relatório de inorgânica exp - 2

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL PROFESSORA JULIANA MELO OBTENÇÃO DE HIDRÓXIDOS DE METAIS ALCALINO TERROSOS LEONARDO ARCANJO DE ANDRADE

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Page 1: Relatório de Inorgânica Exp - 2

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL

PROFESSORA JULIANA MELO

OBTENÇÃO DE HIDRÓXIDOS DE METAIS ALCALINO TERROSOS

LEONARDO ARCANJO DE ANDRADE

Campina Grande – PB

2011

Page 2: Relatório de Inorgânica Exp - 2

1 - INTRODUÇÃO

Como já visto em aulas experimentais, entender como as reações ocorrem é de extrema importância

para evidenciar suas características e afinidades em formar e reagir com determinadas substâncias. O objeto

de estudo do Laboratório de Química Inorgânica é justamente propor ao aluno uma nova visão experimental

de como ocorrem as reações químicas de muitos elementos vistos em sala de aula.

Uma reação química é uma transformação da matéria na qual ocorrem mudanças qualitativas na

composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos. Envolve

mudanças relacionadas à mudança nas conectividades entre os átomos ou íons, na geometria

das moléculas das espécies reagentes ou ainda na interconversão entre dois tipos de isômeros.

Resumidamente, pode-se afirmar que uma reação química é uma transformação da matéria em que pelo

menos uma ligação química é criada ou desfeita. Uma reação química poder ser expressa em forma de

equação química, de um lado os reagentes e do outro os produtos. As reações químicas geralmente são

acompanhadas de alguns fenômenos físicos característicos, tais como: mudança de coloração, alteração de

temperatura, liberação de gases, precipitação de reagente ou subprotudos, etc. Os metais do grupo dois,

chamados de metais alcalinos terrosos, são elementos que reagem lentamente na presença de água formando

uma solução alcalina e liberando hidrogênio.

O presente relatório tem a finalidade de evidenciar sucintamente a obtenção de uma alcalis de metal

alcalino terroso.

As soluções alcalinas podem ser preparadas adicionando o metal em água, obtendo assim, uma

solução com pH acima de 7,0: M(OH)2.

Palavras-chave: solução alcalina, reação química, pH, metais alcalinos terrosos

1.1 - Objetivos:

Preparar e obter uma solução alcalina a partir do Cao e MgO;

Mostrar o pH de uma solução alcalina > 7,0;

Comparar a reatividade dos metais do grupo I e II;

Além da reatividade, a solubilidade também é uma característica importante a ser observada neste

relatório/experimento.

2 – HIDRÓXIDOS

Page 3: Relatório de Inorgânica Exp - 2

Os hidróxidos são, por convenção, compostos inorgânicos  caracterizados pela presença

do ânion (OH )−¿¿ e algum cátion (geralmente metálico – uma das raras exceções é o íon amônio, NH4+)

mono, bi, ou trivalente.

Consideram-se hidróxidos apenas as Bases de Arrhenius, de modo que outros compostos que possuem

o grupo hidroxila (OH )−¿¿ são caracterizados de outras formas: como a função orgânica dos fenóis (anéis

benzênicos ligados a hidroxilas). Como hidroxilas são liberadas no processo de decomposição das bases em

meio aquoso e, sabendo-se que nas condições ambiente a água possui íons H+¿¿ e (OH )−¿¿ coexistindo em

equilíbrio (a concentração dos mesmos é aproximadamente igual a 10-7 mol/L, muito pequena em comparação

a concentração de H2O, que em um litro possui valor 556 milhões de vezes maior), os íons OH- liberados pela

base reagem com o H+ da água para formarem mais H2O. Assim, íons de hidrogênio vão sendo consumidos e

o pH aumenta.

A quantidade de (OH )−¿¿ liberada depende da força da base, onde quanto maior a força, mais íons

OH- são liberados e mais alta é a variação de pH que o meio sofre. Os hidróxidos mais fortes são os formados

pelos metais das famílias 1A e 2A.

A capacidade de dissociação dos hidróxidos cresce de cima para baixo dentro do grupo, fato

facilmente explicado pelo tamanho de seus átomos e seu fator de hidratação.

2.1 – Hidróxidos e Óxidos de Metais Alcalinos Terrosos

O grupo dos metais alcalinos é formado pelo berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr),

bário (Ba) e rubídio (Rb). Os hidróxidos dos metais alcalino terrosos são menos solúveis que os hidróxidos

dos metais do grupo I. Outra característica é sua reatividade na presença de água. Os metais do grupo II são

menos reativos que os do grupo II, tudo explicado por sua localização periódica. Os elementos deste grupo

nunca se encontram em estado metálico na natureza. Podem ser preparados pela eletrólise de seus haletos no

seu estado fundido, porém a maneira mais conveniente de preparar pequenas quantidades de outros metais

alcalinos terrosos é por meio da redução de seus óxidos por metais redutores disponíveis. (MAHAN,1995)

