relatório prática nº2
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Disciplina de Qumica Inorgnica Experimental
Professora: MSc.Maria Beatriz Pereira Mangas
RELATRIO DA AULA PRTICA N2:
BORO E ALUMNIO
Aluno: Matson Edwards Pereira Matrcula: UC09037383
Taguatinga-DF, agosto de 2013
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INTRODUO
Os elementos do grupo 13, boro, alumnio, glio, ndio e tlio, tm diferentes e
interessantes propriedades qumicas e fsicas. O primeiro membro do grupo, o boro,
essencialmente no metlico, enquanto as propriedades dos outros elementos so
claramente metlicas. O alumnio o elemento comercialmente mais importante,
sendo produzido em grande escala para uma grande variedade de aplicaes.(1)
O grupo 13 da Tabela Peridica o primeiro grupo do bloco p. Seus
elementos possuem configurao eletrnica ns2np1 e seu maior numero de oxidao
+3. Entretanto, os elementos mais pesados do grupo tambm formam compostos
com o metal no estado de oxidao +1, e este estado aumenta de estabilidade medida que se desce no grupo. Esta tendncia particularmente evidente para os
haletos. A estabilidade relativa de um estado de oxidao menor que o frequente do
grupo se deve ao efeito do par inerte, um tema recorrente dentre os elementos do
bloco p. Esse efeito atribudo grande energia necessria para remover os
eltrons ns2 depois que o np1 foi removido.
A famlia do boro, como tambm conhecido o grupo 13, apresenta tambm
uma anomalia conhecida como efeito alternante. Esse efeito explica o fato de o glioser mais eletronegativo que o alumnio, mesmo estando em perodo maior. Isto
uma conseqncia do aumento da carga nuclear efetiva dos elementos 4p devido a
presena dos eltrons 3d, que tm baixo efeito de blindagem.
O boro uma exceo regra do octeto, uma vez que se estabiliza com 6
eltrons na camada de valncia (2 a menos que o convencional). O boro forma
sempre ligaes covalentes, em nmero de trs e com ngulos de 120, utilizando-
se de hibridao sp
2
. Por apresentar um orbital vazio, esse elemento tambm podeatuar como cido de Lewis nas reaes qumicas.
O alumnio o metal mais abundante e o terceiro mais abundante, em peso,
da crosta terrestre. Trata-se de um elemento essencialmente metlico, embora
algumas vezes classificado como metalide devido ao seu carter anfotro.
extrado da bauxita (Al2O3) atravs de uma eletrlise. Sua reao com o oxignio
forma uma camada de xido que protege as partes mais internas do metal. Por isso
ele muito utilizado no revestimento de outros metais, como forma de proteo
contra oxidao.
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Os elementos do grupo 13 formam complexos com maior facilidade que os
elementos do bloco s, por causa de seu menor tamanho e sua maior carga. Alguns
complexos so tetradricos com hidretos e haletos como o Li[AlH4] e H[BF4],
entretanto a maioria deles octadrico, tais como o [GaCl6]-3, [InCl6]-3, [TlCl6]-3. Os
complexos octadricos mais importantes so aqueles formados com grupos
quelantes, tais como -dicetonas, on oxalato, cidos dicarboxlicos, pirocatecol, e
tambm 8-hidroxiquinolina. Esse ltimo utilizado na determinao gravimtrica de
alumnio.
OBJETIVOS
Observar as caractersticas e reatividade da Famlia 13
Sintetizar compostos de Boro e de Alumnio atravs de reaes.
MATERIAIS E REAGENTES
cido Brico
xido de boro Manitol
Tetraborato de sdio
Soluo 1% de fenolftalena
cido sulfrico concentrado
Tetrafluorborato de potssio
Tricloreto de alumnio
Lminas de alumino Solues de HCl 1 M e 6 M
Soluo deNaOH 10%
Amonaco concentrado
Cloreto de mercrio
Soluo de cloreto de alumnio Almen
cido perclrico
Cloreto de brio
Tubos de ensaio
Garra de madeira
Bico de Bunsen
Basto de vidro Fita de pH
Pipeta de Pasteur
Rolha vazada
PROCEDIMENTOS
BORO1 Procedimento: cido Brico, xido de boro e boratos.
