Experimento: "Os elementos carbono e silício e seus compostos"

Experimento 3: "Os elementos carbono e silício e seus compostos"

Alunos: Guilherme Yacovenco, Luísa Bisi e Thamiris da Silva

Professor : Luiz Carlos Machado

INTRODUÇÃO

Os elementos do grupo IVA são distinguidos pela configuração da camada de valência ns2 np2. Tem como elemento principal, o carbono, o mais importante elemento para os seres vivos, seguido pelo silício, que é um dos elementos fundamentais para a tecnologia moderna. Os outros elementos que fazem parte desta família são o germânio, estanho e chumbo. À medida que percorremos a tabela periódica da direita para a esquerda, os grupos vão aumentando o caráter metálico, com os elementos não-metálicos limitados ao topo do grupo. Então, o carbono é menos metálico do grupo, apresentando uma variedade alotrópica que é condutora de eletricidade (LEE, 1996; RUSSEL, 1994).

O carbono é o 17° elemento mais pesado encontrado na crosta terrestre, é onipresente na natureza e por isso é único elemento da tabela periódica que forma mais compostos combinados e tem seu estudo diferenciado na química, a chamada química orgânica. O elemento carbono possui grande afinidade para combinar-se quimicamente com outros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono que podem formar extensas cadeias. O carbono é distintamente um não metal e ocorre livre na natureza, em suas conhecidas formas alotrópicas: diamante, grafite e carvão (LEE, 1996).
O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis como petróleo e gás natural; do primeiro se obtém por destilação nas refinarias gasolinas, querosene e óleos e, ainda, é usado como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondo como fonte de energia por sua combustão mais limpa.
O silício é um elemento químico pertencente ao grupo do carbono, de símbolo Si, e é o segundo elemento mais abundante em combinação com outros elementos, constitui 27,7% da crosta terrestre, perdendo apenas para o oxigênio. Constitui a grande maioria das rochas, solos, areias e terras são compostas de silício, ou das várias formas de sílica pura ou impura, SiO2 (quartzo, sílex, tridimita, ágata, opala etc.), ou de silicatos, tais como feldspatos, micas, talcos e muitos outros. Este elemento em estado livre é um sólido cinza-escuro, duro, de brilho metálico e estrutura cristalina semelhante à do diamante. Suas propriedades químicas se são semelhantes às do carbono: relativamente inerte à temperatura ambiente, com aquecimento há um aumento de sua reatividade com os halogênios e com determinados metais. De modo geral, o silício não é atacado pelos ácidos comuns, mas uma mistura de ácido nítrico com ácido fluorídrico o dissolve. Já em presença de flúor, no entanto, o silício inflama-se e produz óxido (RUSSEL, 1994).

PROCEDIMENTO E RESULTADOS E DISCUSSÃO

• Ao tratar alguns miligramas de carbono pulverizado com ácido nítrico é outros ácidos concentrados, observou-se os seguintes comportamentos:

Tabela 1 - Comportamento do carbono pulverizados em alguns ácidos concentrados

• Fundiu-se em um tubo de ensaio seco cerca de 1g de nitrato de potássio. Atirou-se um pequeno pedaço de carvão vegetal na fusão e observou-se. Houve uma combustão, os produtos da reação: gás carbônico que é liberado em parte, libera gás nitrogênio e o resíduo sólido que ficou é carbonato de  potássio.

4KNO3 (s) + 5C(s) → 3CO2 (g) + 2N2 (g) + 2K2CO3 (s)                  eq.1

• Reagiu-se ácido fórmico concentrado com 100 mL de ácido sulfúrico concentrado, com o objetivo de formar monóxido de carbono, através de uma desidratação proveniente da reação de ambos.

HCOOH + H2SO4 → CO + H2SO4.H2O        eq.2

Utilizou hidróxido de sódio para reter o ácido fórmico.

Observou-se que o CO funciona como agente redutor, removendo o oxigênio de alguns compostos, mas sua eficiência como o mesmo varia de acordo com o meio que se encontra. No caso da utilização deste gás para a redução da solução de AgNO3, o mesmo mostrou-se bom, uma vez que a solução passou de incolor para escura. Já com uma solução diluída de permanganato de sódio, o CO não foi muito efetivo, uma vez que clareou levemente a solução.

5HCOOH + 3H2SO4 + 2KMnO4 → 5CO2 + 8H2O + K2SO4 + 2MnSO4    eq.3

• Comprovou-se com um indicador, o pH de soluções de carbonato de sódio (Na2CO3) e bicarbonato de sódio (NaHCO3), e obteve respectivamente pH: 13 e pH: 10. O NaHCO3 é menos básico, pois este em solução faz com que o ânion HCO3- proveniente deste sal, reaja com o cátion H+ da água formando um ácido fraco. Contudo, os ânions OH- ficam livres, tomando a solução básica.

Aqueceu-se em tubos de ensaios secos, pequenas quantidades de carbonato de sódio hidratado, carbonato de sódio anidro e bicarbonato de sódio. Nestes aquecimentos, observou-se a liberação de vapor de água com mais intensidade no primeiro composto, e nos demais, o sólido grudou no fundo do tubo de ensaio. As observações no aquecimento de cada composto são respectivamente: muita desidratação, pouca desidratação e pouca desidratação. Os carbonatos do grupo 1 são estáveis ao calor e fundem-se sem sofrer decomposição, já os bicarbonato fundem-se facilmente com um aquecimento, ocorrendo a liberação de CO2 e a formação de carbonato. A decomposição térmica destes compostos não foi visível, mas é identificada nas equações químicas abaixo :

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