Relatório II_ reatividade dos metais

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
INSTITUTO DE QUÍMICA
MARTHA LILIANA PÁJARO LÓPEZ
QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL I
EXPERIMENTO II: REATIVIDADE QUÍMICA DOS METAIS
NATAL
2021
1. Introdução
A reatividade química dos metais varia de acordo com sua eletropositividade e, portanto,
quanto mais eletropositivo for o elemento, mais reativo será o metal. Os metais mais reativos
são aqueles que possuem uma grande tendência de perder elétrons, logo, formam íons
positivos mais facilmente. Por exemplo: colocando-se uma lâmina de ferro em uma solução
de sulfato de cobre (II), verifica-se que a lâmina de ferro fica recoberta por uma camada de
metal vermelho (o cobre). No entanto, a solução fica amarela devido à formação da solução
de sulfato de ferro (II). Segundo a equação abaixo, na reação tem lugar o deslocamento
entre o elemento químico ferro (Fe) e o sulfato de cobre (CuSO4), formando-se o sulfato de
ferroso (FeSO4) e o metal cobre (Cu).
Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s)
A ocorrência desta reação permite concluir que o metal ferro é mais reativo do que o metal
cobre, porque o ferro é capaz de deslocar o cobre de seu composto inicial. Por meio de
reações desta classe, os metais podem ser organizados através de sua reatividade química,
conforme mostrado abaixo, estando os metais mais reativos à esquerda, e os menos reativos à
direita. O elemento hidrogênio é mostrado em destaque, apesar de não ser metálico, em vista
de muitas literaturas o considerarem como um padrão, o qual é relacionado à reatividade
química dos outros elementos.
(+)Li>Cs>Rb>K>Ba>Sr>Ca>Na>Mg>Be>Al>Zn>Cr>Fe>Cd>Co>Ni>Pb>H>Sb>Bi>C
u>Hg>Ag>Pd>Pt>Au(-)
Essa sequência é interpretada como: o lítio (Li) é mais reativo do que o césio (Cs), que é mais
reativo do que o rubídio (Rb), e assim por diante.
Portanto, observa-se que as reações de simples troca também são reações de oxirredução, ou
seja, reações em que há transferência de elétrons. Logo, se o metal for mais reativo, ele
transferirá elétrons para o cátion do outro metal e a reação ocorrerá. Mas, se o elemento
metálico for menos reativo, ele não conseguirá transferir elétrons, tendo em vista que a
tendência de doar elétrons do outro metal é maior, e a reação não ocorrerá. Assim, uma forma
de descobrir se uma reação de oxirredução ocorrerá é observando a reatividade dos metais. A
seguir encontra-se outra representação da fila de reatividade química dos metais:
Ao analisar a tabela pode-se observar que se o metal ocupar uma posição acima do cátion do
outro metal da reação, então a reação ocorrerá. Mas se o metal estiver abaixo do cátion, a
reação não ocorrerá. O zinco (Zn – na parte dos metais não nobres), por exemplo, está acima
do cobre (Cu - na parte dos metais nobres). Isso confirma que realmente o zinco é mais
reativo que o cobre.
https://www.infoescola.com/quimica/eletronegatividade-e-eletropositividade/
https://www.infoescola.com/quimica/metais/
https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/rubidio/
Percebe-se, também, que o elemento menos reativo é o ouro (Au), isto é, ele não possui
tendência de perder elétrons nem de sofrer oxidação, como ocorre com o ferro. Isso explica
porque esse elemento é tão durável, pois não é atacado nem mesmo por ácidos isolados. Esse
é um dos motivos que tornam o ouro tão valioso e que fazem com que ele resista intacto às
intempéries do tempo, conforme pode ser visto em sarcófagos e esculturas egípcias revestidas
de ouro que datam desde a mais remota antiguidade.
Outro fator importante que deve ser observado nessa ordem de reatividade dos metais é que o
hidrogênio foi incluído. Isso ocorreu porque se costuma comparar a capacidade que alguns
metais possuem de deslocar o hidrogênio de alguns ácidos.
Pela fila de reatividade dos metais, o zinco, por exemplo, é colocado como mais reativo que o
hidrogênio. Isso significa que, se mergulharmos uma lâmina de zinco no ácido clorídrico
(HCl), ele deslocará o H do ácido e formará o gás hidrogênio:
Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2 + H2(g)
A reatividade química dos não-metais varia com a eletronegatividade; logo, quanto mais
eletronegativo for o elemento, mais reativo será o não-metal. Os não-metais mais reativos são
aqueles que possuem grande tendência de receber elétrons, logo, formam íons negativos com
mais facilidade.
