Investigando os halogênios Por: Alfredo Mateus

Neste experimento vamos propor, além do procedimento para se observar os fenômenos, uma atividade completa, com sugestões de questões para discussão com os alunos.

O objetivo da aula é permitir ao aluno descobrir que existe uma ordem na tendência de uma substância ganhar ou perder elétrons.

Por meio desta atividade o aluno irá investigar qual dos halogênios é o melhor agente oxidante, será capaz de descrever os sistemas inicial e final após observar diversas misturas e perceber em quais casos houve uma transformação química. Além disso, ele irá escrever as equações químicas das reações que ocorreram e interpretar os resultados de modo a perceber que existem diferentes potenciais de oxidação para os elementos, correlacionando o resultado com a sua posição na tabela periódica.

Reações química de oxirredução ocorrem o tempo todo e possuem grande importância. Algumas reações são desejáveis, como as que ocorrem nas pilhas. Já outras nós preferimos evitar, como a formação de ferrugem. Apesar de associarmos a troca de elétrons muitas vezes com os metais, este é um fenômeno mais amplo e envolve também os não-metais. Nesta atividade vamos investigar os halogênios.

Materiais Necessários

  • tubos de ensaio
  • cloreto de sódio
  • brometo de sódio
  • iodeto de potássio
  • tintura de iodo
  • água sanitária (hipoclorito de sódio)
  • ácido clorídrico
  • conta-gotas

Fase 1 - Mãos à obra

Você pode realizar o experimento com os alunos ou utilizar o vídeo que disponibilizamos no próximo passo. O vídeo mostra o sistema inicial e final para cada par halogênio – haleto.

Dois dos halogênios (cloro e bromo) são muito perigosos e difíceis de se manipular. Por isso, ao invés de usar os elementos na sua forma pura, iremos preparar pequenas quantidades dos elementos em solução. Ao misturarmos a água sanitária com o ácido clorídrico, o íon hipoclorito reage com o íon cloreto, produzindo cloro. Usamos uma solução de ácido clorídrico 1 mol/L e água sanitária comercial (solução de hipoclorito de sódio).

2 H+(aq) + ClO−(aq) + Cl− (aq)  ===  Cl2 (g) + H2O (l)

Então, as reações envolvendo cloro foram realizadas com uma mistura de água sanitária e ácido clorídrico.

Precauções de segurança: A água sanitária é corrosiva e alcalina.  A solução de ácido clorídrico 1 mol/L pode irritar a pele. Lave bem as mãos após o uso e evite contato com a pele. Use apenas quantidades pequenas dos reagentes.

Para produzir bromo elementar (Br2), utilizamos a solução de cloro preparada como descrito acima e a reagimos com brometo de potássio. A água de bromo assim produzida foi usada nas reações envolvendo bromo.

Precauções de segurança: O bromo é um elemento altamente tóxico. Evite respirar os vapores e o contato com a pele. Faça a reação com quantidades pequenas e em local ventilado. O uso de luvas e óculos de segurança é recomendado.

Você pode usar uma solução de amido para ajudar os alunos a identificar as reações em que iodo é formado.

 Prepare as soluções dos sais (cloreto de sódio, brometo de potássio e iodeto de potássio) dissolvendo cerca de 1 g em 10 mL de água.

Brometo + cloro

Em um tubo de ensaio coloque 1 ou 2 mL da solução de brometo (pode ser brometo de potássio ou de sódio).  Em outro tubo de ensaio, misture 2 mL de água sanitária com 2 mL de ácido clorídrico 1 mol/L. Acrescente a mistura de água sanitária e ácido no tubo de ensaio contendo a solução de brometo gota a gota até observar a mudança de cor.  

 Iodeto + cloro

Em um tubo de ensaio coloque 1 ou 2 mL da solução de iodeto de potássio. Em outro tubo de ensaio, misture 2 mL de água sanitária com  2 mL de ácido clorídrico 1 mol/L. Acrescente a mistura de água sanitária e ácido no tubo de ensaio contendo a solução de iodeto gota a gota até observar a mudança de cor.

