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PROPRIEDADE DOS HALOGÊNIOS Melissa de Souza Carvalho Universidade Federal de São João Del Rei, Campus Dom Bosco, DCNAT (Departamento de Ciências Naturais), Praça Dom Helvécio, 74, Dom Bosco. Abstract: The experiment was consisted obtaining the halogens, hydrogen halides, and check some of their physical and chemical properties. It was observed that chlorine, bromine and iodine presented an alkaline character, and had features like color yellowish green, reddish brown and violet, respectively. Produced were chlorine water and bromine water, to test the solubility of the halogens. Iodine was solubled in some organic solvents, producing solutions of various colors. Keywords: halogens, chlorine, iodine, bromine, halides. Resumo: O experimento consistiu em obter os halogênios, os haletos de hidrogênio, e verificar algumas de suas propriedades físicas e químicas. Observou-se que cloro, bromo, e iodo apresentaram um caráter alcalino, e tiveram cores características como verde amarelado, marrom avermelhado e violeta, respectivamente. Foram produzidas águas de cloro e bromo, para teste de solubilidade dos halogênios. O iodo se mostrou solúvel em alguns solventes orgânicos, produzindo soluções de várias cores. Palavras Chaves: halogênios, cloro, iodo, bromo, haletos. 1 INTRODUÇÃO O nome “halogênio” vem do grego e significa “formador de sal”. Todos os elementos desse grupo reagem diretamente com os metais formando sais, e também são muito reativos frente a não metais. Todos esses elementos possuem sete elétrons no nível eletrônico mais externo. A configuração s 2 p 5 indica que eles tem um elétron p a menos que o gás nobre mais próximo. Seus compostos com metais são iônicos, enquanto que os compostos com os não metais são covalentes [1]. Entre as propriedades físicas mais notáveis dos halogênios estão as suas cores. Na fase vapor, elas variam do quase incolor F2, passando pelo amarelo esverdeado do Cl2, o vermelho amarronzado do Br2, ao púrpura do I2. O deslocamento do máximo da absorção para comprimetos de ondas maiores reflete o decréscimo da separação HOMO-LUMO quando descemos no grupo. Em cada caso, o espectro de absorção óptico surge basicamente de transições onde um elétron é promovido dos orbitais preechidos σ e π* de maior energia para o orbital antiligante σ*. A afinidade eletrônica é a medida da tendência dos átomos de receber elétrons. Ela é máxima no cloro. A oxidação implica na remoção de elétrons, de modo que um agente oxidante recebe elétrons. Portanto, os halogênios atuam como agentes oxidantes. Os potenciais padrão para os haletos indicam que o F2 é um agente oxidante muito mais forte do que o Cl2. O decréscimo na força oxidante continua do Cl2 para o Br2 e para o I2 [2]. O processo de oxidação envolve a perda de elétrons por parte de uma substância, enquanto que a redução envolve um ganho de elétrons para a espécie química em consideração. Esta perda ou ganha de elétrons formalmente indicada pela variação do número de oxidação das várias espécies envolvidas na reação considerada. Quando numa reação química ocorre tranferência de elétrons, a ela dá-se o nome de oxidação-redução. Em qualquer reação de oxi-redução, o número de elétrons perdidos pela espécie química que sofre oxidação deve ser sempre igual ao número de elétrons ganhos pela espécie que sofre redução, de modo a se manter a neutralidade de carga do meio. A relação entre a quantidade de matéria das substâncias 2 reduzidas e oxidada é fixada pelo balanceamento da reação [3]. Os halogênios são tão reativos que não existem livres na natureza. No laboratório, com exceção do flúor, eles podem ser preparados pela oxidação química dos íons haletos [4]. Os haletos de hidrogênio são gases incolores, que se deixam liquefazer com bastante facilidade. Eles são essencialmente covalente. A reatividade frente ao hidrogênio decresce de cima para baixo dentro do grupo. Hidrogênio e flúor reagem violentamente. A reação com cloro é lenta no escuro, mas, rápida à luz e explosiva quando exposta à radiação solar. As reações com bromo e iodo são bem mais lentas e menos favorecidas termodinamicamente. Os íons haletos, tratados com ácido forte e não volátil, liberam os haletos de hidrogênio [5]. Este experimento teve como objetivo obter alguns halogênios e seus compostos, verificando algumas de suas propriedades físicas e químicas. 