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Universidade Federal do Amazonas – UFAM Instituto de Ciências Exatas – ICE Departamento de Química – DQ Química Inorgânica Experimental Manaus – AM 2016 Universidade Federal do Amazonas – UFAM Instituto de Ciências Exatas – ICE Departamento de Química – DQ Aluno: Evelyn Barreiros Conde de Oliveira e Matheus Souza Carneiro Data: 08 /06 /2016 Professor: Marlon de Souza Silva Metais alcalinos e alcalinos-terrosos Manaus – AM 2016 1. INTRODUÇÃO Os metais alcalinos e metais alcalinos-terrosos são excelentes condutores de eletricidade e calor, apresentam um brilho metálico característico, são maleáveis e dúcteis, suas estruturas cristalinas são invariavelmente do tipo cúbico de empacotamento compacto, hexagonal compacto, ou cúbico de corpo centrado, formam ligas com facilidade. O objetivo deste relatório é de observar a reatividade dos elementos do grupo I e II da tabela períodica. A partir das reações realizadas, foi analizado o produto a análise do produto formado e a forma como tal elemento reagiu, podendo assim, concluir algumas das propriedades características e a reatividade dos elementos. Além da reatividade, a solubilidade também é uma característica importante de cada elemento, por tanto analisaremos essa propriedade nos metais alcalinos e alcalinos terrosos. 2. OBJETIVOS Verificar as propriedades metálicas dos elementos dos Grupos IA e IIA; Observar a reatividade do magnésio; Identificar íons dos metais alcalinos e alcalinos-terrosos em soluções de sais; Verificar a solubilidade de compostos dos elementos dos grupos IA e IIA; Constatar a formação de óxidos e hidróxidos. 3. MATERIAIS E REAGENTES 3.1 Soluções e Reagentes Limalhas de magnésio Magnésio em fita Álcool etílico P.A. Sulfato de Cobre 0,1 N Fenolftaleína CaCO3 em pó HCl 1N Soluções de LiCl, NaCl, KCl, MgCl2 e CaCl2 Cloreto de estrôncio e cloreto de bário Hidróxidos, cloretos, nitratos e carbonatos de Li, Na, K, Ca e Mg Ácido Sulfúrico 0,1 N 3.2 Vidrarias Pipeta Tubos de ensaio 3.3 Outros Bico de Bunsen Pinça metálica Cadinho de porcelana Arame de aço inoxidável Algodão Pêra Fósforo 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Vide o roteiro da aula prática 2, página 7 e 8. 5. RESULTADOS Foram realizados 4 experimentos no total envolvendo os metais alcalinos e alcalinos terrosos. 1°) Propriedades Redutoras do Magnésio a) Em dois tubos de ensaio diferentes foi colocado pequenos pedaços de magnésio. No primeiro tubo adicionou-se 2 mL de água e no segundo tubo 2 mL de HCl 0,5 N e pôde se observar que o tubo de ensaio contendo o magnésio e o HCl reagiu pois houve o aparecimento de bolhas. b) Foi aquecido com o auxílio de uma pinça metálica um pequeno pedaço de magnésio metálico e o resíduo da queima foi colocado em um cadinho de porcelana. 2°) Óxidos e Hidróxidos de Magnésio e de Cálcio a) Com o resíduo da queima do magnésio foi testado a formação de óxido de magnésio, para isso foi adicionado 3 mL de água destilada e agitado, após o processo foi gotejado fenolftaleína na solução e observou-se a mudança da cor transparente para rosa, identificando assim a fomração de um meio básico. b) Posteriormente, o mesmo foi feito em outro cadinho com uma porção de mármore ( calcário que contém CaCO3) em pó. Após 5 minutos de aquecimento esperou o cadinho esfriar e foi adicionado água destilada e depois gotejou-se fenolftaleína. Observou-se também a mudança da coloraçãoda solução que passou da cor transparente para o rosa, identificando assim a mudança do meio de ácido para básico. 