INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO CINCIA E TECNOLOGIA GOIANO CAMPUS RIO VERDELICENCIATURA EM QUMICA

QUMICA INORGNICA EXPERIMENTAL

MARO - 2015RIO VERDE - GOIS

RELATRIO PRTICO DE PREPARAO, OBTENO E CARACTERIZAO DE HIDROGNIO, OXIGNIO E CLORO

Relatrio Prtico apresentado ao Curso de Licenciatura em Qumica como exigncia da disciplina de Qumica Inorgnica experimental, sob a orientao da Prof Dr. Eloiza Nunes.

DISCENTES: GDELIA ARAUJO FERREIRA LASSA CRISTHIE DA COSTA PEREIRA TAMIRIS FREITAS VIEIRA

MARO- 2015RIO VERDE GOIS

Sumrio

AULA 011.Introduo51.1.Hidrognio51.2.Alumnio61.3.Zinco62.OBJETIVO73.PRODUO E OBTENO DO HIDROGNIO73.1.Eletrlise da gua83.2.Vapor reformando o gs natural ou outros hidrocarbonetos83.3.Fotobiolgico93.4.Gaseificao de biomassa e pirlises93.5.Outros formas de produzir o hidrognio104.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL104.1.Materiais e Reagentes104.2.Procedimento Experimental115.RESULTADOS E DISCUSSO115.1.Preparao das Solues de HCl e NaOH 2 mol/l115.1.1.NaOH125.1.2.HCl126.CONCLUSO127.QUESTIONRIO137.1.Equacione as reaes ocorridas em cada caso.137.2.Qualquer metal poderia ser utilizado para se preparar hidrognio, utilizando-se as rotas de sntese propostas? Explique.138.REFERNCIAS BIBLIGRAFICAS14AULA 021.Introduo141.1.Oxignio142.OBJETIVO153.COMPOSTOS OXIGENADOS164.PRODUO E OBTENO DO OXIGNIO175.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL175.1.Materiais e Reagentes175.2.Procedimento Experimental185.2.1.Obteno do oxignio pela degradao cataltica do KMnO4185.2.2.Obteno do oxignio pela degradao cataltica do MnO2195.3.CARACTERIZAO DO OXIGNIO - PROPRIEDADES OXIDANTES195.3.1.Oxidao do ferro195.3.2.Oxidao do enxofre196.RESULTADOS E DISCUSSES206.1.Obteno do oxignio e pela degradao cataltica do MnO2206.2.Obteno do oxignio a partir do permanganato de potssio e perxido de hidrognio207.CONCLUSO218.QUESTIONRIO218.1.Equacione as reaes ocorridas em cada caso218.2.Discuta as diferenas que podem ser observadas quando se utiliza KMnO4 ou MnO2 como catalisador? Explique em quais dos casos tem-se catlise homognea e heterognea.238.3.Relacione o experimento 2b com o processo industrial utilizado para produo do produto obtido.249.REFERNCIAS BIBLIGRAFICAS24AULA 031.INTRODUO252.OBJETIVOS263.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL263.1.Materiais e Reagentes263.2.Procedimento Experimental263.2.1Reao cloro com iodeto de potssio.273.2.2Reao cloro com brometo de potssio.274.RESULTADOS E DISCUSSO284.1Reao cloro com iodeto de potssio.284.2Reao cloro com brometo de potssio.285.CONCLUSO296.QUESTIONRIO297.REFERNCIAS BIBLIGRAFICAS30

Aula 01

1. Introduo

1.1. Hidrognio O hidrognio o elemento mais abundante do universo. Segundo estimativas, o universo constitudo por 92% de hidrognio e 7% de hlio, de modo que todos os demais elementos juntos representam apenas 1%. Contudo, a quantidade de H2na atmosfera terrestre muito pequena, pois o campo gravitacional da terra pequeno demais para reter um elemento to leve ( J.D. Lee, 2004).O hidrognio possui a estrutura atmica mais simples que qualquer outro elemento, sendo constitudo por um ncleo contendo um prton com carga +1 e um eltron circundante. Possui propriedades qumicas muito variadas, apesar do seu nico eltron e, sob certas circunstancias, pode se ligar a mais do que um tomo simultaneamente. Alm disso, varia em carter desde uma base forte de Lewis (como o on hidreto, H-) a um cido forte de Lewis (como no ction hidrognio, H+, o prton). Ele um elemento de grande instabilidade e conseqentemente, muito reativo, que tende a ajustar seu estado eletrnico de diversas formas. Quando perde um eltron, constitui um ction H+, que na realidade um prton. Em outros casos se produz por meio do ganho de um eltron para formar o nion hdrico H-, presente apenas em combinaes com metais alcalinos e alcalinos terrosos. Os ons H-no so, porm muito comuns.A produo de hidrognio freqentemente integrada com processos qumicos que requerem H2como matria prima. O principal uso do hidrognio na combinao direta com N2para produzir NH3. Hidrognio muito puro (pureza 99,9%) preparado por eletrolise da gua ou de solues de NaOH ou KOH. A preparao do gs H2consiste, usualmente, na reduo do estado +1. Essa reduo pode ser conseguida eletroliticamente ou quimicamente. O hidrognio eletroltico, comercialmente a forma mais pura, obtido pela eletrolise da gua. O mtodo comum de preparao do hidrognio em laboratrio a reao de cidos diludos com metais, ou de um lcali com alumnio. Empregam-se somente os metais que na serie eletroqumica estejam colocados acima do hidrognio.1.2. Alumnio

