introdução relatório 1ª AULA PRÁTICA DE QUÍMICA QUALITATIVA

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INTRODUÇÃO TEÓRICA

SÓDIO

Natrium, nome latino, fazendo alusão ao natron (minério de carbonato de sódio, hoje conhecido como trona) proveniente do vale de Natron, perto do Cairo e de Alexandria, do qual há milhares de anos se extraía o carbonato. O nome sódio origina-se de soda cáustica, substância da qual ele foi obtido por Humphry Davy em 1807, aos 28 anos de idade, ao fazer a eletrólise da soda cáustica fundida. Durante muitos anos o sódio metálico era obtido pela redução do carbonato de sódio com carbono:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO .

No entanto, com o barateamento da eletricidade ele passou a ser obtido pelo método original de Davy, com algumas modificações. Assim, em vez de ser usado o NaOH, hoje eletrolisa-se uma mistura de NaCl com Na2CO3 ou CaCl2. Essa mistura funde a ~600 °C, enquanto o NaCl só funde a ~801 °C. O sódio metálico é usado como agente redutor na obtenção de outros metais, como o titânio, Ti, e o zircônio, Zr, a partir dos seus cloretos ou óxidos.

A indústria de borracha sintética consome uma grande quantidade de sódio, no entanto seu maior uso é na produção de peróxido de sódio, Na2O2, e cianeto de sódio, NaCN. No entanto, o uso mais popular do sódio é na fabricação de lâmpadas a vapor de sódio (amarelas), usadas para iluminação especial de ruas e estradas.

A produção mundial de sódio metálico é de ~200 mil t/ano. Os sais de sódio estão amplamente espalhados na natureza.

Quando colocados no fogo, esses sais conferem à chama uma cor amarela característica dos íons de sódio que são excitados com absorção de energia e em seguida retornam emitindo luz amarela.

Muitos processos dos organismos de seres vivos que envolvem membranas são controlados pelo equilíbrio relativo dos íons de sódio e potássio presentes. Existe um equilíbrio ideal; no entanto, em muitas situações é justamente o desequilíbrio desse mecanismo que causa diarréia e desidratação em indivíduos acometidos por certas doenças e distúrbios intestinais. A ingestão excessiva e habitual de sal de cozinha, NaCl, com uma alimentação rotineiramente salgada, causa sérios danos à saúde, podendo levar a pessoa a tornar-se hipertensa. Os sais de sódio são extremamente importantes industrialmente.

O cloreto de sódio, NaCl, era usado na Antiguidade como forma de pagamento — o que originou o termo salário.

Ele é mais usado na manufatura química inorgânica do que qualquer outra substância. Mesmo as rochas fosfatadas perdem para ele. Seu consumo mundial excede 150 milhões de tonelada.

POTÁSSIO

Deriva do nome latino kalium. O potássio foi o primeiro metal isolado por eletrólise. esta forma ele foi isolado pela primeira vez por Humphry Davy, químico inglês, em 1807, usando uma bateria voltaica para decompor o hidróxido de potássio fundido. O potássio é um metal mole, esbranquiçado e com um brilho metálico prateado. Depois do lítio, o potássio é o metal de menor densidade. Como metal, ele é um bom condutor de calor e eletricidade. Quando queimamos um material contendo sais de potássio, a chama desta combustão tem uma cor característica carmim; observe como a cor da chama do fogão a gás (sem sais de potássio) é diferente da da madeira (contém sais de potássio)

queimando. É o sétimo mais abundante dos elementos na crosta terrestre, contribuindo com 2,6% do seu total. A maior parte do potássio está presente em minerais tais como a muscovite, feldspatos etc., que são insolúveis em água, tornando difícil a obtenção do potássio a partir deles. No entanto, ele pode ser obtido comercialmente pela eletrólise de sais fundidos de alguns minérios refináveis, tais como a carnalita, MgCl2 KCl 6H2O e

polihalito. No Mar Morto, por exemplo, estima-se que exista cerca de 1,7% de potássio como cloreto. Os depósitos de sais em Stassfurt, Alemanha, são ricos em sulfato e cloreto de potássio, constituindo-se em um dos mais importantes depósitos de minérios

de potássio do mundo. Estes depósitos eram tão importantes que até a 1ª Guerra Mundial a Alemanha praticamente detinha o monopólio mundial do cloreto de potássio, o que já não ocorre atualmente. Desta forma, eles também monopolizavam a produção de hidróxido de potássio, KOH, que era produzido a partir dessa matéria-prima. Hoje em dia, vários outros países competem no mercado, como França, Áustria, Espanha, India, Chile, Canada, Estados Unidos, Rússia e outros, inclusive o Brasil.