2 EXPERIMENTAL 2.1 Oxidação de haletos Colocou-se pequenas amostras de cloreto de potássio, brometo de potássio e iodeto de potássio sólidos em tubos de ensaio separados e identificados. Adicionou-se a cada um deles pequena quantidade de dióxido de manganês sólido. Misturou-se bem e, em seguida, adicionou-se ácido sulfúrico concentrado e aqueceu. Os gases liberados foram testados utilizando papel indicador universal e solução de amido. 2.2 Obtenção dos haletos de hidrogênio Colocou-se pequenas amostras de cloreto de potássio, brometo de potássio e iodeto de potássio sólidos em tubos de ensaio separados e identificados. Adicionou- se, a cada um deles, gotas de ácido sulfúrico concentrado. Os gases liberados foram testados utilizando papel indicador universal. 2.3 Preparação da água de bromo Montou-se a aparelhagem ilustrada na Figura 1, na capela. Utilizou-se rolha de borracha e assegurou-se que o tubo B alcançou o fundo do coletor C mergulhado no béquer D que continha água fria. Figura 1. Esquema do sistema montado. Pesou-se, em uma balança semi-analítica (AL500C MARTE), 0,501 g de brometo de sódio e 1,009 g de dióxido de manganês e misturou-se bem. Introduziu-se essa mistura no tubo de ensaio A. Adicionou-se 1,0 mL de ácido sulfúrico ao tubo A que continha a mistura preparada. Após fechar o tubo conforme a ilustração, aqueceu-se suavemente até que o bromo formado dissolveu-se na água contida no tubo coletor C. 2.4 Solubilidade Colocou-se 1,0 mL de água de bromo em um tubo de ensaio e adicionou-se 5 gotas de tetracloreto de carbono. Obeservou-se a formação de duas camadas líquidas e as cores antes e depois da mistura. Colocou-se, em um tubo de ensaio que continha água de bromo, um cristal de iodo. Fechou-se o tubo com uma rolha e agitou-se. Após observação, adicionou-se pequena quantidade de uma solução concentrada de iodeto de potássio. Fechou-se e agitou-se novamente. Dividiu-se essa solução (obtida no experimento anterior) em duas porções. Adicionou-se um volume igual de éter dietílico e a agitou. Na segunda porção, adicionou-se igual volume de tetracloreto de carbono e agitou-se. 2.5 Preparação da água de cloro Montou-se a aparelhagem ilustrada na Figura 2, na capela. Figura 2. Esquema do sistema para produção de cloro. Utilizou-se rolha de borracha e conexão C de tubo de látex. Assegurou-se que o tubo de descarga D alcançou o fundo do tubo coletor E preenchido com água até 2/3 de sua capacidade e mergulhado no béquer F contendo água fria. Pesou-se, em uma balança semi-analítica (AL 500C MARTE), 2,005 g de permanganato de potássio sólido e colocou-o no kitassato gerador. Colocou-se, no funil de separação, 15,0 mL de ácido clorídrico concentrado e deixou-o gotejar lentamente sobre o permanganato controlando a velocidade de borbulhamento do cloro no tubo coletor E. Depois de 20 minutos de borbulhamento interrompeu-se a adição de ácido e esperou alguns minutos até que cessou-se o borbulhamento do cloro. Manteve-se o tubo E fechado com rolha de borracha. 3 2.6 Deslocamento de halogênios Em um tubo de ensaio, colocou-se 2,0 mL de uma solução 0,1 mol L -1 de brometo de potássio. Adicionou- se 1,0 mL de tetracloreto de carbono e 1,0 mL de água de cloro. Observou-se as duas cores. Fechou-se com uma rolha e agitou-se. Ao ocorrer à separação das camadas, observou-seas suas cores. Colocou-se 2,0 mL de uma solução 0,1 mol L -1 de iodeto de potássio em um tubo de ensaio. Adicionou-se 1,0 mL de tetracloreto de carbono e 1,0 mL de água de cloro. Observou-se as cores das duas camadas. Fechou- se com uma rolha e agitou-se. Após a separação das duas camadas, observou-se as suas cores. Em um tubo de ensaio, colocou-se 2,0 mL de uma solução 0,1 mol L -1 de iodeto de potássio. Adicionou-se 1,0 mL de tetracloreto de carbono e 1,0 mL de água de bromo. Observou-se as cores das camadas. Fechou-se com uma rolha e agitou-se. Após a separação das camadas, observou-se as suas cores. 2.7 Reações de oxidação-redução Preparou-se três tubos de ensaio com solução diluída de sulfato de cobre (II). Adicionou-se pequenas porções das três soluções dos haletos de potássio em cada um dos tubos preparados (uma solução de haleto para cada tubo). Ao tubo ao qual foi adicionado a solução de iodeto de potássio, adicionou-se gota a gota, solução de tiossulfato de sódio até descorar. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na oxidação de haletos, os mesmos foram obtidos no estado gasoso, por meio das seguintes reações. MnO2 + 2H2SO4 + 2Cl - → Mn2+ + Cl2↑ + 2 SO4 2- + 2H2O (1) 2KBr + MnO2 + 2H2SO4 → Br2↑ + 2K + + Mn2++ 2SO4 2- + 2H2O (2) 2I- + MnO2 + 2H2SO4 → I2↑ + Mn 2+ + 2SO4 2- + 2H2O (3) Em todas as reações houve despreendimento de gás, com odor sufocante. O cloro (1) foi identificado pela cor verde amarelado, o bromo (2) pela cor marrom avermelhada e o iodo (3) pela cor violeta. Para reconhecimento dos gases formados realizaram-se testes utilizando papel indicador universal e solução de amido. O papel indicador universal tornou-se rosa (pH em torno de 1) na presença dos gases cloro e bromo, confirmado o caráter alcalino dos haletos. E a solução de amido tornou-se violeta na presença do gás iodo. As reações entre ácido sulfúrico concentrado e os haletos sólidos, resultaram na obtenção dos haletos de hidrogênio, como mostrado a seguir. Cl- + H2SO4 → HCl↑ + HSO4 - (4) KBr + H2SO4 → HBr↑ HSO4 - + K+ (5) I- + H2SO4 → HI↑ + HSO4 - (6) Em todas as reações também houve despreendimento de gás com odor sufocante. E nos testes realizados foram obtidos resultados semelhantes aos encontados na obtenção dos haletos. Na obtenção da água de bromo observou-se uma coloração amarelo amarronzado. A reação ocorrida pode ser observada abaixo. 2NaBr + MnO2 + 3H2SO4 → MnSO4 + Br2 + 2H2O + 2NaHSO4 (7) Na realização do teste de solubilidade, a água de bromo se mostrou insolúvel no tetracloreto de carbono. Ao adicionar o reagente orgânico, obteve-se duas fases, e não houve mudança de coloração de ambos os componentes. A fase debaixo permaneceu amarelo, e a de cima, incolor. Ao adicionar um cristal de iodo na água, obteve-se uma solução de coloração amarelo claro. Essa solução adquiriu uma coloração mais forte depois de adicionado iodeto de potássio. Isso, porque o iodo elementar, I2, é um sólido pouco solúvel em água, e sua solubilidade se torna incrivelmente maior em solução de iodeto de potássio, devido à formação do íon I3 (8). Adicionando-se éter dietílico à metade dessa solução final, observou-se a formação de duas fases: em cima, amarelo claro, e embaixo, amarelo mais forte. Adicionando-se tetracloreto de carbono à outra metade da solução final, também obteve-se duas fases: a de cima, amarelo claro, e a debaixo, vermelha. I2(s)+I(aq)→I3(aq) (8) Ao obter-se a água de cloro (9) observou-se uma coloração amarelo pálido. 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O (9) Ao adicionar brometo de potássio na água de cloro, houve a liberação de bromo livre. Acrescentando-se tetracloreto de carbono, o bromo dissolveu-se no solvente, e, após um período de repouso, formou-se uma solução marrom avermelhada abaixo da camada aquosa incolor. A adição de água de cloro à solução de iodeto liberou iodo, que coloriu a solução de marrom. Adicionando tetracloreto de carbono, houve formação de uma solução violeta que se separou debaixo da camada aquosa. Quando adicionado água de bromo à solução de iodeto de potássio, liberou-se iodo que coloriu de amarelo a solução. Depois de adicionado tetracloreto de carbono, formou-se uma solução amarelo claro que se separou debaixo da camada aquosa. As reações de óxido-redução entre o sulfato de cobre e os haletos de potássio estão descritas abaixo. 4I- + 2Cu2+ → 2CuI + I2 (10) 4Br- + 2Cu2+ → 2CuBr2 + Br2 (11) 4Cl- + 2Cu2+ → 2CuCl2 + Cl2 (12) Em todas as reações formou-se um precipitado marrom constituído pela mistura dos produtos, mostrando a 4 oxidação dos haletos. No entanto, o iodo foi eliminado ao adicionar tiossulfato de sódio, e um precipitado branco de iodeto de cobre pôde ser observado. I2 + 2S2O3 2- → 2I- + S4O6 2- (13) 4 CONCLUSÕES Os métodos empregados, se mostraram eficaz para síntese dos halogênios e haletos de hidrogênio. Os testes realizados evidenciaram algumas de suas propriedades físicas e químicas, como o caráter alcalino, o poder de agente oxidante, além de confirmar suas colorações características, como: a cor verde amarelado para o cloro, marrom avermelhado para o bromo, e violeta para o iodo. A utilização das águas de cloro e bromo puderam confirmar a solubilidade dos halogênios em solventes orgânicos como o tetracloreto de carbono, e o éter dietílico. O iodo, particularmente, se dissolveu nos solventes, produzindo soluções de várias cores. Essas cores são consequência das diferentes interações entre as moleculas I2 e o solvente. 5 REFERÊNCIAS 1 – LEE, J. D. Química Inorgânica Não Tão Concisa, 5ª ed., São Paulo: Edgard Blucher, 1999. 2 - SHRIVER, D. F., ATKINS, P. W., OVERTON, T. L., ROURKE, J. P., WELLER, M. T., ARMSTRONG, F. A. Química Inorgânica, 4ª ed., São Paulo: Bookman, 2006. 3 - BACCAN, N., ANDRADE, J. C., GODINHO, O. E. S., BARONE, J. S. Química Analítica Quantitativa Elementar, 3ª ed., São Paulo: Editora Edgard Blucher LTDA, 2001. 4 - HAROLDO, L. C. B. Química Inorgânica uma introdução, 3ª ed., Belo Horizonte: SEGRAC, 1995. 5 – VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa, 5ª ed., São Paulo: Mestre Jou, 1981.
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