UNIVERDIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

ELEMENTOS DO GRUPO 14

Relatório apresentado ao Curso de Graduação em

Química, aos cuidados da docente da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná,

Professora Claudia, responsável por ministrar a

disciplina de Química Inorgânica.

Alunos: Michele do Rocio G. Dias

Tassiane Andressa Jacon

CURITIBA

SETEMBRO/2011

1. INTRODUÇÃO

Os elementos mostram caráter crescente de metal de cima para baixo no grupo.

O carbono tem propriedades definidas de ametal. Ele forma compostos covalentes com

os ametais e iônicos como os metais. Os óxidos de carbono e silício são ácidos. O

germânio e um metalóide típico, porque ele tem propriedades de metal ou ametal, de

acordo com o outro elemento presente no composto. O estanho e, ainda mais, o chumbo

têm propriedades bem definidas. Embora estanho seja classificado como metal, ele não

está longe dos metalóides na tabela periódica e, por isso, tem algumas propriedades

anfotéricas. (Atkins P., Jones L., 3ª Ed – 2006)

Como sugerido pela configuração ns2 np2, o estado de oxidação +4 é dominante

nos compostos dos elementos. A principal exceção é o chumbo, para o qual o estado de

oxidação mais comum e +2, dois a menos que o máximo do grupo. Esta estabilidade

relativa do estado de oxidação mais baixo é um efeito do par inerte, o qual é um aspecto

marcante dos elementos do bloco p. (Atkins & Shriver, 4ª Ed – 2008)

2. OBJETIVO

Determinar algumas propriedades dos compostos do grupo 14 (carbono, silício,

estanho, chumbo).

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. Materiais e reagentes

Materiais: 6 tubos de ensaio, 3 pipetas graduadas de 10 mL, 1 bastão de vidro, 1

erlenmeyer de 250 mL, 1 béquer de 100 mL,1 béquer de 250 mL,1 béquer de 500 mL, 2

kitassatos, agitador magnético, almofariz, canos de vidro, carvão vegetal, espátula,

estante para tubos de ensaio, fósforo, funil de adição com torneira, mangueiras de

borracha, papel indicador, pedaços de vidro, pinça de madeira, termômetro, vela,

pedaços de chumbo, pedaços de estanho, pedaços de zinco, pêra.

Reagentes: ácido clorídrico concentrado, ácido fórmico concentrado, ácido

nítrico concentrado, ácido sulfúrico concentrado, bicarbonato de sódio, bicarbonato de

sódio a 10%, carbonato de cálcio, carbonato de sódio anidro, carbonato de sódio

hidratado, carbonato de sódio a 1%, fluoreto de sódio a 10%, cromato de potássio a

10%, iodeto de potássio a 10%, solução de iodo a 5%, hidróxido de sódio a 10%,

hidróxido de bário 0,05 mol/L, silicato de sódio a 20%, solução de fenolftaleína,

permanganato de potássio a 0,01%, ácido clorídrico a 10%, ácido sulfúrico a 10%,

acetato de chumbo II a 10%, acetato de cobre a 10%, cloreto de estanho II a 10%,

cloreto de zinco a 10%, nitrato de chumbo a 10%.

3.2. Métodos

3.2.1. Reatividade do carbono elementar

Com auxilio de uma espátula adiciona-se uma pequena quantidade de carvão

vegetal pulverizado a três tubos de ensaio, em seguida adiciona-se 2ml de ácido nítrico

concentrado ao primeiro tubo, 2ml de ácido sulfúrico concentrado ao segundo tubo e 2

ml de ácido clorídrico concentrado ao terceiro tubo.

3.2.2. Obtenção e propriedades do dióxido de carbono (demonstrativo)

Com auxílio de aparelhagem adequada previamente montada, foi gotejado ácido

clorídrico concentrado em carbonato de cálcio, ainda foi usado uma solução de

bicarbonato de sódio para conter o ácido que não houvesse reagido. O gás formado foi

coletado em um tubo contendo água destilada e outro contendo hidróxido de sódio. O

dióxido de carbono ainda foi coletado em um recipiente cilíndrico e introduzido uma

vela.