Por exemplo, o gás flúor (F2), por meio de uma reação de deslocamento, reage quimicamente
com o ácido clorídrico (HCl), formando ácido fluorídrico (HF) e gás cloro (Cl2), em virtude
do não-metal flúor ser mais reativo do que o não-metal cloro. Essa equação pode ser vista
abaixo.
F2(g) + 2HCl(g) → 2HF(g) + Cl2(g)
Os não-metais, por meio de reações de deslocamento deste tipo, também podem ser
organizados de acordo com sua reatividade, como mostra a sequência abaixo, que segue o
mesmo padrão da anterior.
(+)F>O>N>Cl>Br>I>S>C>P(-)
Essa nova sequência deve ser lida como: o flúor (F) é mais reativo do que o oxigênio (O), que
é mais reativo do que o nitrogênio (N), e assim por diante.
2. Objetivo
O intuito da prática experimental consiste em corroborar que os metais mais reativos, os
menos nobres, removem os menos reativos, isto é, os mais nobres, dos compostos em reações
entre metais e soluções iônicas.
3. Parte Experimental
3.1- Reagentes e Materiais
- Tubos de ensaios
- Pinça madeira
- Pipetas de 5 mL
- Solução de sulfato de cobre 0,5 Mol/L
- Solução de nitrato de prata a 2% - AgNO3;
- Solução de ácido clorídrico 6,0 Mol/L - HCl;
- Solução de hidróxido de sódio 0,5 Mol/L - NaOH
- Solução de cloreto de sódio 0,5 Mol/L – NaCl;
- Ácido nítrico concentrado (1:1) - HNO3;
- Magnésio metálico em fita – Mg
- Cobre metálico – Cu
- Zinco metálico – Zn
https://www.infoescola.com/quimica/acido-fluoridrico/
- Alumínio metálico – Al
- Ferro metálico - Fe
3.2- Procedimento Experimental
O procedimento experimental é dividido em quatro etapas:
Etapa I: Reações de metais com sais
Em primeiro lugar, coloca-se uma lâmina de zinco em cada um dos três tubos de ensaio.
Logo, adicionam-se 2 mL de solução de sulfato de cobre (0,5 mol/L) ao primeiro tubo, 2 mL
de solução de cloreto de sódio (0,5 mol/L) ao segundo tubo e 2 mL de solução de nitrato de
prata (0,5 mol/L) ao terceiro. A seguir, deve-se aguardar 10 min e por fim, cada tubo é
agitado e procede-se a observar e analisar o resultado.
Etapa II: Reações de metais com ácidos
O primeiro passo consiste em numerar 5 tubos de ensaio e, em seguida, coloca-se 2 mL de
HCl (6M) em cada um dos tubos numerados. A continuação, deve-se colocar em cada tubo
aparas dos seguintes metais respectivamente: Mg, Al, Zn, Fe e Cu. Depois, é necessário
anotar, de forma aproximada, o tempo que cada reação demora em ocorrer.
Ao terminar, coloca-se, em um tubo de ensaio diferente, um pedaço pequeno de cobre. A
seguir, adicionam-se 2 mL de HNO3 e coloca-se o tubo na capela para não aspirar os vapores
porque são tóxicos,
Etapa III: Reações de metais com água
Inicia-se colocando 4 mL de água em três tubos de ensaio. Para continuar, adicionam-se um
pequeno pedaço de alumínio, um pequeno pedaço de cobre e um pequeno pedaço de ferro aos
primeiro, segundo e terceiro tubos respectivamente. Depois, é preciso aquecer cada tubo e
observar cuidadosamente os resultados.
Etapa IV: Reações de metais com bases ou hidróxidos
Começa-se colocando 3mL de solução de NaOH em cada tubo de ensaio, sendo quatro no
total. A continuação adiciona-se um pequeno pedaço de alumínio, um pequeno pedaço de
cobre, um pequeno pedaço de ferro e um pequeno pedaço de zinco a cada tubo de ensaio
respectivamente. Logo, cada tubo é aquecido e se observam os resultados, ou seja, se houve
ou não reação.