Cloreto + bromo

Prepare a solução de água de bromo misturando a solução de brometo de sódio ou de potássio com a mistura de água sanitária e ácido clorídrico, como foi feito na reação de brometo com cloro, acima. Coloque 1 ou 2 mL da solução de cloreto de sódio em um tubo de ensaio. Adicione a água de bromo gota a gota e observe se houve alguma mudança.

Iodeto + bromo

Repita o procedimento acima, substituindo a solução de cloreto de sódio pela solução de iodeto de potássio.

Brometo + iodo

Em um tubo de ensaio coloque a solução de brometo de potássio. Acrescente a tintura de iodo gota a gota. Observe se houve alguma mudança.

Cloreto + iodo

Em um tubo de ensaio coloque a solução de cloreto de sódio. Acrescente a tintura de iodo gota a gota. Observe se houve alguma mudança. 

Fase 2 - Assista ao vídeo

Os alunos podem assistir ao vídeo por meio de um projetor multimídia ou em uma sala de informática com internet.

Passe o vídeo mais de uma vez, fazendo pausas de modo a garantir que todos conseguiram observar o sistema inicial e final de cada mistura.

Fase 3 - Preenchendo a tabela

Após assistirem o vídeo ou realizarem o experimento, os alunos irão preencher uma tabela com suas observações sobre o sistema inicial e o sistema final, após a mistura. 

Fase 4 - Questões para discussão

1. Como você percebeu que houve reação química em alguns dos tubos?

2. Escreva as equações químicas que representam o que ocorreu nos tubos em que uma mudança foi percebida.

3. Coloque os três elementos em ordem da sua capacidade de transformar os ânions em espécies neutras.

4. Consulte uma tabela periódica e localize os elementos com os quais estamos trabalhando. O que você acha que aconteceria se fizéssemos a reação do flúor (F2) com os ânions dos outros halogênios? Como poderíamos explicar o comportamento dos halogênios em relação à sua posição na tabela periódica?

5. Observe as semi-reações abaixo:

Cl2 + 2 e- --> 2 Cl-

Br2 + 2 e- --> 2 Br-

I2 + 2 e- --> 2 I-

O elemento que possui maior tendência para ganhar um elétron e se transformar no ânion é o melhor agente oxidante. O ânion que possui maior tendência para perder um elétron e se transformar no átomo neutro é o melhor agente redutor. Qual dos elementos acima é o melhor agente oxidante e qual é o melhor agente redutor?  

 

Fase 5 - O que acontece

Apenas três das seis misturas possíveis resultaram em reação química. Foram elas:

A reação entre o cloro e o íon brometo - Cl2 + 2 Br- --> Br2 + 2 Cl-

A reação entre o cloro e o íon iodeto -  Cl2 + 2 I- --> I2 + 2 Cl-

A reação entre o bromo e o íon iodeto -  Br2 + 2 I- --> I2 + 2 Br- Isso ocorre pois existe uma ordem na tendência em ganhar elétrons dos halogênios. Átomos menores, com maior relação entre a carga do núcleo (número de prótons) e o raio atômico) tem mais facilidade para atrair elétrons. Sendo assim, o átomo que tem a maior afinidade por elétrons dos halogênios é o flúor (F), seguido pelo cloro (Cl), bromo (Br) e iodo ( I ). O elemento flúor (F2) é tão reativo que consegue reagir com praticamente todos os outros elementos da tabela periódica.

O cloro consegue oxidar (retirar elétrons) o íon brometo e o íon iodeto. Já o iodo não consegue oxidar nem o brometo nem o cloreto.

Chamamos de agente oxidante uma substância que consegue oxidar outras. No nosso caso, o melhor agente oxidante foi o cloro (Cl2). O cloro é usado como oxidante no branqueamento de polpa de celulose, por exemplo, na fabricação de papel. Já um agente redutor é aquele que consegue reduzir (fornecer eletróns) outra substância. O melhor agente redutor foi o íon iodeto, já que ele forneceu elétrons tanto para o cloro quanto o bromo. 

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