sexta_Aula_Experimental_-_Boro,_alumýýnio_e_seus_compostos

7/31/2019 sexta_Aula_Experimental_-_Boro,_alumnio_e_seus_compostos

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Licenciatura em Qumica 2 Perodo

Relatrio de aulas prticas de Qumica Inorgnica Experimental

6 aula experimental:

Boro, Alumnio e seuscompostos

Alunos:

Mateus Jos dos Santos

Rakel Vitria Teixeira

Regiane das Dores de Carvalho

Barbacena 30 de agosto de 2010.


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Resumo

O boro um metalide que forma ligaes covalentes e possui energia

de ionizao particularmente alta. Todavia, ele possui apenas trs eltrons na

camada de valncia e possui um raio atmico muito pequeno, ele formacompostos com octetos incompletos. Essa peculiaridade do elemento faz com

que ele possua propriedades notavelmente incomuns, que o tornaram

essencial tecnologia moderna.

O alumnio, vizinho do boro, de carter metlico, forma cidos

anfotricos. Os xidos de ambos so importantes, pois so a fonte desses

elementos e o ponto de partida para a produo de outros compostos. O

alumnio o elemento mais abundante da crosta terrestre, apesar de ser

encontrado como bauxita, um xido hidratado impuro (Al2O3 . H2O). At o

sculo XIX, o alumnio era uma raridade. Entretanto, atualmente ele obtido

em larga escala atravs de eletrlise.


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Objetivos

Observar o efeito da adio de alcois poliidroxilados sobre a acidez de

solues de cido brico.

Determinar qualitativamente boro atravs de teste de chama;

Observar algumas propriedades do brax;

Preparar cido brico por hidrolise do brax em meio cido;

Estudar a reatividade do alumnio;

Observar o comportamento cido-base do hidrxido de alumnio.


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Introduo Terica

O Boro um elemento qumico cujo smbolo B, possui nmero

atmico 5 e massa atmica 11 u, pertence classe de semimetais. Este

elemento encontrado em abundncia no mineral ( borato de sdio

decaidratado).

Histria:

Nome originrio do persa burah e do rabe buraq. Compostos de boro

foram usados por milhares de anos (em mmias egpcias, vidros na China e na

antiga Roma).

O elemento foi isolado em 1808 por Humphry Davy (qumico ingls),

Joseph Louis Gay-Lussac (fsico e qumico francs) e Louis Thnard (qumico

francs), atravs da reduo do cido brico (H3BO3) com potssio. Mas a

identificao como novo elemento coube ao qumico sueco Jns Jakob

Berzelius em 1824.

Propriedades:

O boro amorfo tem densidade igual a 2,34. O cristalino, mais puro, tem

brilho quase metlico e densidade igual a 3,3. Funde a 2.300 0C e volatiliza-se

pouco. Em estado puro no tem emprego til, mas na forma de cido brico e

brax encontra grande aplicao na indstria. Em eletrnica, usado como

semicondutor, j que sua condutividade eltrica aumenta com a elevao de

temperatura.

O boro se combina tanto com elementos metlicos quanto no metlicos

para formar compostos covalentes, j que em nenhum caso d origem a

estados catinicos (com ons de carga positiva) ou aninicos (com ons de

carga negativa), o que impede que sejam geradas ligaes inicas.

Disponibilidade:

No encontrado na natureza. cido ortobrico encontrado em

algumas guas vulcnicas. A abundncia e cerca de 10 ppm da crosta

terrestre.


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Alguns minerais so: ulexita (borato de sdio e clcio hidratado), tincal

(borato de sdio hidratado), turmalina (pedra semipreciosa, silicato completo

de boro e alumnio com magnsio, ferro ou metais alcalinos), kernita (borato de

sdio hidratado, Na2B4O5(OH)4 . 2H2O).Alimentos de origem vegetal tambm

contm boro.

Produo:

Boro de alta pureza pode ser obtido pela reduo do vapor de tricloreto

ou tribrometo de boro com hidrognio em filamentos aquecidos.

