AL 1.2 - Ciclo do Cobre

AL 1.2 - Ciclo do Cobre

1. Introdução

   • O ciclo de cobre é uma sequência de reacções sucessivas que permitem recuperar o cobre que havia inicialmente. Ou seja o produto inicial e final é o cobre. É por isso um processo de reciclagem do cobre. O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim Cuprum), é um metal de transição,está no 4º período e 2ºgrupo. É considerado um dos metais mais importantes industrialmente e á temperatura ambiente encontra-se no estado sólido. Tem uma coloração avermelhada, é dúctil, maleável e bom condutor de electricidade. Tem um elevado poder redutor (baixa energia de ionização). Na atualidade é essencialmente usado para produzir materias condutores de eletrecidade.

2. Índice

   • -Objetivos -Introdução -Materiais -Reagentes -Segurança -Procedimentos -Observações -Cálculos -Conclusão

3. Objetivos

   • - Aplicar um conjunto de processos químicos e físicos de um ciclo de cobre; -Caracterizar a reatividade dos elementos metálicos, em específico nesta experiência o cobre; -Entender a importância da reciclagem, na generalidade, e identificar alguns problemas de poluição associados ao cobre; -Descobrir se é possível reciclar uma substância recorrendo a processos químicos com rendimento de 100%.

4. Material

   • Provetas (100ml,50ml,25ml,10ml)
   • Balança
   • Luvas
   • Bata
   • Placa de aquecimento
   • Gobeles
   • Varetas de vidro
   • Espátula
   • Funil

5. Reagentes

   • -Cobre (Cu);
   • -Ácido Sulfúrico (H2SO4) - 6 mol/dm3
   • -Ácido Clorídrico (HCl) - 3 mol/dm3
   • -Ácido nítrico (HNO3) - 15mol/dm3
   • -Hodróxido de Sódio (NaHo)
   • -Zinco, em pó

6. Segurança

   • HNO3
     • Riscos:Corrosivo! Quando concentrado, os vapores são irritantes para os pulmões. Cuidados:Usar óculos de segurança e luvas de borracha. Trabalhar no nicho.
   • NaHo
     • Riscos:As suas soluções são corrosivas para a pele e muito perigosas se ocorrerem salpicos para os olhos. Cuidados;Usar óculos de segurança e luvas de borracha.
   • HCl
     • Riscos:Usar óculos de segurança e luvas de borracha. Cuidados:Usar óculos de segurança e luvas de borracha.
   • NO2
     • Riscos:Muito tóxico por inalação. Cuidados:Usar óculos de segurança e luvas de borracha. Trabalhar no nicho.
   • Acetona

7. Procedimento

   • 1.Primeiramente cortou-se um fio de cobre de modo a obter uma amostra com cerca de 0,30g ; 2. Pesou-se a amostra e registou-se o valor da massa medida; 3.Colocou-se o fio de cobre no fundo do gobelé;
   • Reação A
     • 4. Na hotte, adicionou-se 5 mL de HNO 3  concentrado. Agitou-se ligeiramente até a dissolução estar completa. Adicionou-se 100 ml de água destilada.Observou-se e registou-se as alterações.
   • Reação B
     • 5.   À solução de Cu(HO 3 ) 2  adicionou-se a solução de NaHO 3 mol/dm 3  (V=30,0mL) e agitou-se com uma vareta de vidro para precipitar Cu(HO) 2  até não haver formação de mais precipitado. Registou-se todas as observações.
   • Reação C
     • 6. Aqueceu-se, quase até à ebulição, a solução contida no gobelé, agitou-se sempre para uniformizar o seu aquecimento. 7. Após a reação estar completa retirou-se a solução da placa de aquecimento. 8. Deixou-se repousar o sólido durante 1 semana. 9. Retirou-se , cuidadosamente para não perder CuO ,o líquido sobrenadante por decantação. Lavou-se o sólido com 200 mL de água desionizada, agitou-se e decantou-se uma vez mais.
   • Reação D
     • 10. Adicionou-se ao sólido, agitando sempre, 15 mL de solução de H2SO4 6 mol/dm3, até dissolver todo o sólido. Registaram-se as alterações.
   • Reação E
     • 11. No gobelé adicionou-se, de uma só vez, cerca de 1,3g de zinco em pó, agitando até o líquido sobrenadante ter ficado incolor. Registaram-se as alterações. 12. De seguida pesou-se o papel de filtro que será usado na decantação. 13. Quando não se observou mais libertação de gás, decantou-se o líquido. Lavou-se com água desionizada, deixou-se repousar e decantou-se o líquido. Repetiu-se este procedimento, pelo menos, mais duas vezes. 14. Retirou-se o papel de filtro juntamente com o cobre e colocou-se tudo numa placa de petri . Deixou-se o solido secar à temperatura ambiente durante uma semana. 15. Pesou-se novamente e registou-se para posterior cálculo do rendimento.

