UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUÍMICA INORGÂNICA EXPERIMENTAL

PROFESSORA JULIANA MELO

REAÇÕES DOS METAIS ALCALINOS E REAÇÕES DOS HIDRÓXIDOS DE METAIS ALCALINOS

LEONARDO ARCANJO DE ANDRADE

Campina Grande – PB

2011

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SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO............................................................................................................................3

1.1– Objetivos.............................................................................................................................3

2– METAIS ALCALINOS E O SÓDIO................................................................................................4

2.1 – Ocorrência e abundância.....................................................................................................4

2.2 – O sódio (Na) e sua reatividade..............................................................................................4

3 – PARTE EXPERIMENTAL – Material e Método...............................................................................5

3.1 Materia.................................................................................................................................5

3.2 Reagentes............................................................................................................................5

3.3 Metodologia I – Produção de Hidróxido de Sódio tendo água e Etanol.hid como solvente..............5

3.4 Metodologia II – Observação da produção de gás hidrogênio.....................................................6

3.4 Metodologia III – Formação de álcalis insolúvel por precipitação.................................................6

3.5 Outras reações com NaOH....................................................................................................7

4 – CONCLUSÕES.........................................................................................................................7

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................................7

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1 – INTRODUÇÃO

No âmbito da Química, um dos aspectos mais importantes e relevantes para a construção do conhecimento é caracterizar delimitando parâmetros qualitativos e quantitativos das Reações Químicas em um laboratório. A caracterização desses parâmetros é sustentada por vários meios de análises, onde, tudo a nossa volta está acometido à mecanismos de segurança baseados em Metodologias caracterizacionais.

A Química como Ciência Mestre (REIS, 2008) subdivide-se em vários ramos e/ou subciências, onde, em convenções a cerca da possibilidade de análises, esses elementos foram divididos em subclasses de fácil identificação. Dessa forma, cada elemento pode ser facilmente identificado através das semelhanças periódicas de cada elemento.

De maneira mais generalizada e de fácil entendimento, 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 pode ser representada por meio de uma equação química geral ou quando envolver íons através de uma equação iônica. Um aspecto importante é a conservação da massa e o número de espécies químicas microscópicas (átomos e íons) presentes antes e depois da ocorrência da mesma, logo toda equação química deve ser balanceada. Por isso que estudos experimentais levaram os cientistas a concluir que as reações químicas devem obedecer a certas leis: as ponderais que tratam das relações entre as massas de reagentes e produtos. De uma maneira geral, uma reação química ocorre quando os produtos reagem por algum motivo e circunstancia, gerando o que chamamos de produtos químicos, onde algumas reações podem expressar fenômenos físicos de várias maneiras, como por exemplo: reações endo e exotérmicas, mudança de coloração, produção de odor e etc.

Fazendo uma epistemologia das propriedades periódicas dos elementos químicos, nos deparamos como uma classe denominada de Grupo I ou Família 1A – Metais Alcalinos. O grupo I é formado pelos elementos lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr). Os metais alcalinos possuem configuração eletrônica – valência ns1 que garante seu grande caráter eletropositivo e tendência em perder seu único elétron de valência. Desta forma o presente relatório tem por finalidade denotar sucintamente o processo de obtenção de uma solução alcalina utilizando o sódio (Na) metálico.

1.1 – Objetivos

Mostrar a reatividade do metal alcalino sódio como água e seguindo a literatura mostrar a liberação de gás hidrogênio;

Preparar uma solução de hidróxido de sódio a partir do sódio metálico; Mostrar por meio de reações de precipitação a formação de novos produtos; Obter uma solução alcalina insolúvel em água.

Palavras-chaves: metais alcalinos, sódio, reação química, precipitado

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2 – METAIS ALCALINOS E O SÓDIO

2.1 – Ocorrência e abundância

Os elementos químicos deste grupo (grupo I) são muito semelhantes, porém não ocorrem juntos, principalmente por causa dos diferentes tamanhos de seus íons.O lítio é o 35º elemento mais abundante, em peso, e é obtido principalmente a partir de minerais do grupo dos silicatos, como o espodumênio LiAl(SiO3)2 e a lepidolita Li2Al2(SiO3)3(FOH)2. O sódio e o potássio são o sétimo e oitavo elementos mais abundantes da crosta terrestre, em peso, respectivamente. NaCl e KCl ocorrem em grande quantidade de água do mar. A principal fonte de sódio é o sal-gema (NaCl). Outros saís, incluindo NaCl, Na2B4O7.10H2O (bórax), Na2CO3 (soda), NaHCO3.2H2O, NaNO3(salitre) e Na2SO4 (mirabilita), são obtidos a partir de depósitos formados pela evaporação das águas de antigos mares, com o Mar Morto e o Grande Lago Salgado em Utah, EUA. O cloreto de sódio é extremamente importante, e é usado em maiores quantidades que qualquer outro composto. O potássio ocorre principalmente como depósitos de KCl (silvita), de uma mistura de KCl e NaCl (silvinita), e do sal duplo KCl.MgCl2.6H2O (carnalita). Sais solúveis de potássio são denominados coletivamente de "potassa". O rubídio não possui nenhuma fonte para sua obtenção de modo conveniente e há somente uma para o césio. Esses elementos são obtidos como subprodutos do processamento do lítio. Os elementos mais pesados que o 83Bi (bismuto) são radioativos. Assim, o frâncio (número atômico 87) é radioativo, e como este tem um período de meia-vida de 21 minutos, ele não ocorre em quantidade apreciável na natureza. Todo o frâncio existente nos primórdios da evolução da Terra já estará desintegrado e aquele produzido agora a partir do actínio terá uma existência transitória.