Na forma impura, como um p marrom escuro, pode ser preparado peloaquecimento do trixido com p de magnsio:

B2O3 + 3Mg 2B + 3MgO

Aplicaes:

Brax (borato de sdio decaidratado) usado como anti-sptico. cido

brico empregado na produo de txteis.

Boro amorfo usado em artefatos pirotcnicos para produzir cor verde e

tambm como elemento de ignio de foguetes.

Borossilicatos so aplicados na produo de vidros resistentes a variaes

de temperatura (pirex).

Elemento de dopagem para semicondutores tipo P.

Fibras de boro so empregadas na construo aeroespacial, em estruturas

leves e resistentes.


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Istopo 10B usado em reatores nucleares com blindagem contra radiao.

Nitreto de boro (BN), na forma cbica, o segundo material mais puro

depois do diamante e um isolante eltrico, mas razovel condutor de

calor.

Compostos:

O boro tem uma reatividade nica, apresentando uma qumica variada.

O seu pequeno tamanho, elevada energia de ionizao e o fato de ter uma

eletronegatividade semelhante do carbono e do hidrognio origina uma

qumica muito variada com formao de ligaes covalentes.

Existe um nmero extraordinariamente elevado de compostos de boro que

se podem incluir em cinco grandes grupos:

Boretos metlicos (compostos de boro com metais);

Borohidretos (boro e hidrognio) incluindo os seus derivados;

Halogenetos de boro (boro e halognios);

Compostos com oxignio, incluindo boratos e borossilicatos.

Alumnio

Definio:

O alumnio um metal de smbolo Al, branco brilhante, leve, dctil,

malevel, que o ar altera muito pouco e que apresenta uma estrutura cristalinacbica de face centrada, caracterstica de todos os elementos metlicos.

Histria e disponibilidade:

O alumnio o elemento metlico mais abundante na crosta terrestre

(8,13 %) e, logo a seguir ao oxignio e silcio, o terceiro elemento mais

abundante. Devido elevada afinidade para o oxignio, no costume

encontr-lo como substncia elementar, mas, sim, em formas combinadas taiscomo xidos ou silicatos.
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O nome do metal deriva do latim alumen (almen). Em 1761, L.B.G. de

Morveau props o nome alumine para a base do almen, e em 1787, Lavoisier

identificou-o definitivamente como o xido do metal ainda por descobrir. Em

1807 SirHumphey Davy props o nome de alumium para este metal, e mais

tarde concordou em alter-lo para aluminum. Pouco tempo depois, o nome

aluminium (alumnio) foi adaptado para concordar com a terminao do nome

da maior parte dos elementos, generalizando-se esta designao por todo o

mundo (na verso norte-americana, diz-se "aluminum").

Atualmente julga-se que Hans Christian Oersted foi o primeiro a

preparar alumnio metlico, em 1825, atravs do aquecimento de cloreto de

alumnio anidro com uma amlgama de potssio. Frederick Whlermelhoroueste processo entre 1827 e 1845, substituindo a amlgama porpotssio e

desenvolvendo um mtodo mais eficaz para desidratar o cloreto de alumnio.

Em 1854, Henri Sainte-Claire Deville substituiu o relativamente caro potssio

pelosdio, usando um cloreto de alumnio-sdio em vez do cloreto de

alumnio, produzindo numa fbrica-piloto perto de Paris as primeiras

quantidades comerciais de alumnio. Vrias fbricas usando essencialmente

este processo foram, posteriormente, construdas na Frana e na Gr-Bretanha, mas nenhuma sobreviveu quando do advento, em 1886, do

processo eletroqumico que passaria a dominar a indstria.

O desenvolvimento deste processo remonta a SirHumphey Davy, que,

em 1807, tentou sem xito eletrolizar uma mistura de alumina e potassa. Mais

tarde, em 1854, Robert Wilhelm Von Bunsen e Sainte-Claire Deville

prepararam independentemente alumnio por eletrlise a partir de cloreto de

alumnio-sdio fundido; no entanto, esta tcnica no foi explorada devido falta de uma fonte barata de eletricidade. A inveno do dnamo porGramme

em 1886 solucionou este problema, abrindo caminho descoberta de novos

mtodos.

