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GRUPO 14: Carbono e Silcio

Fevereiro 2015

xxxxxxx- Bahia

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1. APRESENTAO

Este relatrio descreve as atividades desenvolvidas por xxxxxxxxxxxx no curso de

licenciatura em qumica do xxxxxxxxxxxx, Campus Porto Seguro, no mbito da disciplina

QUI- 041 Qumica Inorgnica Experimental II, ministrada pelo Prof. xxxxxxxxxxs, durante

o 4 semestre 2015.1.

xxxxxxxx, 25 de fevereiro de 2015

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2. INTRODUO

Os elementos do grupo 14 so distinguidos pela configurao da camada de valncia

ns2 np

2, possuem nmero de oxidao 4+ e 2+. Tem como elemento principal, o carbono, o

mais importante elemento para os seres vivos, seguido pelo silcio, que um dos elementos

fundamentais para a tecnologia moderna. Os outros elementos que fazem parte desta famlia

so o germnio, estanho e chumbo. [1,2]

O carbono se difere do restante do grupo 14, devido ao seu menor tamanho e maior

eletronegatividade. Como resultado desses fatores, apresenta maior energia de ionizao,

sendo mais covalente e menos metlico do que os outros elementos. O carbono possui uma

acentuada capacidade de formar cadeias (catenao). Isso porque as ligaes C-C so fortes,

e as ligaes Si-Si, Ge-Ge e Sn-Sn diminuem progressivamente de energia. [1,2]

O carbono ligado ao oxignio forma o dixido de carbono, fundamental para o

crescimento das plantas e com o hidrognio forma inmeros compostos denominados

hidrocarbonetos, essenciais para a indstria e o transporte na forma de combustvel derivados

de petrleo e gs natural. O carbono combinado com oxignio e hidrognio forma uma grande

variedade de compostos como, por exemplo, os cidos graxos e os steres. Alm disso, tem

grande participao no ciclo carbono-nitrognio. [1,2]

O carbono forma vrios xidos, sendo que os mais comuns so o monxido de

carbono (CO) e o dixido de carbono (CO2). O monxido de carbono um xido gasoso,

incolor e inodoro, que produzido por meio da combusto incompleta e que pode causar o

envenenamento por inalao. Apesar de possuir o elemento carbono, ele um composto

inorgnico, pois pertence ao grupo dos xidos e classificado como xido neutro ou

indiferente. Isso significa que ele no reage com gua e nem com cidos ou bases. Mas isso

no significa que ele no participe de outras reaes. [1]

O dixido de carbono um gs incolor, fracamente cido. No combustvel nem

comburente. Dissolve-se na gua. Os cidos carbnicos formam duas sries de sais: os

neutros e os cidos. Os sais neutros tm o nome de carbonatos e os cidos de

hidrogenocarbonatos ou bicarbonatos. Dos sais neutros, apenas os dos metais alcalinos e os de

amnio so solveis em gua. A soluo aquosa dos carbonatos dos metais alcalinos tem

reao alcalina, como consequncia de sua hidrlise. Os demais carbonatos so insolveis,

mas muitos se dissolvem em excesso de cido carbnico (H2CO3), formando bicarbonatos

solveis. Os carbonatos e bicarbonatos solveis reagem com cidos fortes e fracos, liberando

CO2. [1,2,3]

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3. OBJETIVOS

Identificar indcios de formao das espcies qumicas CO2, HCO3- e CO3

2-.

4. MATERIAIS E REAGENTES

Para a realizao dos experimentos foram utilizados os materiais e reagentes

descritos na tabela 1 abaixo:

Tabela 1: matrias e reagentes

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Experimento 1:

Parte I

Montou-se o equipamento conforme mostra a Figura 1.

Em um tubo 1 de ensaio adicionou-se de 2 mL de soluo diluda de fenolftalena e

gotas de Soluo de hidrxido de clcio 0,1 mol L-1

(Ca(OH)2).

No tubo 2 de ensaio, adicionou-se 2 g de hidrogenocarbonato de sdio (NaHCO3) e

2 mL de soluo de cido clordrico 1 mol.L-1

(HCl). Fechou-se imediatamente o

tubo, com uma rolha de borracha. O gs formado foi borbulhado no tubo1 contendo

a soluo de fenolftalena.

Materiais Reagentes

Tubos de ensaio Fenolftalena

Rolha gua destilada

Canudo Soluo de cido clordrico 1 mol.L-1

(HCl)

Pipeta Soluo de hidrxido de clcio 0,1 mol L-1

(Ca(OH)2 )

Pera Carbonato de clcio (CaCO3) slido

Conta gotas Hidrogenocarbonato de sdio slido (NaHCO3)

Mangueira de soro

Papel indicador

Estante para tubos de ensaio

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Parte II:

Em um tubo de ensaio, adicionou-se 1 mL da soluo diluda de fenolftalena e 1 ml

de soluo de hidrxido de clcio 0,1 mol L-1

. Posteriormente com o auxilio de um

canudo, soprou-se dentro do tubo at ocorrer mudana de cor.

