CQ136 Química Experimental I. Água Dura e Halogênios - Diagrama de Latimer

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1 1 CQ136 Química Experimental I Água Dura e Halogênios - Diagrama de Latimer Introdução: Os elementos do grupo 2 são tipicamente metálicos, porém menos reativos que os metais alcalinos. Magnésio é um elemento leve produzido em grande quantidade. O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo como depósitos de minerais, na forma de CaCO 3, gesso ou anidrita CaSO 4 H 2 O e CaSO 4, respectivamente. A presença de bicarbonatos e/ou sulfatos de magnésio e cálcio em concentrações significativas produz o fenômeno da água dura. Os efeitos da dureza da água podem ser severos. Por exemplo, a água dura inibe a formação de espuma, prejudicando a eficiência de limpeza dos sabões e pode levar à formação de sais em tubulações industriais, causando aumento de pressão com risco de explosões ou dificultando a troca térmica nas caldeiras. Os elementos do grupo 17 são flúor, cloro, bromo, iodo e astato. Quando não combinados existem como moléculas diatômicas. Os halogênios são muito reativos e se combinam com quase todos os elementos da tabela periódica, formando haletos, que exibem estado de oxidação 1-. Formam uma série de oxo-ácidos e oxo-ânions quando combinados com o oxigênio. O poder oxidante dos halogênios é a principal característica da sua reatividade e diminui de cima para baixo no grupo 17. A molécula de flúor (F 2 (g)) é o oxidante mais forte conhecido. Neste experimento vamos preparar Cl 2 (g), Br 2 (aq) e I 2 (s), ilustrar métodos de identificação qualitativa e investigar um pouco a sua reatividade. Na interpretação da espontaneidade termodinâmica das reações, vamos relembrar o uso do diagrama de Latimer. Objetivos: Explorar o conceito da dureza de águas e suas implicações Relembrar regras de solubilidade de sólidos iônicos. Ilustrar métodos de preparação em pequena escala de alguns halogênios e explorar sua reatividade.

2 Atividades pré-laboratório 2 1. Estude sobre a composição e as propriedades de águas duras. Escreva as equações químicas para os seguintes ensaios: a) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) + Ba(OH) 2 (aq) b) BaCO 3 (s) + HCl (aq) c) CaSO 4 (aq) + Ba(OH) 2 (aq) d) BaSO 4 (s) + HCl(aq) e) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) + calor f) MgSO 4 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) 2.Escreva as semi-reações e a equação total da reação entre permanganato de potássio e ácido clorídrico. Calcule a diferença de potencial padrão desta reação com base nos diagramas de Latimer do cloro e do manganês em meio ácido. Material utilizado: Hidróxido de bário Ácido Clorídrico 6 mol/l Sabão em pedra (10 g/l) Bico de Bunsen Soluções de águas duras: permanente: (Na 2 SO 4 19g/100 ml H 2 O + CaCl 2 6g/100 ml H 2 O 1:2,5 v/v) ou usar MgSO 4 7H 2 O (71 g/100 ml) a 20 o C. Temporária (CaO(aq) saturada deixar pelo menos uma noite sob agitação para absorver CO 2 do ar e formar Ca(HCO 3 ) 2; ou prepare misturando NaHCO 3 9g/100 H 2 O e CaCl 2 6g/100 ml) Na 2 CO 3 10H 2 O (20 g/100 ml H 2 O) Hidróxio de bário (7g/100 ml H 2 O) Permanganato de potássio Soluções 0,1 mol/l de NaOH, KCl, KBr, KI, AgNO 3 Fenolftaleína Solução concentrada de Na 2 SO 3 Tubos de vidro pequenos com tampa Tubo de ensaio grande Tubo flexível de teflon ou polipropileno Hexano