4. Resultados e Discussão
● Na etapa I foram obtidos os seguintes resultados:
Nos tubos 1 e 3 houve reação, devido ao zinco ser mais reativo (menos nobre) que o cobre e a
prata, tendo como base a série de reatividade química. Já, no tubo de ensaio 2 não ocorreu
reação pelo zinco ser mais nobre (menos reativo) do que o sódio (mais reativo).Reações:
1. Zn(s) + CuSO4(aq) -------> ZnSO4(aq) + Cu(s)
2. Zn(s) + NaCl(aq) -------> Não há reação.
3. Zn(s) + AgNO3(aq) -------> ZnNO3(aq) + Ag(s)
● Na etapa II foram coletados os resultados a continuação:
Nos tubos de ensaio 1, 2, 3 e 4 houve reação de substituição simples. De fato, isto ocorreu,
porque o magnésio, o alumínio, o zinco e o ferro são mais reativos (menos nobres) que o
hidrogênio do HCl. Portanto, são denominados de agentes redutores pois sofrem oxidação
nas respectivas reações. No entanto, no tubo 5 não aconteceu reação por causa do cobre ser
menos reativo que o hidrogênio. Notou-se, ademais, que quanto mais reativo for o metal,
mais rápido terá lugar a equação. Portanto, a velocidade das reações com base na numeração
dos tubos de ensaio é: V1 > V2 > V3 > V4 . De fato, quanto mais reativo for o metal, mais
rápido a reação ocorrerá.
Reações:
1. Mg(s) + 2HCl(aq) -------> MgCl2(s) + H2(g)
2. 2Al(s) + 6HCl(aq) -------> 2AlCl3(s) + 3H2(g)
3. Zn(s) + 2HCl(aq) --------> ZnCl2(s) + H2(g)
4. Fe(s) + 2HCl(aq) ---------> FeCl2(s) + H2(g)
5. Cu(s) + HCl (aq) ---------> Não há reação.
Por fim, foi colocado em outro de ensaio um pedaço de cobre e, em seguida, foram
adicionados 2mL de HNO3. Esta demonstração ilustra o forte poder oxidante do ácido nítrico.
Ele ilustra que o ácido nítrico não apenas reage através da via "ácida", mas também pode
atuar como um agente oxidante. Apenas o cobre entra em contato com o ácido nítrico uma
nuvem marrom-avermelhada de gás dióxido de nitrogênio é rapidamente desenvolvida. Como
resultado foi obtido:
O cobre é oxidado pelo ácido nítrico concentrado, HNO3, para produzir íons Cu2+; o ácido
nítrico é reduzido a dióxido de nitrogênio, um gás marrom venenoso com um odor irritante:
6. Cu(s) + 4HNO3(aq) ——> Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
Assim, quando o cobre é oxidado pela primeira vez, a solução é muito concentrada e o
produto Cu2+ é inicialmente coordenado do nitrato para os íons do ácido nítrico, dando à
solução, primeiro, uma cor verde e depois uma cor esverdeada-amarronzada. Quando a
solução é diluída em água, as moléculas de água deslocam os íons nitrato nos locais
coordenados ao redor dos íons cobre, fazendo com que a solução mude para uma cor azul.
Em ácido nítrico diluído, a reação produz óxido nítrico, NO que é muito nocivo:
3Cu(s) + 8HNO3(aq) ——> 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)
A partir das reações de metais com ácidos, pode-se concluir que os ácidos reagem com a
maioria dos metais e, quando o fazem, é produzido um sal. Mas, ao contrário da reação entre
ácidos e bases, não se obtém água. Em vez disso, obtém-se gás hidrogênio.
● Na etapa III foram observados os resultados a seguir:
No primeiro tubo de ensaio não houve reação. Isso é devido ao fato de que o alumínio, sob
condições normais, não reage com a água por causa da presença de algumas outras entidades
que interferem na reação química. Como o sistema reacional não se encontra isolado do meio
externo, o ar e a umidade atmosférica reagem com o metal alumínio para formar óxido de
alumínio (Al2O3). Tal produto, ao ser caracterizado por uma estabilidade termodinâmica e
química, não interage com a água sob condições normais de temperatura e pressão e,
portanto, é um composto insolúvel em água.
No segundo tubo, também não ocorre reação. O cobre não reage com a água, mas reage
lentamente com o oxigênio atmosférico para formar uma camada de óxido de cobre
marrom-escuro que, ao contrário da ferrugem que se forma no ferro ao estar em contato com
o ar úmido, protege o metal subjacente de corrosão posterior (passivação).
De maneira similar, no terceiro tubo não houve reação. O ferro não reage com a água no
estado líquido mas, sim, com a umidade presente no ar para formar óxido férrico, liberando
gás hidrogênio.