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a) Aqueceu-se um pouco de cido brico (slido) num tubo de ensaio
seco.
b) Dissolveu-se um pouco de cido brico em gua destilada e
comprovou-se o pH da soluo utilizando fitas de pH.
c) Adicionou-se soluo de cido brico o indicador fenolftalena. Em
seguida, adicionou-se certa quantidade de uma soluo de hidrxido
de sdio (NaOH 10%) at que a soluo adquirisse uma colorao
rosa. Logo aps, adicionou-se uma ponta de esptula de manitol (n-
pentanopentol) e observou-se a variao do pH.
d) Dissolveu-se um pouco de tetraborato de sdio (borax) em gua
destilada e verificou-se o pH da soluo com uma fita de pH.
2 Procedimento: Obteno do ster metlico do cido brico B(OCH3)3.
a) Colocou-se num tubo de ensaio seco um pouco de cido brico e
adicionou-se 1 mL de cido sulfrico concentrado e 2 mL de metanol.
b) Aqueceu-se o tubo de ensaio cuidadosamente e, com o auxlio de um
palito de fsforo aceso, verificou-se a liberao de calor dos vapores
na boca do tubo.
3 Procedimento: Obteno de trifluoreto de boro.
a) Colocou-se num tubo de ensaio seco 1 g de tetrafluoroborato de
potssio, 0,2 g de xido de boro e 3 mL de cido sulfrico concentrado.
b) Fechou-se o tubo com uma rolha furada que levava um tubo estreito de
vidro.
c) Aqueceu-se o tubo de ensaio.
ALUMNIO
1 Procedimento: Reatividade qumica e estabilidade do alumnio.
a) Observou-se a reao do alumnio (pedaos em fita) com os seguintes
reagentes:
cido clordrico diludo e concentrado;
cido ntrico diludo e concentrado;
Hidrxido de sdio (10%);
Soluo concentrada de amonaco; aquecer se for necessrio.
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b) Os tubos onde no foram constatadas reaes instantneas foram
aquecidos em um bico de bunsen.
2 Procedimento: Ativao do alumnio por amalgamao.
a) Limpou-se a superfcie de um pedao de lmina de alumnio com uma
lixa.
b) Esfregou-se a superfcie com algumas gotas de soluo de cloreto de
mercrio.
c) Deixou-se a lmina tratada exposta algum tempo ao ar livre.
3 Procedimento: Hidrxido de alumnio e anfoterismo.a) Adicionou-se uma soluo de cloreto de alumnio gota a gota,
hidrxido de sdio diludo at observar um precipitado. Depois se
adicionou hidrxido de sdio em excesso, agitou-se at dissolver todo
o precipitado.
b) Realizou-se o mesmo procedimento com soluo de amonaco em vez
de hidrxido de sdio.
4 Procedimento: Hidrxido de sais hidratados de alumnio
a) Dissolveu-se cloreto de alumnio hidratado em gua destilada e
comprovar o pH da soluo com fita de pH.
5 Procedimento: Cloreto de alumnio
a) Aqueceu-se um pedao de cloreto de alumnio num tubo de ensaio
seco.b) Dissolveu-se um pedao de cloreto de alumnio em gua.
6 Procedimento: Alume, um sal duplo: KAl. (SO4)2.12H2O
a) Dissolveu-se alume, sulfato de potssio e alumnio, em gua destilada.
b) Dividiu-se a soluo em trs tubos de ensaio.
c) Reagiu-se a soluo do tubo 1 com cido perclrico concentrado.
d) Reagiu-se a soluo do tubo 2 com amonaco concentrado.
e) Reagiu-se a soluo do tubo 3 com cloreto de brio.
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RESULTADOS E DISCUSSO
BORO
1 Procedimento: cido Brico, xido de boro e boratos.
Quando adicionado o acido brico slido no tubo de ensaio e aproximado da
chama do bico de Bunsen, este entrou em fuso e logo em seguida em ebulio
formando bolhas. Aparentemente, as paredes do tubo de ensaio ficaram midas e
aps o aquecimento, um slido branco permaneceu grudado no tubo de ensaio.
