio, anote e comente suas observações. 4. Oxidação do Ferro Aquecer até o início de incandescência, um pouco de lã de aço, e introduzi-la, sem soltar, no tubo de ensaio contendo cloro (com uma pequena camada de areia no fundo), vedando-o rapidamente. A reação é altamente exotérmica. Isto pode ser verificado através da formação de pequenos grânulos de ferro fundido. Adicionar um pouco de água no frasco para solubilizar o cloreto formado e identificar a presença de Fe 3+ com SCN - (tiocianato). Escrever a reação. 5. Oxidação do cobre metálico Repetir a experiência, porém usando um fio de cobre de aproximadamente 2 cm, também previamente aquecido. Adicionar 3 mL de água no frasco e verificar a formação do Amin-complexo de cobre (II) pela adição de 1 mL de NH4OH. Escreva a reação. 6. Adicione um pouco da água clorada a uma solução de azul de metileno e, em outro tubo de ensaio, sobre uma amostra de tecido de algodão colorido. Anote e discuta suas observações. 35 7. Em um pequeno volume de água clorada, adicione um pouco de zinco em pó, magnésio em pó e cobre em pó. Descreva os sistemas e faça seus comentários com base nos potenciais de redução dos reagentes. PARTE 04 - PREPARAÇÃO E PROPRIEDADES DA ÁGUA DE BROMO OBJETIVOS Obter água de bromo Verificar a reatividade da água bromada Verificar a solubilidade do bromo em água e em solvente orgânico Verificar propriedades da água bromada como agente oxidante PROBLEMATIZAÇÃO O bromo (cuidado!) é um líquido denso, vermelho-escuro, que emite fortes vapores com coloração marrom-avermelhada. É uma substância de acentuado caráter tóxico, tanto sob a forma de vapor, quanto a forma líquida. Como é fortemente oxidante, EM CONTATO COM A PELE produz queimaduras gravíssimas. Seus vapores são irritantes para os olhos e garganta. É obtido a partir de águas salinas de fontes naturais. Uma parte é extraída da água do mar, que contém cerca de 85 ppm de bromo. Da água do mar, pode ser obtido pela redução dos íons de bromo com cloro gasoso: 2Br - + Cl2 Br2 + 2Cl - . Muitos compostos de bromo têm uma ação fisiológica importante. Daí que seja utilizado como sedativos, anestésicos ou anti-sépticos. É volátil na temperatura ambiente, produzindo um vapor de odor bastante desagradável. Facilmente solúvel em água e em dissulfeto de carbono, é quimicamente menos ativo que o cloro e mais que o iodo. Combina-se facilmente com muitos elementos e tem uma ação branqueadora. A maior aplicação do bromo é a produção de brometo de etileno, utilizado em combustíveis para motores, com o intuito de evitar a acumulação de chumbo no interior dos cilindros. Embora em menores quantidades, o elemento é utilizado http://www.if.ufrj.br/teaching/elem/e08200.html 36 como corante, ouainda como agente branqueador e sanitário na purificação de águas. De um modo geral, todos os brometos de terras raras alcalinas encontram aplicação na indústria farmacêutica, devido à sua ação sedativa, e na indústria fotográfica, na preparação de emulsões de brometo de prata. MATERIAIS E REAGENTES Dióxido de manganês (MnO2) Ácido Sulfúrico 6M (H2SO4) Brometo de potássio (KBr) Iodeto de potássio 1M(KI) Éter etílico Éter de petróleo Zinco em pó Papel indicador de pH Kitazato Tubos de ensaio Pipetas Pipetadores de borracha (pêras) PROCEDIMENTO 1) Obtenção (TRABALHAR NA CAPELA!) Coloque em um kitassato, uma mistura de 12 g de KBr e 3 g de MnO2. Adicione 15 mL de H2SO4 6M e aqueça ligeiramente, controlando o andamento da reação, para que a mesma não se torne violenta. Borbulhe o gás bromo em um Becker contendo 40 mL de água destilada. Observe a cor avermelhada da água de bromo, verifique o pH da solução obtida e guarde-a para as experiências seguintes. Questões: 1) O que se pode dizer a respeito da solubilidade desse gás em água? 2) Escreva a reação de produção do gás bromo a partir do procedimento descrito acima. http://www.if.ufrj.br/bitmaps/pictures/p0040.gif 37 2) Solubilidade em solvente orgânico Agite em um tubo de ensaio 2 mL de água de bromo recém-preparada com 2 mL de éter etílico. Observe a coloração da camada etérea e explique. 3) Propriedades químicas 3.1) Oxidação de I - Coloque em um tubo de ensaio 1 mL de KI 1M e, em seguida, 1 mL de água de bromo recém preparada. Observe o ocorrido. Adicione 2 mL de éter de petróleo e agite. Observe a coloração na fase etérea. Br2(aq) + 2I - (aq) Br - (aq) + I2(aq) 3.2) Reação com metais A 2 mL de água de bromo adicione uma pitada de zinco em pó. Observe a cor da solução. Br2(aq) + M(s) M +2 + Br - (aq) (M = Zn) PARTE 05 - PREPARAÇÃO E PROPRIEDADES DO IODO OBJETIVOS Obter iodo Verificar a reatividade do iodo Verificar a solubilidade do iodo em água e em solventes orgânicos Verificar propriedades do iodo como agente oxidante PROBLEMATIZAÇÃO O iodo está largamente distribuído pela Natureza, embora nunca se encontre livre, ocorrendo principalmente na forma de iodetos e iodatos. É comum encontrar vestígios de