Experimento 2:

Em um tubo 1 de ensaio adicionou-se 3 mL de soluo de gua de cal.

Em tubo2 de ensaio, acrescentou-se 3g de carbonato de clcio (CaCO3) e

posteriormente adicionou-se 3 mL de soluo de cido clordrico 1 mol.L-1

. Fechou-

se imediatamente o tubo 2 com o auxilio de uma rolha, borbulhando no tubo 1

contendo a soluo de gua de cal, o gs formado.

Experimento 3:

Em um tubo 1 de ensaio, adicionou-se 3g de hidrogenocarbonato de sdio slido,

sendo acrescidos 3 mL de gua destilada, em seguida a mistura foi homogeneizada e

mediu-se o pH. Posteriormente o pH dessa soluo foi comparado com o da gua

pura.

Em um tubo 2 de ensaio, foram acrescidos 2g de hidrogenocarbonato de sdio slido,

sendo adicionado 2 mL de cido clordrico 1 mol.L-1

. Em seguida mediu-se o pH.

6. RESULTADOS

Experimento 1:

Parte I

Ao adicionarmos a fenolftalena ao hidrxido de clcio a colorao tornou-se rosa,

entretanto, ao ser borbulhado o gs produzido no tubo 2 de ensaio, a soluo ficou incolor. A

reao entre o hidrogenocarbonato e o cido clordrico est descrita na equao 1.[4]

NaHCO3(s) + HCl(aq) NaCl(s) + H2CO3(aq) NaCl(s) + H2O(l) + CO2(g) (1)

Ao borbulhar o gs produzido no tubo 1 obteve-se a equao 2 a seguir:

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca2+

(aq) + 2HCO3

(aq) (2)

Parte II

Ao soprar com o auxilio de um canudo a soluo contendo fenolftalena diluda e soluo de

hidrxido de clcio 0,1 mol L-1

, a mesma tornou-se incolor. A equao 3 a seguir descreve o

processo [5]

:

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca2+

(aq) + 2HCO3

(aq) (3)

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Experimento 2:

Ao adicionar ao tubo 2, o carbonato de clcio e cido clordrico houve a produo de

gs, que posteriormente foi borbulhado no tubo 1, contendo o hidrxido de clcio, tendo

como resultado a formao do cloreto de clcio e cido carbnico. Como mostra a equao 4

a seguir:

2HCl(aq) + CaCO3(s) CaCl2(s) + H2CO3(aq) (4)

Mas o cido carbnico instvel e se decompe em gua (H2O) e gs carbnico

(CO2), logo e o gs que se desprende o gs carbnico como mostra a equao 5 a seguir:

2HCl(aq) + CaCO3(s) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) (5)

O gs carbnico, ao ser borbulhado no tubo 1 obteve-se uma soluo turva com

precipitado, como mostra a equao 6 seguinte:

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Ca2+

(aq) + 2 HCO3-(aq) (6)

Experimento 3:

Encontrou-se o valor de pH 8 para a soluo do hidrogenocarbonato de sdio e gua

destilada, j o pH 5 foi encontrado para a gua. Entretanto ao medir o pH da soluo de cido

clordrico ao hidrogenocarbonato de sdio obteve-se um pH no valor de 4.

Ao adicionar o cido clordrico ao hidrogenocarbonato de sdio a soluo tornou-se

incolor, houve a liberao de gs como mostra a equao 7 a seguir:

NaHCO3(s) + HCl(aq) NaCl(s) + H2O(l) + CO2(g) (7)

7. DISCUSSO

No experimento 1, o borbulhamento do gs carbnico na soluo de gua de cal

(solues de hidrxido de clcio) contendo a fenolftalena forma os ons de clcio e de cido

carbnico, como mostra a equao 9 a seguir [5]

.

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca2+

(aq) + 2HCO3

(aq) (9)

O cido carbnico ao ser borbulhado na soluo de hidrxido de clcio contendo

fenolftalena fez com que a soluo se tornasse incolor evidenciando o carter cido adquirido

pela soluo.

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J o borbulhamento do ar pulmonar implica a introduo de gs carbnico nas

solues de gua de cal (solues de hidrxido de clcio), formando o on carbonato, de

acordo com o equilbrio qumico representado pela equao 9 seguinte [5]

:

CO2(g) + 2OH

(aq) CO32

(aq) + H2O(l) (9)

Na presena de ons Ca2+

, o on carbonato leva formao de um precipitado de

carbonato de clcio, de acordo com o seguinte equilbrio qumico expresso pela equao 10 a

seguir [5]

:

Ca 2+

(aq) + CO32

(aq) CaCO3(s) (10)

Continuando o borbulhamento do gs carbnico, ocorre dissoluo desse

precipitado, devido formao do on bicarbonato como mostra a equao 12 seguinte [5]

:

CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) Ca2+

(aq) + 2HCO3 (aq) (11)

O borbulhamento contnuo de gs carbnico suficiente para consumir toda a base

(o indicador torna-se incolor), isto , o equilbrio qumico dado pela eq. 9 totalmente

deslocado no sentido dos produtos. A eq. 10 corresponde ao equilbrio de solubilidade do

carbonato de clcio. A formao do precipitado de carbonato de clcio, isto , a ocorrncia

desse equilbrio de solubilidade, depende da concentrao dos ons Ca2+

em soluo.