Reações:
1. Al(s) + H2O(aq)----------> Não há reação.
2. Cu(s) + H2O(aq)---------> Não há reação.
3. Fe(s) + H2O(aq)----------> Não há reação.
4. 2Al(s) + 3H2O(g)-----------> 3H2(g) + Al2O3(s)
5. Cu(s) + H2O(g)----------> CuO + H2
6. 3Fe(s) + H2O(aq) ----------> 4H2 + Fe3O4
Portanto, quando um metal reage com a água, um hidróxido de metal e hidrogênio são
formados. Em geral, quanto mais reativo for o metal, mais rápida será a reação. O alumínio é
incomum porque é um metal reativo que não reage com a água. Sua superfície forma
naturalmente uma camada muito fina de óxido de alumínio que mantém a água longe do
metal abaixo. Assim, metais como alumínio, ferro e zinco não reagem com água fria ou
quente, mas eles reagem com o vapor para formar óxido metálico e hidrogênio.
● Na etapa IV foram observados e analisados os seguintes resultados:
A partir dos experimentos pode-se concluir que os metais não reagem facilmente com as
bases pois ambos são caracterizados pela tendência de ceder elétrons, e sem direção
preferencial para os elétrons irem, nenhuma reação ocorre geralmente. Assim, as únicas
exceções são o alumínio (Al), o zinco (Zn), o chumbo (Pb) e o estanho (Sn) sob condições
normais. Dessa forma, pode-se observar que houve reação nos tubos 1 e 4.
Reações:
1. 2Al(s) + 2NaOH(aq) + H2O → 2NaAlO2(aq) + 3H2(g)
2. Cu(s) + NaOH(aq) ----------> Não há reação.
3. Fe(s) + NaOH(aq)------------> Não há reação.
4. Zn(s) + 2NaOH(aq) → 2Na2ZnO2(aq) + H2(g)
5. Conclusão geral
O estudo e análise do experimento, referente à reatividade química dos metais, permitiu um
aprofundamento no que diz respeito à série eletroquímica e uma maior compressão e clareza
acerca do comportamento dos metais intrínseco ao cunho reativo desses em diferentes meios
reacionais e como as condições externas ao sistema interferem no resultado dos processos
químicos. Consequentemente, o objetivo proposto pela prática laboratorial em prol da
aprendizagem e do reconhecimento das situações em que os metais possam reagir com a
amostra, corroborando que os metais mais reativos removem os menos reativos, foi atingido
na íntegra graças às ferramentas proporcionadas de maneira remota (slides, vídeos, etc.).
6. Referências Bibliográficas
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zqwmxnb/revision/2
http://amrita.olabs.edu.in/?brch=3&cnt=1&sim=59&sub=73
https://chemequations.com/es/?s=fe+%2B+hcl&ref=input
http://projetoseeduc.cecierj.edu.br/eja/recurso-multimidia-professor/quimica/novaeja/m2u12/
Reacao%20do%20Cobre%20com%20o%20acido%20nItrico.pdf
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/reatividade-metais.htm
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zrfmrj6/revision/4
https://www.vedantu.com/question-answer/does-aluminium-not-react-with-water-under-class-
10-chemistry-cbse-5ff28cc3a8408519be124991
https://www.vedantu.com/question-answer/happens-when-cu-reacts-with-cold-dilute-hno3-cl
ass-11-chemistry-cbse-5f7d4fe0296e0c6b0867cd5b
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/reatividade-dos-metais.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/reatividade-metais.htm
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zqwmxnb/revision/2
http://amrita.olabs.edu.in/?brch=3&cnt=1&sim=59&sub=73
https://chemequations.com/es/?s=fe+%2B+hcl&ref=input
http://projetoseeduc.cecierj.edu.br/eja/recurso-multimidia-professor/quimica/novaeja/m2u12/Reacao%20do%20Cobre%20com%20o%20acido%20nItrico.pdf
http://projetoseeduc.cecierj.edu.br/eja/recurso-multimidia-professor/quimica/novaeja/m2u12/Reacao%20do%20Cobre%20com%20o%20acido%20nItrico.pdf
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/reatividade-metais.htm
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zrfmrj6/revision/4
https://www.vedantu.com/question-answer/does-aluminium-not-react-with-water-under-class-10-chemistry-cbse-5ff28cc3a8408519be124991
https://www.vedantu.com/question-answer/does-aluminium-not-react-with-water-under-class-10-chemistry-cbse-5ff28cc3a8408519be124991
https://www.vedantu.com/question-answer/happens-when-cu-reacts-with-cold-dilute-hno3-class-11-chemistry-cbse-5f7d4fe0296e0c6b0867cd5b
https://www.vedantu.com/question-answer/happens-when-cu-reacts-with-cold-dilute-hno3-class-11-chemistry-cbse-5f7d4fe0296e0c6b0867cd5b
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/reatividade-dos-metais.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/reatividade-metais.htm