CQ136 Química Experimental I

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "CQ136 Química Experimental I"

Geraldo Santarém Palmeira
5 Há anos
Visualizações:

1 CQ136 Química Experimental I DIAGRAMAS DE POURBAIX, LATIMER, E FROST Introdução O poder oxidante ou redutor pode ser muitas vezes previsto pelos valores tabelados de potencial padrão (E 0 ), porém somente este valor não leva em conta condições de reação, como ph. Existem diagramas que contém mais informações que auxiliam na interpretação de experimentos, como o de Latimer, de Pourbaix e de Frost. O diagrama de Pourbaix é um gráfico de potencial vs ph da solução que ilustra regiões de maior estabilidade de espécies químicas. Diagramas de Frost são gráficos de G/F vs o número de oxidação do elemento principal, e oferecem uma representação visual das variações de energia livre associadas aos processos redox. Neste experimento será explorada a ordem relativa de capacidade redutora de alguns metais e a utilização de diagramas de Pourbaix, Latimer e de Frost para interpretar e prever as estabilidades relativas de espécies de cobalto e de ferro em reações de oxirredução em meio aquoso. O experimento também faz uma introdução à química dos processos de remediação do meio ambiente. Oxidantes fortes e de ação rápida são necessários para a remoção de traços de matéria orgânica e desinfecção da água para consumo humano. Uma alternativa ao uso de cloro, que levam à formação de organoclorados tóxicos, é o uso de agentes oxidantes oxigenados como ozônio, dioxigênio e peróxido de hidrogênio. Outra alternativa é o uso de espécies como os íons ferrato (FeO 4 2- ), um bom oxidante capaz de reagir com compostos nocivos como fenol, nitrosaminas, tiouréia, óleos e bactérias, por exemplo. Além disso, o produto da ação do íon ferrato é o hidróxido insolúvel, Fe(OH) 3 (s), que possui propriedades coagulantes e atua como um agente de floculação, contribuindo para a remoção de poluentes, sendo o ferro normalmente inócuo para o meio ambiente. Objetivos - Observar o comportamento de reações redox. - Comparar a força relativa da capacidade redutora de metais. - Gerar uma ordem empírica de potencial de redução dos pares redox envolvidos. - Comparar a estabilidade relativa de espécies de cobalto e de ferro em função do ph do meio. - Observar evidências de reações de oxirredução, entender e interpretar diagramas de Pourbaix, Latimer e Frost. Atividades pré-laboratório Leia as referências 1-3 Material necessário - Cerca de 20 ml das seguintes soluções: solução aquosa saturada de KOH, Cu(NO 3 ) 2 0,1 mol L -1, Zn(NO 3 ) 2 0,1 mol L -1, Pb(NO 3 ) 2 0,1 mol L -1,NaOH 0,5 mol L -1 ; HCl 6 mol L -1 ; CoCl 2 0,1 mol L -1 acidificada com HCl 0,01 moll -1 ; H 2 O 2 3%, Ce(SO 4 ) 2 0,05 mol L -1, FeCl 3 0,3 mol L -1 acidificada com HCl 0,01 mol L -1 e H 2 SO 4 2 mol L Hipoclorito de sódio comercial (5%), - Placas ou barras metálicas de cobre, zinco, chumbo e magnésio - NaOH em pó - Etanol - Corante orgânico