Em 1886, Charles Martin Hall de Oberlin (Ohio) e Paul L. T. Hroult de

Frana, ambos com 22 anos, descobriram e patentearam, quase

simultaneamente, o processo em que alumina dissolvida em criolitefundida e

decomposta eletroliticamente. Este tcnica de reduo, geralmente conhecida
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porprocesso de Hall-Hroult, subsistiu at aos nossos dias, sendo atualmente

o nico processo de produo de alumnio em quantidades comerciais.

Propriedades:

Na ordem decrescente, de acordo com o peso, dos elementos que

constituem a crosta terrestre, o alumnio ocupa o terceiro lugar, representando

cerca de oito por cento em peso do total. Esse metal faz parte da composio

de grande nmero de rochas e pedras preciosas; entre as primeiras cabe

mencionar, graas a seu interesse mineralgico ou metalrgico, os feldspatos,

as micas, a turmalina, a bauxita e a criolita. Entre as pedras preciosas, aquelas

que apresentam um maior teor de alumnio so o corndon, as safiras e os

rubis.

O alumnio possui altos ndices de condutividade eltrica, e no se altera

em contato com o ar ou em presena de gua, graas a uma fina capa de

xido que o protege de ataques do meio ambiente. Apresenta, entretanto,

elevada reatividade quando em contato com outros elementos: em presena

de oxignio, sofre reao de combusto, liberando grande quantidade de calor,

e ao combinar-se com halognios (cloro, flor, bromo e iodo) ou com o enxofre,

produz imediatamente os respectivos haletos e sulfetos de alumnio.

Aplicaes:

A utilizao do alumnio excede a utilizao de qualquer outro metal, com a

exceo do ferro, tendo uma enorme importncia na economia mundial.

O alumnio , largamente, utilizado em indstrias que requerem material

resistente, leve e facilmente moldvel.

As aplicaes do alumnio so as seguintes:

Meios de transporte (automveis, avies, barcos, bicicletas);

Empacotamento (latas de bebidas, folha de alumnio usada nas

embalagens de alimentos);

Tratamento da gua (usado como agente coagulante);

Construo civil (janelas, portas e decorao);


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Medicina (anticidos e alguns analgsicos)

Variados utenslios (ferramentas e utenslios de cozinha);

Linhas de transmisso eltrica (apesar de que a suacondutividade eltrica ser apenas 60% da do cobre, muito usado nas

linhas de transmisso eltrica devido ao seu baixo peso);

Maquinaria (importante para equipamentos resistentes

corroso);

Engenharia aeronutica (as amlgamas do alumnio com outros

metais tm uma importncia vital na construo de avies e foguetes);

Propelentes e explosivos;

Material dentrio;

Revestimento de espelhos de telescpios;

Brinquedos;

Sinais de trnsito;

Indstria do papel.

Compostos:

Almen de potssio o sulfato duplo de alumnio e potssio. Sua

frmula KAl(SO4)2. comumente encontrado em sua forma dodecahidratada,

como KAl(SO4)212(H2O). Apresenta-se tambm com vinte e quatro molculas

de gua de hidratao, KAl(SO4)224(H2O).

O xido de alumnio (Al2O3) um composto qumico de alumnio eoxignio. Tambm conhecido como alumina, um nome usado frequentemente

pelas comunidades mineiras, de cermica e da cincia dos materiais.

O aluminato de sdio um composto qumico inorgnico de grande

importncia industrial. Ele constitui uma fonte de hidrxido de alumnio utilizado

em um grande nmero de aplicaes tcnicas. Na forma anidra, um slido

cristalino branco, xido misto de sdio e de alumnio, de frmula qumica

NaAlO2, Na2OAl2O3 ou Na2Al2O4.


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Materiais e Reagentes

Basto de vidro; bquer de 100 ml; cpsulas de porcelana; pipetas de 2 ml, 5

ml e 10 ml; tubos de ensaio; vidros de relgio; bico de Bunsen; papel pH; tela

de amianto; estantes para tubo de ensaio e trip.

