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INTRODUÇÃO
O grupo 15 da tabela periódica é formado pelo nitrogênio, fósforo, arsênio, antimônio e bismuto. Todos possuem cinco elétrons na camada de valência, e têm estado de oxidação máxima igual a cinco, por isso utilizam todos esses elétrons para formar ligações.
O nitrogênio é muito utilizado para a síntese da amônia líquida e do gás amoníaco. Seu oxoácido, o ácido nítrico, é um líquido incolor e é um ácido forte e fica completamente dissociado quando está diluído; é oxidante e forma um grande número de sais solúveis em água, os nitratos.
O fósforo é um sólido a temperatura ambiente e é bastante reativo na forma de fósforo branco. O ácido fosfórico tem três hidrogênios ionizáveis, os quais formam ligações de hidrogênio quando em solução aquosa e por isso o ácido concentrado é viscoso.
O bismuto é um metal raro, pesado que se apresenta em estado sólido a temperatura ambiente. É incomum pois o líquido se expande quando passa para o estado sólido. Uma grande quantidade de energia é necessária para se remover seus elétrons, ou seja, ele tem uma elevada energia de ionização e seus íons Bi3+ são pouco estáveis.
OBJETIVOS
Sintetizar o nitrogênio;
Preparar a amônia;
Verificar algumas propriedades do ácido nítrico;
Estudar as propriedades oxidantes do ácido fosfórico;
Observar a reatividade do bismuto
MATERIAL
3.1 Soluções e reagentes
Solução saturada de cloreto de amônio
Solução de nitrito de sódio
Magnésio em fita
Solução de ácido nítrico concentrado 9M e diluído 6M
Ácido sulfúrico concentrado
Ácido clorídrico concentrado
Zinco metálico em pó
Solução de ácido fosfórico
Iodeto de potássio
Calcário em pó
3.2 Vidrarias
Tubos de ensaio
Espátula
Béquer
Pipeta graduada
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Síntese do nitrogênio
1) Colocar em um tubo de ensaio grande (A), 4 mL das soluções saturadas de cloreto de amônio e 4 mL de nitrito de sódio. Arrolhar e aquecer o tubo. Em seguida, recolher no tubo de ensaio (B) – previamente cheio com água, por deslocamento ascendente, o nitrogênio que se desprende (a primeira porção de gás, contendo ar não deve ser recolhida). Retirara da cuba o tubo de ensaio contendo nitrogênio e arrolhá-lo. Observar a cor, o odor e a solubilidade do nitrogênio em água.
2) Iniciar a combustão de um pedaço de magnésio em fita com a ajuda de uma pinça metálica e introduzir no tubo contendo nitrogênio. Observar a combustão suave.
Obtenção da amônia
a) colocar em um tubo de ensaio 0,5 g de cloreto de amônio e 1 mL de hidróxido de potássio 1 N. Aquecer o tubo lentamente, procurando sentir o odor do gás que se desprende. Para a identificação da amônia;
b) umedecer um papel de filtro em água destilada e aproximar ao tubo em aquecimento, cheirando o papel de filtro cuidadosamente.
c) colocar um papel indicador umedecido sobre o vidro de relógio e sobrepor o tubo em aquecimento. Observar.
d) colocar na boca do tubo que está sendo aquecido um papel de filtro umedecido com duas gotas de HCl concentrado.
Ácido Nítrico
4.3.1 Interação ácido-base
Colocar uma ponta de espátula de calcário em um tubo de ensaio. Adicionar 1-2 mL de ácido nítrico concentrado em ao conteúdo do tubo de ensaio. Observar.
4.3.2 Redução do Ácido Nítrico com metais
Colocar pedaços de zinco, de cobre e de ferro em pó, separadamente em três tubos de ensaio e adicionar as seguintes soluções, separadamente.
a) 1-2 mL de ácido nítrico concentrado
b) 1-2 mL de ácido nítrico diluído.
Observar as reações. Identificar os gases desprendidos e estabelecer as equações químicas correspondentes. Discutir os resultados.
Propriedades oxidantes do ácido fosfórico
Comparar se o ácido fosfórico mostra propriedades oxidantes aplicando redutores adequados, tais como iodeto de potássio e cobre.
Reatividade do Bismuto
Adicionar 0,5 g de bismuto aos respectivos tubos de ensaios:
TUBO 1 – 2 mL de HNO3 concentrado.