A tendência de formação de bases fortes cresce de baixo pra cima dentro do grupo, sendo assim, o

hidróxido de magnésio - Mg (OH )2, o mais fraco de seus álcalis, o Be(OH )2 é anfótero. Os metais alcalinos

terrosos, assim como seus visinhos do grupo I também reagem com água formando um hidróxido do metal

correspondente e liberando hidrogênio, vejamos a reação:

M (s) +2 H 2O(l)→

M (OH )2(aq)+H 2 (g)

Um óxido é um composto químico formado por átomos de oxigênio com outros elementos. Os óxidos

constituem um grande grupo na química, pois a maioria dos elementos químicos formam óxidos. Alguns

Page 4: Relatório de Inorgânica Exp - 2

exemplos de óxidos com os quais convivemos são: ferrugem (óxido de ferro III), gás carbônico (óxido

de carbono IV ou dióxido de carbono), cal (óxido de cálcio). Nos óxidos, o elemento mais eletronegativo deve

ser o oxigênio. Os compostos OF2 ou O2F2 não são óxidos, pois o flúor é mais eletronegativo que o oxigênio.

Todos os óxidos de metais terrosos, exceto o BeO reagem com o íon metálico e depende também do

pré-tratamento que o óxido tenha sofrido. Assim, o MaO que tenha sido aquecido a uma temperatura muito

elevada não reagem com água. Os hidróxidos aumentam consideravelmente suas solubilidades com a

dimensão do íon metálico, então o hidróxido mais solúvel é o de bário, isto em função da diminuição da

energia de rede. Os óxidos e os hidróxidos dos metais alcalinos terrosos apresentam caráter básico e a

basicidade aumenta com o tamanho do íon metálico, isto é, o Mg < Ca < Sr < Ba, exceto o BeO e o Be(OH) 2

que são anfóteros. Os óxidos reagem com água e formam uma base como produto de reação.

O óxido de cálcio de forma CaO (conhecido como cal) é uma das substâncias mais importantes para

a indústria, sendo obtida por decomposição térmica de calcário (de 825 a 900°C). Também chamada de cal

viva ou cal virgem, é um composto sólido branco. Normalmente utilizada na indústria da construção civil para

elaboração das argamassas com que se erguem as paredes e muros e também na pintura, a cal também tem

emprego na indústria cerâmica, siderúrgicas (obtenção do ferro) e farmacêutica, como agente branqueador ou

desodorizador. O óxido de cálcio é usado para produzir hidróxido de cálcio, na agricultura para o controle de

acidez dos solos, e na metalurgia extrativa para produzir escória contendo as impurezas (especialmente areia)

presentes nos minérios de metais.

O óxido de magnésio (MgO) é um produto 100% natural, obtido através da calcinação controlada do

minério de magnesita (carbonato de magnésio). A produção de óxido de magnésio está concentrada no

município de Brumado, sudoeste da Bahia, a 660 km de Salvador. É utilizado como fertilizante, pois, o

magnésio é um elemento essencial para o desenvolvimento de qualquer cultivo, influenciando diretamente sua

produtividade.

3 – METODOLOGIA – Material e Método

3.1 Material: 2 béqueres de 50 mL, 3 pipetas de 5 mL, 1 proveta de 25 mL, 1 funil de vidro, 2 erlenmeyer de

250 mL, 4 tubos de ensaio, bastão de vidro, 1 espátula, estantes para tubos de ensaio, 1 balança (Marte,

modelo 1001), 2 vidro de relógio, 2 papéis de filtro.

3.3 Reagentes: Óxido de magnésio (MgO), óxido de cálcio (CaO), sulfato de cobre (II) [Cu ¿¿] à 5%,

solução saturada de hidróxido de bário [Ba(OH )2 ¿, fenolftaleína e papel de tornassol.

Page 5: Relatório de Inorgânica Exp - 2

3.3 Procedimento Experimental

Inicialmente pesou-se 0,5g de óxido de magnésio (MgO) em um vidro relógio. Com o béquer em

mãos, adicionou o óxido de magnésio já pesado e seguida adicionou-se 2 mL de água destilada, observando o

aspecto da solução. A solução apresentou determinado aspecto leitoso. Logo em seguida, foi adicionado cerca

de 10 mL de água destilada à solução, onde a mesma apresentou uma coloração menos leitosa e menos

concentrada do que a inicial, ou seja, o precipitado diminui. Após cessar o mecanismo de dissolução, a

solução foi filtrada com o auxílio do funil devidamente preparado com o papel de filtro (sem especificação

necessária), suporte de madeira e erlenmeyer para coletar o filtrado. Em seguida o filtrado foi coletado e

transferido em partes iguais para dois tubos de ensaio, onde um dos tubos de ensaio foi reservado e o outro foi

calculado o pH com o auxílio de uma fita de papel de tornassol. A coloração da faixa de pH traduziu que a

solução apresentava um caráter básico, com pH = 8,0. Vejamos a reação:

MgO(s)+H 2 O (l )→

Mg¿ (Eq. Líquida Geral)

MgO(s)+H 2 O(aq)→

M g2+¿+¿¿ (Eq. Líquida Geral)