Alumnio metlico, cido brico (H3BO3), cido sulfrico concentrado (H2SO4);

cido clordrico concentrado (HCl); hidrxido de sdio (NaOH) 6 mol/L e 0,1

mol/L; tetraborato de sdio pentahidratado (Na2B4O7 . 10H2O(S)); cloreto de

cobalto II (CoCl2) 0,1 mol/L; cloreto de alumnio (AlCl3) 0,1 mol/L; sulfato de

cobre II (CuSO4) 0,5 mol/L; lcool etlico; glicerina e fenolftalena.


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Procedimento Experimental

1- Compostos de Boro:

1 parte:

Verifica-se o pH da soluo de cido brico. Coloca-se em seguida 2 ml

de NaOH 0,1 mol/L em um tubo de ensaio, adiciona-se 2 gotas de fenolftalena

e cido brico at a possvel mudana de cor (mximo de 2 ml). Repita a

operao utilizando 2 a 3 gotas de glicerina ou algum outro composto orgnico

poliidroxilado.

2 parte:

Coloca-se pequena quantidade de cido brico em uma cpsula de

porcelana. Acrescenta-se 3 gotas de H2SO4 concentrado misturando bem com

um basto de vidro. Adiciona-se ento, 3 ml de lcool etlico e incendeia a

mistura, na capela.

3 parte:

Observa-se o pH da soluo de brax preparada. Em seguida transfere-se 2 ml desta soluo para um tubo de ensaio e adiciona-se 2 ml de CoCl2 0,1

mol/L e observa-se.

2- Alumnios e seus compostos:

1 parte:

Numera-se 3 tubos de ensaio. Em seguida, coloca-se em cada tubo

alumnio e adiciona-se ao tubo 1 soluo de HCl, ao 2 soluo de H2SO4

concentrado e ao tubo 3 soluo de CuSO4 0,5 mol/L.

2 parte:

Marca-se dois tubos A e B e adiciona-se a eles 2 ml de AlCl3 0,1 mol/L e

gotas de soluo de NaOH 0,1 mol/L at formar um precipitado. Em seguida,

adiciona-se ao tubo A 2 ml de soluo de HCl 6 mol/L e ao tubo B 3 ml de

soluo de NaOH 6 mol/l e observa-se.


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Resultados e Discusses

1- Compostos de Boro:

1 parte:

Com a ajuda do papel pH verificou-se o pH do cido brico que 4, logo

constata-se que a substncia cida. Colocou-se, em seguida, fenolftalena ao

tubo de ensaio contendo NaOH e observou-se uma colorao rsea da

soluo. Colocou-se cido brico aos poucos (aproximadamente 40 gotas) na

soluo contendo NaOH e observou que a soluo ficou mais clara. Repetiu-se

o experimento, mas colocou-se 3 gotas de glicerina na soluo de NaOH e ao

adicionar o cido brico, verificou-se que a soluo ficou clara com menosgotas (aproximadamente 30 gotas).

O cido brico reage parcialmente com gua para formar H3O+ e

[B(OH)4]-, ele se comporta como cido fraco. Adicionando-se certos compostos

orgnicos a ele (neste caso a glicerina), o cido brico se comportar como um

cido forte. Alm disso, a glicerina ajuda a acelerar a reao e atua como uma

catalisadora. Portanto ela no entra na reao, apenas a acelera.

2 parte:

Colocou-se uma pequena quantidade cido brico slido em uma

cpsula de porcelana e na capela adicionou-se 3 gotas de H2SO4 concentrado.

Misturou-se bem e em seguida adicionou-se mistura lcool etlico e a

incendiou. Nota-se que a chama apresenta cor verde.

Quando o cido brico misturado ao cido sulfrico concentrado

forma-se um composto voltil. Neste caso, usou-se o lcool para fazer a

ignio da mistura e observou-se uma chama verde. A chama verde origina-se

porque ao colocar fogo no boro o eltron da ltima camada fica excitado e pula

para um nvel de energia mais alto. Ao voltar, ele emite essa cor caracterstica

deste elemento. Segue a reao:

B(OH)3 + 3CH3OH B(OCH3)3 + 3H2O

O cido sulfrico age apenas como um catalisador.


