Laboratrios Integrados 2Qumica 2

Propriedades do Metais Alcalinos

Turma LQ21D1 Grupo 4

Autores Ana Mafalda Silva Catarina Marques Joana Marques

29 de Junho de 2010

Semestre de Inverno 2009/2010

Data de Entrega:

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ndice1.Resumo . 2.Introduo Terica . 3.Parte Experimental3.1. Reagentes .. 3.2. Material e Equipamento .. 3.3. Procedimento Experimental .. 3.4. Resultados Experimentais3.4.1. Registo de Resultados .. 3.4.2. Tratamento de Resultados .

4. Discusso e crtica . 5. Bibliografia

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1. ResumoIlustrao de algumas propriedades dos metais alcalinos (elementos do Grupo 1), tais como a reactividade em diversos meios: ar, gua e etanol, onde se verificou que, a reactividade destes, aumenta ao longo do grupo. Estudo comparativo da solubilidade de alguns sais de ltio e de potssio em gua e etanol, onde se obteve como resultados que tanto o cloreto de ltio como o cloreto de potssio so solveis em gua.

2. Introduo TericaOs metais alcaninos foram uma srie de elementos qumicos que constituem o Grupo 1 (designao da IUPAC) da Tabela Peridica. Os elementos que fazem parte deste grupo so o ltio (Li), o sdio (Na), o potssio (K), o rubdio (Rb), o csio (Cs) e o frncio (Fr). Embora o hidrognio (H), tambm faa parte deste grupo, este, pouco se relaciona com os anteriores uma vez que o seu comportamento difere destes [6]. O seu nome deriva da palavra latina alcalino que significa cinzas. Este deve-se ao facto de os metais alcalinos serem, extremamente, reactivos com a gua, formando hidrxidos, e com o ar, formando xidos. Devido sua alta reactividade, estes elementos nunca so encontrados na natureza, nas suas formas elementares. Sendo por isso, em laboratrio, armazenados em leo mineral ou

querosene/parafina lquida. A reactividade dos metais alcalinos deve-se ao facto de estes elementos terem apenas um electro de valncia, e tenderem a perd-lo, tornando-se ies monopositivos [4,5,6]. Os metais alcalinos tm propriedades metlicas caractersticas como brilho metlico prateado e serem bons condutores de calor e de electricidade, para alm disso, so dcteis e maleveis. Tm, tambm, baixos pontos de fuso e baixas densidades. A sua energia de ionizao muito baixa dado que lhes basta perderem um electro para adquirirem a configurao electrnica dos gases nobres. Estes metais demostram certas tendncias, ao longo do grupo, sendo estas: diminuio da electronegatividade, aumento da reactividade, diminuio do ponto de fuso e do ponto de ebulio. As suas densidades, tambm, aumentam ao longo do grupo com excepo do potssio que menos denso que o sdio, e do frncio que menos denso que o csio [4,6]. 3

No caso especfico do ltio, este elemento foi descoberto em 1817 por Johann Arfvedson sendo apenas isolado por W.T. Brande e Sir Humphry Davy, o seu nome vem do grego lithos que significa pedra. principalmente usado em baterias, cermicas e lubrificantes e mais recentemente em reactores nucleares. Alguns dos seus compostos so usados em medicina para tratar pessoas com depresso. Na sua forma pura prateado e tem um ponto de fuso de 180,54C. menos denso que a gua, com a qual reage segundo a equao [4,5]: 2Li (s) + 2H2O (l) 2LiOH (l) + H2 (g) Reage com o ar, formando um xido preto, segundo a reaco: 4Li (s) + O2 (g) 2Li (s) E reage com o etanol, segundo a equao: Li (s) + C2H5OH (aq) 2 LiOC2H5 + H2 O ltio, no teste da chama apresenta uma chama vermelha.

Ilustrao 1 Aparncia do ltio, no estado slido.

Ilustrao 2 Chama do ltio, aquando do teste de chama.