3°) Teste de Chama Com a utilização de 6 cadinhos diferentes colocou em algodões as respectivas soluções saturadas de LiCl, NaCl, KCl, MgCL2, CaCl2 e BaCl2, e em seguida, com o auxílio de palitos de fosforo, acendeu cada cadinho a observou-se a cor característica de cada uma das soluções. 4°) Solubilidade dos Sais e Hidróxidos a) Em uma estante para tubos de ensaio foi colocado 5 tubos de ensaio e em seguida foi adicionado em cada um deles 2 mL de água destilada. Depois foi pesado 0,3 g de cloreto de sódio, cloreto de potássio, cloreto de magnésio, cloreto de cálcio e cloreto de bário e adicionado a cada um dos tubos de ensaio. O mesmo foi feito, com as mesmas medidas em grama e em mL de solução, para soluções de carbonato de cálcio, nitrato de prata e hidróxido de sódio. Foi observado a solubilidade desses sais. b) Foi colocado em 3 tubos de ensaio, respectivamente, 2 mL de solução de 0,1 N de cloreto de magnésio, cloreto de cálcio e cloreto de bário. A cada um deles foi adicionado 1 mL de solução de ácido sulfúrico 0,1 N e observou quais sais formavam precipitados. 6. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os metais alcalinos e alcalinos terrosos possuem alta reatividade, oxidam-se rapidamente e reagem violentamente com a água. Por isso, normalmente, esses metais são armazenados em querosene, óleo mineral ou em benzeno, para não entrarem em contato com a umidade do ar e com o seu oxigênio. O lítio, por exemplo, tem a tendência de se comportar como o magnésio pois, por ser bastante instável, reage violentamente com a água liberando hidrogênio gasoso e formando óxidos facilmente. 1°) Propriedades Redutoras do Magnésio a) Ao adicionar o magnésio com a água foi possível observar a formação de bolhas sendo possível identificar a reação entre o magnésio e água: Mg(s) + H2O(l) → MgO(aq) + H2(g) Já no segundo tubo de ensaio, onde foi adicionado o magnésio mais o ácido cloridríco, foi possível observar que a reação ocorre de forma mais rápida, causando grande efervescência e a mudança da solução para uma cor cinza. Nota-se também o aquecimento da solução, mostrando que houve uma reação exotérmica entre eles. Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) b) Ao aquecer o magnésio tem-se a formação do óxido de magnésio , pela reação do magnésio metálico com o oxigênio do ar. Também observa-se um brilho intenso, devido a liberação de parte da energia em forma de de radiação. 2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s) ̶ reação exotérmica 2°) Óxidos e Hidróxidos de Magnésio e de Cálcio a) O resíduo da combustão do magnésio em contato com a água forma hidróxido de magnésio pela reação: MgO(s) + H2O(l) → Mg(OH)2(aq) Por esse motivo que a solução apresentou a coloração rosa quando adicionado a fenolftaleína, pela presença do íon OH-. b) O mesmo pode ser observado para o cálcario em pó. Primeiramente tem-se o CaCO3 e ele é aquecido por 5 minutos, representado pela seguinte equação: CaCO3(s) ∆→ CaO(s) + CO2(g) Em seguida, após adicionar a água tem-se a seguinte equação: CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH2)(aq) Após gotejar a fenolftaleína observou-se a coloração rosa proveniente da presença dos íons OH-, mostrando que a solução é básica. 