Pratica 3 - Os elementos boro e aluminio

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INTRODUÇÃO
Falaremos nesta prática sobre os elementos químico Boro e Alumínio e seus compostos, ambos pertencem ao grupo 13/IIIA. O boro é um elemento relativamente raro e se apresenta na forma do ácido ortobórico, H3BO3 e boratos1. Somente o boro forma anidridos e oxiácidos dos elementos da família 13/IIIA e por conta disso forma oxissais bem determinados.
O ácido bórico é um composto que cristaliza em forma de escamas incolores, brilhantes, untuosas ao tato, solúvel em água. O melhor procedimento para reconhecer o ácido bórico, e o mais utilizado na literatura, consiste em reagir o bórax com ácido sulfúrico concentrado e adicionar álcool etílico.
 O bórax (Na2B4O7) fundido dissolve alguns óxidos metálicos, formando compostos de coloração definida. 
OBJETIVOS
 Preparar o borato de etila.
 Verificar a reatividade do Alumínio. 
 Verificar a ativação do alumínio por amalgamação. 
 Observar o comportamento do alumínio (III) hidratado. 
 Observar o anfoterismo do hidróxido de Alumínio.
 MATERIAIS E REAGENTES 
3.1. Soluções e Reagentes 
 Ácido Bórico 
 Ácido Clorídrico concentrado 
 Ácido Clorídrico 3N 
 Ácido Sulfúrico concentrado
 Etanol P.A 
 Alumínio Metálico
 Hidróxido de Sódio 3N 
 Hidróxido de Sódio 0,1M
Nitrato de Mercúrio (ou cloreto de mercúrio)
 Sulfato de Alumínio 0,01M
 Solução de Amoníaco 0,1 M
3.2. Vidrarias 
 Pipeta
 Tubos de ensaio
 Béquer 
3.3. Outros 
 Pinça metálica 
 Cápsula de porcelana 
 Fósforo 
 Lixa
 Papel filtro 
 Pêra
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Preparação do borato de etila (ésteres do ácido bórico)
Colocar aproximadamente 0,3g de ácido bórico em uma cápsula de porcelana, umedecê-lo com 1mL de H2SO4 concentrado e adicionar (NA CAPELA) com extremo cuidado 30 gotas de etanol (ou metanol). Inflamar a mistura e observar a coloração da chama. Os ésteres formados têm a particularidade de dar coloração à chama, fenômeno que serve para identificá-los. Repetir o ensaio, porém sem a adição do ácido bórico. Observar. 
4.2 Comportamento do Alumínio como metal 
4.2.1 Reatividade do metal 
Colocar algumas raspas de alumínio em três tubos de ensaio e colocar 2mL de água ao primeiro, 2mL de ácido clorídrico 3N ao segundo e 2mL de NaOH 3N ao terceiro. Se não observar reação, aquecer ligeiramente. Anotar as diferenças observadas em cada tubo.
3.2.2 Ativações do Alumínio por amalgamação 
Limpar a superfície de um pedaço de lâmina de alumínio com uma lixa. Mergulhar durante dois minutos o pedaço de alumínio em uma solução de nitrato de mercúrio (ou cloreto de mercúrio). Em seguida, limpar o alumínio com papel de filtro e introduzir num béquer com água. Observar a evolução de hidrogênio e expor em seguida o alumínio ao ar. Verificar a oxidação da superfície do metal.
4.2.3 Comportamento do Alumínio (III) hidratado
 
Em um tubo de ensaio adicionar 1mL de solução de sulfato de alumínio 0,01M. Adicionar lentamente uma gota de solução de amoníaco 0,1 M e agitar. Observar e adicionar gotas de solução de hidróxido de sódio 0,1M. 
3.2.4 Caráter Anfótero do hidróxido de alumínio 
Em dois tubos de ensaios distintos, obter hidróxido de alumínio Al(OH)3 através da reação entre 1mL da solução 1N de cloreto de alumínio e 1N de amônia. Aquecer após a mistura.