No caso do sdio, este foi descoberto e isolado por Sir Humphrey Davy em 1807, o seu nome deriva da palavra latina natrium. usado em medicina e na agricultura. Na sua forma pura prateado e macio. O sdio o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo em grandes quantidades na gua do mar e no solo em compostos minerais diferentes, o mais comum dos quais o cloreto de sdio. Tem sido utilizado como refrigerante em reactores de fuso nuclear e est 4

actualmente sob investigao a utilizao de sdio em baterias de enxofre.Os seus compostos mais comuns tm uso industrial e incluem o cloreto de sdio, o hidrxido de sdio (soda custica), o carbonato de sdio (soda de lavagem) e o sulfato de sdio [4,5]. Reage com a gua, com o ar e com o etanol, segundo as equaes:

2Na (s) + 2H2O (l) 2NaOH (l) + H2 (g) 4Na (s) + O2 (g) 2Na(s) Na (s) + C2H5OH (aq) 2 NaOC2H5 + H2

No teste de chama apresenta uma chama cor-de-laranja.

Ilustrao 3 Aparncia do sdio no estado slido.

Ilustrao 4 - Chama do sdio, aquando do teste de chama.

Em relao ao potssio, este foi descoberto por Sir Humphrey Davy em 1807. O seu nome deriva da palavra latina kalium que significa alcalino. utilizado em vidro e em sabo, no entanto alguns dos seus compostos tem outras utilidades como o hidrxido de potssio que usado em produtos de limpeza. Tal como o sdio, o potssio, menos denso que a gua, por isso, o seu ponto de ebulio mais baixo do que o da gua sendo de 63C. O potssio reage violentamente com a gua em grande quantidade pode explodir. um metal metal prateado e muito macio, reage rapidamente com o oxignio no ar e com o etanol segundo as reaces [4,5]: 2 K (s) + 2 H2O (l) 2 KOH (aq) + H2 (g) 5

4K (s) + O2 (g) 2K (s) K (s) + C2H5OH (aq) 2 KOC2H5 + H2

No teste de chama apresenta uma chama violeta.

Ilustrao 5 Aparncia do potssio no estado slido.

Ilustrao 6 Chama do potssio, aquando do teste de chama.

O teste de chama tem como objectivo, identificar o io positivo existente num sal puro, tendo em conta que os ies negativos no interferem nesta anlise. Quando os sais so aquecidos, ocorre excitao dos electres dos tomos do sal e consequentemente, absoro de energia. Essa energia libertada quando os electres voltam ao estado fundamental e, essa energia que ir proporcionar a cor caracterstica de cada sal, chama. Isto se a energia libertada estiver na regio do vsivel, porque se no estiver j no ser possvel identificar os elementos [7].

Fio de platina Bico de Bunsen

Ilustrao 7 Ensaio de Chama

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O ensaio de chama feito recorrendo a um fio de platina onde se coloca uma pequena amostra do sal em estudo e recorrendo a um bico de bunsen.

3. Parte experimental3.1. Reagentes

Ltio Metlico (Li); o o Marca: Ried-de-Han uma substncia Inflamvel e Explosiva

Sdio Metlico (Na);o o Marca: Ried-de-Han uma substncia Explosiva e Txica

Potssio Metlico (K);o o Marca: Ried-de-Han uma substncia Explosiva

cido peclrico (HclO4);o o o Pureza: 70% Marca: Panreac uma substncia Oxidante e Corrosiva

Etanol (CH3CH2OH) a 95%; Cloreto de Sdio (NaCl);o o Pureza: 99,5% Marca: Panreac

Cloreto de Potssio (KCl);o o Pureza: 99% Marca: May&Baker

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Cloreto de Ltio (LiCl);o o o Pureza: 99% Marca: Aldrich uma substncia Nociva

Soluo de cido Clordrico (HCl);o uma substncia Corrosiva

Soluo saturada de hexanitrocobaltato (III) de sdio (Na3Co(NO2)6); Soluo alcolica de fenolftaleina a 5%; Soluo amoniacal de fluoreto de amnio.