O ponto de fuso do acido brico de 170 C e seu ponto de ebulio de
300 C. O cido brico entrou em ebulio reagindo com o oxignio e formando o
sesquixido de boro, o slido branco que restou. Todos os elementos desse grupoformam sesquixidos quando aquecidos em atmosfera de oxignio (2). O B2O3
convenientemente obtido pela desidratao do cido brico. Abaixo segue a reao
qumica que descreve o fenmeno:
2H3BO3(s) + calor B2O3(s) + 3H2O(l)
Colocado o cido brico no tudo de ensaio e logo em seguida adicionadogua destilada. Mediu-se o seu pH e o valor encontrado foi 3, indicando um meio
cido. Entretanto, o acido brico no se comporta como na maioria dos cidos. Ele
no doa prtons para o solvente como a maioria dos cidos, mas aceita ons OH-.
Isso faz com que ele seja classificado como um cido de Lewis. Alm disso, reage
parcialmente em gua, o que justifica o fato de ele no ser usado para fazer
titulaes. Quando o acido brico recebe um par de eltrons, so liberados ons
H3O
+
na soluo.H3BO3(s) + 2H2O H4BO4
-(aq) + H3O
+
Abaixo segue a equao da constante acido brico na sua primeira
desprotonao. O valor de seu Ka de 6,4 x 10-10, o que demonstra a sua baixa
tendncia em ionizar como um cido de Arrhenius.
[] [
]
[]
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Ao adicionar-se soluo de cido brico o indicador fenolftalena a soluo
permaneceu incolor, comprovando que o meio estava cido. Logo aps, adicionou-
se certa quantidade de hidrxido de sdio (NaOH 10%) at a soluo adquirir cor
rosa, indicando a basificao do meio. Ao adicionar-se o manitol (n-pentano-pentol),
a soluo foi agitada e voltou a ficar incolor, indicando uma reduo no pH (medido
em 7 utilizando uma fita de pH) e um conseqente .aumento na acidez do meio.
O manitol um acar que tem vrios grupos funcionais do tipo OH ligados.
Por isso, o manitol e classificado como um poliol ou polilcool. A adio de certos
compostos orgnicos polihidroxilados como glicerol, manitol ou acares formam
complexos com o cido brico. Estes complexos so os alcoxiboranos e formam-se
pela seguinte reao geral:(2)
H3BO3 + 3ROH B(OR)3 + H2O
Adicionando-se compostos orgnicos polihidroxilados, o H3BO3, ou B(OH)3
como pode ser representado, se comporta como cido monobsico forte. Nessas
condies ele pode ser titulado com NaOH e o ponto final da reao pode ser
determinado utilizando-se fenolftalena como indicador, que muda de cor em pH de8,3-10. Segue abaixo a reao do cido brico com o hidrxido de sdio:
H3BO3(aq) + NaOH(aq) Na[B(OH)4](aq)
Na2BO2 + 2H2O
(metaborato de sdio)
Para que se observe um aumento da acidez, necessrio que o composto
adicionado seja um cis-diol (possui grupos OH em tomos de carbono adjacentes,
na conformao cis). Os cis-diis formam complexos muito estveis com o [B(OH)4]-
formado na reao direta, removendo-o da soluo. Assim, a efetiva remoo de um
dos produtos da reao desloca completamente o equilbrio para a direita, de modo
que todo o reagente transformado em produto. (3) Por isso, o H3BO3 se comporta
como uma cido forte, resultando em uma diminuio do pH.
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Dissolveu-se o tetraborato de sdio em gua e adicionou-se fenolftalena. A
soluo ficou com a cor rosa. Em contato com a gua o brax libera uma base forte
de Arrhenius. Essa base se dissocia em agua liberando ons OH - em maior
quantidade que o cido brico formado. A colorao rosa, indica que a soluo
bsica. Segue abaixo a reao do tetraborato de sdio em gua:
Na2B4O7 + 7H2O 4H3BO3 + 2NaOH
2 Procedimento: Obteno do ster metlico do cido brico B(OCH3)3.
Colocou-se em um tubo de ensaio cido brico, cido sulfrico e metanol.
Agitou-se e verificou-se uma reao exotrmica, pois houve liberao de calor.Houve tambm a liberao de um gs pelo tubo. Logo em seguida acendeu-se um
fsforo e colocou em contato com esse gs, que ao inflamar, proporciona uma
colorao verde para a chama.
