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Escola Secundária de Sá da Bandeira – Santarém
Ano Letivo: 2012/2013
Disciplina: Química
Ciclo Do Cobre
Santarém, 5 de Novembro de 2012
Escola Secundária de Sá da Bandeira – Santarém
Atividade Laboratorial 1.2
Um ciclo do cobre
Docente: Paulo Jorge Amaro Esteves
Trabalho Realizado por:
Ana Catarina Mendes,nº2
Beatriz Colaço, nº6
João Afonso, nº12
12º B
Objetivos
Com a realização desta atividade laboratorial pretende-se atingir os seguintes
objetivos:
Aplicar e perceber o funcionamento do processo do ciclo do cobre e calcular o
rendimento do processo;
Reconhecer das diferentes alterações verificadas no sistema reacional e que
permitirão confirmar a ocorrência de reações químicas, por exemplo, a
formação de precipitado e a mudança de cor;
Reconhecer a importância da reciclagem do cobre e as potencialidades da
reciclagem dos metais em geral;
Identificar algumas das consequências da reciclagem do cobre;
Utilizar técnicas laboratoriais;
Respeitar as regras do laboratório.
Palavras-chave
Reciclagem;
Cobre;
Reações químicas;
Precipitação;
Decomposição.
Resumo
O cobre é um recurso natural limitado, que devido à sua grande utilização, provocou
um grande impacto ambiental. Por isso, é fundamental a sua reciclagem.
A reciclagem do cobre mantem a mesma qualidade que o material extraído
diretamente da natureza, podendo ser reciclado inúmeras vezes, já que a sua rede
cristalina não é alterada. Além da diminuição acentuada da poluição, a reciclagem de
metais permite economizar as despesas da fase de redução do minério a metal, visto
que esta fase envolve um alto consumo de energia.
Quanto ao caráter químico, podemos encontrar o cobre, Cu, no 11º grupo, 4º período
e bloco “d” da tabela periódica. Este metal de transição apresenta-se sólido à
temperatura ambiente. É dúctil, maleável e bom condutor de calor e eletricidade,
sendo frequentemente utilizado em fios elétricos. Tem uma coloração avermelhada e
em soluções aquosas apresenta uma cor azul-cobalto. O óxido de cobre (II), formado
quando o cobre é aquecido em presença de oxigénio, possui uma cor negra. O cobre
apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder de redutor.
Nesta experiência procuramos simular o ciclo do cobre, isto é, a reciclagem do cobre
com recurso a uma sequência de transformações, que inclui reações de oxidação-
redução, de ácido-base e de precipitação.
Experimental
Material:
Gobelé 250ml (2x);
Pipeta Graduada 10ml (2x);
Macrocontrolador ou Pompete;
Proveta de 50ml;
Proveta de 100ml;
Proveta de 250ml;
Espátula;
Vareta de vidro (3x);
Placa de aquecimento;
Vidro de Relógio.
Reagentes:
Água destilada;
Ácido Clorídrico;
Ácido Nítrico;
Ácido Sulfúrico;
Hidróxido de Sódio;
Fio de cobre;
Zinco em pó;
Acetona;
Álcool.
Procedimento:
1. Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra de 0,3 g (se o fio não
estiver limpo e brilhante, mergulhar numa solução de ácido, lavar com álcool e
secar em papel).
2. Pesar a amostra e registar o valor da massa até ao centigrama. Enrolar o fio e
colocar no fundo de um copo de 250 ml.
3. Reação A:
Cu(s)→ Cu(NO₃)₂ (aq)
Na hotte, adicionar 4,0 cm3 de HNO3 concentrado e agitar suavemente até à dissolução
completa. Observar e registar as alterações. Adicionar cerca de 100 cm3 de água.
4. Reação B:
Cu(NO₃)₂(aq)→ Cu(HO)₂ (s)
Adicionar, agitando sempre com uma vareta de vidro, 30 cm3 de NaOH (aq) para
promover a precipitação de Cu(OH)2. Registar todas as observações.
