Síntese inorgânica aplicada na preparação de compostos simples de cobre

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SÍNTESE INORGÂNICA APLICADA NA PREPARAÇÃO DE COMPOSTOS SIMPLES DE COBRE.
Cristiane Kelly Gonçalves Marques; Tiago Martinho Mota 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, Campus Criciúma
E-mail: tiago.m1@aluno.ifsc.edu.br cristiane.kgm@aluno.ifsc.edu.br 
Curso: Licenciatura em Química
Unidade Curricular: Química Inorgânica Experimental
Docente: Adenilde Souza dos Passos
Introdução 
Através desta prática podemos aprofundar sobre as características do cobre que foi o elemento para representar a família 11A onde tem característica comum entre sim. 						O cobre e terceiro metal, mais utilizado na história da humanidade, o ele foi o primeiro metal a ser dominado pela sociedade e pode ser encontrado na natureza na sua forma metálica, foi encontrado índice 4,500 a 3.500 A.C. também conhecido como idade do cobre A origem do nome vem da palavra grega calcolítico vem de chalcos que dizer cobre
Os três metais do Grupo 11 são conhecidos e empregados há pelo menos 5.000 anos, sendo usados como moeda desde a antiguidade devido ao seu alto valor.O cobre é um metal macio e avermelhado e que possui alta condutividade elétrica e térmica. Apesar de sua superfície embaçar e formar um material com tom esverdeado e macio (azinhavre, um carbonato de cobre básico) quando sujeito a intempérie, ele não sofre corrosão em condições normais” (WELLER, Marcos; OVERTON, Tina;ROURKE, Jonathan; ARMSTRONG pag 510,2017)
 	O cobre é extraído em minas de céu aberto, por questões financeira não sendo viável a extração em depósitos subterrâneo, seus principais minérios são: sulfetos (calcopirita CuFeS2, bornita Cu5FeS2 e Calcocita Cu2s) óxido ( cuprita Cu2O e tenorita CuO) carbonato (malaquita Cu2CO3(OH)2 e azurita Cu3(CO3)2(OH)2.
Exemplo de mina a céu aberto - Chuquicamata, Chile (Esacademic, 2011
 “.. o cobre ocorre na natureza, majoritariamente, na forma de minérios sulfetados, especialmente nos depósitos subterrâneos; mas também é encontrado como óxidos, carbonatos, hidróxidos silicatos e sulfatos nas camadas superiores dos depósitos minerais, onde o ambiente é mais oxidante” (SILVA, Luciana pg1154 2020) 
As reservas mundiais de cobre no ano de 2020 totalizaram em 703 milhões de toneladas e, no Brasil, as reservas brasileiras totalizam 10.844 milhões de toneladas de minério. Os principais estados brasileiros produtores do minério são: Pará (84,99%), Goiás (7,92%), Bahia (3,79%) e Alagoas (2,95%). O processamento do cobre, desde a extração até a transformação final, passa pelas etapas de prospecção, pesquisa, mineração, concentração, metalurgia e transformação em produto. Além dessas, é acrescida a reciclagem, processo pelo qual o cobre pode ser reutilizado na sua totalidade como mostrado 
Fluxograma reciclagem do cobre. Fonte: Silva
“No ciclo do cobre a reciclagem tem fundamental importância. O mercado de sucatas tem tido muita importância nos últimos anos. Existem classificações para qualidade e origem da sucata, o que influencia no preço de comercialização. As sucatas podem ser recuperadas do próprio processo produtivo”(SILVA, Luciana pg26 2020) . 
 “A fase do bronze foi (2.500 A.C.) remete ao período em que foi utilizado o uso de ligas de cobre com estanho. Registros egípcios descrevem a utilização de cobre para tratar infecções e esterilizar a água” (SILVA pg 14 2010.)Na revolução industrial o cobre foi muito importante para transição de energia e para avanços tecnológicos, no cenário atual cobre vem se destacando devido o aumento de equipamentos elétricos, aparelhos eletrônicos como computadores celulares entre é muito usado nas indústrias, principalmente as ligas de cobre, em conseqüência das suas propriedades, os latões (ligas de cobre e zinco), os bronzes (ligas de cobre e estanho), os cuproalumínios assim como os cuproníqueis resistem bem à oxidação e a certos agentes corrosivos, outras características são: as propriedades especiais, como alta condutividade térmica e elétrica, excelente ductilidade, podendo ser estirado sem quebrar, resistência à corrosão, porém em meio ácido pode sofrer corrosão severa.Em solução aquosa os estados de oxidação +1 e +2 são os mais importantes.