Em um dos tubos adicionar aos poucos, solução de um ácido (HCl), e ao outro, solução de um álcali (NaOH). 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Preparação do borato de etila (ésteres do ácido bórico)
Ao colocar aproximadamente 0,3g de ácido bórico em uma cápsula de porcelana, umedecê-lo com 1mL de H2SO4 concentrado e adicionar (NA CAPELA) com extremo cuidado 30 gotas de etanol (ou metanol). Foi inflamado a mistura e observado a coloração da chama que apresentou cor verde, pois o ácido bórico reage com o metanol  em presença do ácido sulfúrico que atua como um catalisador para produzir um éster inorgânico chamado trimetilborato (CH3O)3B. como mostra a equação2.
 H3BO3 + 3CH3OH (CH3O)3B + 3H2O
O trimetilborato é um líquido de baixo ponto de ebulição (68-69 graus Celcius) e é altamente inflamável, podendo sua combustão ser facilmente iniciada por uma chama do bico de Bunsen. Uma chama verde intensa pode ser observada durante a combustão2. 
Ao repetir o ensaio sem a adição de ácido bórico ao imflamar a mistura não se observou nem uma coloração diferente devido o ácido bórico não reagir com o metanol e não criar o produto de ésteres que dão a caracteristica de coloração a chama.
5.2. Conportamento do alumínio como metal 
5.2.1.Reatividade do metal
Ao colocar algumas raspas de alumínio em três tubos de ensaio e colocar 2mL de água ao primeiro, 2mL de ácido clorídrico 3N ao segundo e 2mL de NaOH 3N ao terceiro foi observado os seguintes resultados 
No tubo de esnsaio contendo água foi observado formaçao de bolhas na superficie do alumínio e a temperatura se manteve ao longo do tempo pois, quando o alumínio entra em contato pela primeira vez com água ou umidade, é formada em sua superfície uma camada apassivadora de óxido de alumínio. Essa camada protetora atua como uma película, impedindo que o alumínio continue reagindo com a água. Por isso, visualmente, o alumínio é inerte frente à água.
3H2O(L) + 2Al(s) Al2O3(s) + 3H2(g)
No tubo de ensaio contendo ácido clorídrico a reação foi moderadamente brusca e imediata apresentando aumento da temperatura e escurecimento da solução, além de liberaçao de gás, ao passar do tempo foi possivel observar a corrosão do alumínio até que a solução passase a estar toda na forma líquida.
A propriedade anfótera do alumínio permite com que este metal tenha reação com ácido e com bases. Ao entrar em contato com ácido clorídrico a fina camada de oxido protetora do aluminio é removida e o aluminio reage com o ácido clorídrico liberando gás hidrogênio, como mostra a equação.
2Al(s) + 6HCl(aq) 2Al3+(aq) + 6Cl-(aq) + 3H2(g)
No tubo de ensaio contendo hidróxido de sódio foi observado reação lenta, ao passar do tempo o alumínio apresentou cor preta e a solução parcialmente branca, houve também formação de bolhas na superfície do alumínio.
A reação de alúminio com hidroxido de sódio é bem semelhante com a reação do alumínio e ácido clorídrico, pois o hidróxido de sódio remove a camada protetora do alumínio e libera gás hidrogênio além de que quando o hidróxido de sódio entra em contacto com o alumínio forma aluminato de sódio3, como mostra a equação.
2NaOH(aq) + 2Al(s) 2NaAlO2(aq) + 3H2(g)
5.2.2. Ativação do alumínio por amalgamação 
O experimento de Limpar a superfície de um pedaço de lâmina de alumínio com uma lixa. Mergulhar durante dois minutos o pedaço de alumínio em uma solução de nitrato de mercúrio (ou cloreto de mercúrio). Em seguida, limpar o alumínio com papel de filtro e introduzir num béquer com água. Observar a evolução de hidrogênio e expor em seguida o alumínio ao ar, não foi possivel de ser realizado pois no laboratório onde a prática foi realizada não havia solução de nitrato de mercúrio (ou cloreto de mercúrio). 
O resultado esperado para este experimento seria a retirada da película protetora do aluminio por amalgamação com mercúrio, o metal rapidamente reagiria com água formando Al2O3 e liberando hidrogênio.