A reao do cido brico com o metanol, na presena de acido sulfrico,
conduz a formao de steres simples de boratos. Abaixo segue a reao qumica.
B(OH)3(s) + CH3OH(l) B(OCH3)3(aq) + 3H2O(l)
O cido sulfrico atua como um catalisador na reao, fazendo com que ela
acontea de forma mais rpida. Quando aquecida a reao, os reagentes se
processam mais rapidamente produzindo mais borato de metila, que muito voltil,
que colocado na presena de fogo este produz uma chama verde.(1)
3 Procedimento: Obteno de trifluoreto de boroQuando colocado o tetrafluoroborato de potssio e o oxido de boro e
adicionado o cido sulfrico em um tubo de ensaio nada de perceptvel aconteceu.
Quando aquecido a soluo liberou um gs. Abaixo a reao qumica.
6[BF4]K(aq) + B2O3(s) + 6H2SO4(aq)6KHSO4(aq) +8BF3(g) + 3H2O
A partir da reao formou se o trifluoreto de boro que um gs, de odor ruim,
alm de ser muito txico.(1)
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Todos os tri-haletos de boro, exceto o BI3, podem ser preparados pela reao
direta entre os elementos. Entretanto, o mtodo preferido para o BF3 a reao do
B2O3 com CaF2 em H2SO4. Esta reao impulsionada em parte pela reao do
cido forte H2SO4 com os xidos e a afinidade do tomo B duro pelo flor:
B2O3(s) + 3CaF2(s) + 6H2SO4(l)2BF3(g) + 3[H3O+][HSO4
-](sol) + 3CaSO4(s)
Os tri-haletos de boro consistem de molculas BX3, trigonais planas.
Diferentemente dos haletos dos outros elementos do grupo, eles so monomricos
em estado slido, lquido e gasoso. O trifluoreto de boro e o tricloreto de boro so
gases, o tribrometo um lquido voltil e o triiodeto um slido. Esta tendncia navolatilidade consistente com o aumento da intensidade das foras de disperso
com o aumento do nmero de eltrons nas molculas. Segue abaixo a reao de
obteno do tricloreto de boro:
3[BF4]K(s) + AlCl3(s) + calor3BF3(g) + 3KCl(aq) + AlF3(aq)
ALUMNIO1 Procedimento: Reatividade qumica e estabilidade do alumnio.
a) HCl concentrado/diludo
Quando adicionado o alumnio em cido clordrico concentrado, observou-se
uma liberao violenta de gs e notou-se que a temperatura do tubo de ensaio
aumentou de forma considervel.
Ao se acrescentar o alumnio no cido clordrico diludo, nenhuma reao
pde ser percebida a olho nu. Entretanto, quando o tubo de ensaio contendo oscompostos foi aquecida, uma reao aconteceu, com grande liberao de gs,
assim como aconteceu com o cido clordrico concentrado.
O alumnio se dissolve em cidos liberando gs hidrognio. Abaixo a reao
qumica que representa o fenmeno.
2Al(s) + 6HCl(aq) 2Al3+ +6Cl- + 3H2(g)
b) HNO3 concentrado/diludo
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Foi colocado acido ntrico concentrado na presena de alumnio dentro de um
tubo de ensaio. A reao liberou um gs de cor castanha e percebeu-se aumento
considervel de temperatura.
No momento em que foi adicionado cido ntrico diludo ao tubo que continha
alumnio, nenhuma reao foi perceptvel. Contudo, quando o tubo foi aquecido,
houve reao vigorosa, tambm com a liberao de um gs de cor castanha.
Na reao de alumnio com cido ntrico h a formao do dixido de
nitrognio, o gs que foi visto na reao. Embora o alumnio tenha facilmente se
dissolvido em cido ntrico diludo, o cido concentrado forma uma camada de xido
metlico que protege o metal de posterior oxidao, o que chamado passivao.
Segue abaixo a reao do alumnio com o HNO3:
Al(s) + 6HNO3(aq) Al(NO3)3(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l)
c) Hidrxido de sdio 10%
O alumnio e o Hidrxido de sdio foram colocados em um tubo de ensaio. No
momento percebeu-se que a soluo ia adquirindo uma colorao branca. Houve
tambm a liberao de um gs e aumento de temperatura.O fato de alumnio tambm ter reagido com uma base pode ser explicado pelo
seu carter anftero. Quando o NaOH adicionado ao Al, este por sua vez se
dissolve, formando aluminato de sdio e a liberao de gs hidrognio. Abaixo
segue a reao qumica.