Aspectos gerais da química do elemento cobre, último metal de transição da primeira série do bloco d, o cobre (Z= 29) está localizado no grupo 11, conhecido como o grupo dos metais de cunhagem (Cu, Ag, Au).Embora apresente configuração eletrônica [Ar] 3d10 4s1 , sua química é dominada pelo Cu(II), cuja configuração eletrônica é [Ar] 3d9 , com subnível (n-1) incompleto.
“Devido ao caráter de ácido de Lewis de fronteira, o Cu(II) tem afinidade por bases de Lewis duras como íons O2-, OH- e CO3 2- e por bases de Lewis macias como o íon S2-. Já o Cu(I) apresenta caráter de ácido de Lewis macio e tem maior afinidade por bases também macias.” (SILVA, Luciana pg26 2020)
Complexos de Cu(I) e Cu(II) em diferentes ambientes químicos, números de coordenação e geometrias.Fonte SILVA, Luciana pg 1154 2020)
Experimento de síntese inorgânica aplicada preparação de composto simples de cobre 
Cu(s)+ 4HNO3(aq)→ Cu(NO2)2(aq)+ 2H2O(l)+ 2NO2(g)
 Metodologia 
 Materiais e reagentes:
01 erlenmeyer de 50 mL, cobre metálico, 02 pipetas volumétricas de 10 mL, pipetador ou pêra, zinco em pó, papel indicador universal para pH, solução de HNO3 concentrado, solução 6,0 mol L-1 de NaOH, solução 3,0 mol L-1 de H2SO4, chapa de aquecimento, aparato para filtração simples, 01 béquer de 50 mL, 01 vidro de relógio, banho de gelo Procedimento 
Experimento
a) Em um erlenmeyer de 50 mL, pesar 300 mg de cobre metálico e adicionar 10 mL da solução de HNO3 concentrado. Se necessário, adicionar um volume maior da solução do ácido, até que todo o metal tenha sido consumido.
 b) Em um banho de gelo, adicionar lentamente a solução 6,0 mol L-1 de NaOH, até que a solução torne-se básica (use papel indicador universal para pH). Observar o precipitado formado. 
c) Aquecer o precipitado formado (junto com a solução) a 120 ºC. A formação de um precipitado preto será observada. Filtrar o precipitado obtido, lavando-o com 20 mL de água destilada. Descartar o filtrado. 
d) Em um béquer de 50 mL, acrescentar 10 mL da solução 3,0 mol L-1 de H2SO4. Acrescentar, em seguida, o precipitado preto formado no item c. Agitar a mistura até que todo o sólido tenha se dissolvido (se necessário, acrescentar um pouco mais da solução ácida) 
e) Acrescentar à solução obtida no item (d) 1,0 g de zinco em pó. Agitar a mistura. Observar a precipitação do cobre metálico. 
f) Filtrar o cobre metálico obtido, lavando-o com água destilada. Descartar o filtrado.
Resultados e Discussão 
Ciclo do cobre ocorre por sucessivas reações, a qual se inicia no cobre e finaliza com o mesmo, ou seja, é um método de recuperação.
A produção dos variados compostos de cobre
presente nesta prática é dividida em cinco etapas:
Primeira etapa usar fios de cobre e algumas placas de espessura fina em tamanhos pequenos, com um palha de aço lixamos a superfície para o aumento da área de contato e para que a reação com o HNO3 ( ácido nítrico) aconteça mais rápido, lixado e cortado os pedaços de fio de cobre foram inseridos,o ácido reage com cobre por ser um forte agente oxidante (ânion NO3-) na sua estrutura, mergulhados no ácido nítrico, sua coloração azul é produzida pela combinação do íon Cu2+ aquoso, o cobre reage liberando um gás (óxidos de azoto – extremamente nocivos), ( figura )
Para que a reação ocorra, o cobre reage com o ácido formando nitrato de cobre e liberação onde óxido de nitrogênio e água, observando-se não só o desprendimento de NO2 vermelho-acastanhado, mas também a formação do nitrato de cobre (II), de coloração azul. 
