PRÁTICA 3 GRUPO 13. O objetivo desse procedimento é estudar a hidrólise do ácido bórico e do bórax.

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1 PRÁTICA 3 GRUPO 13 Departamento de Química Inorgânica, IQ-UFF Responsável: Prof. Fabio da Silva Miranda Revisado: 04/05/ Introdução O presente procedimento experimental pretende abordar alguns aspectos básicos da química do grupo 13, em especial a química do boro e do alumínio. 2. Objetivos didáticos Teóricos: Discutir a hidrólise do ácido bórico, do bórax, do íon Al 3+, o caráter anfótero do óxido de alumínio. A reatividade do alumínio metálico e sua camada passivadora. Solubilidade dos hidróxidos do grupo 13. Gerais: Motivar discussões sobre os aspectos econômicos da química do grupo 13, compostos representativos, curiosidades, plantas industriais, usos e aplicações. 3. Parte experimental 3.1. Características ácido-base do bórax e ácido bórico O objetivo desse procedimento é estudar a hidrólise do ácido bórico e do bórax. Bórax (Na 2 B 4 O 7.10H 2 O = Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4 ].8H 2 O) Ácido bórico (H 3 BO 3 ) Metanol (CH 3 OH) Água destilada Aqueça por 10 minutos 100 ml de água destilada e depois resfrie num banho de gelo. Coloque num tubo de ensaio 100 mg de bórax (borato de sódio) e acrescente 3 ml de água destilada recém fervida. Agite bem e observe o que acontece (se necessário aqueça a solução). Meça o ph. Explique o ph observado e escreva as equações pertinentes a dissolução do bórax. Por que é importante ferver a água destilada? Explique. Coloque 100 mg de ácido bórico num tubo de ensaio e acrescente 3 ml de água. Agite até a completa dissolução e meça o ph. 1

2 Escreva a equação de hidrólise do ácido bórico. Discuta o ph observado e relacione ao pka do ácido bórico. Compare o ph observado com o ph da solução de bórax e discuta. O Procedimento deverá ser realizado dentro de uma capela com a exaustão ligada.na capela coloque 100 mg de ácido bórico num cadinho de porcelana e acrescente 5 ml de metanol, com o auxílio de um acendedor dê ignição na mistura. Explique a cor observada e escreva as equações pertinentes Preparação do óxido de boro (B 2 O 3 ) 1 O objetivo desse procedimento é preparar o óxido de boro e testar suas propriedades físicoquímicas. Ácido bórico (H 3 BO 3 ) Ácido clorídrico 3 mol L -1 (HCl) Hidróxido de sódio 3 mol L -1 (NaOH) Pinça metálica tenaz para cadinhos Bico de Bunsen Triângulo de arame com tubo de porcelana Haste Argola com garra O Procedimento deverá ser realizado dentro de uma capela com a exaustão ligada. Coloque 1 g de ácido bórico num cadinho de porcelana e cubra com a tampa. Aqueça o cadinho no bico de Bunsen por aproximadamente 10 minutos, observe se ocorre desprendimento de gases e o aspecto do produto formado. Procure na literatura o ponto de fusão do ácido bórico e do óxido de boro e discuta suas observações. A decomposição do ácido bórico ocorre numa única etapa? Escreva a(s) equação(ões) pertinente(s) para o processo de decomposição. Pegue uma pequena quantidade do óxido preparado e coloque no tubo de ensaio e acrescente 3 ml de água e meça o ph. Teste a reatividade do óxido de boro com HCl 3 mol L -1 e NaOH 3 mol L -1 em tubos de ensaios diferentes. Qual reação ocorreu? Escreva a equação e discuta o ph observado. Discuta as características ácido-base do óxido de boro Propriedades ácido-base do íon Al 3+, do hidróxido de alumínio (Al(OH) 3 ) e do óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) 1 2

