Boro, Alumínio e seus compostos, Notas de aula de Engenharia Química

Baixe Boro, Alumínio e seus compostos e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI CAMPUS ALTO PARAOPEBA RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA Os Elementos Boro e Alumínio e seus Compostos Marcelo Henrique Nayara Fernandes Biturini Rafael C. T. Oliveira Relatório apresentado ao curso de Engenharia Química na disciplina Química Inorgânica sob responsabilidade do professor Rafael. Ouro Branco/MG (Outubro/2009) Introdução O grupo 13 da Tabela Periódica é o primeiro grupo do bloco p. Seus elementos possuem configuração eletrônica ns2np1 e, consequentemente, seu maior numero de oxidação é +3. O boro e o alumínio são os dois primeiros elementos desse grupo.1 O boro é um metalóide que forma ligações covalentes e possui energia de ionização particularmente alta. Todavia, como ele possui apenas três elétrons na camada de valência e possui um raio atômico muito pequeno, ele forma compostos com octetos incompletos. Essa peculiaridade do elemento faz com que ele possua propriedades notavelmente incomuns, que o tornaram essencial à tecnologia moderna.1 O boro, com características acentuadas de ametal, forma óxidos ácidos como na reação do ácido bórico com água (1) em que há formação de um ácido monoprótico: (1) (OH)3B + :OH2 → (OH)3B-OH2. Já o alumínio, seu vizinho de caráter metálico, forma ácidos anfotéricos. Os óxidos de ambos são importantes pois são a fonte desses elementos e o ponto de partida para a produção de outros compostos, como na reação (2), em que sulfato de alumínio é produzido a partir de óxido de alumínio e ácido sulfúrico: (2) Al2O3(s) + 3H2SO4(aq) → Al2SO4(aq) + 3H2O.1 O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre, apesar de ser encontrado como bauxita, um óxido hidratado impuro (Al2O3 xH2O). Até o século XIX, o alumínio era uma raridade. Entretanto, atualmente ele é obtido em larga escala através de eletrólise. 1 Em suma, o alumínio é um elemento de caráter metálico, reativo, leve, resistente, anfotérico, com uma superfície que se apassiva devido à formação de uma película de Al2O3 quando exposto ao ar. Já o boro é um metalóide duro, com propriedades de metal pronunciadas.1 Objetivo Observar a reatividade de diversos compostos de alumínio com variadas espécies de ácidos e bases e interpretar as observações realizadas na obtenção de éster etílico. Materiais NaOH 10% Efervescência e o sistema tornou-se branco NH4OH Concentrado - HNO3 Diluído - HNO3 Concentrado - HgCl2 Formação de líquido cinza escuro Neste mesmo procedimento, misturou-se ácido nítrico concentrado e diluído com o alumínio e esperava-se que reagissem de acordo com a reação (3): (3) 2Al + 6HNO3 → 2Al(NO3)3 + 3H2. Todavia, para ambos os casos, nenhum resultado foi observado. Ainda na segunda parte do procedimento, reagiu-se hidróxido de sódio (10%) com o alumínio. Foi possível observar certa efervescência e também que o sistema, ao se completar a reação, tornou-se branco (veja a Tabela 1). A reação se processou da seguinte maneira: (4) 2NaOH + 2Al + 2 H2O → 2NaAlO2 + 3H2. A partir da análise da equação (4), se pode notar que a efervescência se deu pelo desprendimento de gás hidrogênio e que a cor branca do sistema se deu pela presença de aluminato de sódio (NaAlO2). Na última parte do segundo procedimento, tentou-se reagir hidróxido de amônio concentrado com alumínio, no entanto, não foi possível observar alteração alguma no sistema. Esperava-se que os compostos reagissem de acordo com a equação (5): (5) 6NH4OH + 2Al → 2Al(OH)3 + 6NH4. Na terceira parte do procedimento, ao se adicionar cloreto de mercúrio ao pedaço de alumínio lixado, percebeu-se que o líquido sobre a lâmina do metal, antes transparente, tornou-se cinza escuro (veja a Tabela 1). A equação (6) descreve a reação ocorrida: (6) 3HgCl2 + Al2O3 → 2AlCl3 + 3HgO. Como se pode notar, houve a formação de óxido mercúrio e cloreto de alumínio. O cloreto de mercúrio reage com a película de óxido de alumínio, removendo-a. Uma vez que o líquido é removido da superfície do metal, o alumínio reage instantaneamente com o oxigênio do ar para formar Al2O3. Na quarta parte do experimento, foi necessária a adição de 4 gotas de NaOH ao tubo de ensaio contendo 10 gotas de sulfato de alumínio para se observar a formação de um precipitado, de acordo com a equação (7). (7) Al2 (SO4) 3 + 6NaOH → 2Al(OH) 3↓ + 3Na 2SO4 Em seguida, ao se adicionar hidróxido de sódio em excesso e agitar, notou-se o desaparecimento do precipitado(veja a Tabela 2). O Al(OH)3, uma substância anfotérica, apesar de reagir principalmente como base, ele demonstra algum caráter ácido quando se dissolve em NaOH (base forte,se dissocia muito) e forma o íon Al(OH)4- ao reagir com mais uma hidroxila proveniente da base forte (observe a equação (8)). (8) Al(OH) 3 + NaOH (em excesso) → Na +Al(OH)4- Em outro tubo de ensaio, contendo sulfato de alumínio, ao adicionar 6 gotas de hidróxido de amônio e agitar, observou-se a formação de precipitado de acordo com a equação (9). (9) Al2 (SO4) 3 + 6NH4OH → 2Al(OH) 3↓ + 3(NH4) 2SO4 Em seguida, mediante a adição de hidróxido de amônio (base fraca) em excesso, o precipitado não se dissolveu (veja a Tabela 2). O NH4OH, por ser uma base fraca, se dissocia pouco e devido a isso ela não consegue dissolver o Al(OH) 3. Tabela 2: Resultados obtidos para o procedimento de análise do anfoterismo do Al(OH)3. Inicial Adição de Número de gotas para precipitar Numero de gotas para sumir 10 gotas de Al2(SO4)3 NaOH Diluído 4 +6 10 gotas de Al2(SO4)3 NH4OH Diluído 6 Com +94 não sumiu Conclusão O alumínio é um composto extremamente reativo, porém não reage com muitos compostos por formar uma película de Al2O3. Alguns ácidos concentrados, como o ácido clorídrico, conseguiram penetrar na película de passivação. Todavia, outros ácidos, como o ácido nítrico, nem mesmo em sua forma concentrada conseguiram reagir com o metal. Na obtenção de ésteres de boro, o ácido sulfúrico agiu como catalisador da reação. Os gases que se desprenderam e foram acesos tornaram-se verde devido à presença do primeiro composto. Referências Bibliográficas 1. Atkins, Peter; Jones, Loretta. Princípios de Química, Questionando a Vida Moderna. 3a ed. São Paulo. Editora Bookman, 2007.