Como a quantidade de CO2 no ar pulmonar pequena, o borbulhamento contnuo de

gs carbnico somente causar o deslocamento total do equilbrio qumico dado pela eq. 11

no sentido dos produtos.

No experimento 2 a reao entre carbonato de clcio e cido clordrico temos uma

reao de decomposio do cido carbnico, j que muito instvel (voltil) e tende formar

gua lquida e dixido de carbono gasoso como mostra a equao 12 a seguir:

2HCl(aq) + CaCO3(s) CaCl2(aq) + H2CO3(aq) CaCl2(s) + H2O(l) + CO2(g) (12)

Esta reao d origem a uma soluo aquosa de cloreto de clcio e libertao de um

gs (dixido de carbono). O gs dixido carbono libertado introduzido no tubo 1 , fazendo-o

borbulhar na soluo de hidrxido de clcio (gua de cal). Quando se faz borbulhar dixido

de carbono em gua de cal, formou-se um precipitado leitoso de carbonato de clcio. A reao

qumica entre o dixido de carbono e a gua de cal pode ser traduzida pela equao qumica

13 seguinte:

Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O (l) (13)

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Se continussemos a borbulhar dixido de carbono, o carbonato de clcio acabaria

por se dissolver formando-se uma soluo incolor de hidrogenocarbonato de clcio. Esta

reao de sntese pode ser traduzida pela equao qumica 14 a seguir:

CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Ca(HCO3)2(aq) (14)

A partir da equao 14 pode-se observar a formao das espcies qumicas CO3-, e

HCO3-, nas reaes, onde a gua ao se juntar ao gs carbnico produziu cido carbnico como

mostra a equao 15 a seguir:

H2O(l) + CO2(aq) H2CO3(aq) (15)

O cido carbnico (H2CO3) se dissocia formando ons hidrognio (H+) e ons

carbonato (CO32-

). J o carbonato de clcio ao reagir com o cido carbnico tem como

produto os ons bicarbonato e o clcio, como mostra a equao 16 a seguir;

CaCO3(s) + H2CO3(aq) Ca2+

+ 2HCO3-(l) (16)

O precipitado formado o bicarbonato de clcio.

No experimento 3 ao medir o pH da soluo de hidrogenocarbonato de sdio obteve-

se o valor 8, evidenciando a basicidade da soluo. A gua apresentou um pH 5 , isso se deve

ao fato de que a gua destilada que quase sempre pura e tem seu pH de ordem 7, quando

exposta ao ar, tende a ficar levemente cida devido a exposio ao CO2 presente, logo seu pH

fica em torno de 5. Entretanto ao medir o pH da soluo de cido clordrico ao

hidrogenocarbonato de sdio obteve-se um pH no valor de 4 evidenciando o carter cido da

soluo devido a formao do cido carbnico.

Ao adicionar o cido clordrico ao hidrogenocarbonato de sdio a soluo tornou-se

incolor devido a formao do cloreto de sdio e cido carbnico, como o cido carbnico

instvel houve a formao de gua e a liberao do dixido de carbono como mostra a

equao 17 a seguir:

NaHCO3(s) + HCl(aq) NaCl(s) + H2CO3(aq) Na+

+ Cl

- + H2O(l) + CO2(g) (17)

8. CONCLUSO

possvel evidenciar a formao do CO2 experimentalmente, essa confirmao tida

atravs do sopro. Pois ao sopramos liberamos CO2, o que deixa a soluo incolor, e

levemente cida, evidenciando a formao do cido carbnico, que se decompe em gua e

dixido de carbono. Atravs das medies do pH identificou-se indcios de formao das

espcies qumicas HCO3- e CO3

2- .

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9. REFERNCIAS

[1] LEE, J.D. Qumica inorgnica no to concisa, traduo da 5 edio inglesa/ Henrique E.

Toma, Koiti Araki, Reginaldo C. Rocha So Paulo: Blucher, 1999. p.202 a 232

[2] RUSSEL, John Blair. Qumica Geral, 2. ed. So Paulo: Pearson Education do Brasil,

1994. 621p.

[3] SHRIVER, D.F. ATKINS, P.W.Qumica Inorgnica. 3 edio. Porto Alegre:Bookman,

2003. p. 331 a 400.

[4] http://www.infoescola.com/quimica/reacao-de-dupla-troca. Acesso em 13/02/15 s

22he32min.

[5] http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc10/exper2.pdf. Acesso em 13 13/02/15 s 23h e

02min.

http://www.fillmoreswcd.org/documents/Sinkhole3.pdf. Acesso em 14/02/15 s 20he37min.

[6] HOUSECROFT, E. C., SHARPE G. A. Qumica Inorgnica v1. 4 edio. Rio de Janeiro:

LTC 2013. p 414 a 418.