Slides Fundamentos da Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

1.Introdução:

Pertencentes ao grupo 1, lítio, sódio e potássio são metais alcalinos, ou seja, possuem apenas 1 elétron na última camada. Por terem energias de ionização baixas, a tendência é que percam seu único elétron de valência. Por isso, são altamente reativos, não podendo ser encontrados na natureza em seu estado puro (1). São armazenados em hidrocarbonetos anidros, pois não podem estar em contato com a umidade do ar ou água, uma vez que reagiriam conforme a equação abaixo:

2Metal(s) + 2H2O(l)  -> 2MOH(aq) + H2(g) (2)

Observa-se que há formação de base, o que faz com que o pH do meio seja acima de 7.

Outra reação importante é a que ocorre entre ácidos e bases. Em meio aquoso, se dá conforme a equação abaixo:

Ácido(aq) + base(aq) -> sal (aq) + H2O(l) (1)

Um indicador ácido-base é a fenolftaleína , um líquido totalmente incolor que em meios com pH acima de 10, se torna rosa. (5)

Outro conceito importante é que quanto maior o raio atômico, menor é a força de atração do núcleo sobre os elétrons das últimas camadas (2). Por exemplo, o magnésio por ter raio atômico maior que o do alumínio, além de possuir apenas dois elétrons na camada de valência (o alumínio tem três), requer menos energia que o segundo para que ocorra uma reação.

 Algo a ser ressaltado, é que o fósforo, elemento do grupo 15, apresenta dois alótropos: o fósforo branco e o vermelho. O primeiro é muito reativo, pois os ângulos de 60º entre suas ligações resultam em uma alta tensão(1).  

É importante lembrar que, enquanto que um líquido polar é geralmente o melhor solvente para compostos iônicos e polares, líquidos apolares são melhores solventes para compostos apolares (1).

2.Objetivo:

Reconhecer e analisar a reatividade de alguns elementos representativos.

3.Materiais e métodos:          

Vide roteiro.

4.Resultados e discussão:

4.1: Lítio, sódio e potássio

Fora observado que os três elementos são sólidos e têm interior prateado. Por fora, o lítio é cor grafite, o sódio amarelo e o potássio é esverdeado. Estão armazenados em líquido, que não a água, devido à sua alta reatividade.

Quando colocados em contato com a água, os metais reagiram segundo as equações abaixo:

2Li(s) + 2H2O(l) -> 2LiOH(aq) + H2(g)

2Na(s) + 2H2O(l) -> 2NaOH(aq) + H2(g)

2K(s) + 2H2O(l) -> 2KOH(aq) + H2(g)

O gás hidrogênio liberado nas reações, possui forte odor. O outro produto formado, é sempre uma base, de pH acima de 10, justificando a mudança de cor da fenolftaleína.

4.2: Magnésio e Alumínio

Ambos são sólidos em temperatura ambiente e de cor prateada.

Ao adicionar ácido clorídrico (HCl), observa-se que o magnésio reagiu mais rapidamente e, em ambos os tubos de ensaio, foi liberado gás hidrogênio. Notou-se que a reação com o magnésio foi exotérmica, houve dissolução instantânea e o líquido resultante era incolor. Já com o alumínio, a dissolução foi lenta, a cor do meio tornou-se cinza, houve sobras e liberação de calor. Tais reações estão de acordo com as seguintes equações:

Mg(s) + 2HCl(aq) ->  MgCl2(aq) +H2(g)

2Al(s) + 6HCl(aq) ->  2AlCl3(aq) +3H2(g)

Ao reagir os produtos das equações anteriores com hidróxido de sódio (NaOH), há o aparecimento de precipitados. No caso do magnésio, o precipitado (Mg(OH)2) é branco, gelatinoso e fica na parte inferior do tubo. O precipitado do alumínio(Al(OH)3) também é gelatinoso, porém é acinzentado. As equações das reações estão abaixo:

 MgCl2(aq) + 2NaOH(aq) -> Mg(OH)2 (aq) + 2NaCl(aq)

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

Em seguida, adicionou-se HCl até ambas as soluções tornarem-se homogêneas, conforme as equações abaixo:

Mg(OH)2(aq) + 2HCl(aq) -> MgCl2(aq) + 2H2O(l)

Al(OH)3(aq) + 3HCl(aq) -> AlCl3(aq) + 3H2O(l)

O hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) não reage com outras bases, enquanto que o hidróxido de alumínio (Al(OH)3) é anfótero, ou seja, reage tanto com ácidos quanto com bases. (4)

4.3: Fósforo vermelho, branco e enxofre

Observou-se que os três são sólidos, porém o fósforo vermelho e o enxofre encontram-se na forma de pó, diferente do fósforo branco. Este último é armazenado em um líquido, a água, devido sua alta reatividade.