AL 1.2 — Um ciclo de cobre

Procedimento • Ponto de partida: cobre metálico
1. 1- Cortar um fio de cobre de modo a obter uma amostra de aproximadamente 0,3 g.
  1. 2- Se a amostra não estiver limpa e brilhante, mergulhar na solução de ácido clorídrico, lavar com álcool e secar com papel.
    1. 3- Pesá-lo até ao centigrama e registar esse valor (m0). Enrolar o fio e colocá-lo no fundo de um copo de precipitação de 250 mL.
      1. • Reacção A: do Cu(s) a Cu(NO3)2 (aq) 4- Adicionar 4,0 mL de HNO3 concentrado, agitar suavemente e colocar a aquecer até dissolução completa. Observar e registar as alterações. Adicionar cerca de 100 mL de água destilada.
        • Reacção B: de Cu(NO3)2 (aq) a Cu(OH)2(s) 5- Adicionar, agitando sempre com uma vareta de vidro, 30 mL de NaOH, 3 mol dm-3 para promover a precipitação do Cu(OH)2. Registar todas as observações efectuadas.
        • Reacção C: de Cu(OH)2(s) a CuO(s) 6- Aquecer a solução quase até à ebulição, agitando sempre para uniformizar o aquecimento
        7- Quando a reacção estiver completa, retirar o aquecimento e continuar a agitar por um ou dois minutos. 8- Deixar repousar o óxido de cobre e decantar o líquido cuidadosamente para não perder CuO. Adicionar cerca de 200 mL de água destilada e decantar uma vez mais.
        • Reacção D: de CuO(s) a CuSO4(s) 9- Adicionar, agitando sempre, 15 mL de H2SO4 6 mol dm-3. Registar as alterações observadas.
        • Reacção E: de CuSO4(s) a Cu(s) 10- Na hotte, adicionar zinco em pó, agitando até que o líquido sobrenadante fique incolor. Registar as observações verificadas
        11- Quando a libertação de gás for muito pouco intensa, decantar o líquido sobrenadante e despejar no recipiente apropriado (recolha de resíduos). 12- Se ainda houver zinco por reagir, adicionar 10 mL de HCℓ, 6 mol dm-3 e aquecer ligeiramente a solução.
        13- Quando não se observar libertação de gás, decantar o liquido. Lavar com cerca de 10 mL de água destilada, deixar repousar e decantar o líquido. Repetir este procedimento mais duas vezes, pelo menos. uma última lavagem com acetona e decantar
        14- Com a ajuda de uma espátula, transferir o cobre para uma placa de petri (revestida com um papel de filtro por dentro) e secar na estufa
        15- Transferir o cobre + papel de filtrovpara uma balança e pesar até ao centigrama. Determinar a massa de cobre obtido (m), sabendo a massa do papel de filtro (previamente pesada).
        Observações Reacção A: A reacção proveniente do cobre com ácido nítrico dá origem a uma solução inicialmente esverdeada e posteriormente azul clara de nitrato de cobre, libertando-se vapores castanhos. Reacção B: Por sua vez o nitrato de cobre ao reagir com o hidróxido de sódio, dá origem ao hidróxido de sódio aquoso e nitrato de sódio também aquoso, sendo esta solução mais escura do que a anterior. Reacção C: Durante o aquecimento a solução escurece. De seguida o óxido de cobre precipita, sendo possível distinguir o soluto sólido (preto) e o soluto líquido (incolor). Reacção D: O óxido de cobre reage com o ácido sulfúrico, formando sulfato de cobre e água, voltando esta solução à cor azul. Reacção E: O zinco ao reagir com o sulfato de cobre, vai originar cobre sólido e sulfato de zinco aquoso.
Introdução: O cobre é um metal de transição, de número atómico 29. Situa-se no grupo 11, período 4, bloco d. Tem uma coloração avermelhada, é dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Como os outros metais, apresenta uma baixa energia de ionização. É um metal muito utilizado a nível industrial para a produção de materiais condutores de eletricidade, como fios e cabos, e de ligas metálicas, como latão e bronze. Normalmente, as relações às quais o cobre está sujeito geram muito desperdícios. Para evitar estes desperdícios e recuperar o cobre deve-se recorrer à sua reciclagem. Esta reciclagem pode ser efetuada através de processos físicos, como a fusão, ou por processos químicos que envolvem sucessivas reações de modo a conseguir obter o metal no final. Para atingir o objetivo definido recorrer-se á a um clico de reações de oxidação-redução de modo a que a massa de cobre utilizado inicialmente seja igual à massa de cobre obtida na reação final. -Ciclo do Cobre..
1. A reciclagem deve ser efetuada não só no cobre , mas também nos outros metais, uma vez que apresentava enumeras vantagens, não só económicas mas também ambientais: diminui a extração dos minérios, pouca energia e água, diminui a poluição e degradação das áreas de exploração do minério e cria emprego e recursos económicos.
