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.

Fonseca, R. (1988) Ciência: Resposta a tudo.

Webgrafia

http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/quimica/12_um_ciclo_de_cobre_d.

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

http://www.inovar.pt/cre/phpwebquest/webquest/soporte_tabbed_w.php?id

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