3.2.

Material e equipamento:

Material:

Cpsula de Porcelana; Fios de Platina; Pipetas de Pasteur; Pinas Metlica; Provetas; Tubos de ensaio e suporte; Tina de Vidro.

Equipamento: Banho de areia Gerhardt ; Bico de Bunsen IBS integre biosciences Firebom plus.

3.3.

Procedimento ExperimentalA Reactividade ao ar, gua e etanol

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Primeiramente, cortou-se pequenos pedaos de sdio, potssio e ltio. Observou-se o seu comportamento ao ar e comparou-se a velocidade das reaces e o aspecto dos produtos formados. De seguida, colocou-se gua em duas cpsulas de porcelana e numa tina de vidra. Cortou-se pedaos de ltio, sdio e adicionou-se gua nas respectivas cpsulas. Juntou-se tina de vidro um pedao de potssio. Comparou-se a radioactividade dos trs metais na gua. Adicionou-se algumas gotas de soluo alcolica de fenolftalena, assim que a reaco cessou, e registou-se a cor obtida. Repetiu-se o mesmo procedimento anterior mas utilizou-se etanol, comparouse o comportamento dos metais neste meio e na gua. Adicionou-se algumas gostas de soluo alcolica de fenolftalena e registou-se a cor.

B- Ensaio da chama Colocou-se cloreto de ltio na extremidade do fio de platina e aproximou-se do bico de Bunsen (com chama fraca e incolor) de acordo com a figura 1. Observou-se e registou-se a cor concedida chama pela vaporizao do sal. Procedeu-se do mesmo modo com o cloreto de sdio e com o cloreto de potssio. Entre cada ensaio, lavou-se o fio de platina com uma soluo de acido clordrico 1M. C Estudo comparativo da solubilidade de sais de ltio e potssio em agua e etanol C1 solubilidade do cloreto de ltio e fluoreto de ltio em gua Colocou-se uma pequena quantidade de cloreto de ltio num tubo de ensaio e na quantidade mnima de gua dissolveu-se o sal, esta adicionou-se gradualmente e agitou-se apos cada adio. De seguida, adicionou-se gota a gota, com auxilio de uma pipeta de Pasteur, soluo amoniacal de fluoreto de amnio. Por fim, comparou-se a solubilidade em agua do fluoreto de ltio formado com a do cloreto de ltio. C2 Solubilidade do perclorato de ltio e do perclorato de potssio em gua. Preparou-se duas solues aquosas concentradas de cloreto de ltio e de cloreto de potssio, em dois tubos de ensaio identificados. Adicionou-se, na hotte, gota a gota cido perclrico a ambos os tubos de ensaio. Comparou-se a facilidade da formao de precipitado nos dois tubos.

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C3 solubilidade do cloreto de ltio e do cloreto de potssio em etanol Colocou-se um pouco de cloreto de ltio e a mesma poro de cloreto de potssio num tubo de ensaio. Adicionou-se 5 mL de etanol, agitou-se durante alguns minutos e por fim filtrou-se a soluo. Lavou-se duas vezes o resduo com pores de 1 mL de etanol e juntou-se o etanol de lavagem ao filtrado. De seguida, evaporou-se em banho de areia e identificou-se o resduo atravs do ensaio da chama. Dissolveu-se o resduo que ficou no papel de filtro em 2 mL de gua e adicionou-se algumas gotas e uma soluo saturada de hexanitrocobaltato(III) de sdio e observou-se a formao de um precipitado amarelo.

3.4.

Resultados Experimentais

3.4.1. Registo dos Resultados

Ltio Ar Colorao do metal torna-se, rapidamente, esbranquiada gua Efervescncia

Sdio Rpida oxidao (Maior do que a do ltio-9

Potssio Reage (oxida) muito mais rpido que o ltio e o sdio

Efervescncia. Formao de fasca.

Formao de chama cor-de-rosa. Rpida efervescncia.

Etanol

Lenta efervescncia

Efervescncia

Formao de fumo. Violenta efervescncia.

