Escola Secundária de AlbufeiraQuímicaRelatório

Um Ciclo de Cobre

Adriana Pereira nº 3Ana Patrícia Guerreiro nº 5

Daniela Santos nº 11

12º B

Datas de realização da actividade: 13.11.2005, 21.11.2005 e 23.11.2005Data de entrega do relatório: 30.11.2005

Ano lectivo 2005/20061. Índice

Página

- Objectivos ……………………………………………………………………………………….2

- Introdução ………………………………………………………………………………………2

- Procedimento Experimental …………………………………………………………………. 4

- Esquemas de montagem ……………………………………………………………………… 4

- Resultados ………………………………………………………………………………………6

- Discussão dos Resultados /Conclusão ……………………………………………………… 8

- Bibliografia …………………………………………………………………………………….. 8

- Anexos

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2. Resumo/Objectivos

Este trabalho consiste na realização e observação de uma sequência de transformações, que incluem reacções de oxidação-redução, de ácido-base e de precipitação, que terminam na sua regeneração, envolvendo o elemento cobre. Como o ponto de partida e o ponto de chegada das sucessivas reacções é o cobre metálico, usa-se a designação "ciclo de cobre".

Esta actividade laboratorial tem como principais objectivos:- Caracterizar a reactividade de elementos metálicos, tendo como

exemplo a reactividade do cobre;- Reconhecer a importância da reciclagem do cobre e as potencialidades

da reciclagem dos metais em geral;- Identificar alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem

do cobre.

3. Introdução

Neste trabalho laboratorial, far-se-á passar o cobre metálico por uma série de transformações, como foi anteriormente dito, que incluem reacções de oxidação-redução (reacções A e E), de ácido-base (reacções C e D) e de precipitação (reacção B), que terminam na sua regeneração, envolvendo o elemento cobre. O ciclo de reacções transforma o cobre de acordo com o seguinte esquema:

Figura 1 – Esquema representativo de um ciclo de cobre.

As equações químicas que traduzem as reacções desta actividade laboratorial são as seguintes:

(A) Cu (s) + 4 HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2 H2O (l) + 2 NO2 (g)

(B) Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq) Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq)

(C) Cu(OH)2 (s) CuO (s) + H2O (l) por aquecimento

(D) CuO (s) + H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) + H2O (l)

(E) CuSO4 (aq) + Zn (s) ZnSO4 (aq) + Cu (s)

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Os metais são materiais de elevada durabilidade, resistência mecânica e facilidade de conformação, sendo muito utilizados em equipamentos, estruturas e embalagens em geral.

Quanto à sua composição, os metais são classificados em dois grandes grupos: os ferrosos (compostos basicamente de ferro e aço) e os não-ferrosos. Essa divisão justifica-se devido à grande predominância do uso dos metais à base de ferro, principalmente o aço.

Entre os metais não-ferrosos, destacam-se o alumínio, o cobre e as suas ligas (como o latão e o bronze), o chumbo, o níquel e o zinco. Os dois últimos, junto como o cromo e o estanho, são mais utilizados na forma de ligas com outros metais, ou como revestimento depositado sobre metais, como, por exemplo, o aço.

A grande vantagem da reciclagem de metais é evitar as despesas da fase de redução do minério a metal. Essa fase envolve um alto consumo de energia, e requer transporte de grandes volumes de minério e instalações caras, destinadas à produção em grande escala.

Embora seja maior o interesse na reciclagem de metais não-ferrosos, devido ao grande valor de usar sucata, é muito grande a procura pela sucata de ferro e de aço, inclusive pelas fábricas siderúrgicas e fundições.

A sucata é matéria-prima das empresas produtoras de aço.É importante, ainda, observar que a sucata pode, sem grandes problemas,

ser reciclada mesmo quando enferrujada. A sua reciclagem é também facilitada pela sua simples identificação e separação, principalmente no caso da sucata ferrosa, devido às suas propriedades magnéticas. Através deste processo é possível retirar até 90% do metal ferroso existente no lixo.

A descoberta do cobre (ver em anexo, figura 1) remonta a tempos pré-históricos, pois a sua exploração mineira já é feita há mais de 6000 anos. Juntamente com o ouro e o ferro, o cobre era já utilizado pelas civilizações ancestrais, tal como a egípcia. Os principais depósitos de cobre da Antiguidade estavam localizados no Sinai, na Síria, no Afeganistão, em Chipre, na Macedónia, na Ibéria e na Europa Central. As principais minas europeias da Era do Bronze estavam localizadas na Áustria, Alemanha, França, Espanha, Portugal, Grécia e Tirol.