O potássio pode ser encontrado também em depósitos naturais na forma de nitrato.

O cloreto de potássio é muito usado hoje em dia como substituto parcial do sal de mesa para pessoas hipertensas.

Existe pouca procura pelo potássio metálico no comércio e na indústria. Apesar disto, ele tem vários usos. Entre eles, a síntese do peróxido de potássio, K2O2, o qual é empregado para retirar o gás carbônico e a água do ar em certos ambientes (por exemplo, em submarinos), ao mesmo tempo que libera oxigênio. Em certas aplicações, o potássio é usado na forma de uma liga com sódio metálico, empregada como fluido de transferência de calor em processos especiais de refrigeração de reatores nucleares. Com o hidróxido de potássio, são preparados muitos sais utilizados na composição de detergentes e sabões líquidos, geralmente de custo mais alto do que aqueles feitos com sais de sódio. Alguns dos seus sais, como nitrato de potássio, KNO3, e clorato de potássio, KClO3, são usados na produção de explosivos e fogos de artifício. O cloreto, o nitrato, o sulfato e o carbonato são os seus sais mais comumente empregados na fabricação de fertilizantes. O nitrato também é usado na indústria de alimentos como preservativo. O cromato de potássio, K2CrO4, é empregado no processo de curtição de couros, ao invés de taninos.

Cerca de 90% da produção de KCl e de KNO3 são usados para fertilizante e o Brasil não foge a esta regra. Um importante uso do potássio é na determinação da idade de rochas. O isótopo radioativo do potássio, o potássio-40, 40K (0,01% dos átomos do elemento), decai dando argônio-40, também radioativo, ou cálcio-40. Assim, pela medida da radioatividade de uma rocha contendo este elemento, pode-se determinar a relação entre as concentrações de potássio-40 e argônio-40 presentes e, assim, determinar a idade de formação da rocha. A relação potássio/argônio tem sido usada para a datação de uma enorme gama de materiais de idades as mais variadas. Por exemplo, por este método tem-se encontrado meteoritos de 4,5 bilhões de anos e rochas vulcânicas relativamente jovens com cerca de 20 mil anos. O potássio é um elemento essencial não só para a vida vegetal como para a animal.

No metabolismo das plantas, o potássio é absorvido do solo na forma de tartaratos e de oxalatos que, por sua vez, podem ser convertidos em carbonatos quando as plantas são queimadas.

Nos animais ditos superiores, como os seres humanos, os íons de potássio, K+, em conjunto com os íons de sódio, Na+, agem nas membranas celulares na transmissão de impulsos eletroquímicos dos nervos e fibras musculares e no balanceamento da atividade de alimentação e remoção de sub-produtos, nas células. Tanto um excesso como uma redução excessiva de potássio no organismo podem ser fatais. No entanto, a mera presença de potássio nos solos já garante a necessidade mínima indispensável do mesmo através da nossa alimentação.

Curiosamente, se quisermos comprar alguns quilogramas de potássio metálico, constataremos que o mesmo ainda não é produzido no Brasil. A produção deste, como a de muitos outros produtos, não se justifica pelo simples argumento econômico de uma economia de escala: se assim fosse, nem os Estados Unidos, nem a Rússia, nem a França, nem qualquer outro país iria produzir potássio metálico.

MAGNÉSIO

Em meio ao rápido progresso que experimentou a química ao longo do século XIX, a descoberta do magnésio representou o acesso a um metal extremamente leve, que experimentou que mais tarde teria ampla aplicação na indústria aeronáutica.

Magnésio é um elemento químico, de símbolo Mg, do grupo IIA da tabela periódica, no qual incluem-se os metais alcalino-terrosos, assim chamados em virtude do nome “terras” atribuído a seus óxidos. Em estado puro, é o mais leve dos metais conhecidos. Foi descoberto em 1808 por Sir Humphry Davy, para quem o composto conhecido como magnésia branca era o óxido de um novo metal. Ao fazer circular vapores de potássio sobre magnésia quente, extraiu o magnésio, utilizando mercúrio como catodo. Em ambos os casos obteve o magnésio como amálgama. O metal pôde ser isolado a partir de 1852, quando o alemão Robert Bunsen fabricou uma célula eletrolítica que permitia obtê-lo a partir do cloreto de magnésio.

