carbono, silício e estanho

8
2. CARBONO INTRODUÇÃO O Carbono é um elemento onipresente no planeta. Constituinte essencial da matéria viva, também se apresenta como parte de um numeroso grupo de rochas, no ar, sob a forma de dióxido de carbono, em diversos compostos inorgânicos, como coque e grafita, sob a forma de hidrocarbonetos, como no petróleo e no gás natural, e em diversas outras ocorrências. Devido a sua alotropia, é um elemento digno de nota, podendo se apresentar principalmente em três formas alotrópicas: A grafita, uma substância frágil, abundante e condutora de eletricidade; O diamante, a mais dura substância conhecida, extremamente e rara e não condutora; e os Fulerenos, macromoléculas artificiais de formato esférico. Desta maneira, o carbono se apresenta das mais diversas formas. No planeta, e de interesse especial da Química Inorgânica, ele se apresenta principalmente sob a forma de íons carbonato (CO 2- ) na composição das mais diversas rochas, podendo ser facilmente levado ao dióxido de carbono gasoso (CO 2 ) através da erosão química. Industrialmente é de importância fundamental, uma vez que é o principal constituinte dos combustíveis fósseis, maior fonte enérgica contemporânea, seja sob a forma de petróleo ou de gás natural. Também tem grande importância pelo uso de Coque como fonte de carbono ou de aquecimento nas mais diversas indústrias químicas. Quimicamente o carbono apresenta principalmente um caráter redutor, sendo facilmente oxidado a números de oxidação positivos, geralmente sob a forma dos seus óxidos gasosos, como CO e CO 2 . OBSERVAÇÕES 2.1 Adsorção

Upload: mariana-aboud

Post on 16-Apr-2015

99 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Relatório sobre Carbono, Silício e Estanho

TRANSCRIPT

Page 1: Carbono, Silício e Estanho

2. CARBONO

INTRODUÇÃO

O Carbono é um elemento onipresente no planeta. Constituinte essencial da matéria viva, também se apresenta como parte de um numeroso grupo de rochas, no ar, sob a forma de dióxido de carbono, em diversos compostos inorgânicos, como coque e grafita, sob a forma de hidrocarbonetos, como no petróleo e no gás natural, e em diversas outras ocorrências.

Devido a sua alotropia, é um elemento digno de nota, podendo se apresentar principalmente em três formas alotrópicas: A grafita, uma substância frágil, abundante e condutora de eletricidade; O diamante, a mais dura substância conhecida, extremamente e rara e não condutora; e os Fulerenos, macromoléculas artificiais de formato esférico. Desta maneira, o carbono se apresenta das mais diversas formas.

No planeta, e de interesse especial da Química Inorgânica, ele se apresenta principalmente sob a forma de íons carbonato (CO2-) na composição das mais diversas rochas, podendo ser facilmente levado ao dióxido de carbono gasoso (CO2) através da erosão química.

Industrialmente é de importância fundamental, uma vez que é o principal constituinte dos combustíveis fósseis, maior fonte enérgica contemporânea, seja sob a forma de petróleo ou de gás natural. Também tem grande importância pelo uso de Coque como fonte de carbono ou de aquecimento nas mais diversas indústrias químicas.

Quimicamente o carbono apresenta principalmente um caráter redutor, sendo facilmente oxidado a números de oxidação positivos, geralmente sob a forma dos seus óxidos gasosos, como CO e CO2.

OBSERVAÇÕES

2.1 Adsorção

Quando passadas pelo papel de filtro, ambas as soluções ficaram incolores, o que demonstra um resultado diferente do esperado. Uma vez que, em teoria, o carvão ativo realiza adsorção da água e o carvão vegetal realiza absorção, espera-se que o carvão ativo promova uma filtração mais eficiente da solução do que o carvão vegetal, o que não foi verificado.

A absorção e adsorção se diferenciam no que a absorção se dá pela introdução e fixação da fase móvel na fase fixa, enquanto que a adsorção é o fenômeno da adesão de uma fase móvel à superfície da fase fixa, o que é extremamente favorecido pela porosidade do material, como a do carvão ativo, resultando assim em uma melhor filtração. Foi sugerida como explicação do resultado obtido a possibilidade do carvão vegetal não ser verdadeiramente carvão vegetal.

Page 2: Carbono, Silício e Estanho

2.2 Caráter Redutor

Ao levar o tubo ao aquecimento, verificou-se liberação gasosa, que se deve à reação de oxi-redução do carbono com os íons Cu2+ do óxido de cobre, segundo a equação:

C0 + 2CuO CO2 + 2Cu0

A redução total do cobre a Cu0, e não a seu número de oxidação intermediário, Cu2O, é favorecida pelos seus respectivos potenciais de redução, sendo o do Cu2+/Cu0

(+0,34), maior do que o do Cu2+/Cu+ (+0,15). Isso pode ser verificado na prática pela ausência da coloração vermelha nos produtos, característica típica do óxido de cobre I.

