Relatório de Química experimental nº 04

INTRODUÇÃO TEÓRICA

O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim Cuprum) e tem número atómico 29. É considerado um metal de transição estando localizado no grupo 11, 4º período, bloco d da tabela periódica. [1] [3]

É 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. Em solução aquosa apresenta-se normalmente como Cu (H2O)2+ (embora também forme catiões mono positivos) e tem uma cor azul-cobalto característica. O óxido de cobre (II), formado quando o cobre é aquecido em presença de oxigénio, tem cor negra. Tal como os outros metais, o cobre apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder redutor.

Laboratorialmente é possível mediante consecutivas reacções entre o cobre e soluções ácidas e básica ter como produto final. Este processo nos induz ao conceito ciclo, e dados ao facto de este ciclo ter como reagente inicial cobre e ter como produto de reacção também cobre, denominá-lo-emos "ciclo do cobre”. [4]

O ciclo do cobre

O ciclo de cobre é um conjunto de reacções que começam numa liga de cobre para formar cobre puro, que possa ser utilizado novamente. É por isso um processo de reciclagem de cobre.

O ciclo do cobre permite evidenciar a ocorrência de reacções químicas envolvendo a formação de um precipitado, a libertação de um gás, a alteração de cor ou com uma variação de temperatura. Na Figura 1, está representado esquematicamente um ciclo do cobre, em que ocorrem diversas transformações químicas. [4]

[pic 1]

Figura 01 – representação do ciclo de cobre.

OBJECTIVO

• Sintetizar uma substância inorgânica (cobre), caracterizá-la e calcular o rendimento teórico e percentual do produto obtido.

MATERIAIS E REAGENTES

Materiais	Reagentes
Balança analítica	Fio de cobre (cerca de 100 mg)
Chapa de aquecimento	Água destilada
Vareta de vidro	Solução de ácido nítrico (6,0 )[pic 2]
Erlenmeyers	Solução de Hidróxido de sódio (6,0 )[pic 3]
Béqueres	Solução de ácido sulfúrico (3,0 )[pic 4]
Vidro de relógio	Zinco (cerca de 800 mg)
Espátula
Estufa
Funil
Papel indicador de Ph
Termómetro

PROCEDIMENTO

1 – Pesou-se 100 mg de cobre, e adicionou-se ao metal 2 cm³ de uma solução 6,0 mol/dm³ de ácido nítrico (para tal usou-se o Erlenmeyer de 10 cm³). Tal que:

Etapa 01: Cu(S) + HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + H2O(l) + NO2(g)

2 – Adicionou-se, gota a gota, de uma solução 6,0 mol/dm³ de hidróxido de sódio à solução da etapa 1, até a solução tornar-se básica. Utilizou-se também papel indicador para medir a cor do pH. Observou-se a presença de um precipitado azulado. Tal  que:

Etapa 02: Cu(NO3)2(aq) + NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + NaNO3(aq)

3 – Aqueceu-se o precipitado formado na etapa 2, a 120ºC, até quando observou-se o aparecimento de um precipitado preto. Filtrou-se, decantando o referido precipitado, e lavou-se com 2 cm³ de água destilada. Tal que:

Etapa 03: Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l)

4 – Em um béquer de 30 cm³, acrescentou-se 6 cm³ de ácido sulfúrico 3,0 mol/dm³. Em seguida, acrescentou-se também o precipitado preto formado na etapa 3. E agitou-se a mistura até que todo o sólido dissolveu-se completamente. Tal como:

Etapa 04: CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l)

5 – Acrescentou-se à solução obtida na etapa 0, 800 mg de zinco em pó. E agitou-se a mistura até que observou-se a precipitação de cobre metálico. Tal como:

Etapa 05: CuSO4(aq)+Zn(s) → Cu(s)+ZnSO4(aq)

6– Em vez de medir-seo papel de filtro em seguida utiliza-lo para filtrar a mistura obtida na etapa 5, fez-se uma decantação e filtrou-se a mistura obtida na etapa anterior. E lavou-se o precipitado com 4 cm3 ou mais de água destilada e secou-se na estufa.

7 – Finalmente mediu-se a massa do conjunto precipitado obtido anteriormente + o vidro de relógio. [4]

OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS

Reacções	Observações
Etapa 01	Ao adicionar a solução de ácido nítrico no Elenmeyer contendo inicialmente cobre inicia-se com uma reacção de oxidação-redução (transferência de electrões entre os reagentes), na qual o cobre é oxidado a Cu2+, por acção do ácido nítrico. Nesta reacção há formação de NO2(g), que se liberta sobre a forma de vapores acastanhado (perigosos por inalação). A cor azul-esverdeada no fundo do recipiente deve-se à formação do Cu(NO3). Após adicionarmos água, a solução ficou mais clara, libertando vapores incolores. A concentração da solução diminuiu. Obs.: esta reacção foi realizada na hotte para evitar possíveis acidentes e também porque houve libertação de gases, razão pela qual as paredes do Elenmeyer escureceram.
Etapa 02	Partiu-se de uma prévia medição do PH  da solução obtida na etapa 1com papel indicador, e obteve-se a coloração violeta. Nota! A medição do PH de uma solução mede-se em uma escala de 1 a 14 sendo que: PH entre [0,7), considera-se o meio ácido; PH=7, considera-se o meio neutro; PH entre [7,14], considera-se o meio básico; Após adicionar-se, gota a gota, de uma solução 6,0 mol/dm³ de hidróxido de sódio à solução da etapa 1, até a solução tornar-se básica (PH entre [7,14]). E utilizar-se também papel indicador para medir a cor do pH, observou-se uma coloração azulada.
Etapa 03	Após aquecer-se o precipitado formado na etapa 2, a 120ºC, até quando observou-se o aparecimento de um precipitado preto (cerca de 10 minutos). Filtrou-se a água e lavou-se o precipitado com 2 cm³ de água destilada em três secções. O hidróxido de cobre foi sujeito a um aquecimento intenso observou-se a sua decomposição em óxido de cobre (II) (de coloração negra) e água.
Etapa 04	Em um béquer de 30 cm³, após acrescentar-se 6 cm³ de ácido sulfúrico 3,0 mol/dm³ medidos em uma proveta. E também o precipitado preto formado na etapa 3. E agitar-se a mistura até que todo o sólido dissolveu-se completamente, observou-se uma reacção ácido-base (reacção entre um ácido e uma base, originando um sal e água).
Etapa 05	Ocorre uma reacção de oxidação-redução, obtendo-se cobre metálico por redução do sulfato de cobre com zinco metálico. Observa-se que as reacções Etapa 01 e Etapa 05 mencionadas anteriormente são exotérmicas, pois a energia é transferida de um meio interior para um meio exterior, aquecendo assim o recipiente onde elas se encontravam.
Etapa 06	Fez-se uma decantação e filtrou-se o sulfato de zinco do produto obtido da reacção na etapa anterior. E lavou-se o precipitado com 4 cm3 mais de água destilada e secou-se na estufa por 20 minutos inicialmente. E observou-se que a cor do produto final (cobre metálico) voltou a mesma (castanha ou marrom). [1]