2 Procedimentos Atenção: Utilize óculos de proteção I. Determinar a ordem relativa do poder de redução de metais Neste ensaio você fará combinações de placas ou barras metálicas de cobre, zinco, chumbo e magnésio e soluções aquosas 0,1 mol L -1 de nitrato de cobre(ii), zinco(ii), chumbo (II) e magnésio e de ácido clorídrico 1,0 mol.l -1. Em tubos de ensaio, coloque 20 gotas de cada uma das solução e coloque a barra metálica correspondente ao sal da solução adicionada. Anote suas observações no caderno e repita o procedimento até ter experimentado todas as combinações diferentes possíveis. II. Diagrama de Pourbaix para íons de cobalto Atenção: Após cada reação, identifique no Diagrama de Pourbaix qual é a espécie formada. Coloque cerca de 1 ml (20 gotas) da solução de CoCl 2 em quatro tubos de ensaio: Tubo 1: meça o ph e em seguida adicione sob agitação o mesmo volume de solução de NaOH 0,5 mol L -1. Observe. Adicione, sob agitação, gota a gota solução de H 2 O 2 3% até que ocorra mudança perceptível. Se não houver mudança, mantenha a agitação, aguarde e observe. Em seguida, adicione ~4 ml de HCl 6 mol L -1, aqueça o tubo em banho-maria por ~5 min. e observe. Tubo 2: Aqueça o segundo tubo em banho-maria. Prepare cerca de 1 ml de uma solução aquosa saturada de KOH e aqueça no banho-maria. Em seguida adicione 5 gotas da solução de cobalto(ii) sobre a solução alcalina. Identifique a espécie formada no Diagrama de Pourbaix. Deixe o sistema resfriar e adicione gota a gota solução de H 2 O 2 3%. Observe. Tubo 3: É possível produzir Co metálico no meio aquoso usando Zn(s) como agente redutor? Considere a necessidade de ajuste de ph. Sua proposta deve ser baseada em dados dos diagramas de Pourbaix das espécies envolvidas. Mostre ao professor sua proposta e execute o procedimento. Tubo 4: Vamos verificar a possibilidade de observação de Co 3+ (aq). Veja no diagrama de Pourbaix que condições são necessárias para sua visualização e proponha um procedimento utilizando solução de cério(iv). Não se esqueça de propor o ajuste de ph da solução. Mostre ao professor a sua proposta e em seguida execute o procedimento.

3 III. Diagramas de Pourbaix, Latimer e de Frost para espécies de ferro 1. Preparação de íons ferrato: Coloque 2 ml de solução comercial de hipoclorito de sódio (concentração aproximada 5%) em um béquer de 10 ml e adicione 1 g de NaOH em pó. Agite até a completa dissolução e adicione 2 gotas de solução de FeCl 3 0,3 mol/l. Agite o sistema por alguns segundos e deixe-o atingir a temperatura ambiente. Filtre a mistura resultante. Um filtrado de cor púrpura indica a formação de íons ferrato (FeO 4 2- ). 2. Oxidação de compostos orgânicos: Íons ferrato podem oxidar seletivamente compostos orgânicos e são, portanto, interessantes como agentes para remediação de efluentes. Do ponto de vista ambiental, é desejável a oxidação completa (mineralização) de poluentes até a produção de dióxido de carbono. Para simular esta atividade dos íons ferrato, coloque 0,5 ml da solução recémpreparada de FeO 4 2- em um tubo de ensaio e adicione igual volume de etanol. Repita o ensaio e substitua o álcool por um corante orgânico. Observe e interprete. 3. Estabilidade em soluções ácidas: Coloque 0,5 ml da solução de íons ferrato em um tubo de ensaio pequeno e adicione duas gotas de H 2 SO 4 2 mol/l. Observe e interprete. Construa do Diagrama de Frost para as espécies de ferro em papel milimetrado. Dado: Diagrama de Latimer 2.07 HFeO - 4 Fe Fe Fe Referências: 1. Shriver, D.F., Atkins, P.W., Química Inorgânica, trad. 4 a ed. Inglesa, Bookman, São Paulo, 2006, p Powell, D., Cortez, J., Mellon, E.K., A laboratory exercise introducing students to the Pourbaix for cobalt, J. Chem. Educ., 64 (2), 1987, Ibanez, J. G., Tellez-Giron, M., Alvarez, D., Garcia-Pintor, E. Laboratory experiments on the electrochemical remediation of the environment. J. Chem. Educ. 81 (2), 2004, 251.

Documentos relacionados

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

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