3.2.3. Obtenção e propriedades do monóxido de carbono (demonstrativo)

Com auxílio de aparelhagem adequada previamente montada, foi gotejado ácido

fórmico concentrado na solução de ácido sulfúrico concentrado, ainda foi usado uma

solução de hidróxido de sódio para ajudar a reação. O gás formado foi coletado em um

tubo contendo permanganato de potássio 0,01%. O monóxido de carbono ainda foi

coletado em um recipiente cilíndrico para verificar sua combustão.

3.2.4. Carbonatos e bicarbonatos

Foi adicionado a um tubo de ensaio uma solução de carbonato de sódio 1%, e

verificado o pH, em um segundo tubo foi adicionado uma solução de bicarbonato de

sódio 10% e verificado o pH.

Foram adicionados bicarbonato de sódio, carbonato de sódio hidratado e

carbonato de sódio anidro cada um em um tubo de ensaio limpo, e aquecido. Após

resfriar foram dissolvidos os resíduos e verificado o pH.

3.2.5. Silicato de sódio, ácido silícico, soluções coloidais

Adiciona-se em um tubo de ensaio 2ml uma solução silicato de sódio a 20% , e

em seguida fenolftaleína e neutraliza-se esta com uma solução de ácido clorídrico

concentrado. Em outro tubo de ensaio adiciona-se 2ml de solução de silicato de sódio a

20%, e em seguida 4ml de solução de ácido clorídrico concentrado agitando

constantemente. Os dois tubos são aquecidos em banho-maria, e deixados para

descansar por um período de 30 min.

3.2.6. Constatação do CO2

Em um tubo de ensaio foi adicionado uma solução de hidróxido de bário

0,05mol/l, e em seguida com auxilio da pipeta borbulhado ar para dentro do tubo.

3.2.7. Posição relativa na série eletroquímica

Estanho – Zinco: adiciona-se em 2 tubos de ensaio 2ml de acetato de chumbo II

a 10% e em outros dois tubos 2 ml de cloreto de estanho II, coloca-se separadamente em

cada solução pedaços de estanho e zinco.

Estanho: em 3 tubos de ensaio coloca-se pedaços de estanho, e em seguida

adiciona-se cada reagente separadamente, 2ml de acetato de cobre a 10%, 2ml de

acetato de chumbo II a 10% e 2ml de cloreto de zinco a 10%.

Chumbo: em 3 tubos de ensaio coloca-se pedaços de estanho, e em seguida

adiciona-se cada reagente separadamente, 2ml de acetato de cobre a 10%, 2ml de

acetato de zinco a 10% e 2ml de cloreto de estanho II a 10%.

3.2.8. Os hidróxidos de estanho II e chumbo II

Adiciona em dois tubos de ensaio separadamente 2ml de solução de cloreto de

estanho II a 10% e 2ml de nitrato de chumbo II a 10%, na soluções acrescentar gota a

gota de hidróxido de sódio a 10%, observar e em seguida adicionar em excesso.

3.2.9. Poder redutor do estanho II / Poder oxidante do chumbo IV

Adiciona-se em um tubo de ensaio 2 ml da solução de cloreto de estanho II a

10% e gotas de solução alcoólica de iodo a 5% e em seguida uma solução de nitrato de

chumbo. Em outro tubo adiciona-se 2 ml da solução de acetato de chumbo II a 10%, e

gotas da solução alcoólica de iodo a 5%.

3.2.10. Alguns sais pouco solúveis de chumbo

Foi adicionado em 5 tubos de ensaio 2 ml de acetato de chumbo a 10%, e em

seguida adicionados os seguintes reagentes separadamente: 1 ml de ácido clorídrico a

10%, 1 ml de ácido sulfúrico a 10%, 1 ml de cloreto de cromato de potássio a 10%,

iodeto de potássio a 10% e fluoreto de potássio a 10%, observou se houve a formação

de precipitado e em seguida adicionado reagentes em excesso nos seus respectivos

tubos.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1. Reatividade do carbono elementar

A reação do carbono elementar na forma de carvão vegetal pulverizado com

ácido clorídrico concentrado, ácido sulfúrico concentrado e ácido nítrico concentrado

não ocorreu.