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3 parte:

Verificou-se que pH da soluo brax e obteve-se o valor 9, logo a soluo

bsica. Esse valor por que o brax um composto hidratado, ou seja, que

contm gua, o que justifica o seu pH bsico.

Em seguida, ao medir o pH do brax adicionou-se a ele o sal cloreto de

cobalto CoCl2, e observou-se uma colorao rsea. A soluo tambm formou

precipitado.

Neste caso, o brax reagiu com o sal, formando um composto de cor rosa.

Na2B4O7.10H2O + CoCL2 ---> CoCl2. 2H2O+ Na2B4O7 . 8H2O

O sal tetraborato de sdio (brax) dissolve-se em gua segundo a

equao:

O brax reage com cido em meio aquoso formando cido brico. Quandoresfriada, formam-se cristais de cido brico:

Alumnios e seus compostos:

1 parte:

No tubo 1 contendo alumnio e HCl, houve reao. No incio observa-se

a formao de bolhas que vai intensificando-se conforme o tempo. O tubo de


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ensaio comea a ferver a soluo fica cinza, com muita liberao de gs e

calor. A reao do HCl concentrado com o alumnio e a seguinte:

2Al + 6HCl ---> 2AlCl3 + 3H2

No tubo 2 contendo alumnio com H2SO4 concentrado, de incio nada

ocorreu, mas aos poucos observa-se a formao de bolhas no tubo. A reao

balanceada a seguinte:

3H2SO4 + 2AL ---> AL2(SO4)3 + 3H2

No tubo 3 temos alumnio e sulfato de cobre (CuSO 4) e neste casotambm ir haver reao. O alumnio por ser mais reativo do que o cobre ir

desloc-lo. Segue a reao:

3CuSO4 + 2Al ---> Al2(SO4)3 + 3Cu

2 parte:

Adicionou-se soluo de AlCl3 0,1 mol/L gotas de hidrxido de sdio

nos dois tubos (A e B) e observou-se a formao de um precipitado, conformea reao:

AlCl3 + NaOH ---> Al(OH)3 + NaCl

Em seguida ao tubo A, adicionou-se tambm HCl 0,6 mol/L e observou-

se o alumnio reage com o hidrxido de sdio da soluo. A reao a

seguinte:

J quando colocamos NaOH na soluo contendo hidrxido de alumnio,

observa-se uma reao com formao de um novo sal.


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Isso acontece, por que o alumnio possui um comportamento anftero,

ou seja, reage tanto com cido, quanto com base gerando sal.

O alumnio um metal bastante reativo, mas protegido por uma fina

camada transparente de xido que se forma rapidamente com o ar. J ohidrxido de alumnio apresenta uma caracterstica extremamente importante,

ele anftero, o que permite reagir com cidos e bases formando sal, sendo

considerado bastante reativo.


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Concluso

O boro um metalide que apresenta grande variedade de boratos e

boranos, que so compostos deficientes de eltrons. Observa-se tambm que

com a adio de alcois poliidroxilados a reao se processa mais rpido, pois

este composto atua como catalisador. No teste da chama, observa-se uma cor

verde, devido presena do boro.

O alumnio um composto extremamente reativo, porm no reage com

muitos compostos por formar uma pelcula de Al2O3. J o hidrxido de alumnio

anftero. Essa caracterstica importante permite a ele reagir com cidos e

bases formando sais.


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Referncias Bibliogrficas

RUSSEL, J. B. Qumica Geral. Volume nico. Editora Pearson, So Paulo-SP.

NBREGA, Olmpio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth

Hashimoto. Qumica. Volume nico. Editora tica, So Paulo-SP, 2006.

Disponvel em: http://tabela.oxigenio.com/nao_metais/elemento_quimico_boro.htm.Acesso em: 11 out. 2010.

Disponvel em: http://www.mspc.eng.br/quim1/quim1_005.asp. Acesso em: 11 out.2010.

Disponvel em: http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e01310.html.Acesso em:12 out. 2010.

Disponvel em:http://www.ff.up.pt/toxicologia/monografias/ano0607/aluminio/aplicacoes.htm.Acessoem: 12 out. 2010.
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