Essa reação é corroborada pelas observações nos experimentos 2 e 3, onde a turbidez da solução de água de cal indica a precipitação de CaCO3, segundo as reações:

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 + Ca(OH)2 2H2O + CaCO3↓

E o clareamento da tonalidade rosa da fenolftaleína se deve à neutralização gradual realizada pelo ácido carbônico gerado pela passagem de dióxido de carbono na solução:

CO2 + H2O H2CO3

2NaOH + H2CO3 Na2CO3+ 2H2O

Com a adição em excesso de CO2 na solução de água de cal, verificou-se que a turbidez da mesma desapareceu, isso se deveu ao deslocamento do equilíbrio CO3

2- ↔ HCO3

- promovido pela acidificação e excesso de íons CO32- em solução. Uma vez que o

bicarbonato de cálcio é solúvel em água, não se verifica precipitação.

H+ + CO32- ↔ HCO3

-

De acordo com o mesmo equilíbrio já descrito, ao adicionarmos mais quantidade de água de cal na solução alcalinizamos o pH, o que desloca o equilíbrio no sentido da formação de CO3

2- e provoca novamente a formação e precipitação de CaCO3, originando assim a turvação verificada.

A fervura da segunda solução promove a liberação de CO2 para o meio, o que tende a alcalinizar novamente o pH da solução, promovendo assim a intensificação verificada na cor da fenolftaleína, segundo as equações:

H2CO3 H2O + CO2↑NaHCO3 NaOH + CO2↑

Na2CO3 + H2O 2NaOH + CO2↑

Page 3: Carbono, Silício e Estanho

Dentre os sais carbonato e bicarbonato de sódio, o que apresenta maior hidrólise relativa é o carbonato de sódio. Isto é observável através da liberação de CO2

da solução, fenômeno característico da hidrólise de bicarbonato. Uma vez que este fenômeno quase não é percebido em condições ambiente, somente ocorrendo de maneira sensível em condições extremas como o aumento da temperatura, facilmente se percebe que a hidrólise do íon carbonato ocorre em maior escala que a do íon bicarbonato.

3. SILÍCIO

INTRODUÇÃO

O Silício é o segundo elemento mais abundante em peso na crosta terrestre, presente principalmente na areia, quartzos, e numa grande variedade de silicatos e argilas, facilmente encontrados por todo o globo. De grande utilidade para a humanidade, seu uso na fabricação de vidros é conhecido há centenas de anos, sendo ainda de fundamental importância na produção de diversos outros produtos básicos, como cimento, cerâmicas, argilas, tijolos e silicones.

O conhecimento das técnicas de obtenção e purificação de silício foi fundamental para o desenvolvimento eletrônico e tecnológico experimentado no último século, sendo o silício utilizado para a fabricação de transistores, semicondutores e diversos chips.

Quimicamente é um elemento pouco reativo, se apresentando normalmente sob a forma de silicatos, que tendem a formar estruturas iônicas infinitas, interagindo uns com os outros estabelecendo cadeias, ou ainda como óxido de silício. Possui apenas um alótropo, de estrutura molecular semelhante a do diamante.

OBSERVAÇÕES

3.1 Preparação de Silanos

Durante a mistura de magnésio metálico com areia e o posterior aquecimento, verificou-se a reação de óxi-redução entre ambos, originando uma coloração branca no magnésio, devida a formação de óxido de magnésio, e uma coloração escurecida na areia, causada pela formação de silício, segundo a reação:

2Mg + SiO2 2MgO + Si0

Uma vez obtido o silício metálico, este reage com o magnésio metálico segundo a reação:

2Mg + Si Mg2Si

Sendo o siliceto de magnésio capaz de reagir com ácidos a fim de formar silano, de estrutura SiH4, verificou-se imediatamente à sua mistura com a solução de ácido

Page 4: Carbono, Silício e Estanho

clorídrico uma combustão espontânea causada pelo contado do silano com o ar, demonstrando assim sua característica extremamente pirofórica.3.2 Preparação de silicatos insolúveis

Cálcio – Verificou-se a formação de cristais, que ao serem homogeneizados conferiram à solução um aspecto branco caseoso.Níquel – Ocorreu a precipitação de silicato de níquel, sendo este verde devido a coloração dos íons de níquel.Cobre – Houve formação de um precipitado azul no fundo, identificado como referente ao silicato de cobre II.Cobalto – A solução assumiu uma coloração roxo azulada, ocorrendo uma leve formação de cristais quando homogeneizada.Ferro III – Verificou-se a formação de um precipitado alaranjado ao fundo, devido a formação de silicato férrico.