5. Reação C:
Cu(HO)₂(s)→CuO(s)
Numa placa de aquecimento, aquecer a solução quase até à ebulição, agitando sempre
para uniformizar a temperatura da solução.
6. Quando a solução ficar completamente escura, retirar da placa de aquecimento
e continuar a agitar por um ou dois minutos.
7. Deixar depositar o óxido de cobre e decantar o líquido cuidadosamente para
não desperdiçar CuO. Adicionar cerca de 200 cm3 de água destilada e decantar
mais uma vez.
8. Reação D:
CuO(s) → CuSO₄(aq)
Adicionar, agitando sempre, 15 cm3 de H2SO4. Registar as alterações observadas.
9. Reação E:
CuSO₄(aq) → Cu(s)
Na Hotte, adicionar de uma só vez, 1,3 g de zinco em pó, agitando a solução até que o
líquido sobrenadante fique incolor. Registar as observações.
10. Decantar o líquido sobrenadante.
11. Se ainda houver zinco por reagir, adicionar 10 cm3 de HCl(aq) e aquecer
ligeiramente a solução.
12. Quando não se observar libertação de gás, decantar o líquido. Lavar com cerca
de 10 cm3 de água destilada, deixar repousar e decantar o líquido. Este
procedimento deve ser repetido pelo menos mais duas vezes.
13. Com a ajuda de uma espátula, transferir o cobre para um vidro de relógio
previamente pesado. Fazer uma lavagem com acetona e secar na estufa.
14. Pesar o cobre no vidro de relógio, e determinar o rendimento final do processo
de reciclagem do cobre.
Registos
De Segurança
Ao longo desta atividade laboratorial iremos recorrer a reações nas quais ocorre
libertação de elementos gasosos tóxicos e irritantes (por exemplo, o NO₂). Por isso,
para a realização de alguns passos da atividade (Reação A) iremos utilizar a hotte, de
maneira a evitar a emanação destes gases. Para além disso, é fundamental o
cumprimento rigoroso das normas gerais e pessoais de segurança, tendo em conta os
reagentes e as suas concentrações, os produtos envolvidos e o material a ser utilizado.
Ácido Nítrico (solução concentrada)
R8 – O contacto com materiais combustíveis pode causar incêndio.
R35 – Provoca queimaduras graves.
S23 – Não respirar o vapor: utilizar a hotte.
S26 – Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente com água e
consultar um médico.
S36 – Usar vestuário de proteção adequado: bata.
S37 – Usar luvas de borracha.
S39 – Usar proteção adequada para os olhos: óculos de segurança.
S45 – Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico (se
possível mostrar-lhe o rótulo do produto).
Dióxido de Azoto:
R26 – Muito tóxico por inalação.
R34 – Provoca queimaduras.
S9 – Manter em local bem ventilado: usar hotte.
S26 – Em caso de contacto com olhos lavar imediata e abundantemente em água e
chamar um médico.
S28 – Em caso de contacto com a pele lavar imediata e abundantemente em água,
pelo menos quinze minutos.
S36 – Usar vestuário de proteção adequado: bata.
S37 – Usar luvas de borracha.
S39 – Usar a proteção adequada para os olhos: óculos de segurança.
S45 – Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico.
Hidróxido de Sódio (solução concentrada):
R34 – Provoca queimaduras.
S26 – Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente em água e
chamar um médico.
S36 – Usar vestuário de proteção adequado: bata.
S37 – Usar luvas de borracha.
S39 – Usar a proteção adequada para os olhos: óculos de segurança.
S45 – Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico.
Ácido Sulfúrico (solução concentrada):
R25 – Tóxico por ingestão.
R35 – Provoca queimaduras graves.
R36 – Irritante para os olhos.
R37 – Irritante para as vias respiratórias.
R25 – R38 – Irritante para a pele.
R49 – Pode causar cancro por inalação.
Ácido Clorídrico (Solução Concentrada):
R34 – Provoca queimaduras.