O alumnio o metal mais abundante e o terceiro elemento mais abundante, em peso, (depois do oxignio e do silcio) da crosta terrestre. O minrio de alumnio mais importante a bauxita, a disponibilidade deste minrio praticamente inesgotvel (Atkins, 2008).O alumnio por ser um elemento com alto potencial oxidante, no encontradoin natura,ou seja, puro na natureza. um metal to amplamente usado nos dias de hoje devido a caractersticas como leveza, resistncia, aparncia, entre outras, alm de ser encontrado formando compostos. O metal alumnio relativamente mole e mecanicamente pouco resistente quando puro, mas torna-se consideravelmente mais resistente quando formam ligas com outros metais.Em contraste com o boro, o alumnio elementar tipicamente metlico. Todavia, em alguns de seus compostos, o alumnio apresenta propriedade que lembram semi-metais, formando xidos anfteros e haletos relativamente volteis. O potencial de eletrodo para o alumnio mostra que o metal um forte agente redutor. Em circunstancias ordinrias, contudo, a superfcie do alumnio recoberta por uma camada densa, transparente, de oxido que protege o metal contra o ataque qumico.O on alumnio pode cristalizar a partir de solues aquosas, formando sais duplos, que so designados almens de alumnio. Os cristais tm geralmente a forma de grandes octaedros e so extremamente puros.O processo de obteno do alumnio a partir da bauxita faz uso do carter anftero do seu oxido Al2O3. Nesse processo o Al2O3 tratado com uma soluo aquecida de NaOH e o oxido de alumnio se dissolve formando Al(OH)4. A impureza de Fe2O3, que no anftero, permanece dissolvida e pode ser removida por filtrao. A soluo aquecida de Al(OH)4, quando resfriada, conduz precipitao de Al(OH)3. O Al(OH)3purificado aquecido at formar Al2O3, que ento dissolvido em uma mistura, em fuso, de criolita e ento eletrolisado para produzir alumnio metlico no ctodo ( Cadena, 2010).1.3. Zinco

Em uma clula de combustvel zinco-ar tpica, existe um eletrodo de difuso de gs (GDE), um nodo de zinco separado por um eletrlito e separadores de um tipo de forma mecnica. O eletrodo GDE uma membrana permevel que permite o passo do oxignio atmosfrico. Depois que o oxignio tenha sido convertido a ons hidroxila e gua, os ons hidroxila viajam atravs da membrana e alcanam o nodo de zinco. Aqui, o on reage com o zinco formando xido de zinco. Este processo gera um potencial eltrico.Na clula de zinco-ar, o anodo zinco e o catodo um material condutor (carbono), que usa o oxignio do ar como reagente. As semi-reaes andica e catdica esto representadas a seguir:Reao no anodo:Zn + 2 OH- Zn(OH)2 + 2e-Reao no catodo:O2 + 2 H2O + 4e- 4 OH-O zinco do anodo em geral na forma de p misturado com um gel. A tenso da clula aproximadamente 1,65 volts. Por usar o oxignio do ar como um dos reagentes, o volume do anodo pode ser grande em relao ao volume total da clula, resultado numa elevada taxa de energia armazenada por volume. Mas a resistncia interna no das menores e, por isso, no adequada para aplicaes de alta intensidade de corrente (Cadena, 2010). 2. OBJETIVO

Preparar hidrognio gasoso a partir de reaes entre zinco e alumnio metlicos e solues de cido clordrico e hidrxido de sdio.3. PRODUO E OBTENO DO HIDROGNIO

A escolha do melhor mtodo de produo do hidrognio depende da quantidade que queremos produzir e do seu grau de pureza. As tecnologias de produo do hidrognio necessitam de energia sobre alguma forma como calor, luz ou eletricidade de forma a que se inicie o processo. So bastante diversificadas, sendo de salientar as seguintes.

3.1. Eletrlise da gua

Este mtodo baseia-se na utilizao da energia eltrica, para separar os componentes da gua (hidrognio e oxignio), sendo o rendimento global do processo da ordem dos 95%.

