Baixe Relatório Experimental - Grupo do Carbono e outras Notas de aula em PDF para Química Industrial, somente na Docsity! URI - UNIVERSIDADE REGIONAL INTEGRADA DO ALTO URUGUAI E DAS MISSÕES CAMPUS DE FREDERICO WESTPHALEN DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXATAS E DA TERRA CURSO DE QUÍMICA INDUSTRIAL DISCIPLINA DE QUÍMICA INORGÂNICA REAÇÕES DO GRUPO DO CARBONO CAMILA ALMEIDA RICARDO ALMEIDA Frederico Westphalen, Maio de 2010. CAMILA ALMEIDA RICARDO ALMEIDA REAÇÕES DO GRUPO DO CARBONO Relatório apresentado como requisito parcial de aprovação na Disciplina de Química Inorgânica na Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões, Campus de Frederico Westphalen, pelo Departamento de Ciências Exatas e da Terra, no Curso de Química Industrial. Professoras: Profª. Juliana Severo Fagundes Pereira Frederico Westphalen, Maio de 2010. IDENTIFICAÇÃO 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Elementos da família do Carbono Os elementos do grupo 14 são caracterizados pela configuração da camada de valência ns2 np2. Tem como primeiro elemento, o carbono, o mais importante elemento para os seres vivos, seguido pelo silício, que é um dos elementos fundamentais para a tecnologia moderna. O carbono é o único elemento da tabela periódica que forma mais de 1.000.000 de compostos e tem seu próprio ramo da química, a chamada química orgânica. O carbono é distintamente um não metal, silício e germânio são metalóides e estanho e chumbo são metais. O carbono é o elemento que possui maior destaque, entre todos deste grupo, uma vez que, existe até uma parte da Química para estudo dos compostos de carbono, a Química Orgânica. Isso é devido a grande quantidade compostos orgânicos, que são milhares. O carbono ocorre livre na natureza, em suas conhecidas formas alotrópicas: diamante, grafite, carvão e fulerenos. O diamante é bastante conhecido e utilizado desde muito tempo, sendo citado no velho testamento. O grafite é também muito conhecido e usado desde a antiguidade, com a finalidade de escrever e marcar outras superfícies. O conhecimento referente aos compostos de carbono é datado desde a antiguidade, no entanto, este elemento só foi reconhecido como tal, no século XVIII. A partir daí, várias aplicações surgiram e foram definidas para os compostos de carbono, tais como a importância do CO2 para a fotossíntese e o petróleo para o desenvolvimento industrial no século XX. O silício é um outro elemento deste grupo que apresenta grande importância, pois é um elemento altamente abundante. Ele se encontra distribuído pela crosta terrestre em formas diversas de muitos silicatos, sendo um dos principais compostos de silício, a sílica, SiO2 – óxido de silício. Compostos de silício são usados desde a fabricação de vidros, polímeros de silicone e até materiais semicondutores eletrônicos, utilizados em dispositivos de informática. Os outros elementos deste grupo: germânio, estanho e chumbo são também bastante conhecidos e utilizados, principalmente, o estanho e o chumbo que são usados e trabalhados desde muito tempo, seja na fabricação de ligas metálicas importantes como o bronze (Cu + Sn) ou nos seus usos separadamente. 2.2 Características do Carbono O carbono é um elemento notável por várias razões. Suas formas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma das substâncias mais frágeis e baratas (o grafite) e uma das mais duras e caras (o diamante). Mais ainda: apresenta uma grande afinidade para combinar-se quimicamente com outros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono que podem formar largas cadeias. O seu pequeno raio atômico permite- lhe formar cadeias múltiplas; assim, com o oxigênio forma o dióxido de carbono, vital para o crescimento das plantas (ver ciclo do carbono); com o hidrogênio forma numerosos compostos denominados, genericamente, hidrocarbonetos, essenciais para a indústria e o transporte na forma de combustível derivados de petróleo e gás natural. Combinado com ambos forma uma grande variedade de compostos como, por exemplo, os ácidos graxos, essenciais para a vida, e os ésteres que dão sabor às frutas. Além disso, fornece, através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia produzida pelo Sol e outras estrelas. O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis como petróleo e gás natural; do primeiro se obtém por destilação nas refinarias gasolinas, querosene e óleos e, ainda, é usado como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondo como fonte de energia por sua combustão mais limpa. 