Experimento 5 – Transformação do alumínio em alúmen

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA
QFL - 4010 – QUÍMICA GERAL I
Experimento 5 – Transformação do alumínio em alúmen
 
 
Dupla A-3
Thainá Lehner Nº USP: 8534852
Bárbara de Castro Lopes Nº USP: 8534848
São Paulo, 16 de Abril de 2013.
Introdução.
Alúmens são compostos iônicos que cristalizam a partir de soluções que contém 
o ânion sulfato, um cátion trivalente, normalmente Al3+, Cr3+ ou Fe3+ e um cátion monovalente, geralmente K+, Na+ou NH4+. O alúmen de alumínio e potássio é utilizado, por exemplo, como “mordente” em tinturaria, na indústria de beneficiamento do couro, aglomerante para gesso e cosméticos. [1] Sua aplicação básica é a ação de impermeabilização. O	 Sulfato duplo de alumínio e potássio, KAl(SO4)2.12H2O, na forma do mineral é denominado Calinita e encontra-se disponível na natureza. O ponto na fórmula química do composto indica que existem doze moléculas de água ligadas, portanto fazem parte da massa molar do sulfato duplo de alumínio e potássio. Por outro lado, podemos obter o mesmo composto na forma de cristais, que normalmente são octaédricos, quando se misturam duas soluções aquosas, quentes, de sulfato de alumínio e de sulfato de potássio e resfria-se a solução resultante. [1]
É possível se produzir alúmen a partir da síntese do sulfato duplo de alumínio e potássio, nesse experimento isso acontece através de reações ácido-base e de uma reação redox. São utilizadas latas de bebidas (refrigerantes, cervejas e sucos), como fonte do alumínio, o que se constitui em um exemplo da utilização do alumínio descartado e simultaneamente se evita o acúmulo desse metal no ambiente. O metal alumínio reage muito pouco com soluções ácidas diluídas, pois a superfície do metal normalmente fica protegida por uma camada de óxido de alumínio (Al2O3), que é pouco solúvel em água e assim impede que o ácido entre em contato com o alumínio metálico. Por outro lado, soluções alcalinas dissolvem essa camada de óxido, atacando em seguida o metal e como produto forma-se o ânion [Al(OH)4]-(aq). [1]
Quando se adiciona ácido sulfúrico à solução, inicialmente uma das hidroxilas será removida o que resulta em um produto neutro, [Al(OH)3], que precipita em meio aquoso. Continuando a adição do ácido esse ppt (precipitado ou corpo de fundo) sofre dissolução. [1]
Objetivos.
Ilustrar os princípios teóricos de transformações químicas sintetizando alúmen através do alumínio contido em latas por meio de reações de redução e reações ácido e base. Além da utilização correta de técnicas laboratoriais, tais como a filtração simples e a pressão reduzida, cristalização e secagem de precipitado.
Resultados e discussão.
Obteve-se um retângulo de alumínio provindo de uma lata de refrigerante, com o peso aproximado de 1,308g. Lixou-se o mesmo em ambos os lados, pois em um dos lados havia tinta da marca da lata enquanto na superfície interna havia conservantes provenientes da substância contida na lata. Tanto a tintura, quando os conservantes alterariam todo o processo de obtenção do alúmen e, portanto foram retirados.
Em seguida, a “folha” de alumínio foi picada em pedaços pequenos para aumentar a superfície de contato do alumínio com as substâncias que seriam adicionadas, aumentando a velocidade da reação.
Os pedaços cortados foram colocados em um béquer de 250mL e em sequência adicionou-se 50mL de KOH(aq) (1,4 mol L-1) causando a liberação do gás hidrogênio.
Com uma chapa elétrica, a mistura foi aquecida (sem entrar em ebulição) até todo o alumínio se dissolver e a liberação de gás sessar, indicando o fim da reação.
Com o término da reação, esperou até que o volume final seja reduzido pela metade.
A substância escurecida obtida é filtrada sobre pressão reduzida em um sistema montado com kitassato e funil de Büchner, pois esse tipo de separação permite a obtenção de um líquido e um sólido. Com a filtração, há a separação de um sólido (descartado) e um líquido que é transferido para um béquer limpo e seco de 250mL (o kitassato é lavado com água destilada para maior aproveitamento da sustância filtrada).
O líquido transparente filtrado é colocado em um banho de água fria para ser resfriado, uma vez que em seguida foi adicionado 20 mL de H2SO4 (9 mol L-1) e a reação é extremamente endotérmica, ou seja, absorve calor do meio e sua temperatura eleva-se. Portanto, se a substância não fosse resfriada, a temperatura seria muito elevada atrapalhando a reação.
Como a temperatura da solução aumentou novamente, foi necessário resfria-la novamente, desta vez com uma mistura de gelo e água durante 15 minutos, enquanto a agitava e friccionava as paredes do béquer com um bastão de vidro.
A substância obtida após o segundo resfriamento é filtrada novamente, também sobre pressão reduzida, no entanto, na segunda filtração o sólido será utilizado, enquanto o líquido será descartado. 
Os cristais foram lavados com uma mistura de 10mL de água e etanol (proporção de 1:1) para que fossem retiradas quaisquer impurezas, além de aumentar o desprendimento dos cristais (tornando possível maior proveito do alúmen). Esperou-se 10 minutos para que o sólido secasse sob sucção.
Pesou-se um béquer de 50mL limpo e seco em uma balança semi - analítica e em seguida transferiu-se os cristais, já secos, para o béquer que foi novamente pesado para que o rendimento da transformação pudesse ser calculado.
O sal de alúmen de potássio obtido foi colocado em um béquer de 250mL e adicionou-se aproximadamente 115mL(volume calculado através da massa de sal obtida) de água destilada.
O sal foi dissolvido na água enquanto a mistura era aquecida em um sistema de até aproximadamente 50 ou 60°C para que a substância não entre em ebulição e consequentemente haja a perda do sal ou altere a solubilidade do sal em água.
Paralelamente ao aquecimento da mistura, montou-se um sistema em que um pequeno cristal de alúmen foi amarrado em um fio de modo a ficar mergulhado na substância assim que resfriada para que todo o sal concentre-se em um único ponto: em torno do cristal, uma vez que são a mesma substância.
O béquer foi tapado e o sistema foi deixado em repouso por uma semana para que nenhuma agitação atrapalhasse a reação do sal com o cristal, ou seja, sua concentração em torno do cristal.
Equações químicas.
Ao aquecer a solução de alumínio metálico com KOH(aq):
	
