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2010/2011
Juliana Silva
Marcela Marques
Margarida Gonçalves
Rui Reis
Rute Ferreira
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
2
Índice
Introdução Teórica………………………………………………………………..…………………………3
Material/ Reagentes ………………………………..……………………………………………………..4
Riscos e Segurança……………………………………………………………………………………….…..6
Procedimento experimental………………………………………………….………..….……………7
Observações…………………………………………………………………………………………………….9
Tratamento de Dados…………………………………………………..………………………………..10
Conclusão……………………………………………………………………………………….………….….12
Bibliografia…………………………………………………………………………………………………..…14
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
3
Introdução Teórica
O cobre é um metal que aparece na Natureza normalmente sob a forma de
alcosite (Cu2S) e cuprite Cu2O. Faz parte do bloco d, e é também um elemento de
transição visto que, o ião Cu2+ tem orbitais d em preenchimento. Tal como os outros
metais, o cobre apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder
redutor. Reage com os ácidos como o ácido nítrico ou o ácido sulfúrico, sendo oxidado
pelo anião do ácido e não pelo H+, uma vez que este possui um poder oxidante menor
que o Cu2+, logo não ocorre reacção.
O ciclo do cobre corresponde a uma série de reacções químicas cujo reagente
inicial e o produto final é o cobre. O ciclo inicia-se, pois, com o Cu que irá ser oxidado
pelo ácido nítrico, libertando-se dióxido de azoto, de cor acastanhada, segundo a
equação:
Cu (s) + 4 HNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (L) + 2NO2 (g)
A esta solução é adicionado hidróxido de sódio que causa a precipitação do
cobre (como hidróxido de cobre), segundo a equação:
Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq) → Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq)
Este precipitado, quando é aquecido num ambiente com oxigénio, decompõe-
se dando origem ao óxido de cobre:
Cu(OH)2 (s) → CuO (s) + H2O (L)
Adiciona-se ácido sulfúrico ao óxido de cobre dissolvendo o mesmo, formando-
se sulfato de cobre, numa reacção ácido-base:
CuO (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (L)
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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O sulfato de cobre será reduzido pelo Zn uma vez que o Zn tem um poder
redutor maior:
CuSo4 (aq) + Zn (s) → Cu (s) + ZnSO4 (aq)
O ciclo de reacções proposto transforma o cobre de acordo com o esquema:
Segundo a lei de Lavoisier, a massa de cobre obtida nesta reacção será igual à
massa de cobre inicial. O rendimento da reacção depende da extensão das reacções e
do grau de pureza dos reagentes e a qualidade do procedimento.
Material
Placa de Aquecimento
Balança Analítica
Vareta de Vidro
Papel Absorvente
Gobelé de 250 mL
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Vidro de Relógio
Pipeta Graduada
Macro-controlador
Secador (a substituir a estufa)
Pinça
Luvas de Borracha
Espátula
Proveta de 10 mL
Papel parafilm
Esguicho
Acetona
Reagentes
Água Desionizada
Solução de Ácido Nítrico
mol/dm-3 de uma solução de Ácido Clorídrico
6 mol/dm3 de uma solução de Ácido Sulfúrico
0,004 mol/dm3 de fio de cobre com cerca de 0.26 g
2,5 g de Zinco em pó
3 mol/dm3 de uma solução de Hidróxido de Sódio
Acetona
Álcool
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Riscos e Segurança
Reacção: Riscos: Segurança: Cobre ( em pó)
Facilmente inflamável; Manter afastado de qualquer chama;
Ácido nítrico (solução concentrada)
Causa incêndio (contacto com materiais combustíveis);
Queimaduras graves;
Não respirar o vapor (utilizar a hotte);
Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente com água e consultar um médico.
Usar vestuário de protecção adequado;
Usar luvas;
Usar óculos de segurança;
Ácido sulfúrico (solução
concentrada)
Tóxico por ingestão;
Queimaduras graves;
Irritação nos olhos;
Irritação nas vias respiratórias;
Irritação da pele;
Pode causar cancro por inalação;
Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente em água e consultar um médico;
Nunca adicionar água;
Usar luvas;
Ácido clorídrico (solução
concentrada)
Queimaduras;
Irritação nas vias respiratórias;
Manter o recipiente na hotte;
Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente com água e consultar um médico.
Usar vestuário de protecção adequado;
Usar luvas;
Usar óculos de segurança;
Hidróxido de
sódio (solução concentrada)
Queimaduras;
Em caso de contacto com os olhos
lavar abundantemente com água e consultar um médico.
