Ciclo Do Cobre

Objetivo

A atividade experimental designa-se de ciclo do cobre, uma vez que o conjunto de reações realizadas tem como reagente inicial e produto final, o cobre. Assim diz-se que é um processo de reciclagem do cobre.

Introdução

O cobre é um metal que aparece na natureza geralmente sob a forma de alcosite (Cu2S) e cuprite (Cu2o), podendo também ser encontrado na calcopirite (CuFeS2), na malaquite (CuCo3•Cu(HO)) ou ainda como cobre nativo (não combinado) embora em pequenas quantidades. Faz parte do bloco d, e é também um elemento de transição (já que o íon Cu+2 .tem orbitais d em preenchimento). Em solução aquosa apresenta-se normalmente como Cu(H2o)+2 (embora também forme cátions monopositivos) que tem uma cor azul-cobalto característica. O óxido de cobre (II), formado quando o cobre é aquecido em presença de oxigênio, tem cor negra. Tal como os outros metais, o cobre apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder redutor. Reage com os oxiácidos (íons poliatômicos com um cátion de hidrogênio) como o ácido nítrico ou o ácido sulfúrico, sendo oxidado pelo ânion do ácido e não pelo H+, já que este tem menor poder oxidante que o Cu (logo não ocorre a reação).

O ciclo de cobre designa-se por um conjunto de reações que se iniciam numa liga de cobre para formar cobre puro, para que este possa ser utilizado novamente, designando-se por “reciclagem do cobre”.

Durante este ciclo verifica-se a ocorrência de diferentes tipos de reações, reações de oxidação-redução, ácido-base e de precipitação. Nas reações de oxidação-redução ocorre transferência de elétrons, pelo que existem sempre dois tipos de espécies químicas, o oxidante e o redutor. O oxidante é espécie química que capta elétrons (receptor de elétrons), isto é, é reduzida, provocando a oxidação da outra espécie. O redutor é espécie química que cede elétrons (doador de elétrons), isto é, é oxidada, provocando a redução da outra espécie. Nas reações de ácida-base ocorre a reação entre soluções aquosas ácidas e soluções aquosas básicas, já nas reações de precipitação ocorre o processo químico em que é formado partículas sólidas que ficam em suspensão e que acabam por se depositar no fundo do recipiente

Todas as essas reações são exotérmicas, pelo que há transferência de energia para o exterior, sob a forma de calor.

Ciclo do cobre:

Segundo a lei de Lavoisier, a massa de cobre obtida nesta reação será igual à massa de cobre inicial. No entanto o rendimento da reação dependerá da extensão das reações, do grau de pureza dos reagentes e da qualidade do procedimento.

Procedimento experimental

A - A dissolução do cobre metálico

Colocou-se 2 pedaços de fio de cobre em um tubo de ensaio. Usando-se um conta gotas, adicionou-se 10 gotas de ácido nítrico concentrado até não ser mais observada evidencia de uma reação química. Observou-se a liberação de um gás.

B - Nitrato de cobre (II) a Hidróxido de cobre (I)

Adicionou-se 10 gotas de água na solução da parte A, e logo após, adicionou-se lentamente 10 gotas de uma solução de NaOH 6 M. Observou-se a formação de precipitado. Depois, adicionou-se mais 10 gotas de NaOH.

Verificou-se se a precipitação do hidróxido foi completa, então adicionou-se 3 gotas de NaOH no sobrenadante. Centrifugou-se. Observou-se a cor da reação.

C - Formação de óxido de cobre (II)

Sedimentou-se e descartou-se o sobrenadante. Aqueceu-se cuidadosamente o tubo de ensaio sobre uma chama fria até que o precipitado mudasse de cor.

D – Preparação do CuSO4.

Ao sólido da parte C, adicionou-se 20 gotas de H2SO4 6M até a dissolução do precipitado. Aqueceu-se brevemente. Observou-se a reação.

E - Formação do cobre metálico.

Diluiu-se a solução da parte D com água destilada até que o tubo de ensaio estivesse preenchido com a metade de sua capacidade. Acrescentou-se 4 fitas de magnésio, agitando continuamente, até que a solução se tornou incolor. Observou-se a reação e a liberação de um gás.

Resultados

Reação A (Reação de Oxidação-Redução)

Cu (s) + 4HNO3 (aq) ------> Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (l) + 2 NO2 (g)

O ciclo de cobre inicia-se com uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons entre os reagentes), na qual o cobre é oxidado a Cu+2, por ação do ácido nítrico. Nesta reação há formação de NO2, que se liberta sobre a forma de vapores castanho-claros (perigosos por inalação). A cor azul-esverdeada no fundo do recipiente deve-se à formação do Cu(NO3).

Reação B (Reação de Oxidação-Redução)

Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq) ---------> Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq)

Ocorre uma reação