Os elementos desse Grupo são pouco reativos, mas a reatividade aumenta de

cima para baixo dentro do Grupo. O estado de oxidação M2+ se torna sucessivamente

mais estável descendo pelo Grupo. O carvão ativado tem uma enorme área superficial,

sendo usado para alvejar o açúcar e muitos produtos químicos. É também usado como

absorvedor de gases venenosos em máscaras contra gases, como filtros no tratamento de

águas residuais e como catalisador em algumas reações. (Lee J. D., 5ª Ed – 1999)

4.2. Propriedades do dióxido de carbono (demonstrativo)

Com auxilio de aparelhagem adequada ao gotejar a ácido clorídrico concentrado

em carbonato de sódio observa-se a formação de um gás, provável dióxido de carbono.

Ainda junto com os dois reagentes havia um terceiro na seqüência em que o gás se

desprendia, este era o bicarbonato de sódio, utilizado para capturar o possível ácido

clorídrico que não reagisse com o carbonato de sódio, pois o ácido clorídrico é muito

volátil e poderia passar sem reagir como o carbonato de sódio. No tubo em que havia

hidróxido de sódio com indicador fenolftaleína o gás foi coletado e observou-se que o

gás reagiu com a base, pois a solução passou do rosa para o incolor, podemos dizer que

o dióxido de carbono tem caráter ácido, pois neutralizou o meio. Ao colocar a vela

dentro do tubo com o gás coletado esta apagou, confirmando a presença do gás dióxido

de carbono. Segue as reações:

2 HCl(aq)+CaCO3( s)❑→

CO2(g)+CaCl2(aq)

+H 2 O(l)

NaHCO3( aq)+ HCl(g )❑

→NaCl(aq)+H 2O(l)+CO2( g)

NaOH (aq)+CO2( g)❑→

Na2CO3( aq)+ H 2O(l )

O carbono forma mais óxidos que os demais elementos do grupo. Tais óxidos

diferem daqueles dos demais elementos por terem ligações múltiplas p()-p() entre o C

e O. Dois desses óxidos, CO e CO2, são extremamente estáveis e importantes. O CO2 é

um gás incolor e inodoro. É obtido em pequenas quantidades pela ação de ácidos

diluídos sobre carbonatos. O CO2 é um óxido ácido e reage com bases formando sais.

(Lee J. D., 5ª Ed – 1999)

4.3. Propriedades do monóxido de carbono (demonstrativo)

Com auxilio de aparelhagem adequada ao gotejar a ácido fórmico concentrado

em ácido sulfúrico observa-se a formação de um gás, provável monóxido de carbono.

No tubo em que havia permanganato de potássio o gás foi coletado e observou-se que o

gás reagiu, pois a solução passou do rósea para o marrom (formação de precipitado),

ocorrendo uma reação de oxi-redução, pois o manganês do permanganato de potássio

passou de nox 7+ para 4+ sofrendo redução e o carbono do monóxido de carbono

passou de nox 2+ para 4+ sofrendo oxidação. Ao colocar o fósforo dentro do tubo com

o gás coletado acendeu uma chama azul, confirmando a presença do gás monóxido de

carbono. Segue as reações:

HCOOH (aq) H 2 SO4→

CO(g)+H 2 O(l)

2 KMnO4(aq)+CO(g )❑

→2 MnO2(s)

+K2 CO3(aq )+O2(g)

O CO é um gás incolor, inodoro e tóxico. Forma-se na combustão de C com uma

quantidade limitada de ar. É preparado no laboratório pela desidratação do ácido

fórmico com ácido sulfúrico concentrado. O CO pode ser detectado pela chama azul que

produz na combustão. (Lee J. D., 5ª Ed – 1999)

4.4. Carbonatos e bicarbonatos

Ao aquecer o bicarbonato de sódio, carbonato de sódio hidratado e carbonato de

sódio anidro, não houve evidencias de reação, logo podemos dizer que os sais tem

pontos de fusão elevados, e não liberam CO2. Após solubilizar estes sais verifica-se o

pH, e a de outras soluções com concentrações conhecidas de acordo com a tabela:

Soluções pH

Bicarbonato de sódio após solubilização 14

Carbonato de sódio anidro após solubilização 14

Carbonato de sódio hidratado após solubilização 14

Carbonato de sódio 1% 14

Bicarbonato de sódio 10% 8

Os resultados do pH caracterizam os carbonatos e bicarbonatos com caráter básico.