2.3 Características do Silício Silício é um elemento químico pertencente ao grupo do carbono, de símbolo Si, isolado pelo sueco Jöns Jacob Berzelius, em 1824, não é normalmente encontrado em estado puro na natureza. O silício é o segundo elemento mais abundante da face da terra, em combinação com outros elementos, constitui 27,7% da crosta terrestre, perdendo apenas para o oxigênio. Vários compostos de silício estão presentes também na água, na atmosfera, em muitas plantas e nos ossos, tecidos e fluidos internos de alguns animais. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio e metais). O silício é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício. Em estado livre, o silício é um sólido cinza-escuro, duro, de brilho metálico e estrutura cristalina semelhante a do diamante. Suas propriedades químicas se assemelham às do carbono: relativamente inerte à temperatura ambiente, experimenta, com o aquecimento, um notável aumento de sua reatividade com os halogênios (flúor, cloro, bromo e iodo) e com certos metais. De modo geral, o silício não é atacado pelos ácidos comuns. Uma mistura de ácido nítrico com ácido fluorídrico consegue dissolvê-lo. Como não se combina diretamente como o oxigênio, não entra em combustão na atmosfera. Em presença de flúor, no entanto, o silício inflama-se e produz óxido. É utilizado para a produção de ligas metálicas, na preparação de silicones, na indústria cerâmica e, por ser um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico reduzindo o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 °C: SiO2 + C → Si + CO2 O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraído e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultra-puro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos. 2.4 Características do Germânio importantes são na fabricação de forros para cabos, elemento de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições. A fabricação de chumbo tetra etílico (TEL) vem caindo muito em função de regulamentações ambientais cada vez mais restritivas no mundo no que se diz respeito à sua principal aplicação que é como aditivo na gasolina. No caso do Brasil desde 1978 este aditivo deixou de ser usado como antidetonante. Têm-se desenvolvido vários compostos organoplúmbicos para aplicações como catalisadores na fabricação de espumas de poliuretano, como tóxico para as pinturas navais com a finalidade de inibir a incrustação nos cascos, agentes biocidas contra as bactérias grampositivas, proteção da madeira contra o ataque das brocas e fungos marinhos, preservadores para o algodão contra a decomposição e do mofo, agentes molusquicidas, agentes anti-helmínticos, agentes redutores do desgaste nos lubrificantes e inibidores da corrosão do aço. Graças a sua excelente resistência a corrosão, o chumbo encontra muitas aplicações na indústria de construção e, principalmente, na indústria química. É resistente ao ataque de muitos ácidos, porque forma seu próprio revestimento protetor de óxido. Como conseqüência desta característica, o chumbo é muito utilizado na fabricação e manejo do ácido sulfúrico. Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação. Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidade única do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos. O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO3 .Pb(OH)2; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo. Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidros e cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N3)2, é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grandes quantidades como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário. O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.). 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Foram utilizados os seguintes materiais: • Espátula • Balança • Bastão de vidro • Béquer 50mL • Hidróxido de Bário • Carbonato de Sódio • Bicarbonato de Sódio • Cloreto de Cálcio 1 M • Bico de Bunsen • Ácido Oxálico 2 M • Permanganato de Potássio • Ácido Acético 2 M • Proveta graduada de 50mL • Pipeta de Pasteur • Pipeta graduada 10mL • Água destilada – H2O • Fenolftaleína (indicador) • Sulfato duplo de amônio e ferro (III) 1 M • Ácido tartárico 2 M • Hidróxido de amônio 2 M • Ácido sulfúrico Marcadores 1: Materiais utilizados