O Ciclo do Cobre - Actividade Experimental

 

N    Material e Reagentes

 

Material 

• Gobelé 40ml
• Erlenmeyer de 250cm³ c/rolha
• Pipetas Pasteur
• Pipetas conta-gotas
• Placa de aquecimento
• Vareta de vidro
• Vidro de relógio
• Espátula
• Pipeta graduada 5 cm³
• Pompete
• Pinça Bico de Pato

 

Reagentes

• Água desionizada
• Álcool etílico
• HCl₃ mol dm³
• HNO₃ concentrado
• H₂SO₄ 6 mol dm³
• NaOH ₂ mol dm³
• Fio de cobre
• Zinco em pó
• Acetona

 

 

 

N    Procedimento

 

O procedimento utilizado está de acordo com o procedimento que se encontra na ficha da actividade experimental cedida pela professora, apenas com as seguintes modificações:

 

§        No ponto 5 não foi utilizado um tubo de ensaio mas sim um gobelé de 40ml em vez de um tubo de ensaio;

§        No ponto 11 a solução não foi decantada, mas o líquido sobrenadante foi retirado com a ajuda de uma pipeta pasteur;

§        No ponto 13 em primeiro lugar foi retirado o líquido com a juda de uma pipeta pasteur, e depois de lavá-lo outra vez, foi filtrado.

 

 

 

N    Segurança

 

• Ácido Clorídrico (HCL)

 

Provoca queimaduras

Irritante para as vias respiratórias

Guardar fora do alcance das crianças

Em caso de contacto com os olhos, lavar imediata e abundantemente com água e consultar um médico

 

• Ácido nítrico (HNO₃)

 

Provoca queimaduras graves

Guardar fora do alcance das crianças

Não respirar os gases/vapores/fumos/aerossóis

Em caso de contacto com os olhos, lavar imediata e abundantemente com água e consultar um médico

Usar vestuário de protecção adequado

  

• Ácido sulfúrico (H₂SO₄)

 

Provoca queimaduras graves

Guardar fora do alcance das crianças

Em caso de contacto com os olhos, lavar imediata e abundantemente com água e consultar um médico

Nunca adicionar água a este produto

 

• Etanol (CH₃CH₂OH)

 

Manter o recipiente bem fechado

Conservar afastado de qualquer chama ou fonte de ignição – não fumar

Facilmente inflamável

 

• Hidróxido de Sódio (NaOH)

 

Perigo de explosão sob a acção do calor

Provoca queimaduras graves

Guardar fora do alcance das crianças

Em caso de contacto com os olhos, lavar imediata e abundantemente com água e consultar um médico

Usar luvas apropriadas

Usar um equipamento de protecção de olhos e cara

 

 

 

N    Observações

 

 

 

 

N    Equações Químicas

 

Reacção A  (Reacção de Oxidação-Redução)

 

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

 

Reacção B   ( Reacção de Oxidação-Redução)

 

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

 

Reacção C    (Reacção de Decomposição)

 

Cu(OH)₂ (s) ---------> CuO (s) + H₂O (l) (por aquecimento)

 

Reacção D  (Reacção de Substituição)

 

CuO (s) + H₂SO₄ (aq) -----> CuSO₄ (aq) + H₂O (l)

 

Reacção E  (Reacção de Oxidação-Redução)

 

CuSO₄ (aq) + Zn (s) ------> Cu (s) + Zn SO₄ (s)

 

 

 

N    Cálculos

 

Dados:

 

m_produto = ?

 

m_{papel de filtro + produto} = 0,269 g

 

m_{papel de filtro} = 0,220 g

 

m_teórica = 0,138 g

 

η = ??

 

Cálculo da massa real de produto (cobre) obtida:

 

m_produto = m_{papel de filtro + produto} – m_{papel de filtro}

 

m_produto = 0,269 – 0,220 ó m_produto = 0,049 g

 

Cálculo do rendimento da reacção:

 

η = .   massa real    . x 100

          massa teórica

 

 η = . 0,049 . x 100  ó  η = 35,5 %

          0,138

 

 

 

N    Conclusão/ Crítica

 

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

Esta actividade esperimental envolve diversas reacções, com diversos reagentes e com diversas observações que diferem de reacção para reacção. Algumas delas envolvem reagentes com alguma toxicidade, e durante a reacção desses mesmos reagentes libertam-se alguns vapores tóxicos para o ser humano e para o ambiente, e a fim de evitar essa contaminação, alguns passos do trabalho são realizados na hotte, mais precisamente a realização da reacção A, em que se libertava NO₂, que é um vapor tóxico. Já no passo 11, na reacção E, houve a libertação de H₂ (hidrogénio), mas não foi necessário realizá-la na hotte, uma vez que esse gás não é tóxico.