2.2 – O sódio (Na) e sua reatividade

O sódio é um elemento químico de símbolo Na (Natrium em latim), de número atômico 11 e massa atômica 23 u. É um metal alcalino, sólido na temperatura ambiente, macio, untuoso, de coloração branca, ligeiramente prateada. Foi isolado em 1807 por Sir Humphry Davy por meio da eletrólise da soda cáustica fundida. O sódio metálico emprega-se em sínteses orgânicas como agente redutor. É também componente do cloreto de sódio (NaCl) necessário para a vida. É um elemento químico essencial para o homem e a indústria.

O sódio por ser fortemente eletropositivo, desloca o hidrogênio da água a temperaturas ordinárias. Quando um pequeno pedaço de sódio é colocado em água à temperatura ambiente, ocorre uma reação violenta capaz de desprender o hidrogênio, vejamos a reação:

2Na0(s)+2H 2O0

→2Na+¿+2OH−¿+H 0

2(g) ¿ ¿ (Eq. Iônica)

2Na(s )+2H 2O (l )→2NaOH(aq)+H 2 (g) (Eq. Líquida Geral)

Vemos que a reação líquida do sódio consiste essencialmente na oxidação do Na0

→Na+¿ ¿

, que permanece na solução em forma de íons Na+¿¿, hidratados. Ao mesmo tempo

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um átomo de hidrogênio da molécula de água é reduzido ao seu número de oxidação +1 para zero na molécula de H 2. Para cada molécula de água que tenha reagido forma-se um íon hidroxila (OH−¿¿) que permanece em solução.

Metais alcalinos para utilização em laboratório devem ser guardados sob líquidos inertes, como querosene ou tolueno, pois todos os metais alcalinos reagem espontaneamente à baixa temperatura com O2 e em contato com a pele causa fortes queimaduras.

A obtenção de hidróxido de sódio a partir do sódio metálico em laboratório deve ser feita adicionando-se um pequeno pedaço de sódio a água com bastante cuidado, pois a reação é extremamente exotérmica ou a partir do carbonato de sódio (Na2CO3 ¿e hidróxido de cálcio Ca(OH)2. Quando se adiciona água de cal a uma solução quente de carbonato de sódio, o carbonato de cálcio precipita e o hidróxido de sódio permanece na solução, esse processo é denominado de caustificação, vejamos a reação:

Na2CO3∆ (aq)+Ca(OH )2(aq)→CaCO3↓+2NaOH (aq)

Os hidróxidos insolúveis podem ser obtidos em laboratório, a partir de reações de precipitação entre uma base de metal alcalino com sais solúveis em metais.

3 – PARTE EXPERIMENTAL – Material e Método

3.1 Material: 1 béquer de 250 mL, 2 béqueres de 50 mL, 2 pipetas de 5 mL, 1 vidro de relógio, 2 tubos de ensaio + suporte, 1 bastão de vidro, 1 espátula e 1 pinça.

3.2 Reagentes: sódio metálico [Na(s )], álcool etílico hidratado [C2H 5OH (aq)], hidróxido de sódio (NaOH−1M ¿, solução de fenolftaleína, cloreto de magnésio* (

MgCl2−1M ¿, cloreto de cálcio (CaCl2−1M ), cloreto férrico (FeCl3−1M ), cloreto de cobalto (II) (CoCl2−1M ¿, nitrato de níquel [¿¿¿, cloreto cúprico (CuCl2−1M ¿ e cloreto de alumínio (AlCl3−1M ¿ .

* Neste relatório/experimento foi utilizado apenas cloreto de magnésio na precipitação do hidróxido.