8. Observações

   • Reação A
     • Após se adicionar a solução HNO3, observou-se uma coloração esverdeada. O cobre começou a dissolver-se e a perder massa. A dissolução foi demorada. Após a total dissolução do cobre e depois de se adicionar água destilada a solução começou a apresentar uma cor azul clara translucida, libertando vapores incolores. A concentração da solução diminuiu.
   • Reação B
     • Depois de se adicionar NaHO, a solução passou a apresentar uma cor de um azul mais intenso. Formou-se uma precipitado azul marinho. Após agitar formou-se uma solução homogénea azul-escura e ficaram resíduos nas paredes do gobelé.
   • Reação C
     • Já na placa de aquecimento verificou-se que a solução começou apresentar uma coloração esverdeada. Passado alguns minutos ficou negra, observando-se resíduos na parede do gobelé. Após o aquecimento, deixou-se repousar e ficaram partículas em suspensão formando- se um precipitado no fundo do gobelé. Na primeira decantação foi removida a água resultante do aquecimento.
   • Reação D
     • Libertou-se um fumo branco e a solução ficou azul novamente (a cor do cobre em iões é azul). A solução aqueceu.
   • Reação E
     • A solução ficou azul (ou seja, ainda tem iões de cobre). Libertou-se vapor de água até se obter cobre na forma sólida. A solução aqueceu. O cobre, após algum tempo, pousou no fundo do gobelé. Na decantação e antes do cobre secar este apresentava uma cor vermelho-vinho. A realização da reação E levou à libertação de uma pequena quantidade de gás incolor que, apesar de não estar incluído na equação química que traduz a reação, concluímos ser Hidrogénio.

9. Conclusão

   • O rendimento obtido foi de 160,8% um valor um alto do que seria de esperar.Este valor pode ser explicado devido a adição de uma concentração de ácido maior que a indicada ou pelas decantações mal realizadas : a primeira com o objectivo de remover a solução de NaNO3 , a segunda para remover a solução de sulfato de zinco e a terceira para remover o HCl e zinco presentes.Podem também ter ocorrido erros nas medições de massas devido à má calibração das balanças ou erros acidentais.De forma a evitar acidentes e a libertação de gases para o ambiente todas as reações que envolveram o uso de ácidos foram realizadas na hotte . Ao longo do procedimento verificaram-se mudanças de cor nas soluções como foi indicado nas observações. O cobre quando reagiu com o ácido nítrico (oxidando-se) a sua tonalidade mudou para verde libertando um gás( NO2). Quando ficou totalmente oxidado, a sua cor tornou-se azul.
     • Podemos ainda concluir com esta experiência laboratorial que o cobre, devido a ser uma metal muito reactivo, quando em contacto com um ácido pode libertar gases prejudiciais ao ambiente. É importante portanto promover a reutilização e reciclagem do cobre para não provocar danos ao ambiente.

10. Questões pós-laboratoriais

    • 1.O fio de cobre tem de estar “limpo e brilhante”, a fim de evitar a presença de impurezas, e também de evitar reacções paralelas, tudo isto para aumentar o rendimento da reacção e o sucesso da actividade experimental.
    • 2.Esta reacção foi realizada na hotte para evitar possíveis acidentes e também porque houve libertação de gases
    • 3. O que é removido na decantação no passo 8 é a solução de NaNO3.
    • 4. O gás a que se refere é o Hidrogénio.
    • 5. São consideradas reações de oxidação-redução as reações A e E, uma vez que os nºs de oxidação mudam.
    • 6.Será possível obter cobre no final porque o poder redutor do ferro em pó é maior que o do cobre.
    • 7. Na indústria de reciclagem do cobre existem tanto processos físicos (fusão), como processos químicos que envolvem transformações das espécies químicas em que participa o metal. Uma clara vantagem proveniente da reciclagem é a quantidade de energia que se consegue poupar com este processo.A reciclagem do cobre poderá acarretar alguns malefícios ambientais. Dado que o cobre é um metal muito reactivo, em contacto com ácidos liberta certos gases que podem prejudicar o ambiente.

11. Bibliografia

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

12. Equações das reações químicas :

    • Cu(s) + 4 HNO 3 (aq) → Cu(NO 3 ) 2 (aq) + 2 H 2 O(ℓ) + 2 NO 2 (g)
      • Cu(NO 3 )2(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH) 2 (s) + 2 NaNO 3 (aq)
        • Cu(OH) 2 (s) CuO(s) + H 2 O(ℓ)
          • CuO(s) + H 2 SO 4 (aq) → CuSO 4 (s) + H 2 O(ℓ)
            • CuSO 4 (s) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO 4 (aq)

13. Trabalho realizado por: Francisco Santos nº16, Helena nº17,Miguel nº23

14. Calculo do rendimento: n=massa final/massa inicial x100<=> n= 0,74/0,46 x100 <=>n=160,8%

    • massa inicial = (0,46 +/-0,01)g -massa final= 1,50 - 0,76= 0,74
      • Cu(s)

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