Usar vestuário de protecção adequado;
Usar luvas;
Usar óculos de segurança;
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Acetona
Facilmente inflamável;
Irritação nos olhos;
Provoca secura da pele ou fissuras;
Provoca sonolência e vertigens, por inalação dos vapores.
Manter o recipiente na hotte;
Manter afastado de qualquer chama;
Em caso de contacto com os olhos lavar abundantemente em água e consultar um médico;
Zinco (em pó)
Contacto com água liberta gases inflamáveis;
Espontaneamente inflamável ao ar.
Muito tóxico para os organismos aquáticos.
Causa efeitos nefastos a no ambiente aquático.
Em caso de incêndio usar pó seco;
Evitar a sua libertação para o meio ambiente. Ter em atenção as instruções específicas das fichas de dados de Segurança;
Procedimento Experimental
Preparação do Cobre
1. Cortou-se um fio de cobre com um peso aproximado de 0,3g.
2. Como o fio não estava completamente limpo nem brilhante, mergulhou-se
numa solução de ácido clorídrico e em seguida lavou-se com álcool e secou-se
com papel absorvente.
3. Pesou-se a amostra e registou-se o valor obtido.
4. Enrolou-se o fio e colocou-se no fundo de um gobelé de 250mL.
Reacção A
1. Adicionou-se uma solução de ácido nítrico, com a ajuda de uma pipeta
graduada e de um macrocontrolador, ao fio de cobre e agitou-se suavemente
até se dissolver por completo.
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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2. Observou-se as alterações e registou-se as mesmas.
3. Adicionou-se 10 mL de água desionizada.
Reacção B
1. Adicionou-se 30 mL de solução de hidróxido de sódio, agitando sempre com
uma vareta de vidro, para provocar a precipitação do hidróxido de cobre.
2. Registou-se as alterações obtidas.
Reacção C
1. Aqueceu-se a solução quase até à ebulição, agitando sempre para uniformizar o
aquecimento da solução.
2. Retirou-se a solução da placa de aquecimento quando a reacção se completou
(o óxido de cobre á negro) e continuou-se a agitar com a vareta de vidro.
3. Deixou-se repousar o óxido de cobre e decantou-se cuidadosamente o líquido,
para não perder nenhum óxido de cobre.
4. Adicionou-se cerca de 200 mL de água desionizada, agitou-se e decantou-se
novamente.
Reacção D
1. Adicionou-se, agitando-se sempre, 15 mL de solução de ácido sulfúrico.
2. Registou-se as alterações observadas.
Reacção E
1. Na hotte, adicionou-se, se uma só vez, 2,5 g de Zinco em pó e agitou-se até o
líquido sobrenadante ficar incolor.
2. Registou-se as alterações observadas.
3. Quando a libertação de gás se tornou muito intensa, decantou-se o líquido
sobrenadante e despejou-se no recipiente apropriado (recolha de líquidos).
4. Como ainda havia Zinco por reagir, adicionou-se 10 mL de solução de ácido
clorídrico e aqueceu-se ligeiramente.
5. Quando se deixou de observar a libertação de gás, decantou-se o líquido.
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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6. Lavou-se com cerca de 10 mL de água desionizada, deixou-se repousar e
decantou-se o líquido. Repetiu-se este procedimento algumas vezes.
7. Transferiu-se o cobre, com o auxílio de uma espátula, para o vidro de relógio.
8. Fez-se uma lavagem com acetona e secou-se, com o auxílio de um secador.
9. Pesou-se o cobre em conjunto com o vidro de relógio.
10. Calculou-se a massa de cobre obtido e posteriormente o rendimento.
Observações
Reacções: Observações:
Reacção A Cu (s) + 4HNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O (l) + 2 NO2 (g)
Formou-se um fumo de cor amarelada, apresentando no fundo do gobelé a cor verde (com adição de Cu(NO3)2 );
Adicionou-se água, apresentando, de seguida, cor azulada;
Reacção B Cu(NO3)2 (aq) + 2 NaOH (aq) → Cu(OH)2 (s) + 2 NaNO3 (aq)
Formou-se um precipitado azul escuro;
Reacção C Cu(OH)2 (s) → CuO (s) + H2O (l)
Formou-se um precipitado preto em pó;
Reacção D CuO (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (l)
O sólido dissolveu-se e voltou á cor inicial da solução, sendo esta a cor azul;
Reacção E CuSO4 (aq) + Zn (s) → Cu (s) + Zn SO4 (s)
Formou-se um precipitado de cor verde (com adição de HCl)
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Tratamento de Dados
Ácido Sulfúrico (H2SO4)
%(
) = 96%*
C1 = 6 mol/dm3
V = 1 dm3
M(H2SO4 ) = 1,01x2+15,99x4+32,06
= 98,04 g/mol
d = 1,8355 g/cm3
(1)
(2) *
(3)
(4)
-3
(5) 2 17,98xv1=0,6 v1=0,0334 v1 = 33,4
Ácido Nítrico (HNO3)
%(
) = 60%*
[HNO3] = 16 mol/dm3
V = 1L = 1000 cm3
M (HNO3) = 1,01+14,01+15,99x3
= 62,99 g/mol
d = 1,310 g/cm3
(1)
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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(2) * *
(3)
(4)
-3
(5) A concentração de HNO3 necessária (16 mol.dm-3) é superior à concentração de
HNO3 no frasco, logo, usámos este valor de concentração ( -3 ).