TUBO 2 – 2 mL de H2SO4 concentrado.
TUBO 3 – 2 mL de HCl concentrado.
Comparar com o nitrogênio.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Síntese do nitrogênio
Não pôde ser realizado por não haver nitrito de sódio no laboratório.
Obtenção da Amônia
Não foi possível realizar.
Ácido Nítrico
Interação ácido-base
A reação foi forte entre o ácido nítrico e o calcário, foi perceptível a liberação de gás. De imediato a solução ficou branca e turva e apenas no fim da reação ficou incolor.
O gás liberado durante a reação foi o gás carbônico, além da formação de nitrato de cálcio e água. Ele interage com o calcário formando sal, pois é uma propriedade do ácido nítrico quando reage com óxidos básicos e carbonatos.
CaCO3(s) + HNO3(aq) Ca(NO3)2(s) + H2O(l) + CO2(g)
Redução do Ácido Nítrico com metais
- Ácido Nítrico concentrado 9M
Como um ácido forte, o ácido nítrico reage como um agente oxidante, ou seja, tem mais tendência a reduzir, ele não tem tendência a doar seus prótons.
O zinco reagiu fortemente com o ácido nítrico concentrado e houve a produção de um gás castanho. Além disso, a reação foi exotérmica e a solução ficou esbranquiçada.
2Zn (s) + 4HNO3(aq) 2Zn(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + 2NO(g)
O ferro reagiu mais rapidamente do o zinco, a qual formou um resíduo de cor preta e liberou calor. Também houve, aparentemente, um aumento no volume quando de acordo com a liberação de gás.
Fe (s) + 4 HNO3(conc.) Fe(NO3)3(aq) + NO(g) + 2 H2O(l)
A reação entre ácido nítrico concentrado e o cobre formou, lentamente, uma solução azul com liberação de gás amarelo. Este gás é o dióxido de nitrogênio também conhecido como azoto e é considerado tóxico. Outro produto foi o sal nitrato de cobre que se dissocia completamente em água. A equação que designa esta reação é:
Cu(s) + HNO3(aq) Cu2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
- Ácido Nítrico diluído 6M
O zinco reagiu lentamente e houve uma leve produção de gás.
Com o ferro houve a formação de uma solução marrom decorrente da dissolução do metal.
O cobre aparentemente não reagiu com o ácido diluído.
Propriedades oxidantes do ácido fosfórico
De acordo com o que pôde ser observado durante a prática, não aconteceu reação tanto com o iodeto de potássio quanto com o iodeto de cobre. O ácido fosfórico é empregado na produção de fosfatos que são utilizados como fertilizantes. Os fosfatos de sódio e potássio são ainda usado como aditivos em detergentes. Os cloretos de fósforo (PCl3 e PCl5) são muito utilizados em várias sínteses orgânicas, como agente clorador.
Reatividade do Bismuto
TUBO 1 – Nada aconteceu.
TUBO 2 – Não houve reação.
TUBO 3 – Aparentemente, não aconteceu reação
O bismuto é um metal pesado que apresenta alta energia de ionização (energia necessária para retirar um elétron da camada de valência), assim, apesar de os ácidos concentrados serem bons agentes oxidantes, não reagiram com este metal.
CONCLUSÃO
Devido a falta de alguns reagentes no laboratório, não foi possível a realização das práticas 1 e 2. Tendo como base os testes realizados, pôde-se perceber que o Nitrogênio apresenta diferentes propriedades, dependendo do seu estado de oxidação e, portanto, apresenta características distintas dos outros elementos constituintes do grupo 15. É digno de nota o caráter oxidante dos oxiácidos de N, como o HNO3, frente a diversos metais e também o caráter ácido de um destes, que apresenta poder de acidez maior ou menor dependendo de concentração. Continuando com os outros elementos do grupo 15 percebeu-se que o fósforo não é um forte agente oxidante e o bismuto necessita de alta energia para ionizar. No mais, esta aula prática ajudou a desenvolver conhecimentos sobre elementos específicos e na prática de se trabalhar no laboratório.
BIBLIOGRAFIA
LEE, J. D. Química Inorgânica não tão Concisa (4ª Ed). Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, 1996.
https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/acido-nitrico
https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/acido-fosforico
https://sites.google.com/site/scientiaestpotentiaplus/acido-fosforico