3 Procedimento: 3 Águas duras permanente e temporária Identificação do ânion (bicarbonato ou sulfato) A)Em um tubo de ensaio, misture cerca de 1 ml de água dura temporária e algumas gotas de solução de hidróxido de bário. Observe. Em seguida adicione, com agitação, algumas gotas de ácido clorídrico 6 mol/l. B)Repita os testes do parágrafo anterior, usando água dura permanente. Formação de espuma com sabão A)Coloque, num tubo de ensaio, cerca de 1 ml de água destilada. Num segundo tubo, coloque igual volume de água dura temporária e num terceiro tubo, água dura permanente. Acrescente a cada tubo três gotas de solução de sabão (sabão em pedra) e agite vigorosamente. Efeito do aquecimento Abrandamento de água dura temporária pelo aquecimento A)Preencha um tubo de ensaio até a metade de sua capacidade com água dura temporária e aqueça em banho-maria por aproximadamente 30 min. Observe. Se houver formação de precipitado, separe o sólido transferindo a solução-mãe (sobrenadante) para outro tubo. Adicione dez gotas ao sobrenadante. Guarde o sólido para o ensaio B). B)Adicione algumas gotas de ácido clorídrico 6 mol/l ao sólido formado e verifique se ocorre dissolução. Abrandamento de água dura permanente usando carbonato de sódio Coloque cerca de 1 ml de água dura permanente em um tubo de ensaio e adicione 2 ml da solução de carbonato de sódio. Agite. Se houver formação de precipitado, separe-o e a adicione dez gotas da solução de sabão ao sobrenadante. Produção e reatividade dos halogênios CUIDADO os gases produzidos neste experimento são tóxicos e não devem ser inalados. O ácido clorídrico concentrado é corrosivo. Evite o contato com a pele e a inalação de vapores. Faça o experimento na capela e use óculos de segurança. Monte a aparelhagem conforme esquematizado a seguir. Atenção na posições dos tubos de plástico para que haja borbulhamento do gás, produzido em A, nas soluções B, C, D e E.

4 4 Preencha os tubos de vidro com metade da sua capacidade usando as soluções aquosas conforme a figura acima. Adicione duas (02) gotas de solução de fenolftaleína na solução do tubo B. Coloque no tubo A uma espátula de permanganato de potássio sólido e em seguida cerca de 1,5 ml de HCl concentrado. Feche o tubo rapidamente e observe. O gás gerado no tubo A irá passar pelos demais frascos. Observe as reações químicas nas soluções contidas nos frascos B, C e D. Preencha a Tabela 1 abaixo e interprete as mudanças de cor. Tabela 1 - Aspecto físico e cor dos reagentes e produtos e equações das reações químicas. frasco cor antes cor durante cor depois equações químicas A B C D E Transfira cerca de 1 ml da solução C (com uma pequena massa sólido formado) para um tubo de ensaio. Acrescente 1 ml de hexano, agite bem, deixe em repouso e observe. Usando outro tubo de ensaio, repita o procedimento com a solução D.

5 5 Atenção: em todos os testes a seguir, use aproximadamente 1 ml de cada solução. Usando tubos de ensaio, misture separadamente (uma a uma) as soluções da Tabela 2 com o mesmo volume de solução de nitrato de prata. Atenção: use as soluções B, C e D após a reação com o gás cloro. Para o teste com a solução C, use apenas o sobrenadante não use o sólido formado. Tabela 2 - Cores dos precipitados formados nos testes com nitrato de prata. teste solução cor do precipitado equação da reação 1 NaOH 2 KCl 3 KBr 4 KI 5 B 6 C 7 D g) Compare os resultados obtidos nos testes: 5 versus 1; 6 versus 4 e 2 ; 7 versus 3 e 2 e interprete os fenômenos observados. Bibliografia 1. Química Inorgânica não-tão Concisa, J. D. Lee, 5 a Edição, Capítulos 9 e Química Inorgânica, Shriver & Atkins, 4ª Edição, capítulo 3, pág , capítulos 10 e 11 e Capítulo 16, pág E. Giesbrecht (coord.), "Experiências de Química: Técnicas e Conceitos Básicos (PEQ)", Editora Moderna, 1982.

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