A insolubilidade geral dos sais de silicato se deve à característica incomum deste ânion de se ligar uns aos outros, formando assim longas estruturas iônicas em forma de cadeias e de difícil solvatação.

14. ESTANHO

INTRODUÇÃO

O estanho é um metal conhecido e empregado pela humanidade desde a antiguidade, sendo obtido a partir do minério cassiterita (SnO2). Seus principais empregos atualmente são na fabricação da folha de flandres, tratamento altamente resistente a corrosão, e em diversas ligas, como a solda e o bronze.

Apresentando dois alótropos, estanho alfa e beta, é corroído por diversos ácidos concentrados, mas resiste bem a águas doces ou salgadas. Seu sal de cloreto é empregado na fixação de tintas em tecidos e também adicionados a diversos sabões e perfumes a fim de manter sua cor e perfume. Podem ser ainda utilizadas finas películas de SnO2 em vidros, que conferem resistência mecânica e ao risco. Estas mesmas películas também são aplicadas com o objetivo de promover maior isolamento térmico e evitar a formação de gelo em janelas de aviões, uma vez que conduz eletricidade e pode ser usado como resistor.

Quimicamente, o estanho se apresenta sob dois diferentes números de oxidação, II+ e IV+, tendo assim características oxidantes ou redutoras, de acordo com as circunstâncias.

OBSERVAÇÕES

14.1 Comportamento frente a ácidos

- Ácido NítricoOcorreu forte reação com o ácido nítrico concentrado, promovendo liberação

gasosa e forte exotermia. O gás liberado era de coloração castanha, o que indica que o

Page 5: Carbono, Silício e Estanho

estanho foi oxidado não pelo caráter ácido da solução, mas pelos íons NO3- do ácido,

segundo a reação:2Sn0 + 4HNO3 2Sn2+ + 2NO2 + 2H2O + 2NO3

-

Na reação com o ácido nítrico diluído foi verificada apenas uma fraca liberação gasosa, identificada como o mesmo fenômeno, porém em escala mais fraca.

- Ácido ClorídricoQuando submetido a aquecimento, a mistura com ácido clorídrico concentrada

demonstrou intenso desprendimento gasoso, devido a oxidação do Sn0 pelos íons hidrônio da solução ácida, produzindo assim gás H2, que era liberado para o meio:

2HCl + Sn0 SnCl2 + H2

O mesmo comportamento se verificou no ácido clorídrico diluído, porém em menor escala e somente quando este era submetido a forte aquecimento.

- Ácido SulfúricoAssim como no ácido clorídrico concentrado, verificou-se a oxi-redução entre

os íons hidrônio e o metal estanho, promovendo assim a liberação de gás hidrogênio a partir da solução. O mesmo comportamento só pôde ser observado no ácido sulfúrico diluído quando a solução era submetida a forte aquecimento.

H2SO4 + Sn0 SnSO4 + H2

Uma vez que o iodeto de potássio do laboratório não se encontrava em condições, não foi possível realizar a identificação de íons Sn2+ em nenhuma das soluções. Não tendo o iodeto de potássio mudado de coloração mesmo nas soluções em que se havia certeza da presença de íons Sn2+.

14.2 Propriedade redox do Sn2+

Ao adicionar-se zinco sólido à solução, verificou-se alguma liberação gasosa, atribuída a reações de oxi-redução com o ácido clorídrico ainda remanescente da obtenção da solução de Sn2+. Uma vez cessada a liberação gasosa, pôde ser observada a formação de uma película prateada na superfície do zinco granulada, identificada como estanho esponjoso sendo formado por oxi-redução com o zinco:

Sn2+ + Zn0 Sn0 + Zn2+

Quando adicionado ao cloreto de mercúrio em excesso e rapidamente, verificou-se a formação de um precipitado branco em grandes quantidades, identificado como cloreto mercuroso.

Sn2+ + 2HgCl2 Hg2Cl2↓ + Sn4+ + 2Cl-

Estas reações demonstram o caráter redox do íon Sn2+, que pode atuar como redutor ou oxidante, dependendo das condições reacionais.

BIBLIOGRAFIA

Page 6: Carbono, Silício e Estanho

- LEE, J. D.; Química Inorgânica não tão Concisa, São Paulo, 1999, 5ª edição, Editora Edgard Blücher.

- KOTZ, John C. & TREICHEL, Paul M. Jr.; Química Geral e Reações Químicas, vol. 1, São Paulo, 2006, 5ª edição, Editora Thomson.

- VOGEL, Arthur Israel; Química Analítica Qualitativa, São Paulo, 1981, 1ª edição, Editora Mestre Jou.

- GOMES, Maria de Fátima Teixeira; Apostila Química Inorgânica Teórica I, Universidade do Estado do Rio de Janeiro.