MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

INSTITUTO DE QUÍMICA E GEOCIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INORGÂNICA

QUÍMICA GERAL E EXPERIMENTAL – 150085

PROF. DR. EDER JOÃO LENARDÃO

SEMELHANÇAS E DIFERENÇAS NAS PROPRIEDADES QUÍMICAS DE ELEMENTOS DE UMA MESMA FAMÍLIA DA TABELA PERIÓDICA.

Francielle Teixeira Ventura

João Ailton Belasquem

Pelotas, novembro de 2010

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

INSTITUTO DE QUÍMICA E GEOCIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INORGÂNICA

QUÍMICA GERAL E EXPERIMENTAL – 150085

PROF. DR. EDER JOÃO LENARDÃO

SEMELHANÇAS E DIFERENÇAS NAS PROPRIEDADES QUÍMICAS DE ELEMENTOS DE UMA MESMA FAMÍLIA DA TABELA PERIÓDICA.

Relatório Técnico Científico apresentado à Universidade Federal de Pelotas como avaliação parcial à disciplina de Química Geral e Experimental, presidida pelo Prof. Dr. Éder João Lenardão.

Francielle Teixeira Ventura

João Ailton Belasquem

Pelotas, novembro de 2010

ÍNDICE:

  1. Introdução.........................................................................................................................4

  2. Objetivo.............................................................................................................................6

  3. Materiais e reagentes.........................................................................................................7

  4. Procedimento experimental...............................................................................................7

  5. Apresentação e Discussão dos resultados......................................................................8

  6. Conclusão........................................................................................................................12

  7. Referências Bibliográficas...............................................................................................13

  1. INTRODUÇÃO:

Elementos de uma mesma família da tabela periódica apresentam propriedades químicas semelhantes. Isto ocorre porque as estruturas eletrônicas periféricas são iguais, pelo menos entre os elementos representativos. Como as propriedades químicas dos elementos dependem, em grande parte, da estrutura eletrônica da camada de valência, compreendem-se as semelhanças entre os elementos de uma mesma família. Por outro lado, as propriedades são apenas semelhantes e não iguais, existindo, de modo geral também diferenças importantes.

Nessa prática serão estudada a semelhança e diferença entre os elementos das seguintes famílias:

  1. Metais Alcalinos:

Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A) da Tabela Periódica, constituindo uma família ou uma série química. Formada pelos seguintes metais: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K) , rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr).

Têm este nome porque reagem muito facilmente com a água e, quando isso ocorre, formam hidróxidos (substâncias básicas ou alcalinas), liberando hidrogênio. Estes metais também reagem facilmente com o oxigênio produzindo óxidos.

Equação química da reação de um metal alcalino (exemplo: lítio) com a água:

2 Li(s) + 2 H2O(l) → 2LiOH(aq) + H2(g)

São metais de baixa densidade, e moles. Altamente eletropositivo e reativos. A eletropositividade e a reatividade destes elementos tende a crescer, no grupo, de cima para baixo se visto do ponto de vista termodinâmico (liberação de energia), pois quanto menor, mais o elemento se hidrata, oxidando mais rápido e reagindo mais rápido, se visto do ponto de vista cinético (velocidade da reação) a reatividade tende a crescer de cima para baixo, pois quanto maior os átomos mais fácil de perder o seu elétron de valência e mais rápido reagem. Apresentam um único elétron nos seus níveis de energia mais externos (em subnível s), tendendo a perdê-lo, transformando-se em íons monopositivos M+.

  1. Alcalinos terrosos:

Os alcalino terrosos são os elementos químicos do grupo 2 A da tabela periódica, formando uma família ou uma série química, e são os seguintes: berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra). Este último apresenta um tempo de vida média muito curto.

O nome alcalino-terroso provém do nome que recebiam seus óxidos: terras. Possuem propriedades básicas (alcalinas).

Apresentam eletronegatividade ≤ 1,3 segundo a escala de Pauling. Este valor tende a crescer no grupo de baixo para cima.

São metais de baixa densidade, coloridos e moles. Reagem com facilidade com halogênios para formar sais iônicos e com a água (ainda que não tão rapidamente como os metais alcalinos) para formar hidróxidos fortemente básicos. São todos sólidos.

Todos apresentam dois elétrons no seu último nível de energia (em subnível s), com tendência a perdê-los transformando-se em íons bipositivos, M2+. Esta tendência em perder elétrons, denominada eletropositividade cresce na família de cima para baixo, sendo o menos eletropositivo, o berílio.

→ Mg2+ +

A reatividade dos metais alcalino-terrosos tende a crescer no mesmo sentido.

  1. Halogênios:

Os Halogênios é o grupo 7A da tabela periódica, formado pelos seguintes elementos: flúor, cloro, bromo, iodo e ástato ou Astatínio (este último, radioativo e pouco comum). Esse grupo, juntamente com o grupo 8A, dos gases nobres, são as únicas famílias formadas unicamente por não-metais. A palavra provém do grego e significa formador de sais.