Figura : Reação inicial com pedaços de cobre em ácido nítrico e liberação do óxido de azoto( gás nocivo). 
Figura : Imagens da reação do cobre com o ácido nítrico ( cor verde ) e liberação do óxido de nitrogênio e água.
Então podemos dizer que a equação do ácido nítrico com o cobre nos traz as seguintesequações:
8HNO3 (aq)+3Cu (s)→3Cu2(aq)+6NO3(aq) + 2NO (g)+ 4HO2 (l) 
4HNO3 (aq)+Cu (s)→Cu2(aq)+2NO-3(aq) + 2NO2 (g)+ 4HO2 (l) 
Na segunda etapa deste experimento, foi adicionada solução de hidróxido de sódio na solução inicial, em seguida foi observado um precipitado (hidróxido de cobre II [Cu(OH)2]) de coloração azul escuro. Observe a reação Utilizamos a reação nitrato de cobre II juntamente com o banho de gelo para precipitar o hidróxido de cobre II, o mesmo precipitou porém o excesso de solução 6,0 mol/L de NaOH, inverteu o ponto de viragem, foi medido o pH da solução inicial que era ácida até a viragem para básica, mas segundo a discente presente no experimento a fita não estava adequada para a medição do pH.
figura:Banho de gelo da solução.
Autor: referência 1.
Cu(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq)
Na terceira etapa, o sistema anterior foi aquecido. Observou-se a mudança de coloração do precipitado de azul escuro para preto. Ocorreu reação de decomposição do hidróxido de cobre II com formação do
óxido de cobre II. 
Cu(OH)2(S) ∆ CuO (S)+ H2O(L)
Na quarta etapa, foram adicionados ao precipitado 30mL de solução de ácido sulfúrico.
CuO (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (aq) + H2O (l)
Na última etapa adicionado na 
capela adicionar 1,0 g de zinco em pó, Equação da reação de óxido de cobre (II).
Imagem : resultado do precipitado preto de óxido de cobre (II). 
Passamos o precipitado preto de óxido de cobre (II) pelo processo de filtragem (imagem ),descartando o filtrado e utilizando apenas o precipitado, resíduo resultante da filtração,( imagem ).
Considerações finais
Verificou-se ao longo do procedimento mudanças de cor nas soluções, consequências das reações ocorridas. Assim quando se oxidou o cobre com ácido nítrico foi liberado um gás (NO2), quando o cobre oxida totalmente a solução tomou uma cor azul.Quando essa solução foi aquecida, formando-se um precipitado de óxido de cobre (de cor negra), o líquido sobrenadante era incolor. Ao adicionar-se o ácido sulfúrico ao precipitado, o cobre dissolveu-se novamente,ao adicionar o zinco em pó o cobre foi precipitado (coloração escura).
Referências
DOS REIS, Emerson Paulino et al. A importância da reciclagem do cobre na sustentabilidade de carros elétricos.
1-http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/1231/Prot_micro_otim.pdf acesso em 16/09/2022
SILVA, A.G.G. Cadeia Produtiva do Cobre, 2011. 89 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Engenharia de Recursos Minerais) – Escola de Engenharia, UFMG, Belo Horizonte, 2011. 
SILVA, Luciana A. et al. Cobre: produção industrial e aplicações. Química Nova, v. 42, p. 1154-1161, 2020.
SILVA, A.G.G. Cadeia Produtiva do Cobre, 2011. 89 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Engenharia de Recursos Minerais) – Escola de Engenharia, UFMG, Belo Horizonte, 2011. 
http://www.slideshare.net/hugosilvapinto/relatrio-um-ciclo-de-cobre
WELLER, Marcos; OVERTON, Tina; ROURKE, Jonathan; ARMSTRONG, Fraser. Química Inorgânica . [Digite o Local da Editora]: Grupo A, 2017. E-book. ISBN 9788582604410. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582604410/. Acesso em: 18 set. 2022.