3°) Teste de Chama Cada sal emite uma coloração diferente quando colocado em contato com uma fonte externa de energia. Os resultados seguem na Tabela 1: Tabela 1 – Resultados do teste da chama. O teste da chama representa a teoria de Rutherford- Bohr, onde, um életron que tem energia constante, quando em contato com uma fonte de energia externa, passa para um estado de maior energia saltando para um órbital mais afastado, ficando em seu estado excitado. No momento que ele retorna para seu órbital de origem o életron perde uma quantidade de energia que corresponde á diferença de energia referente aos órbitais envolvidos, essa energia é em forma de onda eletromagnética, ou seja, em forma de luz, dando assim uma cor característica paracada életron. Pode-se observar que algumas cores não condizem com a literatura. Esse desacordo pode ser dado por diversos fatores, tais como: reagentes conterem impurezas, estarem vencidos, não terem sido preparados corretamente, entre outros. 4°) Solubilidade dos Sais e Hidróxidos a) Observou-se a solubilidade dos sais e o resultado segue nas tabelas abaixo: NaCl H20 Dissolveu completamente CaCO3 Dissolveu completamente e formou um precipitado AgNO3 Não dissolveu completamente NaOH Dissolveu completamente Tabela 2 – Comportamente do NaCl com os solventes. Segue as equações referentes as soluções realizadas: 1 – NaCl(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + HCl(aq) 2 – NaCl(s) + CaCO3(aq) → NaCO3(s) + CaCl(aq) 3 – NaCl(s) + AgNO3(aq) → NaNO3(s) + AgCl(aq) 4 – NaCl(s) +NaOH(aq) → NaOH(aq) + NaCl(aq) KCl H20 Dissolveu completamente CaCO3 Dissolveu e a solução apresentou carcterística endotérmica AgNO3 Não dissolveu completamente e apresentou carcterística endotérmica NaOH Dissolveu completamente e apresentou carcterística endotérmica Tabela 3 – Comportamente do KCl com os solventes. Segue as equações referentes as soluções realizadas: 1 – KCl(s) + H2O(l) → KOH(aq) + HCl(aq) 2 – KCl(s) + CaCO3(aq) → KCO3(aq) + CaCl(aq) 3 – KCl(s) + AgNO3(aq) → KNO3(s) + AgCl(aq) 4 – KCl(s) +NaOH(aq) → KOH(aq) + NaCl(aq) MgCl2 H20 Dissolveu completamente CaCO3 Dissolveu completamente AgNO3 Não dissolveu completamente NaOH Dissolveu completamente Tabela 4 – Comportamente do MgCl2 com os solventes. Segue as equações referentes as soluções realizadas: 1 – MgCl2(s) + 2H2O(l) → Mg(OH)2(aq) + 2HCl(aq) 2 – MgCl2(s) + CaCO3(aq) → MgCO3(aq) + CaCl2(aq) 3 – MgCl2(s) + 2AgNO3(aq) → 2AgCl(aq) + Mg(NO3)2(s) 4 – MgCl2(s) + 2NaOH(aq) → Mg(OH)2(aq) + 2NaCl(aq) CaCl2 H20 Dissolveu completamente CaCO3 Dissolveu completamente e apresentou característica exotérmica AgNO3 Não dissolveu completamente e apresentou característica exotérmica NaOH Dissolveu completamente Tabela 5 – Comportamente do CaCl2 com os solventes. Segue as equações referentes as soluções realizadas: 1 – CaCl2(s) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) 2 – CaCl2(s) + CaCO3(aq) → CaCO3(aq) + CaCl2(aq) 3 – CaCl2(s) + 2AgNO3(aq) → 2AgCl(aq) + Ca(NO3)2(s) 4 – CaCl2(s) + 2NaOH(aq) → CaOH2(aq) + 2NaCl(aq) BaCl2 H20 Dissolveu completamente CaCO3 Não dissolveu completamente, apresentou corpo de fundo e apresentou característica endotérmica AgNO3 Não dissolveu completamente e apresentou característica endotérmica NaOH Não dissolveu completamente e apresentou característica endotérmica Tabela 6 – Comportamente do BaCl2 com os solventes. Segue as equações referentes as soluções realizadas: 1 – 2 H2O(l) + BaCl2(s) → Ba(OH)2(aq) + 2 HCl(aq) 2 – BaCl2(s) + CaCO3(aq) → BaCO3 + CaCl2 3 – BaCl2(s) + 2AgNO3(aq) → 2 AgCl + Ba( NO3)2 4 – BaCl2(s) + 2NaOH(aq) → Ba(OH)2(s) + 2NaCl2(aq) A maioria dos sais comuns do grupo I são solúveis em água, enquanto que muitos dos sais do grupo II são insolúveis. A solubilidades desses sais do grupo II diminuem a medida que o numero atômico do metal aumenta, e esse comportamento é oposto ao observado nos hidróxidos. A medida que avançamos na seqüência do MgSO4 até BaSO4, a entalpia de hidratação do íon positivo torna-se menor (menos negativa). Isso tende a tornar os sais dos íons metálicos pesados menos solúveis que os dos íons mais