2Al(aq) + 2 NaOH(aq) + 4H2O(l) 2NaAl(OH)4(aq) + 3H2(g)
d) Amonaco
Quando adicionado hidrxido de amnio em alumnio, no houve nenhuma
reao qumica perceptvel. Aps o aquecimento, a soluo adquiriu um aspecto
turvo, e houve tambm a liberao de um gs.
O hidrxido de amnio uma base fraca e muito instvel. Ela est em
constante equilbrio entre amnia e gua como pode ser visto na equao abaixo:
NH4OH(aq) NH3(g) + H2O(l)
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Quando a soluo foi aquecida, esse equilbrio foi deslocado para a direita,
fazendo com que houvesse um grande desprendimento de amnia, e em soluo a
reao acontece da seguinte maneira:
Al(s) + 3NH3(g) + 3H2O(l)Al(OH)3(aq) + 3NH4+
2 Procedimento: Ativao do alumnio por amalgamao
Sobre uma placa de alumnio raspada com lixa, foram pingadas algumas
gotas de cloreto de mercrio. Depois de certo tempo, a placa de alumnio escureceu
na regio onde foi pingada a soluo, e quando um papel foi esfregado para tirar o
excesso de cloreto de Mercrio, houve a formao de um p cinza/branco na reaonde foi colocado o cloreto de mercrio.
De acordo com a tabela de potencial de reduo, o mercrio tem um potencial
de reduo no valor de + 0,85 V enquanto o potencial padro de reduo do
alumnio de -1,66 V. Dessa forma, possvel concluir que ele reduz a mercrio a
zero. Abaixo a equao:
2Al0 + 3Hg2+ 2Al+3 + 3Hg0
O mercrio na presena de gua oxida formando oxido de mercrio, este o
precipitado branco acinzentado visto no final da reao. Houve tambm a liberao
de gs hidrognio, como pode ser visto na reao abaixo:
4Al(s) + 6HgCl2(aq) + 6H2O(l) 6HgO(aq) +4AlCl3(aq) + 6H2(g)
3 Procedimento: Hidrxido de alumnio e anfoterismo.Quando adicionado uma soluo de sulfato de alumnio em hidrxido de sdio
diludo observou-se um precipitado gelatinoso da cor branca. Quando adicionado
hidrxido de sdio em excesso o precipitado foi totalmente dissolvido. Segue abaixo
a equao da reao:
Al2(SO4)3(aq) + 2NaOH(aq)2NaAl(OH)4(aq) + H2O(l)
Quando no sulfato de alumnio foi adicionado o hidrxido de amnio, houve
tambm a formao de precipitado, porm, quando colocado hidrxido de amnio
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em excesso, o precipitado no desapareceu como no experimento anterior. Abaixo a
equao da reao:
Al2(SO4)3(aq) + 6NH4OH 2Al(OH)3(s) + 3(NH4)2SO4(aq)
Essas reaes acontecem devido ao carter anftero do alumnio, que
dependo da substncia com quem estiver reagindo, pode se comportar tanto como
cido tanto como base. O precipitado no desaparece no com o hidrxido de amnio
porque esta uma base muito fraca, que, em soluo desprende muita amnia em
forma de gs.
4 Procedimento: Hidrxido de sais hidratados de alumnio
Foi dissolvido sulfato de alumnio hidratado em gua destilada e em seguida
foi medido o pH da soluo e obtido o valor de 3. O pH medido indica uma soluo
cida, que pode ser explicado pelas seguintes reaes:
Al2(SO4)3(aq) 2Al3++ 3SO4
+ (1)
H2O(l) OH-(aq) + H
+(aq) (2)
Al2(SO4)3(aq) + 6H2O(l) 2Al(OH)3(aq) + 3H2SO4(aq) (3)
Na reao 1 est representado o equilbrio do sal sulfato de alumnio e seus
ons. A reao 2 representa o equilbrio de auto-ionizao da gua e a reao 3 a
reao do sulfato de alumnio com a gua, formando hidrxido de alumnio e cidosulfrico. Como o cido sulfrico considerado um cido forte e o hidrxido de
aluminio uma base fraca, o pH tende a ser menor do que 7.
