AL 1.2-Ciclo do Cobre

AL 1.2-Ciclo do Cobre

1. ÍNDICE: •Objetivos do trabalho; •Introdução teórica; •Material e Reagentes; •Ciclo do Cobre; •Procedimento;•Registo de medições e cálculos; •Questões pós-laboratoriais; •Conclusões finais.

   • OBJETIVOS DO TRABALHO: Caracterizar a reatividade de elementos metálicos, tendo como exemplo a reatividade do cobre, reconhecer a importância da reciclagem do cobre e as potencialidades da reciclagem dos metais, em geral e identificar alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem do cobre.
   • INTRODUÇÃO TEÓRICA: O cobre e as suas ligas metálicas podem ser reciclados através de processos físicos e químicos de baixo consumo energético e, para além disso, contribuem fortemente para a poupança de recursos naturais. Aproximadamente 40% da produção do cobre e das suas ligas metálicas provém de materiais reciclados podendo chegar a 90% da produção. A viabilidade deste tipo de indústria está, em termos económicos, dependente da reciclagem de todos os desperdícios provenientes de todo o processo de transformação do cobre e das suas respetivas ligas metálicas.
   • CICLO DO COBRE:
     • A- Cu(s) + 4HNO3(aq) -> Cu(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g)
       • B- Cu(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) -> Cu(OH)2(s) + 2NaNO3(aq)
         • C- Cu(OH)2 (s) -> CuO(s) + H2O(l)
           • D- CuO(s) + H2SO4(aq) -> CuSO4(s) + H2O(l)
             • E- CuSO(s) + Zn(s) -> Cu(s) + ZnSO4(aq)
     • Durante o ciclo do cobre, o metal é sujeito a uma série de transformações, que incluem diversos tipos de reações: reações de oxidação-redução, de ácido-base, de decomposição e também de precipitação que, terminam na sua regeneração e consequente reciclagem.
   • REGISTO DE MEDIÇÕES E CÁLCULOS: mcobreobtida=0,39g m0cobre= 1,2g →mcobreobtida/m0cobre×100=0,39/1,2×100≈33%
   • QUESTÕES PÓS-LABORATORIAIS:
     • 1-Por que deve o fio de cobre estar “limpo e brilhante”? O fio de cobre deve estar "limpo e brilhante", uma vez que o cobre que vai ser reciclado não deve conter impurezas, pois caso tivesse, as mesmas iriam influenciar o rendimento da reação.
       • 2-Indique duas razões para executar o passo 4 na hotte. Uma vez que o ácido nítrico (
         • 3-O que é removido no processo de decantação do passo 8? Através deste, procura-se separar a fase líquida da fase sólida, ou seja, a água do óxido de cobre, sendo este o produto removido nesse processo.
           • 4-Qual o gás a cuja libertação se refere o passo 12? O gás libertado no passo 12 é o di-hidrogénio.
             • 5-Identifique as reações de oxidação-redução envolvidas no ciclo do cobre, justificando. Estas, correspondem às reações A e E, que correspondem, respetivamente, às reações através das quais o cobre metálico é oxidado a nitrato de cobre e o sulfato de cobre é reduzido a cobre. Tais reações correspondem a reações de oxidação-redução, uma vez que nas duas ocorre transferências de eletrões entre as diferentes espécies químicas.
               • 6-Seria possível obter cobre no final do ciclo adicionando ferro em pó? Justifique. De acordo com a série eletroquímica dos potenciais padrão de redução, o zinco possui menor potencial normal de redução do que o ferro, o que faz do zinco um redutor mais forte do que o ferro, e deste último um oxidante mais forte. Desse modo, na reação E, através da que ocorre a redução dos iões
                 • 7-Faça uma pesquisa na Internet sobre os processos utilizados na indústria para a reciclagem do cobre e problemas de poluição com eles relacionados. Tal como a sucata de ferro e as embalagens de alumínio, o cobre, também ele pode ser regenerado e reciclado industrialmente. Tal regeneração e consequente reciclagem é feita industrialmente, sujeitando o cobre a inúmeras reações que têm como início e fim o cobre. Na indústria, o cobre é utilizado para o fabrico de algumas estátuas, mas mais frequentemente utilizado na produção de cabos elétricos, fabrico de computadores e bobinas de motores. A reciclagem do cobre tem diversas vantagens, estando a principal relacionada com o facto de se evitar o processo de extração do metal dos minérios. No entanto, o processo de reciclagem do cobre acarreta algumas desvantagens, essencialmente relacionadas com o ambiente, pois através desses processos, são libertados para a atmosfera gases tóxicos e, para os rios, são lançadas substâncias aquosas
   • MATERIAL: 3 Copos de precipitação de 250mL; 1 Proveta de 5mL; 1 Proveta de 10mL; 1 Proveta de 25mL; 1 Proveta de 50mL; 1 Proveta de 100mL; 1 Placa de aquecimento; 1 Balança; Varetas de vidro; Espátulas; Placas de Petri
     • REAGENTES: H2SO4 6mol/dm3; NaOH 3mol/dm3; HNO3 conc.; HCl 6mol/dm3; Zinco (em pó) ; Cobre em fio ; Acetona ; Álcool etílico; Água destilada
   • PROCEDIMENTO:
     • Antes de realizar esta experiência é necessário verificar se a amostra de cobre se encontra limpa e brilhante, caso não apresente essas características deve-se mergulhar em solução de ácido clorídrico, de seguida em álcool e, por fim, secá-la com um papel
       • Antes de serem abordadas as reações presentes no ciclo do cobre e apresentar o procedimento adotado para cada uma delas, é necessário referir uma outra fase anterior a todas as outras. Nesta fase ocorre, em geral, a preparação do cobre metálico, de forma a posteriormente poder ser sujeito ás diversas reações que vão levar á sua regeneração e, consequente recuperação e reciclagem do mesmo.