Há duas séries de sais derivados do ácido carbônico, H2CO3: os carbonatos e os

hidrogenocarbonatos ou bicarbonatos. O íon carbonato é incolor e, portanto os

carbonatos dos metais dos Grupos 1 e 2 são brancos. Todos os carbonatos dos

elementos do Grupo 2 se decompõem se o aquecimento dor suficientemente forte, sendo

que suas estabilidades aumentam à medida que aumenta o tamanho do íon metálico. Os

únicos bicarbonatos sólidos conhecidos são os do Grupo 1 e o de amônio. São sólidos

incolores, e pouco solúveis que os correspondentes carbonatos. (Lee J. D., 5ª Ed – 1999)

4.5. Silicato de sódio, ácido silícico, soluções coloidais

A reação da solução de silicato de sódio a 20% e ácido clorídrico concentrado

até neutralização, e a reação da mesma solução de silicato e ácido em excesso formaram

um precipitado. Após o aquecimento dos tubos em banho-maria foi verificado que no

tubo que continha ácido em excesso o precipitado ficou gelatinoso, no outro o

precipitado continuava igual. Segue a reação:

Na2 SiO3(aq)+2 HCl(aq )❑

→H 2 SiO3( s)

+2 NaCl(aq)

Podemos dizer que o ácido em excesso deslocou o equilíbrio da reação

formando em maior quantidade o ácido silícico que após o aquecimento foi desidratado

evidenciando a presença da sílica gel, no outro tubo havia quantidades estequiométricas

dos reagentes por esta razão o precipitado permaneceu inalterado, apenas foi

desidratado.

Ao adicionar ácido clorídrico diluído a uma solução de silicato; obtém-se um

precipitado gelatinoso de ácido metassilícico, particularmente por ebulição. O

precipitado é insolúvel em ácidos concentrados. A substância recém-precipitada é

consideravelmente solúvel em água e ácidos diluídos. Ele é transformado, por

evaporações sucessivas com ácido clorídrico concentrado em banho-maria , em um pó

branco insolúvel (SiO2). (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

4.6. Constatação do CO2

Após borbulhar o ar na solução de hidróxido de bário, observou-se a ocorrência

da reação através de um precipitado branco no tubo, de acordo com as reações:

Ba(OH )2(aq)+CO2(g )

❑→

BaCO3(s)+H 2 O(l)

O CO2 é um óxido ácido e reage com bases formando sais. Dissolve-se em água,

mas sofre hidratação apenas parcial, com formação de ácido carbônico. (Lee J. D., 5ª Ed

– 1999)

4.7. Posição relativa na serie eletroquímica

Foi observada a ocorrência das reações de oxi-reduçao de acordo com a tabela:

Metal Solução Reação

Zinco Acetato de chumbo II a 10% Ocorre

Zinco Cloreto de estanho II a 10% Ocorre

Estanho Cloreto de estanho II a 10% Não ocorre

Estanho Acetato de chumbo II a 10% Ocorre

Estanho Acetato de cobre a 10% Ocorre

Estanho Cloreto de zinco a 10%. Não ocorre

Chumbo Acetato de cobre a 10% Ocorre

Chumbo Cloreto de zinco a 10%. Não ocorre

Chumbo Cloreto de estanho II a 10% Não ocorre

A ocorrência dessas reações podem ser previstas de acordo com o potencial padrão de

redução.

Como sugerido pela configuração ns2 np2, o estado de oxidação +4 é dominante

nos compostos dos elementos. A principal exceção é o chumbo, para o qual o estado de

oxidação mais comum é o +2, dois a menos que o máximo do grupo. Esta estabilidade

relativa do estado de oxidação mais baixo é um efeito do par inerte, o qual é um aspecto

marcante dos elementos do bloco p. (Atkins & Shriver, 4ª Ed – 2008)

4.8. Os hidróxidos de estanho II e chumbo II

Ao adicionar a solução de hidróxido de sódio nas soluções de cloreto de estanho

e nitrato de chumbo foi observado a formação de um precipitado, porém solubilizaram

quando tratados com excesso da solução de hidróxido de sódio.