Na forma natural são encontrados como moléculas diatômicas, X2.

+

Todos apresentam sete elétrons no seu último nível de energia, terminando a sua configuração eletrônica em subnível p com 5 elétrons. Para um halogênio adquirir estabilidade química, o seu último nível de energia precisa receber um elétron, transformando-se num íon mononegativo, X-. Este íon é denominado haleto e os seus sais de haletos.

Muitos compostos orgânicos sintéticos e alguns naturais contêm halogênios. Estes compostos são denominados compostos halogenados.

Possuem uma eletronegatividade ≥ 2,5 segundo a escala de Pauling, sendo o flúor o de maior eletronegatividade (4,0). O valor da eletronegatividade no grupo decresce de cima para baixo, sendo o menos eletronegativo o ástato. São altamente oxidantes (decrescendo esta propriedade, no grupo, de cima para baixo), por isso reagem espontaneamente com os metais, não-metais, substâncias redutoras e até com os gases nobres.

Devido a esta alta reatividade podem ser perigosos ou letais para organismos vivos se em quantidade suficiente.

O flúor e cloro são gasosos, o bromo é líquido, o iodo e o ástato são sólidos.

2. OBJETIVO:

Verificar que elementos de uma mesma família possuem propriedades químicas semelhantes e diferenças de eletropositividades e eletronegatividades entre os elementos de uma mesma família.

3. MATERIAIS E REAGENTES:

3.1. Material por grupo;

  • 3 béqueres de 80 ml

  • Estante com 8 tubos de ensaios

  • Bastão de vidro

3.2. Materiais e reagentes na mesa do professor;

  • Faca

  • Espátula

  • Pinça

  • Pipeta

  • Sódio metálico

  • NaCl 0,1 mol/L

  • 0,05 mol/L

  • KI 0,1 mol/L

  • KBr 0,1 mol/L

  • Fenolftaleína

  • Amido

  • Água de cloro

  • Água de bromo

  1. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:

  1. Observe as características físicas do sódio. Adicione um pedaço de sódio a um Becker contendo cerca de 50 mL de água. O que você observa? Escreva a equação química de reação. Adicione algumas gotas de fenolftaleína, o que acontece? Adicione alguns mL de HCl até o desaparecimento da cor. Que tipo de reação ocorreu? Escreva a equação da reação.

  1. Adicione a dois béquer 80mL de água até 2/3 depois pedaços dos metais cálcio e magnésio,respectivamente. A seguir adicione gotas de solução de fenolftaleína e aguarde. O que é observado? Escreva as equações químicas das reações.

Pelas observações feitas, qual dos dois elementos é mais eletropositivo? Por quê? Como deve então variar a eletropositividade dentro da família dos metais alcalino-terrosos.

  1. Coloque num tubo de ensaio cerca de 2mL de solução 0,1 mol/L de (na forma de NaCl) e adicione igual volume de solução 0,05 mol/L de (na forma de ). O que você observa? Escreva a equação da reação.

Repita o procedimento para uma solução 0,1 mol/L de (na forma de KBr). O que é observado? Escreva a equação da reação.

Repita o procedimento para uma solução 0,1 mol/L de (na forma de KI). O que é observado? Escreva a equação da reação. Estas experiências mostram alguma semelhança em termos de propriedades químicas para os elementos desta família? Explique

  1. As reações que se seguem têm o objetivo de ordenar os elementos cloro, bromo e iodo, de acordo com a sua eletronegatividade.

Coloque em um tubo de ensaio cerca de 2mL de solução 0,1 mol/Lde KI, em outro tubo, igual volume de solução 0,1 mol/L de KBr. Adicione respectivamente aos tubos contendo KBr e KI o mesmo volume de água de cloro. O que você observa?

Em termos de eletronegatividade, que se pode concluir? Escreva as equações das reações. A presença de pode ser comprovada pela adição ao tubo de ensaio correspondente de gotas de solução de amido, que é um indicador para iodo molecular (). Amido em presença de iodo molecular produz composto de cor azul.

Nas duas reações anteriores, a água de cloro foi testada e pelos resultados concluiu-se que o cloro é mais eletronegativo entre estes três elementos, restando saber a ordem de eletronegatividades entre os dois últimos. Para isso proceda da seguinte maneira:

Coloque cerca de 2mL de solução 0,1 mol/L de KI. Adicione igual volume de água de bromo. O que você observa?

Adicione 1mL de solução de amido. O que pode concluir? Escreva a equação da reação.

Analisando os resultados a que conclusão pode-se chegar quando à eletronegatividade destes elementos? Qual o mais eletronegativo e qual o menos? Como deve variar a eletronegatividade dentro do grupo ou da família dos halogênios?

  1. APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS:

  1. O sódio metálico é macio e brilhante deve ser conservado em atmosfera inerte ou imerso em um líquido protetor como querosene. No béquer com 50 ml de água o sódio reage violentamente se decompõe para a formação de hidróxido e libera hidrogênio, como na reação a seguir:

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Com adição de fenolftaleína torna-se cor-de-rosa, pois é um indicado de soluções básicas (Ph maior que 8,0), então se conclui que essa solução é uma base.