Um bom mtodo inventado e estudado no final dos anos 80 e nos anos 90, recentemente patenteado (1999), altamente prometedor, no agressivo para o meio ambiente a obteno do hidrognio por eletrlise da gua usando um eletrolisador com uma(s) membrana(s) de troca de prtons (PEM Prton Exchange Membrane).A energia eltrica poder vir de fontes renovveis, como a energia solar, elica, hdrica, maremotriz, geotrmica, etc. Com este tipo de fontes renovveis o uso da eletrlise tem como vantagem ser uma forma de produzir hidrognio perfeitamente limpa. Mas tambm tem aspectos negativos, como serem necessrias grandes quantidades de energia, sendo que em geral as fontes de energia usadas so no renovveis e conseqentemente poluidoras.3.2. Vapor reformando o gs natural ou outros hidrocarbonetos

Esta tcnica consiste em expor o gs natural ou outros hidrocarbonetos a vapor a altas temperaturas para produzir o hidrognio, monxido de carbono e dixido de carbono. Esta tecnologia usada pela indstria, sendo a maioria do hidrognio obtido pelo processamento do vapor de gs natural (metano):

O passo seguinte converter o monxido de carbono com vapor para produzir hidrognio e dixido de carbono adicional, resultando maior obteno de hidrognio do processo. O hidrognio que possvel aproveitar do gs natural atravs deste processo andar na casa dos 70 a 90%.Com estes combustveis fsseis como o metano (CH4), propano (C3H8), butano (C4H10) e octano (C8H18) que contm hidrognio na sua constituio, tm-se uma forma econmica de se obter o gs hidrognio.Porm este mtodo tem trs desvantagens. A primeira que a produo de hidrognio com este mtodo, para responder a um consumo posterior fica mais cara por unidade energtica, do que se o combustvel primrio for simplesmente usado por combusto. A segunda que este mtodo s se aplica aos combustveis fsseis que so uma fonte no renovvel de energia e um dia iro deixar de ser usados como fonte de energia. A terceira o dixido de carbono que se liberta para o meio ambiente. Todos os dias a indstria produz 2831684,66 m3 (100 000 000 ft3) de hidrognio dos quais 99 % produzido com este mtodo chamado de vapor reformando os hidrocarbonetos.A gaseificao do carvo, seguida de processos de separao, tambm uma das tcnicas de como se pode obter o hidrognio a partir do carvo, havendo no presente momento alguns trabalhos de pesquisa nesta rea.3.3. Fotobiolgico

Com esta tecnologia alguns micrbios fotossintticos produzem H2 nas suas atividades metablicas usando a energia luminosa. Com o recurso de sistemas catalticos e de engenharia o grau de produo de hidrognio pode atingir os 24% de rendimento. Tem como vantagem ser um mtodo de produo de H2 limpo e eventualmente poder ser barato. A desvantagem deste mtodo que ainda se precisa fazer trabalho de pesquisa de forma a que o processo seja melhorado.3.4. Gaseificao de biomassa e pirlisesEm 1996, investigadores americanos acharam enzimas de duas formas de bactrias resistentes ao calor - uma descoberta em montes de escria de carvo queimando sem chama, a outra em aberturas vulcnicas profundas no Pacfico onde o gs hidrognio libertado a partir de molculas de glicose. Porque ambas as enzimas so resistentes ao calor, podero ser usadas com este, o que far com que as reaes se dem mais rapidamente.A madeira e o papel so constitudos por celulose, que um polmero da glicose, sendo eventualmente possvel, o uso destas enzimas para produzir hidrognio de pedaos de madeira e aparas e de papel usado.A produo de hidrognio com este mtodo pode ser o resultado da alta temperatura que o gaseifica, bem como das pirlises de baixa temperatura resultantes da biomassa (resduos de aglomerados, madeira, mato da limpeza das florestas, resduos agrcolas, etc) tendo como catalisador estas bactrias resistentes ao calor. Esta tecnologia est atualmente tambm disponvel para combustveis fsseis.3.5. Outros formas de produzir o hidrognio

O Hidrognio pode ser obtido pela reao de metais muito reativos (como clcio ou sdio) com gua, ou, como j mencionado acima, pela ao de cidos sulfrico ou clordrico com metais moderadamente reativos como o ferro ou zinco.Algum do hidrognio que produzido na indstria usa o processo de Haber quando se fabrica a amnia. Outros mtodos incluem processos durante a refinao do crude, durante a fabricao da margarina e do metanol.O Hidrognio ganha importncia como o combustvel do futuro, quer para a produo de energia eltrica, quer para o transporte e no aquecimento da casa. Cada vez mais hidrognio ser usado para estes propsitos.4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL4.1. Materiais e Reagentes