NaOH
[NaOH] = 3 mol/dm3
Vproposto = 0,1 dm3
V = 30 mL = 0,03 dm3
M = 1,01+15,99+22,99 = 39,99
(1)
<=> 3 x 0,1 = m <=> m = 0,3 mol
(2)
<=> 0,09 x 39,99 = m <=> 3,6 g
III. Cálculo do rendimento:
Vidro de relógio+ amostra : 12,56 g (±0,01)
Vidro de relógio: 12,42 g (±0,01)
Amostra de cobre inicial: 0,26 g
Amostra de cobre obtida: 0,14 g
η = . massa real . x 100
massa teórica
η = . 0,14 . x 100
0,26
η = 53,85%
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Conclusão/Discussão
Com esta actividade laboratorial podemos aprender um pouco mais sobre o
metal cobre, as suas aplicações e o seu ciclo. Esta actividade laboratorial é chamada de
“Ciclo do Cobre”, uma vez que o produto final e inicial é o cobre, havendo desta
maneira uma reciclagem do cobre, através de várias reacções, como podemos
verificar.
O ciclo do cobre é um conjunto de reacções, todas elas de diferentes
características e assim com diferente classificação. A reacção D é uma reacção de
substituição, em que há uma troca nos elementos dos reagentes, entre si. Também é
uma reacção de decomposição por aquecimento, em que um só reagente dá origem a
dois produtos de reacção diferentes, por acção do calor. A reacção A, 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. Com a diversidade de reacções
é possível passar por diversos produtos e reagentes e voltar de novo ao cobre.
Assim, tivemos de ter cuidados redobrados pois alguns dos reagentes com que
trabalhamos eram tóxicos, uma vez que libertavam vapores e em alguns casos faziam
efervescências, pelo que todas as reacções foram feitas na hotte.
Apesar de tudo, tivemos alguns erros tais como: Em vez de se usar uma estufa,
usou-se um secador de cabelo, pois necessitava-mos que o cobre obtido no final
secasse com rapidez, houve várias perdas de cobre na transferência de soluções de
gobelé para gobelé, o que influenciou o rendimento, introduziu-se demasiado zinco,
pois pensamos a quantidade inicial se insuficiente para obter os resultados que
pretendíamos, o que levou a que o rendimento final fosse superior ao esperado.
O cobre tem várias aplicações no nosso dia-a-dia, como por exemplo Tubos de
condensadores e encanamentos, motores eléctricos, interruptores e relés, tubos de
vácuo e magnetrões de fornos microondas, circuitos integrados em substituição ao
alumínio, de menor condutividade, cunhagem de moedas (com o níquel), esculturas,
estátuas , construção de sinos, e usos ornamentais em ligas com zinco (latão), estanho
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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(bronzes) e prata (jóias), lentes de cristal de cobre empregadas em radiologia para a
detecção de pequenos tumores e dissipadores de calor.
Assim, podemos concluir que o cobre é bastante útil, sendo uma mais valia no
nosso dia-a-dia. 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 ao Ser Humano e a todos os 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.
Actividade Laboratorial – “Ciclo do Cobre”
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Bibliografia
DANTAS, Maria da Conceição, RAMALHO, Marta Duarte, Jogo de Partículas,
Texto Editores, Lisboa, 2009, 1º Edição, 3º Triagem;
http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/23/pags/labvideos/ciclo_cobre/risco.ht
m
http://nautilus.fis.uc.pt/bl/conteudos/23/pags/labvideos/ciclo_cobre/seguranc
a.htm
http://core.ecu.edu/chem/chemlab/exper3/reactions.htm
http://www.slideshare.net/hugosilvapinto/relatrio-um-ciclo-de-cobre
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