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 transiç ão 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 oxidaçãoredução, 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 cm 3 de HNO3 concentrado e agitar suavemente até à dissolução completa. Observar e registar as alterações. Adicionar cerca de 100 cm 3 de água. 4. Reação B: Cu(NO₃)₂(aq)→ Cu(H O)₂ (s) Adicionar, agitando sempre com uma vareta de vidro, 30 cm 3 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 cm 3 de água destilada e decantar mais uma vez.
8. Reação D: CuO(s) → CuSO₄(aq) Adicionar, agitando sempre, 15 cm 3 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 cm 3 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 azulturquesa, 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, azulturquesa. 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
ɳ =
representar rendimento)
⇔ 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.
Fonseca, R. (1988) Ciência: Resposta a tudo.
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