5.2.3. Comportamento do alumínio (III) hidratado 
Em um tubo de ensaio foi adicionado 1mL de solução de sulfato de alumínio 0,01M, tambem foi adicionado lentamente uma gota de solução de amoníaco 0,1 M e agitado.
 Foi possível observar que a solução passou de uma solução límpida para uma solução turva.
Ao adicionar gotas de solução de hidróxido de sódio 0,5M. A solução deixou de apresentar aspecto turvo e voltou a presentar aspecto límpido.
5.2.4. Caráter anfótero do hidróxido de alumínio
Em dois tubos de ensaios distintos, foi obtido hidróxidode alumínio Al(OH)3 após a reação entre 1mL da solução 1N de cloreto de alumínio e 1N de amônia com aquecimento após a mistura. 
AlCl + NH3 Δ Al(OH)3 + NCl3
Em um dos tubos foi adicionado aos poucos, solução de ácido cloridrico (HCl), e foi possível observar um surgimento de preciptado coloidal.
Al(OH)3(S) + 3HCl(aq) AlCl3(aq) + 3H2O(L)
Em seguida no outro tubo foi adicionado aos poucos, solução de hidróxido de sódio (NaOH) e foi observado preciptadocoloidal. 
Al(OH)3(S) + NaOH(aq) Na[Al(OH)4](aq)
O hidroxido de alumínio reagiu com o ácido clorídrico e com o hidróxido de sódio, deixando evidente sua caracteristica anfótera.
CONCLUSÃO 
Com os experimentos foi possivel se obter informações importantes de elementos da familia 3A, como por exemplo a coloração verde que é liberado pelo boro em sua combustão. Além de conhecer e comprovar a propriedade anfótera do alumínio que permite com que o metal reaga com ácido e com bases liberando hidrogênio, também foi possível verificar que o alumínio tem pouca reatividade com a água pois este metal forma uma pelicula protetora que não permite o aluminio reagir diretamente com a água.
QUESTIONÁRIO 
Porque o Al é um metal resistente à corrosão ? Explique porque as lâminas de alumínio não se oxidão completamente a óxido de alumínio apesar do mesmo ser um metal muito reativo ?
R = Questão discutida no tópico 5.2.1. Reatividade do Metal.
Que se entende pelo processo de anodização que conduz a passivação do Al e quais dos ácidos inorgânicos que também apresentam o mesmo efeito passivante ?
R = é o processo de fazer um filme de óxido sobre certos metais por meio da imersão em um banho eletrolítico no qual o metal a anodizar é ligado ao pólo positivo de uma fonte de eletricidade, transformando-se no anodo da cuba eletrolítica. Certos metais – alumínio, nióbio, tântalo, titânio, tungstênio, zircônio4.
Descreva as reações características para o Al. Realize o mesmo para o B.
R = Questão discutida ao londo do relatório.
Indique a que se deve a acidez de [Al(H2O)6]3+ e escreva a equação pertinente.
R = Neste caso de reações de hidrólise, a acidez (razão carga/tamanho) do cátion é tão grande que 
causa a ruptura das ligações H-O com a ionização do hidrato para produzir íons hidrônio: 
Al3+ + 6H2O [Al(H2O)6]3+ H2O H3O+ + [Al(H2O)5OH]2+
Estabeleça analogias entre B e Si, e diferenças entre B e Al.
R = A semelhança química do boro com o silício justifica algumas das suas aplicações e o seu pequeno tamanho permite que forme ligas intersticiais com diversos metais5.
BIBLIOGRAFIA
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfLAIAG/pratica-boro-aluminio-seus-compostos, acesso 20 junho 2016.
http://divertircomciencia.blogspot.com.br/2014/03/um-borato-de-chama.html , acesso 19 junho 2016.
http://quimicalab-hrss.blogspot.com.br/2012/03/reacao-do-naoh-al-quando-o-hidroxido-de.html, acesso 20 junho 2016.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Anodizaçao, acesso 20 junho 2016
http://e-escola.tecnico.ulisboa.pt/topico.asp?id=497&ordem=6, acesso 20 junho 2016