O magnésio é muito abundante na natureza (constitui 2,5% da crosta terrestre), principalmente em minerais rochosos como dolomita, olivina, magnesita e serpentina. Encontra-se também na água do mar, em águas salinas subterrâneas e em leitos salinos.

O metal pode ser obtido mediante o processo eletrolítico e o silicotérmico. Pelo primeiro, extrai-se o magnésio principalmente da água do mar, sendo também possível usar como matérias-primas magnesita, dolomita e águas salinas naturais. Por eletrólise do cloreto do magnésio, obtém-se o cloro e o magnésio metálicos. O processo silicotérmico ou ferrosilícico emprega como matéria-prima a dolomita. O mineral ferrosilícico liga de ferro e silício, é misturado à dolomita calcinada e prensado em pequenos tijolos, que são postos numa retorta de aço, submetidos ao vácuo e aquecidos a 1.200º C. Por esse processo, extrai-se o magnésio em forma de cristais, que se fundem.

O magnésio é quimicamente muito ativo. Combina-se com a maioria dos metais e com quase todos os ácidos, exceto o crômico e o fluorídrico em estado puro. Reage pouco com álcalis e compostos orgânicos. Como catalisador, ativa reações orgânicas de condensação, redução, adição e desalogenização. As ligas de magnésio, sobretudo com o alumínio, manganês, zircônio, zinco e lantanídeos, têm especial aplicação na fabricação de fuselagens, motores e rodas na indústria aeronáutica. O magnésio, potente redutor, é empregado também, em síntese química, na obtenção de titânio, berílio e urânio.

No Brasil, há jazidas de magnesita (MgCO3) no Ceará (Orós e Cariús) e na Bahia (Brumados). Junto com o potássio, é encontrado em abundância na bacia salífera de Sergipe. Grandes reservas de dolomita ocorrem no Paraná e em São Paulo.

AMÔNIO

O tion amônio é um íon poliatômico carregado positivamente com fórmula química NH4+. Tem massa molecular 18,04 e é formado por protonação do amoníaco (NH3).

O íon amônio forma com o cobaltinitrito de sódio um precipitado amarelo, (NH4)3[Co(NO2)6 ] , cujas características são idênticas ao formado com o íons potássio:

             3 NH4+ + [Co(NO2)3-6]  ↔  (NH4)3[Co(NO2)6 ] (s)

A presença do íon amônio em solução pode ser detectada através do seguinte procedimento: primeiramente adiciona-se um excesso de uma base forte para converter o íon NH4+ à amônia, NH3. A seguir aquece-se a solução alcalina para expelir o gás NH3 e a amônia liberada é detectada através de um papel de tornassol umedecido com água destilada, o qual se torna azul.

A reação envolvida neste teste pode ser expressa pela seguinte equação:

NH4+ + OH-  ↔  NH3 + H2O

Para se fazer o teste, adicionar num tubo de ensaio 3 gotas de solução de cloreto de amônio 0,2M e 8 gotas de solução de hidróxido de sódio 4M. Aquecer cuidadosamente o tubo e testar a amônia desprendida por meio de um papel de tornassol vermelho colocado sobre o tubo, porém, sem tocá-lo. A mudança da cor do papel vermelho para azul indica a presença de amônia e conseqüentemente de sais de amônia na amostra testada.

Deve-se tomar cuidado para que a solução alcalina não espirre durante o aquecimento, devido à ebulição, atingindo o papel de tornassol, pois levará a uma conclusão errônea.

Há várias outras alternativas que podem ser utilizadas para se detectar o gás amônia, desprendido durante o aquecimento.

Uma outra maneira consiste em colocar um bastão de vidro umedecido com ácido clorídrico concentrado em contato com o vapor desprendido pela reação, observando-se neste caso, a formação de fumos brancos (micro partículas de NH4Cl sólido).

HCl(g) + NH3(g)  ↔ NH4Cl (s)

BIBLIOGRAFIA

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