Relatório Inorgânica Grupo 3

1. Introdução

        O grupo 13, também conhecido como o grupo do boro, é composto pelos elementos: Boro (B), Alumínio (Al), Gálio (Ga), Índio (In) e Tálio (Tl).1 Estes possuem caráter metálico menos intenso que os metais alcalinos terrosos (grupo 2). Com exceção do Boro, que é considerado um metaloide, todos os outros elementos do grupo são metais. 2

        Por possuírem a configuração de valência do tipo ns2np1, ou seja, 3 elétrons na sua camada mais externa, formam cátions com número de oxidação (NOX) +3. Com exceção do Tl, normalmente utilizam esses três elétrons para formar três ligações. Dessa forma, podem assumir o estado trivalente. A formação desta trivalência requer a promoção de um dos elétrons s para o orbital p, originando 3 orbitais sp2.3;4

Figura 1 – Formação da trivalência do Boro

[pic 1]

Fonte: LEE, J. D.; Química inorgânica não tão concisa, 5 edição, Ed. Edgard Blucher, 1999 – Capítulo 12

        As ligações formadas são, geralmente, covalentes, como sugerem a regra de Fajans, a soma das três primeiras energias de ionização e os valores das eletronegatividades. Entretanto, com exceção do Boro, que sempre forma ligações covalentes, os outros elementos do grupo formam íons quando em solução. Isso ocorre porque os íons são hidratados e a quantidade de energia de hidratação liberada excede a energia de ionização. 4

É válido ressaltar que tanto o alumínio e quanto o boro queimam prontamente ao ar ou em atmosfera com oxigênio, produzindo B2O3 e Al2O3, respectivamente. A reação com o Al é fortemente exotérmica. 4

4Al(s) + 3O2(g) → 2Al2O3(s) + energia        ∆H = -2552 kJ

 (Equação 1 – Fonte: LEE, J. D.)

        Todos os elementos do grupo formam sesquióxidos quando aquecidos em atmosfera de oxigênio, isso significa que o óxido deve ter a forma M2O3. O B2O3 é um típico óxido não metálico, possui propriedades ácidas, devido ao seu caráter covalente, e é convenientemente obtido pela desidratação do ácido bórico. É também o anidrido do ácido ortobórico e reage com óxidos básicos (metálicos), formando sais denominados boratos ou metaboratos.3;4

[pic 2][pic 3]

        H3BO3                HBO2                        B2O3[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

(Equação 2 – Fonte: Lee, J. D.)

        

        O ácido ortobórico é um sólido pouco solúvel e se comporta como um ácido monoprótico fraco (Ka = 6,0 x 10-10). O sal mais estável do ácido bórico é o tetraborato de sódio decaidratado ou borax (Na2B4O7 . 10H2O).3

        

        O alumínio apresenta um potencial de redução igual a -1,67V para a reação abaixo.5

Al3+ + 3e- → Al0

(Equação 3 – Fonte: Apostila Inorgânica Experimental)

        Apesar de ele se oxidar na presença de íons H+ provenientes da água, sua superfície apresenta grande afinidade com o oxigênio, formando uma película protetora de óxido de alumínio, insolúvel em água.5 Isto o torna um dos materiais mais utilizados para proteção contra a corrosão em diversos meios, entre eles o mais agressivo que é o meio salino.5

        Este fenômeno é denominado passivação, um processo natural, o qual pode ser entendido como sendo a reação que ocorre entre as espécies metálicas e substâncias contidas nesse meio. Pode ocorrer à temperatura ambiente.5

        Além disso, o alumínio reage a ácidos clorídrico (HCl) e sulfúrico (HSO4) (diluídos), havendo desprendimento de hidrogênio (eq. 4). Reage também com soluções alcalinas – devido à sua propriedade anfótera – formando o ânion hidroxialuminato, também com desprendimento de hidrogênio.3

2Al(s) + 6H+(aq) → 2Al3+ + 3H2

(Equação 4 – Fonte: Apostila Inorgânica Experimental)

2Al(s) + 2OH-(aq) + 6H2O → 2Al(OH)4

(Equação 5 – Fonte: Apostila Inorgânica Experimental)

2. Objetivo

Analisar a reatividade dos compostos formados por elementos do grupo 13 e comparar a reatividade desses com os dos grupos 1 e 2 e o caráter anfótero de alguns de seus óxidos.

3. Materiais

3.1 Prática 1

• Béqueres;
• Papel Indicador Universal
• Papel filtro
• Funil
• Baqueta;
• Tubos de ensaio;
• Lixa
• Pinça
• Vidro de Relógio
• Água destilada;
• Bórax (Na2B4O7.10H2O);
• Ácido Clorídrico (HCl);
• Ácido Nítrico (HNO3);
• Alumínio Metálico
• Hidróxido de Sódio (NaOH 2 mol.L)
• Hidróxido de Alumínio (Al(OH)3)
• Cloreto de Alumínio (AlCl3)
• Amônia (NH3)

4. Métodos

• Experimento 1: Obtenção do ácido bórico

Inicialmente, 2g de Bórax (Na2B4O7 . 10H2O) foram adicionados em um béquer contendo 20 mL de água destilada que, em seguida, foi aquecido suavemente, até a dissolução do soluto. Como a solução ficou um pouco turva, a quente foi filtrada. Após este procedimento, o caráter ácido-basico da solução foi testado com o auxílio de um papel indicador universal. Os resultados foram obtidos e anotados, bem como as reações químicas ocorridas.

Em seguida, foi adicionada gota a gota de uma solução de HCl 2 mol/L à mesma, até que o meio se tornasse ácido (o que foi verificado com o papel indicador). Após, o béquer foi resfriado em um banho de gelo para que se pudesse observar a formação de cristais de ácido bórico. Foi necessário friccionar uma baqueta no fundo do béquer, até o aparecimento do precipitado. Por fim, as reações químicas balanceadas foram anotadas e pôde-se explicar a influência da temperatura na solubilidade do tetraborato de sódio e do ácido bórico em água.