Classificação e parâmetros físico-químicos
O carbono é capaz de formar uma ampla gama de compostos com halogênios. Eles costumam ser divididos em dois grupos principais:
- Halogenetos comuns —contêm átomos de apenas um halogênio. O ponto de fusão ($t_{f}$) aumenta de forma previsível com o aumento da massa molar do halogênio:
- Tetrafluoreto de carbono ($CF_4$): funde a $-183,6\ ^\circ C$.
- Tetracloreto de carbono, ou cloreto de carbono (IV) ($CCl_4$): funde a $-22,62\ ^\circ C$.
- Tetrabrometo de carbono ($CBr_4$): $t_{f} = 92,3\ ^\circ C$.
- Tetraiodeto de carbono ($CI_4$): $t_{f} = 171\ ^\circ C$.
- Halogenetos mistos —contêm átomos de diferentes halogênios na mesma molécula. Um exemplo característico é o composto de fórmula $CF_2ClBr$, cujo ponto de fusão é $-159,5\ ^\circ C$. É digno de nota que a formação de formas mistas é completamente atípica para outros não-metais, o que diferencia o carbono deles.
Aplicação prática
As propriedades dos halogenetos de carbono permitem utilizá-los em vários setores da indústria e na prática laboratorial. As principais áreas de aplicação incluem:
- Sistemas de refrigeração: atuam como refrigerantes. Na literatura técnica, aparecem frequentemente sob os nomes genéricos freons e CFCs.
- Aerossóis: utilizados como líquidos de evaporação rápida que fornecem a pressão necessária.
- Solventes: a inércia química permite utilizá-los para extração e dissolução de várias substâncias.
Cloreto de carbono (IV) — CCl4
O cloreto de carbono (IV), também conhecido como tetracloreto de carbono, é um líquido pesado. A substância é tóxica e possui um odor específico que lembra o do clorofórmio.
Características de obtenção: A tentativa de síntese direta a partir de substâncias simples (carbono e cloro) não produz resultados, pois o cloro sofre apenas adsorção física na superfície do carbono. Para a obtenção industrial e laboratorial, utiliza-se a reação de cloração do dissulfeto de carbono: $$CS_2 + 2Cl_2 = CCl_4 + 2S$$
Relação com a água (hidrólise):
- Em condições normais: O $CCl_4$ praticamente não reage com a água. Esta propriedade o diferencia drasticamente dos cloretos de outros não-metais (por exemplo, o cloreto de fósforo (V) — $PCl_5$), que sofrem hidrólise instantânea.
- Sob ebulição prolongada: ocorre hidrólise irreversível, cujos produtos são dióxido de carbono e cloreto de hidrogênio:
$$CCl_4(l) + 2H_2O(l) = CO_2(g) + 4HCl(g)$$ Este processo é exotérmico e a entalpia padrão da reação é $\Delta H^\circ = -62,9$ kJ.
Química analítica e reações práticas
Ao estudar o tópico, são consideradas várias tarefas químicas práticas baseadas nas propriedades dos compostos de carbono e seus sais:
- Purificação de gases: para remover a impureza de cloreto de hidrogênio do dióxido de carbono, é necessária a escolha do reagente correto ($NaOH$, $NaHCO_3$ ou $CaCl_2$), que ligará o ácido, mas não reagirá com o próprio $CO_2$.
- Análise qualitativa: para distinguir entre soluções de carbonato de sódio e sulfito de sódio, utilizam-se oxidantes típicos, como permanganato de potássio ($KMnO_4$) ou iodo cristalino ($I_2$).
- Decomposição térmica: a análise do comportamento dos sais do ácido carbônico durante o aquecimento permite identificar aqueles que se decompõem completamente em produtos gasosos, sem deixar resíduo sólido.
- Reações de troca: análise da possibilidade de formação de precipitado de carbonato de cálcio ($CaCO_3$) ao passar $CO_2$ gasoso através de uma solução de cloreto de cálcio ($CaCl_2$).
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Qual é o mecanismo da ação tóxica (hepatotóxica) do tetracloreto de carbono no organismo?
O tetracloreto de carbono pertence aos venenos industriais e causa danos diretos ao parênquima hepático, o que pode levar à insuficiência hepatocelular. Sob o efeito tóxico, os hepatócitos danificados podem ser destruídos por células Pit contendo perforina e granzimas. Se o paciente sobrevive à fase tóxica aguda, a doença geralmente não se torna crônica.
Quais sais do ácido carbônico se decompõem especificamente em produtos gasosos sem resíduo sólido durante o aquecimento?
Durante o aquecimento sem a formação de resíduo sólido, as fontes indicam o carbonato de amônio, que possui estabilidade térmica particularmente baixa. Os carbonatos de metais alcalinos fundem sem decomposição, e o carbonato de cálcio se decompõe com a formação de resíduo sólido e dióxido de carbono.
Qual reagente específico ($NaOH$, $NaHCO_3$ ou $CaCl_2$) deve ser usado para purificar o $CO_2$ da impureza de $HCl$ e por quê?
Para purificar o dióxido de carbono da impureza de cloreto de hidrogênio, deve-se usar uma solução de hidrogenocarbonato de sódio ($NaHCO_3$), pois ele apresenta propriedades básicas e reage com o ácido forte ($HCl$) formando $NaCl$ e ácido carbônico. As fontes não fornecem uma comparação completa deste reagente com $NaOH$ e $CaCl_2$ nesta tarefa.
Por que a passagem de $CO_2$ gasoso através de uma solução de cloreto de cálcio não resulta na formação de precipitado de $CaCO_3$?
O precipitado de carbonato de cálcio não se forma porque o ácido carbônico fraco é incapaz de entrar em uma reação de troca com o cloreto de cálcio. De acordo com as propriedades químicas dos ácidos, em reações de troca com sais, apenas um ácido mais forte pode deslocar um ácido mais fraco de seu sal. O ácido clorídrico ($HCl$), cujo resíduo forma o $CaCl_2$, é forte; portanto, o dióxido de carbono dissolvido em água não pode deslocar os íons cloreto.
Os halogenetos de não-metais temem a água imediatamente, enquanto o cloreto de carbono apenas se for fervido por muito tempo.
Questões de aulas e exames
É possível obter tetracloreto de carbono por interação direta entre carbono e cloro?
Não, a interação direta é impossível. O cloreto é apenas fisicamente adsorvido na superfície do carbono. Para a síntese do $CCl_4$, utiliza-se a reação do cloro com o dissulfeto de carbono ($CS_2$).
Como a hidrólise do $CCl_4$ difere da hidrólise do $PCl_5$?
Em condições normais, o $CCl_4$ praticamente não interage com a água, enquanto os cloretos de outros não-metais (como o $PCl_5$) sofrem hidrólise muito rapidamente. A hidrólise do tetracloreto de carbono é iniciada apenas por ebulição prolongada.
Como se pode distinguir uma solução de sulfito de sódio de uma de carbonato de sódio?
Eles podem ser distinguidos pela adição de oxidantes — solução de permanganato de potássio ($KMnO_4$) ou iodo ($I_2$) —, que reagirão com o sulfito, mas não com o carbonato.
O que mais estudar sobre o tema
- Padrões de variação dos pontos de fusão dos halogenetos de carbono
- Cálculos estequiométricos na dissolução de $CO_2$ em soluções de carbonatos
- Reações redox envolvendo carbono e sais ($KClO_3$, $KNO_3$, $Na_2SO_3$)
- Interação de óxidos metálicos ($Fe_2O_3$, $PbO_2$) com ácidos e monóxido de carbono
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