Tabela 1. Observaes dos metais em contacto com o ar, gua e etanol.

Soluo Cloreto de ltio Cloreto de sdio

Cor da chama Vermelha Alaranjada (Amarela)

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Cloreto de potssio

Violeta

Tabela 2. Ensaio de chama

Sais de ltio e de potssio LiCl + H2O LiCL + H2O + Nh4F KCl + cido perclrico CiCl + cido perclrico

Solubilidade Dissolve facilmente No dissolve (h formao de precipitado) Formao rpida de precipitado Formao lenta de precipitado

Tabela 3. Efeito da solubilidade de sais de ltio e potssio em gua e etanol.

4. Discusso e CriticaRelativamente a esta actividade experimental, o objectivo de ilustrar algumas propriedades dos metais alcalinos, tais como a reactividade em diversos meios ar, gua e etanol e ainda, observar a evoluo dentro do grupo e comparar a solubilidade de alguns sais de ltio e de potssio em gua e etanol, foi atingido. Assim, no estudo da reactividade dos metais alcalinos ao ar, gua e etanol foi possvel comprovar que a velocidade das reaces aumenta ao longo do grupo quando estes so expostos ao ar. Foi ainda possvel comprovar que dos trs metais estudados, o potssio o mais reactivo nos trs meios devido s suas propriedades qumicas, seguindo-se o sdio e o ltio respectivamente. Devido elevada reactividade do potssio com a gua, observmos esta reaco numa tina e no numa cpsula pois, poderia causar danos graves. Ao estudar a solubilidade do cloreto e fluoreto de ltio em gua foi possvel verificar que o cloreto mais solvel pois no forma precipitado contrariamente ao fluoreto, isto porque, o raio atmico do fluoreto mais pequeno que o do cloreto pelo que, a energia reticular do cloreto menor que a do fluoreto. Em relao solubilidade dos sais, todos os cloretos dos metais alcalinos utilizados na preparao das solues apresentam solubilidade em gua. Averigumos que em etanol o cloreto de ltio mais solvel que o cloreto de potssio.

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Verificmos ainda que o perclorato da potssio menos solvel que o perclorato de ltio, uma vez que este forma precipitado rapidamente e o perclorato de potssio no forma precipitado. Constatamos, aps realizarmos o teste da chama ao resduo seco, e esta apresentar uma cor vermelha, que se tratava de cloreto de ltio. Contudo, e para terminar, podemos concluir que os metais alcalinos possuem semelhanas e diferenas distintas. Em relao reactividade, todos os metais alcalinos reagem com o oxignio do ar formando os seus respectivos xidos. Relativamente ao nosso desempenho enquanto grupo, todas se aplicaram o mximo que puderam neste trabalho experimental, apesar de, por vezes, surgirem algumas dvidas e receios. Contudo, o empenho esteve sempre presente.

5. Bibliografia[1] - AZEVEDO M., Teses, relatrios e trabalhos escolares, 4 ed., UCP, Lisboa, 2004 [2] - THE MERCK INDEX 13th Ed., Merck & Co., CD-R, 2001 [3] - D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th ed., CRC Press, Boca Raton, 2005. [4] Chemistry Resources, The Alkali Metals, consultada em 20 de Junho de 2010 s 17 horas e 18 minutos: http://www.chemtopics.com/elements/alkali/alkali.htm. [5] Chemical Elements.com Alkali Metals, Periodic Tabel: Alkali Metals, consultada em 20 de Junho de 2010 s 18 horas e 23 minutos:

http://www.chemicalelements.com/groups/alkali.html. [6] Wikipdia, Alkali Metal 19 de Junho de 2010 s 4 horas e 10 minutos, consultada em 21 de Junho de 2010 s 18 horas e 39 minutos: http://en.wikipedia.org/wiki/Alkali_metal. [7] Teste de Chama , consultada em 25 de Junho de 2010 s 19 horas e 23 minutos: http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/42/pags/videosdivulgcientifica/chama/index.html.

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