5 Procedimento: Cloreto de alumnio anidro
Em um tubo de ensaio foi adicionado cloreto de alumnio hidratado e
aqueceu-se. Houve a formao de um slido branco e tambm a liberao de um
gs.
Pelo fato de ser hidratado, o cloreto de alumnio perde gua quando atinge os
100C. Sua forma anidra tem uma estrutura especial: embora seja um halogeneto de
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um metal altamente eletropositivo, as ligaes qumicas so principalmente
covalentes (e no inicas como se poderia esperar). Este resultado faz com que
AlCl3 sofra derretimento temperaturas baixas, e que o estado lquido conduza
eletricidade, contrariamente a outros halogenetos inicos tais como cloreto de sdio.
Este composto existe na forma slida, sob o formar uma rede
hexacoordenada e se funde formando um dmero tetracoordenado. O Al2Cl6 pode se
pulverizar, dissociando-se em temperatura mais elevada para formar uma espcie
AlCl3 semelhante ao BF3.
6 Procedimento: Almen, um sal duplo: KAl[SO4]2.12H2O.
Preparou-se uma soluo de almen com gua destilada e separou-a em trstubos de ensaio, para reagir com cido perclrico concentrado, com amonaco
concentrado e com cloreto de brio.
a) cido perclrico concentrado
Houve a precipitao de um slido branco, com uma aparncia de sal de
cozinha. O precipitado foi o perclorato de potssio, e segue abaixo a reao qumica
da formao deste:
2HClO4(aq) + 2KAl[SO4]2(aq) 2KClO4(s) + Al2(SO4)3(aq) + H2SO4(aq)
b) Amonaco concentrado
Houve a precipitao de um slido branco e gelatinoso. O precipitado foi o
hidrxido de alumnio, e abaixo segue a reao qumica:
6NH4OH(aq) + 2KAl[SO4]2(aq) 2Al(OH)3(s) + K2SO4(aq) + 3H2SO4(aq) + 6NH3(g)
c) Cloreto de brio
Houve a precipitao de um slido gelatinoso com uma cor branca, bem
limpa. O slido precipitado foi o sulfato de brio, e segue abaixo sua reao qumica:
2BaCl2(aq) + KAl[SO4]2(aq) 2BaSO4(s) + AlCl3(aq) + KCl(aq)
O almen uma espcie de sal duplo. Sais duplos so uma classe decompostos de adio que se formam quando quantidades estequiomtricas de dois
compostos estveis so misturadas. Tais compostos perdem sua identidade em
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soluo, existindo, portando, apenas no estado cristalino. Pode-se dizer de uma
maneira simplificada, que um sal duplo formado pela unio de dois sais simples,
organizados em um retculo. Os sais ligam-se entre si atravs de ligaes
covalentes, que so quebradas quando o composto solvatado.
Os chamados sais complexos formam a segunda classe dos compostos de
adio. Assim como no caso dos sais duplos, eles se formam quando juntam-se
quantidades estequiomtricas de duas ou mais substancias estveis, mas, ao
contrrio dos sais duplos, em soluo os sais complexos mantm a sua identidade.
Compostos que os chamados ons complexos so conhecidos como compostos de
coordenao, uma vez que estes ons so constitudos por um on central e
rodeados por ligantes coordenativamente.
CONCLUSO
O grupo 13 apresenta uma grande variedade de caractersticas fsicas e
qumicas. Dentre os elementos testados (boro e alumnio), comprovou-se que o
alumnio tem carter anftero e reage dificilmente com cidos diludos temperatura
ambiente devido formao de uma camada protetora de xido que protege asuperfcie do alumnio. Afere-se tambm que o boro um ametal que apresenta uma
propriedade diferente na forma de cido, ou seja, no se comporta como os demais
cidos inorgnicos que desprotonam, e sim, recebe os nions vindos das bases.
REFERNCIAS
1. ATKINS;SHRIVER.Qumica Inorgnica. 4 EDIO. Inglaterra: Bookman,
2006. 848 p.
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Edgar Blcher, 1999. 180-201 p.