Tubos de ensaio;Esptula;Zn metlicoAl metlicoSoluo de HCl 2,0 mol/L;Soluo de NaOH 2,0 mol/L;Balo volumtrico de 100,0 mLBquer de 100,0 mLPipeta graduada de 25,0 mLPipeta graduada de 5,0 mLBalana semi-analticaIsqueiro e fsforo4.2. Procedimento Experimental

Preparou-se as solues de NaOH e HCl de concentrao 2,0 mol/L cada. Para isso, pesou-se cerca de 8,0 g de NaOH e o dissolveu em um balo volumtrico de 100 mL com gua destilada. Pipetou-se cerca de 16,62 mL de HCl e dilui-se em um balo volumtrico de 100 mL e completou-se o menisco com gua destilada.Adicionou-se 1,0 g de Zn metlico em dois tubos de ensaio e 1,0 g de Al metlico em outros dois tubos de ensaio. Em um dos tubos de ensaio contendo zinco, adicionou-se 5 mL da soluo de HCl e no outro, 5 mL da soluo de NaOH. O mesmo foi feito para os outros tubos de ensaio contendo alumnio. Observou-se atentamente cada tubo e anotou-se o que ocorreu.Coletou-se o gs proveniente da reao entre o metal e o/a cido/base em outro tubo de ensaio e, este com a boca virada para baixo, aproximou-se um fsforo aceso boca do tubo e observou-se.5. RESULTADOS E DISCUSSO5.1. Preparao das Solues de HCl e NaOH 2 mol/l

Efetuou-se os clculos para a preparao das solues de NaOH e HCl concentrao 2,0 mol/L cada. 5.1.1. NaOH

MNaOH = M (mol/L) x MM (g/mol) x V(L)MNaOH = 2 mol/L x 40 g/mol x 0,1 L MNaOH = 8 g

5.1.2. HCl

MHCl = M (mol/L) x MM (g/mol) x V(L)MHCl = 2 mol/L x 36,6 (g/mol) x 0,1 LMHCl = 7,32 gA densidade da soluo de HCl e 1,19g/mL. Logo o volume necessrio de HCl : = , logo V= m/V= = 6,15 mLLevando-se em considerao o Titulo do rtulo, tem-se que 37% corresponde ao HCl, ento:V= x 100 = 16,62 mL6. CONCLUSO

Contudo o mtodo de preparao de hidrognio a partir de reaes entre os metais zinco e alumnio e solues de cido e base um mtodo prtico e eficiente (apesar de o recolhimento do hidrognio ser invivel), uma vez que as reaes ocorrem ligeiramente rpidas.7. QUESTIONRIO

7.1. Equacione as reaes ocorridas em cada caso.

Ao entra em contato com a soluo de NaOH 2 mol/L, o alumnio metlico comeou a reagir rapidamente, formando um complexo de Na e Al, e H2gasoso. A equao abaixo representa tal reao.2 Al (s) + 2 NaOH (aq) + 6 H2O (l) 2 Na [Al(OH)4](s) + 3 H2 (g)Quando em contato com a soluo de HCl 2 mol/L, a reao ocorreu mais lentamente, mas pode-se observar a formao de gases no tubo de ensaio. A demora na reao entre o alumnio metlico e o cido clordrico se deve formao de xido de alumino, pois uma vez em contato com o ar o alumnio se oxida e forma tal xido, sendo a mesma representada a seguir. Al (s) + 6 HCl (aq) 2 AlCl3 (s) + 3 H2 (g)O zinco, quando em contato com a soluo de HCl 2 mol/L, reagiu de forma menos vigorosa que o alumnio, uma vez que a capacidade de oxidar do zinco menor que a do alumnio. Na presena da soluo de hidrxido de sdio 2 mol/L o zinco metlico no se observou formao de bolhas durante o experimento. O zinco menos reativo que o sdio, portanto ele no consegue desloc-lo para forma Zn(OH)2, no reagindo na presena desta base. A reao entre o zinco e o cido clordrico representada a seguir: Zn (s) + 2 HCl ( aq) ZnCl2 ( s) + H 2 (g) 7.2. Qualquer metal poderia ser utilizado para se preparar hidrognio, utilizando-se as rotas de sntese propostas? Explique. No, Nem todos os metais da Tabela Peridica poderiam ser utilizados para preparar hidrognio utilizando essa metodologia. O ouro, a prata e a platina, por exemplo, no sofrem ataque cido ou bsico porque so metais nobres, isto , dificilmente sofrem ataque qumico de outras substncias.8. REFERNCIAS BIBLIGRAFICAS

LEE, J.D Quimica Inorganica no to concisa;traduo da 5aedio inglesa, Editora Blucher, So Paulo, 1999SHRIVER, D.F; Atkins P. W. Qumica Inorgnica. Porto Alegre: Bookman, 2008, 4 edioDiana Mmarcela Cadena. Estudo do hidrognio. Disponvel em