Modelo de Relatório: Ciclo do Cobre

Relatório Ciclo do Cobre

Instituto de Química da Universidade Federal de Goiás

Título: Ciclo do cobre: tipos de reações inorgânicas

Aluno: ??????????

Data: ?????

Introdução

A lei da conservação das massas foi publicada pela primeira vez em 1760, em um ensaio de Mikhail Lomonosov. No entanto, a obra não repercutiu na Europa, cabendo ao francês Antonie Lavoisier o papel de tornar mundialmente conhecido o que hoje se chama lei de Lavoisier.

Segundo essa lei, em qualquer sistema, físico ou químico, nunca se cria nem se elimina matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra. Portanto, não se pode criar algo do nada nem transformar algo em nada.

Para estudar esta lei no laboratório, foi realizado um conjunto de reações partindo-se de cobre metálico a fim de testar se a massa do metal pudesse ser reconstituída ao final do experimento. Tal conjunto de reações pode ser sumarizada no ciclo do esquema 1. O ciclo consiste de diferentes tipo de importantes reações inorgânicas que incluem:  reação de oxidação-redução,  precipitação, decomposição, complexação e ácido-base.

Assim, o objetivo deste experimento foi estudar um ciclo de reações envolvendo o cobre e avaliar a Lei da Conservação da Matéria, bem como as fontes de erros experimentais que podem  alterar os dados esperados.

[pic 1]

Esquema 1. Representação do ciclo de reações do cobre [1].

Materiais e Métodos

Materiais

Nesse experimento foram usados reagentes com grau analítico e/ou recém-preparados. São eles:  Cobre metálico em fio,  ácido nítrico (1:1, v/v), hidróxido de sódio (3,0 mol/L), hidróxido de amônio (6,0 mol/L), ácido sulfúrico (6,0 mol/L). Foram usados balança semi-analítica, marca XXXXX

Métodos

Pesou-se 0,3 g (valor pesado pelo GRUPO) de fio de cobre, adicionou-se 4 a 5 mL de ácido nítrico (1:1, v/v) e aqueceu-se cuidadosamente por 10 min.. Após a dissolução, adicionou-se 150 mL de água destilada, agitou-se e  acrescentou-se 20 mL de solução de hidróxido de sódio (3,0 mol/L). Em seguida, aqueceu-se a ebulição, até o material ficar preto e denso. Filtrou-se  o sólido, lavou-se com três porções de água destilada, álcool etílica e acetona e secou-se  por10 min.  a 100oC.

O sistema (papel de filtro e sólido) foram transferidos para um béquer e adicionou-se, gota a gota, cerca de 10 mL de solução 6,0 mol/L de ácido clorídrico, até dissolução total do sólido. Então, adicionou-se 20 mL de água destilada, retirou-se o papel de filtro e mais 30 mL de solução de hidróxido de amônio (6,0 mol/L).

A seguir, adicionou-se à solução obtida 10 mL de solução de ácido sulfúrico (6,0 mol/L) e depois zinco em pó, em pequenas porções, sob agitação vigorosa entre cada adição, até que a solução sobrenadante fique incolor.  Finalmente, adicionou-se solução de ácido clorídrico (6,0 mol/L), até não haver mais desprendimento de gás, aqueceu-se o sistema por 5 min. e filtrou-se a mistura. Lavou-se o sólido com água destilada e acetona e secou-se por 10 min. a 100oC.

Resultados e Discussões

Durante esta experiência o cobre metálico foi transformado em várias espécies químicos até o cobre ser recuperado na forma metálica (Esquema 1). O cobre metálico foi dissolvido com ácido nítrico concentrado em excesso, numa típica reação de óxido-redução com formação de uma solução de cor azul, contendo íons de cobre aquosos e liberando um gás incolor que muda para castanho em contato com o ar (eq. 1 e 2).

3Cu(s) + 8HNO3(aq) → 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 2H2O(l)        1

2NO(g) +  O2 → 2NO2(g)        2

HNO3(aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaNO3(aq)        3

Cu(NO3)2(aq) +2NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2NaNO3(aq)        4

Cu(OH)2(s) + calor → CuO(s) + H2O(l)        5

CuO(s) + HCl(aq) → [CuCl4]2-(aq) + H+(aq)  +  H2O(l)        6

[CuCl4]2-(aq)  +  4NH3(aq)  → [Cu(NH3)4]2+(aq)  +  4Cl-(aq)        7

HSO4(aq) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaNO3(aq)        8

CuSO4(aq) + Zn (s) → Cu (s) + ZnSO4 (aq)        9

H2SO4(aq) + Zn (s) → H2 (g) + ZnSO4 (aq)        10

Logo após a dissolução do cobre, o excesso de ácido nítrico foi neutralizado com hidróxido de sódio (eq. 3) e ao continuar a adição, observa-se a formação de uma dispersão coloidal de cor azul claro que precipita lentamente, característico do hidróxido de cobre (eq. 4). O aquecimento da dispersão em água, decompõe o Cu(OH)2 à CuO que é um sólido preto denso que precipita imediatamente (eq. 5). O solido foi isolado e sua massa de ??? g forneceu um rendimento de ???%. O valor superior a 100% é contrario ao princípio da conservação da matéria e indica a formação de um produto de estequiometria diferente a prevista pela equação 5. De fato, o CuO pode se apresentar de forma hidratada acarretando numa massa molecular superior a usada para o cálculo do rendimento.