Relatório - Química Experimental - Preparação do ácido bórico e determinação do seu ponto de fusão

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ [pic 1]

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA EXPERIMENTAL - 207

ENGENHARIA QUÍMICA

[pic 2]

PREPARAÇÃO DO ÁCIDO BÓRICO E DETERMINAÇÃO DE SEU PONTO DE FUSÃO

Acadêmicos: RA:

Giovana Junges Pattaro 124833

Laura Andrade da Mota 123511

Maria Fernanda Rodrigues 125149

Pedro Antonio Galacci Reinert 125101

Pedro Augusto Ascencio Dalla Vecchia 124023

Prof. Paulo Cesar S. Pereira

MARINGÁ

2022

1 - INTRODUÇÃO

1.1 – Fundamentação teórica 

O grupo 13 da tabela periódica, mais conhecido como ‘’Família do Boro’’, é formado pelos seguintes elementos: boro (B), alumínio (Al), gálio (Ga), índio (In) e tálio (Tl). Os quais possuem propriedades incomuns, pois nem o ganho, nem a perda de elétrons é vantajosa 

energeticamente falando. Os membros deste grupo apresentam configuração eletrônica , logo o número máximo de oxidação deles é +3. Tal característica é vista principalmente nos compostos de boro e alumínio. (CUIN, 2019). [pic 3]

A tabela a seguir apresenta algumas características e propriedades dos elementos do grupo 13 da tabela periódica:

Tabela 1 - Propriedades dos elementos do grupo 13 da tabela periódica

Z	Elemento	Massa molar Ponto de (g/mol) fusão (°C)	Ponto de ebulição (°C)	Densidade (g/cm3)
5	Boro (B)	10,81 2300	3931	2,47
13	Alumínio (Al)	26,98 660	2467	2,70
31	Gálio (Ga)	69,72 30	2403	5,91
49	Índio (In)	114,82 156	2080	7,29
81	Tálio (Ti)	204,38 304	1457	11,87

Fonte: ATKINS, 2018.

Considerando as informações acima, é possível perceber que em condições ambiente de 25 °C e 1 atm, todos os membros do grupo 13 estão no estado sólido e que eles são muito mais densos que a água líquida nessas mesmas condições ([pic 4]

Um dos elementos mais importantes do grupo 13 é o boro, pois ele é um metalóide uma energia de ionização relativamente alta e que realiza apenas ligações covalentes, porém, por possuir apenas 3 elétrons na camada de valência e um raio atômico pequeno, ele forma

compostos com deficiência eletrônica. O boro elementar possui várias formas alotrópicas, sendo normalmente encontrado na natureza como um sólido não-metálico de cor cinza escuro ou na forma de um pó marrom escuro com estrutura icosaédrica baseada em um conjunto de 20 átomos (ATKINS, 2018).

Tal estrutura icosaédrica é representada a seguir:

Figura 1 - Estrutura icosaédrica do Boro elementar

[pic 5]

Fonte: ATKINS, 2018.

A propriedade mais incomum do boro está relacionada com as ligações que ele realiza. Os boranos, moléculas formadas apenas por átomos de boro e hidrogênio, são compostos com deficiência de elétrons, isso faz com que não seja possível escrever uma estrutura de Lewis válida, pois não há elétrons suficientes para serem compartilhados. A explicação desse fenômeno é dada pela Teoria dos Orbitais Moleculares (TOM): alguns pares de elétrons presentes nas moléculas de boranos estão deslocalizados, isso significa que a capacidade de ligação deles é compartilhada por vários átomos. (ATKINS, 2018)

Um exemplo disto pode ser vista na molécula do diborano (B2H6):

Figura 2 - Representação das ligações da molécula de Diborano

[pic 6]

Fonte: Domínio Público.1 

É possível perceber que há ligações B – H com tamanhos diferentes, isso se deve ao fato de existir elétrons deslocalizados. Por exemplo, cada ligação H – B – H possui um par de elétrons deslocalizados, tal ligação em especial é chamada de ligação de três centros.

1 Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diborane-2D.png.

Os dois principais compostos de boro são: bórax e ácido bórico. O bórax é um um mineral que é encontrado na forma de um pó esbranquiçado na forma anidro (Na2B4O7) ou decahidratado (Na2B4O7.10H2O), ele é facilmente solúvel em água e possui bastante propriedade antissépticas, antifúngicas e antivirais, o que faz com que ele possua várias aplicações médicas, na área de limpeza e também de fertilizantes. O ácido bórico (H3BO3) é encontrado sob a forma de cristais ou pó esbranquiçados e normalmente é obtido a partir de reações entre boratos e ácido sulfúrico, ele possui propriedades antissépticas e adstringentes, o que o leva a ser aplicado em esmaltes, cremes para pele, pesticidas e até produtos oftalmológicos (CARBON & CHEMICALS, 2022)

O tetraborato de sódio (bórax) seja na sua forma anidro ou decahidratado é um sal que sofre hidrólise, liberando o ácido bórico, o qual é fraco, pois não se ioniza bastante, devido ao seu elevado caráter covalente. O fato do bórax ser um sal de ácido fraco faz com que ele possa ser utilizado como base na titulação de ácidos (CUIN, 2019). A hidrólise retratada está descrita na reação a seguir:

[pic 7]

Dessa forma, é possível, graças a hidrólise do bórax, a preparação do ácido bórico e a determinação de seu ponto de fusão.