Grupo 13

1. Objetivo

Observar a verificação das propriedades dos elementos do grupo 13 (boro) e de seus compostos, tais como reatividade do alumínio com ácido forte e base, propriedade ácida do ortobórico, teste de precipitação.

1. Introdução

O Grupo 13 (Família 3A) é composto pelos elementos Boro (B), Alumínio (Al), Gálio (Ga), Índio (In) e Tálio (Tl), estes possuem caráter metálico não tão forte como os metais alcalinos terrosos, isto é, são metais reativos de uma forma mais moderada. Seus compostos estão no limite entre os que possuem caráter iônico e covalente, podendo assim ser covalentes quando anidro (não contém água), mas formando íons em solução. O tipo de ligação formada é dependente do que é mais adequado em termos de energia e essa mudança de covalente para iônico acontece, pois os íons são hidratados e a quantidade de energia de hidratação liberada ultrapassa a energia de ionização.

O grupo 13 é a primeira família do bloco p. Seus integrantes têm configuração eletrônica ns2np1, portanto, espera-se que seu número de oxidação máximo seja 3+ (trivalentes). Os números de oxidação do Boro e Alumínio são +3 em boa parte de seus compostos.  Contudo, os elementos mais pesados do grupo são mais propensos a reter os elétrons s, devido ao efeito do par inerte, que é a tendência de formar íons duas unidades mais baixas em carga que o esperado pelo número do grupo, logo, o número de oxidação +1 se torna cada vez mais importante de cima para baixo no grupo.

Os pontos de fusão dos elementos deste grupo não variam regularmente, como ocorre nos metais do Grupo 1 e 2, os valores do grupo 13 não podem ser comparados entre eles, pois o boro e o gálio apresentam estruturas cristalinas singulares,  estes pontos decrescem do Al para o In descendo pelo grupo. O ponto de ebulição do boro é muito elevado, já os valores para o gálio, índio e tálio diminuem de cima para baixo no grupo, como era de se esperar.

Os raios metálicos dos átomos não aumentam de forma regular, de cima para baixo dentro do grupo. Porém, estes valores não podem ser comparados, pois o boro é um ametal e o raio medido é a metade da menor distância de aproximação, isso também ocorre no Ga, porém sua estrutura cristalina é pouco comum.

O caráter eletropositivo do grupo 13 cresce do boro para o Al, correspondendo à tendência normal observada estando associada ao aumento de tamanho, e decresce do Al para o Tl, estes não seguem a tendência esperada, pois possuem menor tendência de perder elétrons, por conta da blindagem não eficiente dos elétrons d.

As energias de ionização não decrescem de forma regular dentro do grupo, do B para o Al o decréscimo possui um comportamento esperado, por conta do aumento de tamanho. Já os valores para os outros elementos do grupo, é influenciado pela blindagem ineficiente pelos elétrons d.

Os elementos do grupo 13 formam complexos com uma facilidade maior que os elementos do bloco s, por conta de seu tamanho menor e sua carga maior. Temos como exemplo o Li[AlH4], H[BF4], [GaCl6]3-, [InCl6]3- e [TlCl6]3-.

O boro é um elemento muito raro, porém bem conhecido, pois existe em depósitos concentrados de bórax, Na2[B4O5(OH)4].8H2O, e de kernita. Ele é um ametal, formando sempre ligações covalentes, especialmente, pois seus átomos são muito pequenos. Contrastando assim com os outros elementos do grupo 13, que são classificados como metais.  Quando aquecido, o boro reage com oxigênio, halogênios, ácidos oxidantes e álcalis fortes. A temperaturas muito altas, o boro forma o óxido de caráter ácido B2O (anidrido bórico) quando se decompõe a água e liga-se ao oxigênio. Através da dissolução do B2O surge o ácido ortobórico (H3BO3, um sólido pouco solúvel) e o metabórico (HBO2), sendo os dois fracos e o ortobórico possuindo mais estabilidade em solução aquosa. O B possui uma estrutura cristalina fora do comum (romboédrica), possuindo assim um ponto de fusão muito elevado.

O Al é obtido através da bauxita [AlO.OH(Al2O3.H2O) ou Al9OH)3(Al2O3.3H2O)], possui uma densidade relativamente baixa (2,73 g cm-3) e apresenta estrutura metálica de empacotamento denso. Ele é um metal muito reativo e deveria reagir com a água e com o ar, porém ele é estável, isso ocorre, pois ele é protegido por uma finíssima película transparente de óxido (o alumina, Al2O3) formada quando em contato com a umidade e ar, que o torna insolúvel em água. É relativamente mole e fraco quando puro, porém torna-se notavelmente mais resistente quando o combinado em ligas com outros metais.

As soluções aquosas de boa parte dos sais de alumínio são ácidas. Ao adicionar-se uma base a essas soluções, forma-se um precipitado branco gelatinoso [o hidróxido de alumínio - Al(OH)3]. O alumínio reage violentamente com ácido clorídrico (HCl) e sulfúrico (H2SO4), em uma reação extremamente exotérmica,  que desprende gás hidrogênio (H2), pois  o alumínio tem um caráter anfótero (reage tanto com bases quanto com ácidos).

Alumínio queima em nitrogênio em temperaturas muito altas formando AlN, já os demais elementos do grupo não reagem com o nitrogênio. Ele reage com facilidade com os halogênios, mesmo a frio e forma os tri-haletos.

A grande diferença de tamanho entre boro e alumínio provoca muitas diferenças nas suas propriedades. Por exemplo, o B é um ametal, tem ponto de fusão extremamente elevado, sempre forma ligações covalentes e seu hidróxido é ácido. Em contraste, o alumínio é um metal, tem ponto de fusão muito mais baixo e seu hidróxido é anfótero. (LEE, 1999, p.184)

1. Materiais e Reagentes

• Tubos de ensaio
• Béquer
• Pipeta de Pasteur
• Balança Analítica
• Espátula
• Bico de Meker
• H3BO3
• Papel indicador universal de pH
• Cápsula de porcelana
• NaOH 10%
• Glicerina(aq) 10%
• Etilenoglicol(aq) 10%
• H2O destilada
• NaCO3 0,10 mol/L
• NaPO4 0,10 mol/L
• Na2S 0,10 mol/L
• NH4OH 6 mol/L
• NaOH 6 mol/L
• HCl 6 mol/L
• H2SO4 concentrado
• Metanol
• Bórax
• Alumínio metálico

1. Procedimento Experimental

1. Reações com boro

Iniciou-se os procedimentos com as reações com o boro. Preparou-se uma solução de H2BO3. Para isso, dissolveu-se (0,5370 ± 0,0001) g de H3BO3 em 12,5 mL de H2O. Transferiu-se 3,0 mL para um tubo de ensaio. Verificou-se o pH com o auxilio da fenolftaleína. Adicionou-se, então, a solução de NaOH 10% gota a gota. Acrescentou-se ao tubo 5 gotas de glicerina.