Posteriormente, pesou-se 0,5g de óxido de cálcio (CaO) e a ele foi adicionado 2 mL de água destilada,

onde a solução apresentou um precipitado mais visível e menos leitoso que o procedimento I. A mesma

solução foi adicionado cerca de 10 mL de água destilada, onde a solução apresentou aspecto menos

concentrado que a solução inicial. Em seguida essa solução foi filtrada adequadamente. Logo após, o filtrado

foi transferido em partes iguais para dois tubos de ensaio, um dos tubos foi reservado e outro foi submetido ao

calculo do pH com o auxílio de uma fita de tornassol. O pH traduzido foi de amplitude 12, evidenciando que a

solução apresentava íons hidroxilas dissociados no meio aquoso. Vejamos a reação:

CaO(s )+H 2O(aq)→

Ca ¿ (Eq. Líquida Geral)

CaO(s )+H 2O(aq)→

C a2+¿+¿¿ (Eq. Iônica)

Após a mediação de pH, pegamos os dois tubos de ensaio que se encontravam reservados e mais os

dois tubos de ensaio submetidos a medição de pH com o papel de tornassol e colocamos na estante/suporte.

Pegamos uma solução de cada tipo e adicionamos 2 gotas de fenolftaleína e reservou-se as outras duas. A

solução preparada com óxido de magnésio (MgO), apresentou coloração rosa suave, enquanto a solução

preparada com óxido de cálcio (CaO) apresentou coloração rosa intenso. Vejamos o esquema:

Page 6: Relatório de Inorgânica Exp - 2

A solução II e IV foram adicionadas alíquotas de uma solução de CuSO4.5H2O com o auxílio da

pipeta, moderadamente. A solução I, preparada com óxido de magnésio, não apresentou nenhuma mudança,

comportando-se como uma solução saturada de hidróxido de magnésio e sulfato cúprico, enquanto a solução

IV, preparada com óxido de cálcio formou um precipitado e logo em seguida, com o acréscimo de

CuSO4.5H2O , formou-se um complexo de cor azul, havendo assim, uma nova formação de produtos, vejamos

a reação:

Ca(OH )2 (aq )+CuSO 4 (aq )→

Cu ¿ (Eq. com o hidróxido de álcio)

Mg (OH )2(aq)+CuS O 4(aq)→

Mg (OH )2(aq)+CuS O4 (aq) (Eq. com hidróxido de magnésio)

CuSO4. 5H2O CuSO4

. 5H2O

Solução de Hidróxido de Magnésio Solução de Hidróxido de Cálcio

IVIIIIII

Page 7: Relatório de Inorgânica Exp - 2

Como visto a reação com o hidróxido de magnésio não reagiu com o sulfato cúprico, pois é menos

dissociável em água, resultando em uma solução saturada de ambos os reagentes.

3.4 Conclusões Experimentais

A partir de toda a análise experimental feita, podemos concluir que a relação na formação de óxidos e

hidróxidos, somente os elementos do grupo dos alcalinos terrosos podem ser preparados pela combinação

direta dos elementos. Vimos também, que os óxidos de magnésio e de cálcio, são solúveis em água, formando

uma solução alcalina, comprovada pela mudança de coloração do papel de tornassol, atingindo um pH de 8,0

e 12,0 respectivamente. Através da reação de precipitação, feita com o sulfato de cobre (II), podemos perceber

que a solução preparada com óxido de cálcio, possui mais hidroxilas dissociadas no meio aquoso, pois o

agente presente no sulfato de cobre (II) é complexante e monodentado, formando um complexo em solução.

Concluímos também a partir disso, que o Mg(OH)2 é muito pouco solúvel em água (cerca de 1x 10-4 g L-1 a 20 oC), mas os hidróxidos são solúveis e a solubilidade aumenta ao se descer pelo grupo ( Ca(OH) 2 ~ 2 g l-1;

Sr(OH)2 ~ 8 g l-1 e Ba(OH)2 ~ 39 g l-1 ), outro fato também explica a maior dissociação do hidróxido de cálcio

em água, a solubilidade aumenta de cima para baixo no grupo, com o aumento do raio e diminuição da

energia de ionização/energia de rede, por isso o hidróxido de cálcio ser mais dissociável em água. Ao

adicionar cerca de 1 mL de CuSO4).5H2O à solução de hidróxido de cálcio, verificou a formação de um

precipitado, em seguida foi adicionado mais cerca de 2 mL de CuSO4.5H2O à solução, e justamente esse

sulfato cúprico em excesso foi suficiente para forma um complexo de cor azulada . Dessa maneira, houve a

formação de hidróxido cúprico[Cu(OH)2] insolúvel em água por complexação, mais sulfato de cálcio

(CaSO4), totalmente dissociável em água.

4 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MAHAN, B. M. Química: Um curso universitário. 4. ed. São Paulo : Edgard Blucher, 2003;

BROWN, T. L. Química: A ciência central. 2 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005;

LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999;

Metais Alcalinos Terrosos. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org /wik/ metal_ alca lino-terroso>. Acesso em

17/03/11

<http://www.ebah.com.br/relatorio-de-metais-alcalinos-e-metais-alcalinos-terrosos-doc-a42958.html> acesso

em 17/03/11.