Actividade Laboratorial(1)

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2010/2011 Juliana Silva Marcela Marques Margarida Gonçalves Rui Reis Rute Ferreira Actividade Laboratorial “Ciclo do Cobre”

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2010/2011

Juliana Silva

Marcela Marques

Margarida Gonçalves

Rui Reis

Rute Ferreira

Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Índice

Introdução Teórica………………………………………………………………..…………………………3

Material/ Reagentes ………………………………..……………………………………………………..4

Riscos e Segurança……………………………………………………………………………………….…..6

Procedimento experimental………………………………………………….………..….……………7

Observações…………………………………………………………………………………………………….9

Tratamento de Dados…………………………………………………..………………………………..10

Conclusão……………………………………………………………………………………….………….….12

Bibliografia…………………………………………………………………………………………………..…14

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Introdução Teórica

O cobre é um metal que aparece na Natureza normalmente sob a forma de

alcosite (Cu2S) e cuprite Cu2O. Faz parte do bloco d, e é também um elemento de

transição visto que, o ião Cu2+ tem orbitais d em preenchimento. Tal como os outros

metais, o cobre apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder

redutor. Reage com os ácidos como o ácido nítrico ou o ácido sulfúrico, sendo oxidado

pelo anião do ácido e não pelo H+, uma vez que este possui um poder oxidante menor

que o Cu2+, logo não ocorre reacção.

O ciclo do cobre corresponde a uma série de reacções químicas cujo reagente

inicial e o produto final é o cobre. O ciclo inicia-se, pois, com o Cu que irá ser oxidado

pelo ácido nítrico, libertando-se dióxido de azoto, de cor acastanhada, segundo a

equação:

Cu (s) + 4 HNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (L) + 2NO2 (g)

A esta solução é adicionado hidróxido de sódio que causa a precipitação do

cobre (como hidróxido de cobre), segundo a equação:

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

Este precipitado, quando é aquecido num ambiente com oxigénio, decompõe-

se dando origem ao óxido de cobre:

Cu(OH)2 (s) → CuO (s) + H2O (L)

Adiciona-se ácido sulfúrico ao óxido de cobre dissolvendo o mesmo, formando-

se sulfato de cobre, numa reacção ácido-base:

CuO (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (L)

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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O sulfato de cobre será reduzido pelo Zn uma vez que o Zn tem um poder

redutor maior:

CuSo4 (aq) + Zn (s) → Cu (s) + ZnSO4 (aq)

O ciclo de reacções proposto transforma o cobre de acordo com o esquema:

Segundo a lei de Lavoisier, a massa de cobre obtida nesta reacção será igual à

massa de cobre inicial. O rendimento da reacção depende da extensão das reacções e

do grau de pureza dos reagentes e a qualidade do procedimento.

Material

Placa de Aquecimento

Balança Analítica

Vareta de Vidro

Papel Absorvente

Gobelé de 250 mL

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Vidro de Relógio

Pipeta Graduada

Macro-controlador

Secador (a substituir a estufa)

Pinça

Luvas de Borracha

Espátula

Proveta de 10 mL

Papel parafilm

Esguicho

Acetona

Reagentes

Água Desionizada

Solução de Ácido Nítrico

mol/dm-3 de uma solução de Ácido Clorídrico

6 mol/dm3 de uma solução de Ácido Sulfúrico

0,004 mol/dm3 de fio de cobre com cerca de 0.26 g

2,5 g de Zinco em pó

3 mol/dm3 de uma solução de Hidróxido de Sódio

Acetona

Álcool

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Riscos e Segurança

Reacção: Riscos: Segurança: Cobre ( em pó)

Facilmente inflamável; Manter afastado de qualquer chama;

Ácido nítrico (solução concentrada)

Causa incêndio (contacto com materiais combustíveis);

Queimaduras graves;

Não respirar o vapor (utilizar a hotte);

Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente com água e consultar um médico.

Usar vestuário de protecção adequado;

Usar luvas;

Usar óculos de segurança;

Ácido sulfúrico (solução

concentrada)

Tóxico por ingestão;

Queimaduras graves;

Irritação nos olhos;

Irritação nas vias respiratórias;

Irritação da pele;

Pode causar cancro por inalação;

Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente em água e consultar um médico;

Nunca adicionar água;

Usar luvas;

Ácido clorídrico (solução

concentrada)

Queimaduras;

Irritação nas vias respiratórias;

Manter o recipiente na hotte;

Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente com água e consultar um médico.

Usar vestuário de protecção adequado;

Usar luvas;

Usar óculos de segurança;

Hidróxido de

sódio (solução concentrada)

Queimaduras;

Em caso de contacto com os olhos

lavar abundantemente com água e consultar um médico.