3 O objetivo desse procedimento é estudar às características ácido-base do íon Al 3+, do hidróxido de alumínio e da alumina. Sulfato de alumínio (Al 2 (SO 4 ) 3 ) Alumina (Al 2 O 3 ) Ácido clorídrico 3 mol L -1 (HCl) Ácido clorídrico concentrado (HCl) Hidróxido de sódio 3mol L -1 (NaOH) Hidróxido de sódio 6 mol L -1 (NaOH) Hidróxido de amônio concentrado (NH 4 OH) Pegue 3 tubos de ensaio e rotule de 1-3, coloque em cada tubo 100 mg de sulfato de alumínio e acrescente 3 ml de água e agite. No tubo 1 meça o ph, em seguida acrescente gradualmente algumas gotas de NaOH 3 mol L -1 e observe as mudanças. No tubo 2 aqueça a solução e verifique se houve mudança de aspecto visual e do ph. No tubo 3 acrescente gradualmente algumas gotas de hidróxido de amônio e observe as mudanças. Explique o ph observado na solução aquosa do sulfato de alumínio. Escreva as equações químicas envolvidas. Discuta as diferenças observadas na adição de hidróxido de sódio e amônio a solução de sulfato de alumínio. Escreva as equações pertinentes. Discuta o que ocorreu com a solução de sulfato de alumínio com o aquecimento. Pesquise na literatura as constantes de hidrólise do cátion Al 3+ e faça uma discussão das observações realizadas. Pegue 4 tubos de ensaio e rotule de 1-4, acrescente em cada tubo 20 mg de alumina. No tubo 1 adicione 3 ml de água, observe se ocorre dissolução e meça o ph. No tubo 2 adicione 3 ml de HCl 3 mol L -1. No tubo 3 adicione 3 ml de HCl concentrado e no tubo 4 adicione 3 ml de hidróxido de sódio 6 mol L -1. Se necessário aqueça os tubos. Use as observações feitas nos 4 testes para discutir a reatividade da alumina. Escreva as equações pertinentes Reações do alumínio metálico com a água e o oxigênio 1 O objetivo desse procedimento é verificar a reatividade do alumínio metálico sem a camada de proteção passivadora. Fio de alumínio Nitrato de mercúrio II 0,1 mol L -1 (Hg(NO 3 ) 2 ) Água destilada Lixa 3

4 Pegue 3 fios de alumínio com cerca de 2-3 cm e lixe bem. Coloque 1 fio imerso num tubo de ensaio contendo água destilada e deixe-o em repouso por 20 minutos, verifique se ocorre formação de gás na superfície. Qual reação pode ocorrer na superfície do alumínio? Escreva a equação e calcule o potencial da reação. Pegue outros dois fios e deixe por 5 minutos dentro de uma solução de nitrato de mercúrio II 0,1 mol L -1. Remova os fios da solução e lave-os com água destilada. Deixe um dos fios exposto ao ar e o outro coloque num tubo de ensaio com água destilada. Explique e escreva as equações para os fenômenos observados Preparação de boro elementar (opcional) 1 O objetivo desse procedimento é preparar boro elementar e testar sua reatividade. Ácido bórico Magnésio em pó HCl 3 mol L -1 O Procedimento deverá ser realizado dentro de uma capela com a exaustão ligada. Repita o procedimento 3.2 e acrescente 2 g de magnésio em pó ao produto formado. Aqueça a mistura no bico de Bunsen cuidadosamente e observe. Deixe a reação esfriar e acrescente 5 ml de HCl 3 mol L -1, verifique se ocorre formação de gás. Filtre o produto formado e lave com água. Descreva as reações que ocorrem em todas as etapas do procedimento. Escreva as equações e discuta. Qual foi o gás formado com a adição de HCl? 4. Pré-relatório Apresente os principais usos dos elementos B, Al, Ga, In e Tl. Quais são as principais fontes de extração desses elementos químicos? Cite os compostos mais importantes de cada elemento e apresente alguns métodos de preparação. Em termos de aspectos econômicos da química do grupo 13 faça um balanço brasileiro e mundial, se possível comente plantas industriais em funcionamento, planejadas e desativadas. Comente alguma curiosidade a respeito dos elementos ou compostos do grupo 13. Discuta toxicidade, descarte e reciclagem desses elementos. 5. Referências 1. SPITSYN, V. L. Practical Inorganic Chemistry, Moscow: MIR Publishers, Referências básicas 4

5 SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W. Química Inorgânica. 4ª Ed., Porto Alegre: Bookman, MIESSLER, G. L.; TARR, D. A. Química Inorgânica, 4ª Ed., Pearson, HUHEEY, J. E.; KEITER, E. A.; KEITER, R. L. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., New York: Harper & Row,