R37 – Irritante para as vias respiratórias.
S9 – Manter em local bem ventilado: usar hotte.
S26 – Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente em água e
chamar um médico.
S36 – Usar vestuário de proteção adequado: bata.
S37 – Usar luvas de borracha.
S39 – Usar a proteção adequada para os olhos: óculos de segurança.
S45 – Em caso de acidente ou indisposição consultar imediatamente um médico.
Cobre (em pó):
R11 – Facilmente inflamável.
S16 – Manter afastado de qualquer chama ou fonte de ignição – Não fumar.
Zinco (em pó):
R15 – Em contacto com a água liberta gases extremamente
inflamáveis.
R17 – Espontaneamente inflamável ao ar.
R50 – Muito tóxico para os organismos aquáticos.
R53 – Pode causar efeitos nefastos a longo prazo no ambiente aquático.
Acetona:
R11 - Facilmente inflamável.
R36 – Irritante para os olhos.
R66 – Pode provocar secura da pele ou fissuras, por exposição repetida.
R67 – Pode provocar sonolência e vertigens por inalação dos vapores.
S16 - Manter afastado de qualquer chama ou fonte de ignição – Não fumar.
S23 – Não respirar o vapor: utilizar a hotte.
S26 – Em caso de contacto com os olhos lavar imediata e abundantemente em água e
chamar um médico.
De constantes e valores tabelados
Incerteza da balança: ± 0,0001g
Incerteza da pipeta: ±0,4 cm³
o HCl 3mol/dm³
o HNO₃ (65%) ≈ 16mol/dm³
o H₂SO₄ 6 mol/dm³
o NaOH 2mol/dm³
De observações
Reação A:
Ao adicionarmos o HNO₃, ocorreu a efervescência do composto, a libertação de um gás
alaranjado e a libertação de um odor intenso. A solução foi ficando verde e as paredes
do gobelé adquiriram uma cor acastanhada. A dissolução do composto foi demorada.
Á medida que o cobre se ia degradando, a solução adquiria uma tonalidade azul-
turquesa, deixando de se libertar gases. As paredes do gobelé
deixaram de permanecer acastanhadas.
Ao adicionarmos água, a solução ficou mais clara, libertando-se
gases incolores, de maneira a diminuir a concertação da solução.
Esta reação foi realizada na hotte para evitar possíveis acidentes e
devido à libertação de gases.
Reação B:
Após a junção de hidróxido de sódio, a solução começou a aquecer. Formou-se um
precipitado azul-escuro, sendo a solução à superfície, incolor. Ao agitar-se, a solução
tornou-se homogénea, de tom azul-escuro.
Reação C:
Ao aquecer-se a solução, esta começou a escurecer, acabando por
ficar verde escura. Perto do ponto de ebulição, ficou negra e
começaram a surgir resíduos nas paredes do gobelé.
Após o aquecimento, deixou-se repousar, ficando partículas em
suspensão e formando-se um precipitado no fundo do gobelé.
Reação D:
Inicialmente, adquiriu uma cor verde escura, voltando rapidamente à cor inicial, azul-
turquesa. Esta mudança de cor fez-se acompanhar da libertação de um fumo branco.
Reação E:
Ao adicionar-se zinco, houve efervescência, libertando-se vapor de água. O cobre, após
algum tempo, depositou-se no fundo do gobelé. A solução permanecia com uma cor
azul clara.
A seguir procedeu-se a uma técnica grosseira, a decantação. Apesar de termos tido
cuidado, alguns resíduos do precipitado foram juntamente com a água decantada.