No inicio da actividade experimental, é necessário um fio de cobre, para dar inicio ao ciclo do cobre, em que este fio 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.

Ao longo de todo o ciclo, nas reacções provocadas, vão se obter diversos produtos de reacção, grande parte deles líquidos que terão de ser retirados, a fim de evitar a sua reacção com outros reagentes, ou devido à sua toxicidade, designando-se por líquido sobrenadante. Na reacção C, o líquido sobrenadante retirado foi a água(H₂O); na reacção D, não se retirou o líquido sobrenadante para que na reacção E ele pudesse passar  a hidrogénio(H₂)( através da reacção do zinco com o ácido clorídrico: Zn (s) + HCl (aq) àZnCl (aq) + H₂ (g)) e libertar-se, e assim se detectar quando a reacção estivesse acabada; na reacção E retirou-se o sulfato de zinco(ZnSO₄), e colocou-se num recipiente adequado, uma vez que era tóxico.

No final da actividade experimental obtêm-se cobre de novo, ou seja, volta-se ao ponto de partida. Para provar que se trata de cobre, é necessário determinar o ponto de fusão da substância obtida e comparar esse valor com o valor do ponto de fusão do cobre que se encontra tabelado.

O ciclo do cobre é um conjunto de reacções, todas elas de diferentes características e assim com diferente classificação. A a reacção D é uma  reacção de substituição, em que há uma troca nos elementos dos reagentes, entre si. A reacção A, reacção B e a reacção E são reacções de oxidação-redução, em que há uma variação dos números de oxidação dos elementos que constituem os reagentes. Por fim a reacção D é uma reacção de decomposição por aquecimento, em que um só reagente dá origem a dois produtos de reacção diferentes, por acção do calor. Com a diversidade de reacções é possível passar por diversos produtos e reagentes e voltar de novo ao cobre.

Esta actividade e seus resultados não fogem à regra nunca se atingindo o rendimento de 100%. Isto deve-se à não existência de reacções perfeitas, ou seja, em que todos os reagentes reajam e em que nunca haja perda dos mesmos.

O rendimento por nós obtido foi de 35,5%. Este valor relativamente baixo deve-se à perda de reagentes e produtos de reacção, por aderência ao materiais de trabalho; por possíveis erros de paralaxe; erros de medição; por derrame de reagentes ou evaporação dos mesmos; o zinco na reacção E não reagiu totalmente, ficando sulfato de cobre e zinco por reagir, formando-se assim menos cobre; e por fim por perda de cobre na secagem do mesmo. Todos estes factores contribuem para um baixo rendimento e uma não obtenção da quantidade inicial de cobre.

Como já havia sido referido antes, o ciclo do cobre é um processo de reciclagem, tal como muitos outros processos de reciclagem de metais. Mas também tem os seus inconvenientes, tais como a libertação de vapores tóxicos para o ambiente(vapores mutilantes) e a formação de alguns produtos tóxicos, tais como o sulfato de zinco(ZnSO₄), que posteriormente vão prejudicar o ambiente. Outros metais também reciclados são o ferro, o aço, e o alumínio.

Hoje em dia a reciclagem é um processo muito importante para todos nós, e sobretudo para o nosso ambiente e planeta. A reciclagem vai permitir  a preservação do nosso ambiente e a não poluição do mesmo, trazendo diversas vantagens aos ser humano e aos outros seres vivos. Esta apresenta custos um pouco elevados, mas um grande rendimento, uma vez que não é necessário fazer uma nova colheita de materiais e matéria-prima, mas sim aproveitar os já existentes, e através de processos físicos e químicos, voltar a criar os materiais desejados.

 

 

 

N    Bibliografia

 

§       DANTAS, M. , RAMALHO, M., Jogo de Partículas, Texto Editores, 2005.

§       DANTAS, M. , RAMALHO, M., Jogo de Partículas, Texto Editores, 2004.

§       DANTAS, M. , RAMALHO, M.,Caderno de Actividades Laboratoriais -  Jogo de Partículas, Texto Editores, 2005.

§       Caderno diário

Mariana Martins