O precipitado branco de hidróxido de estanho II, solúvel em excesso de álcali:

Sn2+¿+2 OH−¿❑

⇔Sn(OH )

2( s)¿¿

Sn(OH )2(s )+2OH

−¿❑⇔

¿¿ ¿ (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

O precipitado branco de hidróxido de chumbo:

Pb2+¿+2 OH−¿❑

→Pb (OH )

2( s)¿¿

O precipitado dissolve-se em excesso de reagente, formando íons

tetrahidroxiplumbato II:

Pb(OH )2(s )+2OH

−¿❑→¿ ¿¿

(VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

4.9. Poder redutor do estanho II / Poder oxidante do chumbo IV

Foi adicionada a solução alcoólica de iodo na solução de cloreto de estanho II e

em seguida adicionado uma solução de nitrato de chumbo observa-se a formação de um

precipitado amarelo. Quando o iodo é adicionado ao acetado de chumbo nada ocorre.

4.10. Alguns sais pouco solúveis de chumbo

As reações da solução de acetato de chumbo a 10% com ácido clorídrico a 10%,

ácido sulfúrico a 10%, solução de cromato de potássio a 10%, solução de iodeto de

potássio a 10% e solução de fluoreto de sódio a 10% formaram precipitados, que não

solubilizaram após adição dos mesmos reagentes em excesso.

As reações dos íons chumbo II:

Ácido clorídrico: forma um precipitado branco em solução fria e não muito diluída.

Pb2+¿+Cl−¿❑

⇔PbCl2

( s)¿¿ (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

Ácido sulfúrico diluído: precipitado branco de sulfato de chumbo, o precipitado é

insolúvel em excesso de reagente.

Pb2+¿+SO4

2−¿❑→

PbSO 4( s)

¿¿ (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

Cromato de potássio em solução neutra de ácido acético: precipitado amarelo de

cromato de chumbo.

Pb2+¿+CrO 4

2−¿❑→

PbCrO4(s)¿¿ (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

Iodeto de potássio: precipitado amarelo de iodeto de potássio.

Pb2+¿+2 I−¿❑

→PbI2

(s )¿¿ (VOGEL, A. I., 5ª Ed – 1981)

5. CONCLUSÕES

Com os experimentos realizados nesta prática, algumas propriedades dos

elementos do grupo 14 puderam ser concluídas.

Verificou-se a baixa reatividade dos elementos deste grupo, através do carbono

vegetal, o qual não evidenciou a ocorrência de reação, com nenhum dos reagentes do

experimento1. Foi observada a estabilidade do CO e CO2, o caráter ácido do CO2, assim

como sua capacidade de formar sais na presença de base, e a toxicidade do CO. Para

carbonatos e bicarbonatos, os resultados do pH os caracterizam com um caráter básico,

o que comprova que os carbonatos alcalinos são solúveis em água.

As propriedades do silício foram comprovadas por meio da formação da sílica

gel, precipitado gelatinoso de ácido metassilícico, e ácido silícico.

Constatou-se a posição relativa na série eletroquímica para os elementos

estanho, zinco e chumbo de acordo com as reações de oxi-redução realizadas, posições

previstas através do potencial padrão dos elementos químicos.

Comprovou-se a baixa solubilidade dos sais de estanho e chumbo por meio dos

experimentos 8 e 10, pois mesmo com a adição em excesso de reagentes, não houve

solubilização de nenhum dos elementos citados.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

LEE J. D. Química inorgânica Não tão concisa, 5ª Ed – São Paulo, Edgar Buicher,

1999.

SHRILVER & ATKINS, Química Inorgânica, 4 ª Ed – Porto Alegre, Bookman, 2008.

ATKINS P.; JONES L., Princípios de Química, 3 ª Ed – Porto Alegre, Bookman,

2006.

VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa, 5ª ed, Gimeno, A. (tradutor), Ed. Mestre Jou,

São Paulo, 1981

Site Consultado:

http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?acao=quimica/ms2&i=6&id=181

Acesso em 17-09-2011