2Al (s) + 2KOH (aq) + 6H2O (l) → 2K+(aq) + 2[Al(OH)4]-(aq) + 3H2 (g)
Adicionando o ácido sulfúrico ao filtrado:
[Al(OH)4]-(aq) + H+(aq) → [Al(OH)3] (s) + H2O (l )
Quando adiciona-se excesso de ac. sulfúrico sob agitação:
[Al(OH)3] (s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l )
 No resfriamento da solução:
K+(aq) + Al3+(aq) + 2(SO4)2-(aq) + 12H2O(l) ⇄ KAl(SO4)2.12H2O(s)
Cálculo do rendimento.
MM do Al = 27g/mol
	
Pela regra de três temos que:
	27,000g --------------- 1 mol
	 1,308g --------------- X mol
	
	X= 0,048 mol de Aluminio na Solução.
MM do alúmen KAl(SO4)2 . 12 H2O= 475g/mol
	1 mol ------------- 475g
	0,048mol ------------ Y 
	Y= 22,8g ( Ideal de 100% de sal que deveria ser obtido)
	22,8g ------------ 100%
	16,479g ------------ Z
	Z= 72,3%
Cálculo da quantidade de água necessária para dissolver o produto formado.
Solubilidade do alúmen é igual 1g/7 ml de água destilada 
Massa de alúmen = 16,479g Volume = X ml
	Pela regra de três ficaria :
 16,479g --------------- X
	 1,000g --------------- 7 ml 
X = 115,353 ml de água aproximadamente.
O que é um sal duplo?
São constituídos por diferentes quantidades de íons, como, mais do que um cátion e um ânion, ou, um cátion e mais do que um ânion. O sal duplo pode ser obtido através da cristalização conjunta de dois sais simples (com um íon em comum) por reação de um ácido poliprótico (ácido com mais de um íon H+, como por exemplo, o H2SO4) com duas bases diferentes, ou por reação de uma base polihidroxila (base com mais de um íon OH-, por exemplo, Al(OH)3) com dois ácidos diferentes.[2]
Conclusão.
Conclui-seque todos os objetivos foram alcançados, até mesmo aquele com relação ao rendimento do alúmen, já que se teve um aproveitamento de 72,3%, o que é considerado muito bom. Em relação aos outros grupos, pode se dizer que todos obtiveram um rendimento satisfatório, levando em conta que a maioria dos grupos ficaram na faixa de 70% de rendimento.
As possíveis perdas do processo de transformação do alumínio da latinha em alúmen, estão presentes durante quase todo o experimento, nas pesagens, nas transferências de uma vidraria para outra, nas pequenas quantidades de solução ou soluto que são deixadas no interior dos béqueres, no papel de filtro, nas espátulas e no bastão de vidro.
Referências Bibliográficas.
	
[1]http://www.qmc.ufsc.br/geral/Exp.Quimica5119/EXPERIENCIA_reciclagem_aluminio.pdf. Acesso em 16/04/2013 ás 16h25min.
[2]http://www.ebah.com.br/content/ABAAAA33sAK/sal-simples-duplo. Acesso em 16/04/2013 ás 10h24min.
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAApdkAG/obtencao-sais-simples-duplos-complexos. Acesso em 16/04/2013 ás 11h30min.
http://www.oocities.org/vienna/choir/9201/complexos.htm. Acesso em 16/04/2013 ás 13h05min.
	http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Alumen/501291.html. Acesso em 17/04/2013 ás 10h42min.
	http://www.ebah.com.br/content/ABAAABPSAAE/sintese-alumen-potassio. Acesso em 17/04/2013 ás 11h29min.
	https://woc.uc.pt/quimica/getFile.do?tipo=2&id=727. Acesso em 17/04/2013 ás 11h32min.