Adicionando HCl ocorre uma reação de dupla troca e desaparece a cor rosa indicando um acido,como ocorre a seguir:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

  1. No béquer com água adicionando o metal cálcio a reação é rápida, mas não espontânea o cálcio vai para o fundo e solta algumas bolhas significando a liberação de H+ colocando a fenolftaleína ele fica cor-de-rosa, fazendo o mesmo com o magnésio a reação é mais lenta e com a à adição da fenolftaleína fica cor-de-rosa somente em torno do magnésio. As duas reações estão a seguir:

Ca +

Mg +

O cálcio é mais eletropositivo do que o magnésio devido ao raio atômico ser maior consequentemente a atração que o núcleo exerce sobre o elétron que vai adquirir é menor. A eletropositividade na família dos metais alcalino-terrosos cresce de cima para baixo.

  1. Misturando acido clorídrico com nitrato de chumbo II não é observada nenhuma mudança na solução tanto em cor, consistência ou temperatura, a reação que ocorre está seguir:

+ .

Na mistura de nitrato de chumbo mais brometo de potássio em um tubo de ensaio resulta na formação de nitrato de potássio e brometo de chumbo e não á nenhuma mudança com relação à cor, consistência ou temperatura, a reação que ocorre está seguir:

Se em um tubo de ensaio, eu ponho uma solução Nitrato de Chumbo II e uma de Iodeto de Potássio, há formação de um precipitado amarelo, o Iodeto de Chumbo II, a reação que ocorre esta seguir:

A semelhança da família dos halogênios (flúor, cloro, bromo, iodo e ástato) é a formação de sais e a reação espontânea com os metais e não-metais explicando a ligação com o chumbo, são tóxicos (exceto o iodo), voláteis em condições ambientais, podendo ocasionar queimaduras na pele e nas vias respiratórias por isso a manipulação deles dento da capela.

  1. No tubo de ensaio contendo brometo de potássio adicionou água de cloro resultando uma solução de cor amarelada já na reação entre iodeto de potássio e água de cloro resulta em uma solução de cor alaranjada.

A eletronegatividade é a capacidade do átomo de atrair elétrons.Como os não-metais são elementos químicos que precisam ganhar elétrons para se estabilizar, ou seja, encontrar o nível ótimo de distribuição das camadas de sua eletrosfera temos uma ligação em que todos os átomos envolvidos estão propensos a receber elétrons, mas não a cedê-los passando a complementar as eletrosferas de ambos simultaneamente como necessitavam chamando isso de ligações moleculares ou covalentes. Na família a eletronegatividade cresce de baixo para cima devido à diminuição do raio atômico e do aumento das interações do núcleo com a eletrosfera e no período da esquerda pela direita, acompanhando o aumento do número atômico.

Sendo da mesma família o cloro é mais eletronegativo que o bromo e o iodo, quebra a ligação e reage com o mais eletropositivo o potássio formando cloreto de potássio o bromo e o iodo formando uma ligação covalente ocorrendo o mesmo com o oxigênio e hidrogênio em termos de eletronegatividade.

Por isso a diferença de tonalidade entre os compostos formados.

Para comprovar é adicionado amido ficando castanho e indicando a formação de iodo molecular.

Na reação entre iodeto de potássio e água de bromo observa uma coloração amarelada adicionando o amido fica castanho indicando iodo molecular como na reação a seguir:

Analisando os resultados obtidos bromo é mais eletronegativo do que o iodo com relação à eletronegatividade da família dos halogênios ela realmente cresce de baixo para cima devido à diminuição do raio atômico e do aumento das interações do núcleo com a eletrosfera e no período da esquerda pela direita, acompanhando o aumento do número atômico.

  1. CONCLUSÃO:

A prática realizada foi de suma importância acadêmica, visto que foi observado que através das reações as diferenças e semelhanças das propriedades químicas dos elementos e a variação da eletronegatividade nos não-metais e eletropositividade nos metais.

Vale salientar que as reações químicas foram evidenciadas através da mudança de coloração, formação de ácidos, bases e moléculas apolares foram comprovadas durante a aula prática.

Os experimentos realizados nessa aula de experimental e descritos neste relatório visam reforçar conceitos fundamentais de Química Geral, complementando o conteúdo das disciplinas teóricas do curso introduzindo novos métodos, e técnicas laboratoriais. Logo, espera-se que possam desenvolver e ampliar a capacidade de compreensão de fenômenos, dados e de análise crítica dos resultados obtidos.

  1. Referências bibliográficas:

  1. LEE, J.D. (1999). Química Inorgânica não tão concisa. Capitulo: 16, páginas: 293 a 301.

  1. MASTERTON, Willian L. (1990). Princípios de Química. Capitulo: 23, paginas: 498 a 508. e Capitulo: 24, paginas: 513 a 525.

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