A indústria de cobre actual depara-se com numerosos problemas, pelo facto de este elemento ser tecnologicamente superado por outros materiais como o alumínio, o aço ou os plásticos.

O cobre é um elemento pertencente à Tabela Periódica. É um metal, cujo número atómico é 29 e o seu símbolo químico é Cu. O seu ponto de fusão é à temperatura de 1357 K e o seu ponto de ebulição é à temperatura de 2840 K.

Nesta experiência, nos passos A e E, o cobre irá sofrer transformações, ou seja, reacções de oxidação-redução.

Uma oxidação acontece quando uma espécie química perde electrões. A espécie que perde electrões, que se oxida, é uma espécie redutora.

Uma redução acontece quando uma espécie química ganha electrões. A espécie que capta electrões, que se reduz, é uma espécie oxidante.

Quando acontece uma oxidação também acontece ao mesmo tempo uma reacção de redução. Ao conjunto dos dois fenómenos simultâneos chama-se reacção de oxidação-redução (ou reacção redox). Em cada reacção de oxidação-redução existem duas semi- -reacções, uma referente à oxidação e outra referente à redução.

Nos passos C e D, o cobre irá passar por transformações, ou seja, reacções de ácido- -base.

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Ácido – espécie que aceita partilhar pelo menos um par de electrões.Base – espécie doadora dos electrões.No passo B, o cobre irá passar por uma transformação, ou seja, reacção de

precipitação.Reacção de precipitação é uma reacção em que há a formação de

precipitado.Ao longo desta actividade laboratorial foi necessário por em prática uma

técnica de separação de um sólido com um líquido, denominada decantação.Esta realiza-se fazendo deslizar por uma vareta de vidro, previamente

encostada a uma das paredes de um gobelé, o líquido que faz parte da mistura.

Ao se trabalhar com todos os compostos químicos, deve-se sempre ter em atenção as regras de segurança em laboratório e os cuidados a ter quando se utiliza determinado composto químico.

O uso das luvas de borracha e trabalhar na hotte são cuidados fundamentais para quem trabalha com soluções ácidas como as usadas neste trabalho laboratorial.

4. Procedimento Experimental

Realizado com base no Protocolo Experimental fornecido pela professora, excepto os passos 2 e 12 por não serem necessários a sua realização.

5. Esquemas de montagem

Figura 2 – Medição da massa de cobre (Passo 1).

Figura 3 – Adicio-nou HNO3 ao cobre, com o auxílio de uma pipeta de 10 mL, e agitou-se suavemente até dissolução completa (Passo 4).

Figura 4 - Adicionou-se NaHO à dissolução, com o auxílio de uma pipeta de 10 mL, e agitou-se sempre com uma vareta de vidro (Passo .

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Figura 5 – Aqueceu-se a solução até quase à ebulição, agitando-se sempre para uniformizar o

aquecimento.

Figura 6 – Técnica de decantação (Passos 8, 11 e 13).

Figura 7 - Adicionou-se H2SO4 à solução, agitando-se sempre com uma vareta de vidro (Passo 9) .

Figuras 8 e 9 – Medição da massa de Zinco e Adicionou-se, de uma só vez, o zinco em pó, agitando-se até que o líquido sobrenadante ficasse incolor (passo 10).

6. Resultadosm0 (cobre) = 0.304 g

Reacção ObservaçõesA

- Ao se adicionar o HNO3, houve efervescência, libertação de gases em tons laranja acastanhados. A solução foi ficando verde, as paredes do gobelé castanhas, o odor libertado era intenso e a dissolução foi demorada.

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- Após a dissolução, a solução ficou azul-turquesa, deixou de libertar gases e o gobelé perdeu a tonalidade castanha.

- Ao adicionar a água, a solução ficou mais clara, libertando-se gases incolores, diminuindo a concentração da solução.

B

- Formou-se uma espécie de precipitado denso azul-escuro e incolor à superfície.

- Depois de se agitar, ficou uma solução homogénea azul escura. Não se libertaram gases e ficaram resíduos nas paredes do gobelé.

C

- Após alguns minutos, a solução começou a escurecer, ficando verde escura. A solução ficou negra, com partículas também dessa cor nas paredes do gobelé.

- Depois de aquecer e deixar repousar, ficaram partículas em suspensão e formou-se uma espécie de precipitado (“pó” no fundo do gobelé).

- Depois da primeira decantação, ainda ficaram resíduos nas paredes do gobelé. A solução que foi decantada, ficou incolor, com alguns resíduos. Esta, ficou a repousar e, o óxido de cobre depositou-se no fundo. Efectuou-se outra decantação e a solução ficou verde e depois azul clara.