         • Procedimento : obteve-se uma amostra de cobre metálico, de seguida pesou-se, com uma balança, a amostra anterior e registou-se o valor obtido, por fim colocou-se a amostra num copo de precipitação de 250 mL.
           • Esta primeira parte está relacionada com a equação A ( Cu (s) + 4HNO3 (aq) -> Cu(NO3)2 + 2H2O(l) + 2NO2 (g) )
             • A reação A marca o início do ciclo de cobre, onde o cobre metálico é oxidado por ação do ácido nítrico (HNO3), oxidando dando origem ao nitrato de cobre (Cu(NO3)2). Para além deste produto, inicialmente de cor esverdeada e depois de cor azul, resulta também da reação a libertação de dióxido de azoto (NO2), gás de cor acastanhada, resultante da redução do ácido nítrico (HNO3).
               • Tendo em conta que nesta reação ocorre oxidação do cobre metálico pelo ácido nítrico e, também, a redução deste último, trata-se de uma reação de oxidação-redução, visto que há transferência de eletrões do agente redutor (cobre metálico), para o agente oxidante (ácido nítrico).
                 • Equação A:
                   • Material: 1 copo de precipitação de 250 mL; papel de filtro (opcional); 1 funil; 1 proveta de 5mL; 1 vareta (opcional); lulas de proteção e hotte. Reagentes: Solução de HNO3 - 16 mol/dm3 ; água destilada.
                     • 1 - Numa proveta de 5mL mediu-se, com o auxílio de um funil, 4mL de ácido nítrico (HNO3); 2- Transferiu-se, com o auxílio de uma vareta, o conteúdo anterior para o copo de precipitação de 250 mL, onde anteriormente se tinha colocado a amostra de cobre;3- Com uma vareta, agitou-se suavemente até o cobre se dissolver completamente no ácido nítrico (HNO3)
                       • 4- Numa provetade 5mL mediu-se, com o auxilio de um funil, 100mL de água destilada; 5- Transferiu-se, com a ajuda de uma vareta, o conteúdo anterior para o copo de precipitação, onde anteriormente se tinha formado a solução de nitrato de cobre (Cu(NO2)2).
                         • Equação B:
                           • Material: 1 espátula; 1 vareta; luvas de proteção e hotte.
                             • 1- Adicionou-se, com o auxílio de uma espátula, á solução de nitrato de cobre (Cu(NO2)2), formada anteriormente, algumas gramas de hidróxido de sódio sólido (NaOH); 2 - Agitou-se, com uma vareta, a solução obtida até não ocorrer a formação de precipitação.
                               • Equação C:
                                 • Material: 1 placa de aquecimento; 1 vareta; copo de precipitação de 250 mL; luvas de borracha e hotte
                                   • 1- Numa placa de aquecimento, aqueceu-se a solução de hidróxido de cobre (Cu(OH)2), agitando sempre com ajuda de uma vareta de modo a uniformizar o aquecimento; 2- Quando se verificou a mudança de cor da solução para uma cor mais escura, retirou-se da placa e continuou-se a agitar durante alguns minutos; 3- Deixou-se repousar a solução de óxido de cobre (CuO) durante uma semana, na qual ocorreu a deposição do sólido no fundo do copo.
                                     • 5- Com a ajuda de uma vareta, transferiu-se lenta e cuidadosamente o líquido sobrenadante para outro copo de percepitação; 6- Adicionou-se ao sólido 200mL de água destilada, agitou-se e por fim decantou-se.
                                       • Equação D:
                                         • Material: 1 proveta de 25mL; 1funil; 1 vareta; luvas de borracha e hotte.
                                           • 1-Numa proveta de 25mL mediu-se, com auxílio de um funil, 15mL de solução de ácido sulfúrico (H2SO4); 2- Adicionou-se, com auxílio de uma vareta, o conteúdo anterior ao óxido de cobre, contido num copo de precipitação; 3- Com uma vareta, agitou-se a sólido.
                                             • Equação E:
                                               • Material: Balança; 1 espátula; 1 vareta; 1 proveta de 10mL (opcional); papel de filtro, proveta de 100mL
                                                 • 1- Numa balança, pesou-se cerca de 1,3 grama de zinco em pó; 2 - Adicionou-se, á solução de sulfato de cobre (CuSO4) e zinco em pó, que foi previamente pesado; 3- Agitou-se, com uma vareta, a solução formada, até o líquido sobrenadante ficar incolor; 4-Decantou-se a solução formada de modo a separar o sulfato de zinco do cobre; 5- Por fim, colocou-se o sólido numa placa de Petri a secar durante alguns dias.
   • CONCLUSÕES FINAIS :Tal como a maioria dos metais e das ligas metálicas, o cobre pode, por processos químicos, ser regenerado e reciclado. Tal acontece ao sujeitar-se o metal a uma sequência de reações que têm como início e fim o metal. Esse foi precisamente o objetivo desta atividade laboratorial: simular o ciclo do cobre. No nosso caso, o rendimento final do ciclo foi de 33%, um valor não muito alto devido, a diversos processos, nomeadamente decantações. Assim, como resposta á questão inicial – Como reciclar um metal usando processos químicos? – pode dizer-se que tal se faz, fazendo passar o metal em questão por uma sequência de reações que levem à sua regeneração.

2. Ana Campos-nº3

3. Ana Alves-nº4

4. Ana Seixas-n05

5. Química- Isabel Allen-2016/2017

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