Usar vestuário de protecção adequado;

Usar luvas;

Usar óculos de segurança;

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Acetona

Facilmente inflamável;

Irritação nos olhos;

Provoca secura da pele ou fissuras;

Provoca sonolência e vertigens, por inalação dos vapores.

Manter o recipiente na hotte;

Manter afastado de qualquer chama;

Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente em água e consultar um médico;

Zinco (em pó)

Contacto com água liberta gases inflamáveis;

Espontaneamente inflamável ao ar.

Muito tóxico para os organismos aquáticos.

Causa efeitos nefastos a no ambiente aquático.

Em caso de incêndio usar pó seco;

Evitar a sua libertação para o meio ambiente. Ter em atenção as instruções específicas das fichas de dados de Segurança;

Procedimento Experimental

Preparação do Cobre

1. Cortou-se um fio de cobre com um peso aproximado de 0,3g.

2. Como o fio não estava completamente limpo nem brilhante, mergulhou-se

numa solução de ácido clorídrico e em seguida lavou-se com álcool e secou-se

com papel absorvente.

3. Pesou-se a amostra e registou-se o valor obtido.

4. Enrolou-se o fio e colocou-se no fundo de um gobelé de 250mL.

Reacção A

1. Adicionou-se uma solução de ácido nítrico, com a ajuda de uma pipeta

graduada e de um macrocontrolador, ao fio de cobre e agitou-se suavemente

até se dissolver por completo.

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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2. Observou-se as alterações e registou-se as mesmas.

3. Adicionou-se 10 mL de água desionizada.

Reacção B

1. Adicionou-se 30 mL de solução de hidróxido de sódio, agitando sempre com

uma vareta de vidro, para provocar a precipitação do hidróxido de cobre.

2. Registou-se as alterações obtidas.

Reacção C

1. Aqueceu-se a solução quase até à ebulição, agitando sempre para uniformizar o

aquecimento da solução.

2. Retirou-se a solução da placa de aquecimento quando a reacção se completou

(o óxido de cobre á negro) e continuou-se a agitar com a vareta de vidro.

3. Deixou-se repousar o óxido de cobre e decantou-se cuidadosamente o líquido,

para não perder nenhum óxido de cobre.

4. Adicionou-se cerca de 200 mL de água desionizada, agitou-se e decantou-se

novamente.

Reacção D

1. Adicionou-se, agitando-se sempre, 15 mL de solução de ácido sulfúrico.

2. Registou-se as alterações observadas.

Reacção E

1. Na hotte, adicionou-se, se uma só vez, 2,5 g de Zinco em pó e agitou-se até o

líquido sobrenadante ficar incolor.

2. Registou-se as alterações observadas.

3. Quando a libertação de gás se tornou muito intensa, decantou-se o líquido

sobrenadante e despejou-se no recipiente apropriado (recolha de líquidos).

4. Como ainda havia Zinco por reagir, adicionou-se 10 mL de solução de ácido

clorídrico e aqueceu-se ligeiramente.

5. Quando se deixou de observar a libertação de gás, decantou-se o líquido.

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6. Lavou-se com cerca de 10 mL de água desionizada, deixou-se repousar e

decantou-se o líquido. Repetiu-se este procedimento algumas vezes.

7. Transferiu-se o cobre, com o auxílio de uma espátula, para o vidro de relógio.

8. Fez-se uma lavagem com acetona e secou-se, com o auxílio de um secador.

9. Pesou-se o cobre em conjunto com o vidro de relógio.

10. Calculou-se a massa de cobre obtido e posteriormente o rendimento.

Observações

Reacções: Observações:

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

Formou-se um fumo de cor amarelada, apresentando no fundo do gobelé a cor verde (com adição de Cu(NO3)2 );

Adicionou-se água, apresentando, de seguida, cor azulada;

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

Formou-se um precipitado azul escuro;

Reacção C Cu(OH)2 (s) → CuO (s) + H2O (l)

Formou-se um precipitado preto em pó;

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

O sólido dissolveu-se e voltou á cor inicial da solução, sendo esta a cor azul;

Reacção E CuSO4 (aq) + Zn (s) → Cu (s) + Zn SO4 (s)

Formou-se um precipitado de cor verde (com adição de HCl)

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Tratamento de Dados

Ácido Sulfúrico (H2SO4)

%(

) = 96%*

C1 = 6 mol/dm3

V = 1 dm3

M(H2SO4 ) = 1,01x2+15,99x4+32,06

= 98,04 g/mol

d = 1,8355 g/cm3

(1)

(2) *

(3)

(4)

-3

(5) 2 17,98xv1=0,6 v1=0,0334 v1 = 33,4

Ácido Nítrico (HNO3)

%(

) = 60%*

[HNO3] = 16 mol/dm3

V = 1L = 1000 cm3

M (HNO3) = 1,01+14,01+15,99x3

= 62,99 g/mol

d = 1,310 g/cm3

(1)

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(2) * *

(3)

(4)

-3

(5) A concentração de HNO3 necessária (16 mol.dm-3) é superior à concentração de

HNO3 no frasco, logo, usámos este valor de concentração ( -3 ).