iodo em rochas, nos solos e em depósitos de salmoura. A água do mar contém cerca de 0,05 ppm de iodo. Existem muito poucos minerais em que este elemento seja o constituinte 38 principal. Contudo, os mais importantes são a lautarite e o iodato de cálcio, que se encontram nos depósitos de nitratos do Chile. Também se encontra iodo como constituinte de alguns seres vivos, de plantas e de algas marinhas, embora em pequenas percentagens. A mais importante da aplicação do iodo é como desinfetante em medicina, de que é exemplo bastante conhecido a tintura de iodo. O iodo e alguns iodetos revelam-se úteis na catálise de certas reações como a desidrogenação do butano e buteno a butadieno, oxidações com o ácido sulfúrico e produção de polímeros. Outras utilizações do iodo e derivados são como meio de contraste em raios X e em fotografia. O estudo da influência do iodo no metabolismo animal tornou-se bastante importante a partir de 1895, quando se descobriu que o elemento é um constituinte normal da tiróide. Cedo se verificou que uma dieta deficiente em iodo era a causa principal do bócio. Em zonas onde o bócio é muito freqüente, é costume adicionar uma pequena fração de NaI ou KI a 100 000 partes de sal das cozinhas para combater esta deficiência. MATERIAIS E REAGENTES Dióxido de manganês (MnO2) Ácido Sulfúrico 6M (H2SO4) Iodeto de potássio (KI) Éter etílico Éter de petróleo Álcool etílico Tiossulfato de sódio 0,1M(Na2S2O3) Tubos de ensaio Pipetas Béquer Balão de fundo redondo Vidro de relógio Pipetadores de borracha(pêras) http://www.if.ufrj.br/bitmaps/Comp/i.gif http://www.if.ufrj.br/bitmaps/pictures/p0044.gif 39 PROCEDIMENTO 1) Obtenção (Trabalhar na capela!) Em um becher (A), coloque 3 g de KI, 4 g de MnO2 e 15 mL de H2SO4 9M. Misture bem os reagentes e aqueça com chama baixa, colocando antes, sobre o becher, um balão redondo (B), contendo água fria. O iodo sublimará e depositar-se-á no fundo do balão. Passe o iodo do fundo do balão para um vidro de relógio e guarde-o para as experiências seguintes. Escreva a reação de obtenção do iodo a partir do procedimento descrito acima. 2) Solubilidade 2.1) Em água Agite, num tubo de ensaio, um pequeno cristal de iodo em 2 ML de água. Observe a solubilidade desse halogênio em água. Adicione, então, alguns cristais de KI sólido e observe o ocorrido. Reserve a solução de iodo formada para uso posterior. I2(g) + I - (aq) I3 - (aq) 2.2) Em solventes orgânicos Em 3 tubos de ensaio (A,B,C), coloque 2 mL dos seguintes solventes: A – éter de petróleo B – éter etílico C – álcool etílico Adicione, a cada um deles, um pequeno cristal de iodo. Observe as diferentes colorações e explique o ocorrido. Reserve as soluções para uso posterior. 3) Propriedades químicas 3.1) Oxidação de S2O3 2- Às soluções de iodo obtidas nos itens 2.1 e 2.2, adicione gotas de solução de tiossulfato de sódio 0,1 M, até descoramento total da solução. I2(aq) + 2 S2O3 2- (aq) 2I - (aq) + S4O6 2- (aq) 40 Aula prática N o 07 - Obtenção de NO e NO2 OBJETIVO Propor uma metodologia para a obtenção do NO e do NO2, em laboratório. PROBLEMATIZAÇÃO O Nitrogênio forma uma série extensa de óxidos, sendo os três mais comuns o N2O (óxido nitroso), NO (óxido nítrico) e NO2(dióxido de nitrogênio). O óxido nitroso foi o primeiro a ser utilizado como anestésico e muito conhecido como “gás hilariante”. O óxido nítrico é um gás incolor, mas diferentemente do N2O, levemente tóxico. Tem sido mostrado que a molécula de NO controla várias funções importantes no organismo, funcionando como um importante neurotransmissor no corpo humano. Ela faz com que os músculos que revestem os vasos sanguíneos relaxem, permitindo assim um fluxo maior de sangue [Brown; LeMay; Bursten. Química: A ciência Central]. Do ponto de vista da química da atmosfera, os óxidos de nitrogênio constituem um dos materiais mais indesejáveis, emitidos pelos canos de escapamento dos veículos. O óxido nítrico no ar é gradualmente oxidado para formar NO2, em um período de minutos ou horas, dependendo da concentração dos gases poluentes (reação I). A cor amarela na atmosfera de uma cidade envolvida pelo Smong deve-se à presença do dióxido de nitrogênio, pois esse gás absorve um pouco de luz visível próximo ao limite do violeta e, conseqüentemente, a luz solar transmitida através da névoa parece amarela (reação II). 2NO + O2 → 2NO2 reação I NO2 + h → NO + O reação II PRÉ-LABORATÓRIO 41 Discuta com sua equipe e sugira um procedimento para a preparação destes gases. Pontos como: matéria prima, vidraria necessária e procedimentos de segurança devem ser abordados. MATERIAIS E REAGENTES Solicitar o material ao professor PROCEDIMENTO Metodologia livre Bibliografia Consultada Russel, Química Geral, vol.1; Mahan e Myers, Química - Um Curso Universitário J.D.LEE, Química Inorgânica não tão concisa Brown; LeMay; Bursten. Química: A ciência Central
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