De dados experimentais
Massa do cobre: (0,3099 ± 0,0001) g
Massa do zinco (em pó): (1,3011 ± 0,0001) g
Massa do vidro de relógio: (29,9896 ± 0,0001) g
Massa do cobre final/recuperado com o vidro de relógio: (30,2530 ± 0,0001) g
Tratamento de dados
m(cobre recuperado + vidro de relógio) – m(vidro de relógio) = m(cobre recuperado)
30,2530 – 29,9896 = 0,2634 g
ɳ (letra grega para representar rendimento)
ɳ =
⇔ ɳ=
⇔ ɳ= 85 %
Resultados
Rendimento do processo (ɳ): 85%
Conclusão
Com a realização desta atividade laboratorial pudemos comprovar o ciclo do cobre,
isto é, o cobre pôde ser transformado através de uma sequência de reações sucessivas
que permitiram recuperar o metal inicial.
No caso da reação A, tendo sido esta realizada na hotte, devido à libertação de gases,
concluímos que o gás libertado foi o dióxido de azoto, ocorrendo a oxidação do cobre.
Na reação B houve formação de um precipitado azul, tendo-se concluído que se
tratava de hidróxido de cobre, devido à sua cor.
No que diz respeito à reação C, verificamos uma mudança de cor devido à formação de
precipitado de óxido de cobre.
Já na reação D, por adição de ácido sulfúrico, a solução adquiriu a cor azul (cor
característica do cobre em soluções aquosas), devido à formação de sulfato de cobre.
Por fim, com a realização da reação E e com base na equação química correspondente,
concluímos que se deu a redução do cobre. O líquido sobrenadante retirado foi a água.
No final do trabalho laboratorial foi calculado o rendimento do processo, tendo-se
obtido um rendimento de 85%. Este valor reflete que nem todo o cobre inicial foi
recuperado, no entanto, a sua maioria foi.
Fatores como a presença de impurezas no fio de cobre inicialmente utilizado, as
decantações e o aquecimento podem estar na origem do rendimento não ter sido de
100%.
De maneira a eliminar quaisquer substâncias que pudessem estar a envolver o fio de
cobre, o nosso grupo mergulhou o respetivo fio numa solução de ácido clorídrico. É
fundamental que o fio de cobre esteja limpo e brilhante.
No final da reação E, em vez de termos utilizado a técnica da decantação para separar
o precipitado de óxido de cobre, poderíamos ter recorrido a uma filtração. Esta é mais
rigorosa, garantindo um maior rendimento. Com a decantação foi possível observar
perdas do precipitado, diminuindo assim, a massa do cobre final e,
consequentemente, o rendimento.
Outro fator, poderá ter sido a quantidade insuficiente de hidróxido de sódio. Se o
mesmo ocorreu, então o Cu(NO₃)₂ não passou todo a Cu(OH)₂.
Durante a realização da reação E foi possível observar-se a perda de uma quantidade
significativa de cobre, visto que parte deste ficou agarrado às paredes do gobelé.
Também é importante a utilização da acetona para que a secagem seja mais rápida e
eficaz, já que a acetona é solúvel em água e evapora-se mais facilmente.
Para além dos possíveis erros já mencionados, erros na medição de massas devido a
erros acidentais ou à má calibração da balança também podem ter influenciado o valor
do rendimento.
Com a realização desta atividade também pudemos concluir que a reciclagem do cobre
tem consequências para o ambiente, nomeadamente, ao nível da libertação de gases
quando o metal reage com os ácidos, formando também alguns produtos tóxicos que
prejudicam o ambiente.
Apesar disso, a reciclagem do cobre, bem como de outros metais que também podem
ser reciclados, é um processo viável e económico, permitindo poupar grandes
quantidades de energia.
Desta maneira achamos que os objetivos foram alcançados com sucesso.
Bibliografia
Gil, V., Paiva, J., Ferreira, A., Vale, J. (2009). 12Q Química, Texto: Texto Editora.
Simões, T., Queirós, M., Simões, M. (2011). Química Em Contexto, 1. Metais e
Ligas Metálicas. Porto: Porto Editora.
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Webgrafia
http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/quimica/12_um_ciclo_de_cobre_d.
htm#vermais
http://core.ecu.edu/chem/chemlab/exper3/reactions.htm
http://www.inovar.pt/cre/phpwebquest/webquest/soporte_tabbed_w.php?id
_actividad=255&id_pagina=1