NaOH

[NaOH] = 3 mol/dm3

Vproposto = 0,1 dm3

V = 30 mL = 0,03 dm3

M = 1,01+15,99+22,99 = 39,99

(1)

<=> 3 x 0,1 = m <=> m = 0,3 mol

(2)

<=> 0,09 x 39,99 = m <=> 3,6 g

III. Cálculo do rendimento:

Vidro de relógio+ amostra : 12,56 g (±0,01)

Vidro de relógio: 12,42 g (±0,01)

Amostra de cobre inicial: 0,26 g

Amostra de cobre obtida: 0,14 g

η = . massa real . x 100

massa teórica

η = . 0,14 . x 100

0,26

η = 53,85%

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Conclusão/Discussão

Com esta actividade laboratorial podemos aprender um pouco mais sobre o

metal cobre, as suas aplicações e o seu ciclo. Esta actividade laboratorial é chamada de

“Ciclo do Cobre”, uma vez que o produto final e inicial é o cobre, havendo desta

maneira uma reciclagem do cobre, através de várias reacções, como podemos

verificar.

O ciclo do cobre é um conjunto de reacções, todas elas de diferentes

características e assim com diferente classificação. A reacção D é uma reacção de

substituição, em que há uma troca nos elementos dos reagentes, entre si. Também é

uma reacção de decomposição por aquecimento, em que um só reagente dá origem a

dois produtos de reacção diferentes, por acção do calor. A reacção A, a reacção B e a

reacção E são reacções de oxidação-redução, em que há uma variação dos números de

oxidação dos elementos que constituem os reagentes. Com a diversidade de reacções

é possível passar por diversos produtos e reagentes e voltar de novo ao cobre.

Assim, tivemos de ter cuidados redobrados pois alguns dos reagentes com que

trabalhamos eram tóxicos, uma vez que libertavam vapores e em alguns casos faziam

efervescências, pelo que todas as reacções foram feitas na hotte.

Apesar de tudo, tivemos alguns erros tais como: Em vez de se usar uma estufa,

usou-se um secador de cabelo, pois necessitava-mos que o cobre obtido no final

secasse com rapidez, houve várias perdas de cobre na transferência de soluções de

gobelé para gobelé, o que influenciou o rendimento, introduziu-se demasiado zinco,

pois pensamos a quantidade inicial se insuficiente para obter os resultados que

pretendíamos, o que levou a que o rendimento final fosse superior ao esperado.

O cobre tem várias aplicações no nosso dia-a-dia, como por exemplo Tubos de

condensadores e encanamentos, motores eléctricos, interruptores e relés, tubos de

vácuo e magnetrões de fornos microondas, circuitos integrados em substituição ao

alumínio, de menor condutividade, cunhagem de moedas (com o níquel), esculturas,

estátuas , construção de sinos, e usos ornamentais em ligas com zinco (latão), estanho

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(bronzes) e prata (jóias), lentes de cristal de cobre empregadas em radiologia para a

detecção de pequenos tumores e dissipadores de calor.

Assim, podemos concluir que o cobre é bastante útil, sendo uma mais valia no

nosso dia-a-dia. Hoje em dia a reciclagem é um processo muito importante para

todos nós, e sobretudo para o nosso ambiente e planeta. A reciclagem vai permitir

a preservação do nosso ambiente e a não poluição do mesmo, trazendo diversas

vantagens ao Ser Humano e a todos os seres vivos. Esta apresenta custos um pouco

elevados, mas um grande rendimento, uma vez que não é necessário fazer uma

nova colheita de materiais e matéria-prima, mas sim aproveitar os já existentes, e

através de processos físicos e químicos, voltar a criar os materiais desejados.

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Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”

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Bibliografia

DANTAS, Maria da Conceição, RAMALHO, Marta Duarte, Jogo de Partículas,

Texto Editores, Lisboa, 2009, 1º Edição, 3º Triagem;

http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/23/pags/labvideos/ciclo_cobre/risco.ht

m

http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/23/pags/labvideos/ciclo_cobre/seguranc

a.htm

http://core.ecu.edu/chem/chemlab/exper3/reactions.htm

http://www.slideshare.net/hugosilvapinto/relatrio-um-ciclo-de-cobre