3.3 Metodologia I – Produção de Hidróxido de Sódio tendo água e Etanol.hid como solventes

Com o auxílio da pinça retirou-se um pedaço de sódio que se encontrara mergulhado em um solvente inerte (querosene) e foi colocado no vidro relógio. Em seguido cortou-se pedaços de sódio com o auxílio da pinça, onde o mesmo foi colocado no vidro de relógio. Logo após a distribuição de alíquotas de sódio no vidro de relógio dos alunos, o pedaço original de sódio foi recolocado no frasco de querosene, pois o sódio oxida rapidamente na presença de O2. Em um dos béqueres foi adicionado cerca de 25 mL de água e no outro cerca de 25 mL de etanol comercial, em seguida, com o auxílio da espátula, os pedaços de sódio foram colocados cuidadosamente aos béqueres e verificou-se determinada turbulência acompanhado de um barulho característico, até todo o sódio ser dissolvido pela água. A solução preparada com etanol

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apresentou determinada resistência à dissolução, comparando à solução preparada com água. Após cessar o mecanismo de dissolução, foram adicionadas duas gotas de fenolftaleína aos béqueres e verificou-se que se tratava de duas soluções alcalinas pela coloração roxa obtida. Vejamos as reações com água e etanol comercial, respectivamente e a faixa de pH:

2Na(s)+2H 2O(l)→2NaO H(aq)+H 2 (g) (Eq. 1)

2Na(s)+C2H 5OH.H 2O

→NaOH (aq )+C2H 5ON a(s)+H 2(g ) (Eq. 2)

Na Eq. 1, percebemos que o experimento alcançou a perspectiva, obtivemos uma solução alcalina, e a produção de gás hidrogênio (o esperado) pode ser observada mais adiante. Na Eq. 2 percebemos um fenômeno bastante peculiar, pois o líquido utilizado como solvente foi o álcool comercial, que contém uma grande quantidade de água, cuja água foi responsável pela formação do hidróxido de sódio [NaOH (aq)], fato que também pode explicar a resistência à dissolução resultante da energia de rede entre a água e o álcool etílico sofrida pelo sódio. Essa reação também produziu H 2 e um óxido (etóxido de sódio). Com isso, conclui-se a reatividade do sódio na presença de água e soluções aquosas acompanhadas da produção de hidrogênio.

3.4 Metodologia II – Observação da produção de gás hidrogênio

Em um béquer de 250 mL, colocou-se água até metade de sua capacidade. O mesmo foi feito com o tubo de ensaio. Cortou-se um pedacinho de sódio, onde o mesmo foi colocado no tubo de ensaio e vertido rapidamente dentro do béquer com água. Observou-se a formação do gás hidrogênio, pois a pressão sobre a superfície da água foi aumentando, fazendo com que a coluna líquida baixa-se de nível, pois de acordo com a Lei da Impenetrabilidade, dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço.

3.4 Metodologia III – Formação de álcalis insolúvel por precipitação

Pipetou-se 1 mL de cloreto de magnésio (MgCl2−1M ¿ que foi colocado em um tubo de ensaio. Em seguida, foi adicionado ao tubo de ensaio 3 gotas de NaOH – 30%. Dessa forma, verificou-se a formação de um precipitado branco e gelatinoso. Vejamos a equação:

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MgCl2(aq)+2NaOH (aq)→Mg(OH )2↓+2NaCl(aq)

Formou-se um precipitado branco e gelatinoso, pois ocorreu uma reação de dupla troca, um sal reagindo com um álcalis resultando em outro sal e outro álcalis, porem, o hidróxido de magnésio formado é insolúvel em água, possuindo coloração característica branca.

3.5 Outras reações com NaOH

Uma analogia de comparação pode ser feita na reação de cloreto cobaltoso (CoCl3 ¿. Na sua forma aquosa é encontrado como complexo cuja espécie é [Co(H2O)6]2+ , de coloração rosa escuro. Ao se adicionar NaOH (aq) em uma solução aquosa de cloreto cobaltoso percebesse uma precipitação de cor vermelho atenuado, onde o complexo cobaltoso adquiri a isomeria óptica trans-[CoCl2(H2O)4]•2H2O]. Uma característica intrínseca dos complexos é a sua coloração, possuem cores fortes de fácil identificação. Vejamos a reação:

CoCl2 (aq)+2NaOH (aq )→

Co(OH )2↓+2NaC l(aq)

4 – CONCLUSÕES

O presente experimento constatou que as reações químicas podem ser evidenciadas por mudança de cor, liberação de gás e formação de diferentes tipos de precipitado sendo a mais evidente, a formação de precipitado, devido à fácil visualização após alguns minutos e a mudança de cor. Quanto à liberação de produtos gasosos, esta não é tão facilmente identificada pelo observador devido à rapidez que ocorrem. Conclui-se também que o sódio é um agente extremamente redutor e reativo na presença de soluções aquosas.

5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Acessado em 08.03.2011 às 17:22 http://www.ebah.com.br/reacoes-quimicas-doc-a42640.html

Manual de laboratório de química geral 2010.1 – UFC.

REIS, MARTHA – Química Integral, São Paulo, Editora FTD, 1993

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Tradução CARACELLI, I et al. 1º Ed, Porto Alegre, Bookman, 2001.

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