leves. Os carbonatos e fosfatos do grupo II não são solúveis devido a sua constante de solubilidade ser muito baixa. b) Ao ser colocado 2 mL de solução de ácido sulfúrico 0,1 N com 2 mL de cloreto de magnésio, cloreto de cálcio e cloreto de bário foi possivél observar que somente com o cloreto de bário reagiu formando precipitado de cloreto de bário que é um sólido branco. Segue as equações: 1 – MgCl(aq) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) ̶ Não houve formação de precipitado 2- CaCl2(aq) + HCl(aq) → HCl(aq) + CaCl(aq) ̶ Não houve formação de precipitado 3 – BaCl2(aq) + HCl(aq) → HCl2(aq) + BaCl(s) ̶ Houve formação de precipitado O Magnésio é usado na fabricação de aeronaves, peças de avião e motores de automóveis. Por ser alcalino, o leite de magnésia é utilizado como antiácido, neutralizando o excesso de acidez estomacal. Quantidade de metais dos grupos I e II são necessárias, nos organismos vivos, principalmente para equilibrar as cargas elétricas associadas com macromoléculas orgânicas de carga negativa existentes na célula, e também para conservar a pressão osmótica dentro da célula, mantê-la dilatada e impedindo o seu colapso. Dentro da célula ocorre o http://www.infoescola.com/farmacologia/antiacidos/ transporte de íons, chamado de "bomba de sódio", que envolve a expulsão do Na+ como a entrada do K+. Entre outras inumeras finalidades. O lítio é uma medicação muito útil para tratar transtorno bipolar, principalmente os sintomas maníacos. Ele também é usado para prevenir outros episódios do transtorno bipolar. Pode ser utilizado em depressões unipolares que não respondem aos antidepressivos convencionais. 7. CONCLUSÃO Com experimento foi possível observar o comportamento dos metais alcalinos e metais alcalinos-terrosos em contato com determinados solventes. Suas solubilidades e com quais solventes tem-se uma reação espontânea e quais não tem. Foi possível exemplificar também como cada cátion dos metais reagem com a presença de energia externa ( aquecimento) com suas diferentes colorações e características próprias dos metais do grupo I e II. Seus usos no cotidiano e métodos de obtenção, e como cada metal tem suas características apesar de pertencerem a uma mesma família ou grupo. Como é o caso do lítio por se comportar como um metal do grupo II, e o Berílio pois é considerado um metal anfótero, pois frente a um ácido eles se comportam como um óxido básico; e na presença de uma base se comportam como óxidos ácidos. Logo, ele reage também com NaOH, formando H2 e berilato de sódio. 8. BIBLIOGRAFIA 1- Brown, T.L. Química a ciência central. 9 ª edição. PEARSON EDUCATION, 190 P. 2-http://www.mundovestibular.com.br/articles/1085/1/TABELA- PERIODICA/Paacutegina1.html, Tabela Períodica, acesso 10 jun. 2016. 3- http://www.grupoescolar.com/pesquisa/metais-alcalinos.html, Metais Alcalinos, acesso 10 jun. 2016. 4- http://brasilescola.uol.com.br/quimica/Oxidos-anfoteros.htm, Oxidos Anfoteros, acesso 10 jun. 2016. 5- http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/litio/, Elementos Quimicos, acesso 10 jun. 2016. 6- http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/hidroxido-de-magnesio/, Hidroxido de Magnesio, acesso 10 jun. 2016. http://www.mundovestibular.com.br/articles/1085/1/TABELA-PERIODICA/Paacutegina1.html http://www.mundovestibular.com.br/articles/1085/1/TABELA-PERIODICA/Paacutegina1.html http://www.grupoescolar.com/pesquisa/metais-alcalinos.html http://brasilescola.uol.com.br/quimica/Oxidos-anfoteros.htm http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/litio/ http://www.infoescola.com/compostos-quimicos/hidroxido-de-magnesio/