2. Objectivos de aprendizagem: • Caraterizar 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. • Identificar alguns problemas de poluição relacionados com a reciclagem do cobre.
Materiais: -3 copos de precipitação (gobelés) de 250 ml; -1 proveta de 5 ml; -1 proveta de 25 ml; -1 proveta de 50 ml; -1 proveta da 100 ml; -1 placa de aquecimento; -1 balança; -Varetas; -Espátulas; -Estufa; -Funil; -Placa de Petri;
1. Reagentes: H2SO4 (6 mol/dm3); NaOH(3 mol/dm3); HNO3 (concentrado); HCl(6 mol/dm3); Zinco (em pó); Cobre; Acetona; Álcool etílico; Água destilada;
Registo de medições/Cálculos: m0(cobre)=0,3 g; m(papel de filtro)=0,737 g; m(papel de filtro+cobre)= 1g
1. Cálculos: -Massa de cobre obtida: m(Cu+ papel de filtro)-m(papel de filtro)=1-0,737= 0,263 -Rendimento: (mobtida/mteórica)x100= (0,263/0,3)x100= 87,6 %
Questões pós-laboratoriais:
1. 1-Porque deve o fio de cobre deve estar "limpo e brilhante"? Na realização da atividade experimental, é necessário que o fio de cobre utilizado inicialmente esteja "limpo e brilhante" a fim de evitar a presença de impurezas e a ocorrência de reações paralelas, de modo a aumentar o rendimento da reação e promover o sucesso da experiência.
2. 2-Indique duas razões para executar o passo 4 na hotte. A adição de HNO3 concentrado foi realizado no hotte pois, primeiramente, este ácido é corrosivo e quando concentrado liberta vapores irritantes para os pulmões. Em segundo lugar, a sua reação com Cu(s) vai libertar como produto o gás NO2, que é um vapor tóxico para o ser humano.
3. 3-O que é removido no processo de decantação do passo 8? É removido o líquido sobrenadante, a água (H2O).
4. 4-Qual o gás a cuja libertação se refere o passo 12? Após ser realizado o passo 12 é libertado hidrogénio, H2 (g). Na reação D não se retirou o líquido sobrenadante (H2O) para que na reação E pudesse ser libertado H2(g), após a adição de HCl [Zn(s)+HCl(aq)-->ZnCl(aq)+H2(g)].Assim, a libertação de H2 (g) permite detetar quando a reação termina.
5. 5-Identifique as reações de oxidação-redução envolvidas no ciclo do cobre, justificando. R: A e E
6. 6-Seria possível obter cobre no final do ciclo, adicionando ferro em pó? Justifique. Na reação E , se fosse adicionado Fe(s) em vez de Zn(s), o cobre seria reduzido, pois o poder redutor do Ferro é superior (tal como o do zinco) e seria obtido Cu(s), como mostra a reação: CuSO4(aq)+Fe(s)-->FeSO4(aq)+Cu(s) NOTA: O Fe é o agente redutor pois o seu potencial de redução (-0,44V) é inferior ao do cobre (+0,34V).Logo, o ferro vai sofrer oxidação e provocar a redução do cobre e regeneração.
7. 7-Faça uma pesquisa na Internet sobre os processos utilizados na indústria para a reciclagem do cobre e problemas de poluição com eles relacionados.Escreva um texto com 8 linhas, no máximo, referindo-se aos aspetos objeto da pesquisa. R: A reciclagem do cobre pode realizar-se por processos físicos (px: fusão) ou processos químicos, envolvendo a transformação das espécies químicas em que este metal participa, ou seja, na realização e observação de uma sequência de reacções envolvendo este elemento, simulando a sua reciclagem. Tem os seus inconvenientes, tal como a libertação de vapores tóxicos para o ambiente e a formação de produtos tóxicos, como o sulfato de zinco ,ZnSO4 ( que foi recolhido como sobrenadante) ,também prejudiciais.
Indice: 1. Objectivos 2. Introdução 3. Material 4. Reagentes 5. Procedimento 6. Observações 7. Conclusões 8. Questões Pós-laboratoriais
Conclusão: Começamos com uma massa de cobre de 0,3g, fazendo-o reagir com o ácido nítrico aquoso de modo a que este oxide, passando a nitrato de cobre aquoso. Para puder recuperar o cobre no estado sólido, a solução teve de passar por diferentes reacções, até se isolar o cobre novamente. No final da reacção D obtivemos sulfato de cobre. De seguida, com a adição de zinco, obtivemos a redução do cobre e a oxidação do zinco pelo facto do potencial de redução do cobre ser maior do que o do zinco. Conseguimos recuperar o cobre através dum conjunto de reacções denominadas “Ciclo do Cobre”, sendo as reações ocorridas exotérmicas. Os resultados obtidos não foram muito diferentes dos esperados uma vez que obtivemos um rendimento de 87,6%, podendo justificar a pequena falha através de perdas nas 2 filtrações que foram feitas ou pequenos erros de medição.

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