D- Após agitação contínua, a solução ficou verde e depois azul clara.

E- A massa de zinco adicionada foi de 1.301 g. Com esta adição, a solução efervesceu, formou muita espuma e partículas grandes de

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cobre. Com agitação, a espuma foi desaparecendo e permaneceram as partículas de cobre.

- O gobelé ficou quente. As partículas de cobre diminuem de tamanho. A solução ficou azul clara e as partículas com uma cor acobreada.

mfinal (cobre) = 0.227 g

7. Cálculos

Cálculo do Rendimento

8. Discussão dos Resultados/ Conclusão

Era importante que o fio de cobre estivesse bem limpo e brilhante para que fossem eliminadas quaisquer substâncias que pudessem estar a envolver o fio. Deste modo, são evitados possíveis erros de pesagem que influenciariam toda a actividade.

Quaisquer das reacções que envolveram o manuseamento de ácido foram realizadas na hotte de forma evitar possíveis acidentes.

No caso da reacção A, esta realizou-se na hotte devido ao motivo acima descrito mas também porque houve libertação de gases, razão pela qual as paredes do gobelé escureceram. Através da equação química referida na introdução concluímos que o gás libertado nesta reacção foi o NO2. com base nas equações químicas referidas na introdução concluímos que nesta reacção ocorre a oxidação do cobre.

Na reacção B houve formação de um precipitado tendo-se concluído ser Hidróxido de Cobre (Cu(OH)2). A solução tornou-se azul devido ser essa a cor que caracteriza as soluções que contém cobre.

Com a realização da reacção C verificámos a mudança de cor da solução devido à formação de Óxido de cobre (CuO), por aquecimento, e a libertação de vapor de água.

No primeiro processo de decantação realizado a essa mesma solução é removido a água resultante desse aquecimento.

A adição do Ácido sulfúrico na reacção D fez com que a solução adquiri-se a cor azul, caracterisitica do cobre em solução aquosa, devido à sua transformação em Sulfato de Cobre.

A realização da reacção E levou à libertação de uma pequena quantidade de gás incolor que, apesar de não estar incluído na equação química que

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traduz a reacção, concluímos ser Hidrogénio. A agitação provocou a libertação de energia do interior para o exterior concluindo-se que ocorreu uma reacção exotérmica. As partículas de cobre foram diminuindo de tamanho devido à progressiva dissolução. Com base nas equações químicas referidas na introdução concluímos que nesta reacção ocorreu redução do cobre.

No final da actividade foi calculado o rendimento da mesma tendo-se obtido um valor percentual de 74,7. As perdas de cobre durante as decantações e o aquecimento podem estar na origem de o valor dão rendimento não ter sido 100%. Para além disso a realização da reacção E levou à perda de algum cobre que ficou agarrado às paredes do gobelé. Cobre este que foi transportado na subida da espuma observada. Erros na medição de massas devido a erros acidentais ou má calibração da balança também podem ter tido influência no resultado do rendimento.

Esta actividade laboratorial permitiu-nos concluir que o cobre é um metal reactivo cuja reciclagem poderá trazer alguns malefícios, nomeadamente na libertação de gases quando reage com ácidos. Apesar disso a sua reciclagem é bastante fácil e económica devendo por isso ser uma prática comum, não só deste metal em particular mas de todos os que podem ser alvo de reciclagem. É de extrema importância a reutilização de certos metais que em contacto com determinados elementos podem ter reacções prejudiciais à flora e fauna de um território.

9. Bibliografia

Protocolo Experimental fornecido pela professora de Química, Helena Neto.

SIMÕES, T.; QUEIRÓS, M.; SIMÕES, M. (2005). Química Em Contexto 1. Metais e ligas metálicas – Química 12º ano. Porto. Porto Editora.

http://www.vermont.com.mx/jpgs/tuberia%20cobre.jpg (23/11/2005)

http://www.compam.com.br/re_metal.htm (23/11/2005)

http://www.if.ufrj.br/teaching/info/e029.html (24/11/2005)

http://www.if.ufrj.br/teaching/elem/e02910.html (24/11/2005)

http://atelier.uarte.mct.pt/fq/reaccoes/redox.htm (24/11/2005)

http://atelier.uarte.mct.pt/fq/acidobase/acidosbases.htm (24/11/2005)

http://quimica12mp.no.sapo.pt/pdf/Deqacbase1.pdf (24/11/2005)

10. Anexos

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Figura 1 – Fio de cobre.

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