Ciclo do Cobre: Experimento e Reações

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QUÍMICA DOS ELEMENTOS
CICLO DO COBRE
Professora:
Patrícia Pomme Confessori Sartoratto
Alunos:
Felipe Gonçalves Honorato Silva
Matheus Vieira de Amorim
Pedro Henrique Barbosa Sousa
2023/2
Sumário
1.	Introdução	3
2.	Objetivos	4
3.	Materiais	5
4.	Metodologia	6
5.	Resultados e discussões	7
6.	Conclusão	9
1. Introdução
O cobre, cujo nome vem do latim cuprum, é um dos metais mais antigos que o homem conheceu e usou – desde civilizações do Oriente Médio até povos da América Latina, como os incas -, há mais de 7000 anos, o que permitiu a transição da Idade da Pedra para a Idade do Bronze1. Hoje em dia, é fundamental para o avanço de tecnologias e vários setores produtivos. Ele é encontrado na natureza em forma de minerais como calcocita, calcopirita e malaquita, e é extraído por processos hidrometalúrgicos e pirometalúrgicos, sendo os principais produtores os Estados Unidos, Peru, China, Austrália, Indonésia e Chile (RODRIGUES, SILVA; 2012).
O cobre é um metal, com propriedades dúcteis, maleáveis e condutoras de energia, tem a cor avermelhada e pode apresentar estados de oxidação de +1 a +3, reagindo com oxigênio em altas temperaturas (RODRIGUES, SILVA; 2012).
 A química como uma ciência se baseia na Lei da Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier, ou seja, em um sistema físico ou químico, nenhuma matéria é criada ou destruída, ela sofre transformações (BAZÍLIO, SOARES; 2005).
Dessa forma, em laboratório, seguimos um experimento baseando na Lei de Lavoisier a partir do cobre metálico. Foi realizado diversos procedimentos e manipulações e no fim obtivemos cobre metálico.
2. Objetivos
· Estudar um ciclo de reações contendo cobre e aplicar a Lei de Lavoisier.
· Estudar diferentes tipos de reações inorgânicas.
· Montar as reações feitas no experimento.
· Analisar possíveis variáveis que afetam no cálculo do rendimento.
3. Materiais
· Materiais:
· Béquer de 250 mL;
· Vidro de relógio;
· Chapa aquecedora;
· Bastão de vidro;
· Funil de Büchner;
· Papel de filtro;
· Balança analítica;
· Reagentes:
· Fio de cobre;
· Ácido nítrico (HNO₃) na proporção 1:1 (v/v);
· Água destilada;
· Hidróxido de sódio (NaOH) a 3 mol/L;
· Álcool etílico;
· Acetona;
· Ácido clorídrico (HCl) a 6 mol/L;
· Hidróxido de amônio (NH₄OH) a 6 mol/L;
· Zinco em pó;
4. Metodologia
 Foram medidos cerca de 0,3 g de fragmentos de fio de cobre utilizando uma balança. Esses fragmentos foram transferidos para um béquer de 250 mL e, em seguida, na capela, adicionou-se 5 mL de ácido nítrico na proporção de 1:1 (v/v). O béquer foi coberto com um vidro de relógio e aquecido em uma chapa.
Após a conclusão da liberação de gás, foram adicionados 150 mL de água destilada e a mistura foi agitada com um bastão de vidro. Posteriormente, adicionaram-se 20 mL de hidróxido de sódio a 3,0 mol/L. A mistura foi aquecida até a ebulição, com agitação constante. Ao final da reação, retirou-se do aquecimento e continuou-se a agitação. Em seguida, permitiu-se que o sólido formado decantasse e fosse separado do sobrenadante.
Adicionou-se 20 mL de água ao sólido sob agitação e, em seguida, filtrou-se com três lavagens, utilizando água destilada, seguida por 10 mL de álcool etílico e 10 mL de acetona, respectivamente. O filtrado foi seco na estufa e pesado.
Todo o sistema foi transferido para um béquer, ao qual foram adicionados 10 mL de ácido clorídrico a 6,0 mol/L até a dissolução completa do sólido. Posteriormente, foram acrescentados 15 mL de água destilada, o papel filtro foi removido, e a reação foi observada. Adicionou-se então 30 mL de hidróxido de amônio a 6,0 mol/L, a reação foi novamente observada, seguida pela adição de 10 mL de ácido sulfúrico a 6,0 mol/L.
Em seguida, adicionou-se zinco em pó até que o sobrenadante se tornasse incolor. Ácido clorídrico a 6,0 mol/L foi adicionado até que não houvesse mais desprendimento de gás. A mistura foi aquecida por 5 minutos, e em seguida, separou-se o sobrenadante e o sólido, filtrando e lavando com água destilada e 5 mL de acetona. O filtrado foi deixado para secar, e o sólido foi pesado.
5. Resultados e discussões
 O experimento foi realizado em várias fases, cada uma envolvendo diferentes reações inorgânicas. Inicialmente, 0,320g de fios de cobre foram pesados. A adição de ácido nítrico aos fios de cobre resultou na oxidação do cobre sólido, com o nitrogênio sendo reduzido. Isso resultou em uma solução azul claro devido ao Cu2+. Aquecer o sistema levou à liberação de gás NO2, de cor marrom-alaranjada. A reação foi a seguinte:
Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O + 2NO2 (g)
Após a liberação do gás ter cessado, água foi adicionada, diluindo o sistema. A adição de 20 mL de NaOH resultou na seguinte reação:
Cu(NO3)2 (aq) + 2NaOH (aq) → Cu(OH)2 (s) + 2NaNO3 (aq)
O precipitado de Cu(OH)2, que é pouco solúvel, foi deixado para sedimentar. O sobrenadante foi decantado e separado do sólido por filtração. Após a secagem do sólido, obteve-se CuO sólido, que foi pesado. A massa de cobre obtida nesta etapa foi calculada da seguinte forma:
mcobre = msólido + filtro - mfiltro
 mcobre = 1,420g – 1,126 g = 0,294g
A adição de ácido clorídrico ao sistema (sólido e filtro) resultou em uma coloração verde-água. A reação foi a seguinte:
CuO(s) + 2HCl(aq) → CuCl2 (aq) + H2O (l)
Com a adição de água e hidróxido de amônio, ocorreu a seguinte reação:
CuCl2 (aq) + 2NaOH (aq)→ 2NaCl (aq) +Cu(OH)2 (s)
Foi observada a formação de um precipitado azul claro, o hidróxido de cobre (II). Em seguida, a adição de ácido sulfúrico resultou na formação de sulfato de cobre II, que, quando hidratado, apresenta uma coloração azul-escuro:
Cu(OH)2 (s) + H2SO4 (aq) → CuSO4 (s) + 2H2O
Com a adição de zinco em pó, ocorreu a seguinte reação:
CuSO4 (s) + Zn (s) → Cu (s) + Zn SO4 (s)
Nesta reação, o cobre foi reduzido de 2 para 0 e o zinco foi oxidado de 0 para 2, resultando em cobre sólido. Finalmente, HCl foi adicionado em pequenas porções para solubilizar o restante do zinco da mistura, na tentativa de obter apenas o cobre sólido.
Zn (s) + 2HCl(aq) → ZnCl2 + H2 (g)
Com a solubilização do zinco, a filtração foi realizada e o cobre sólido foi obtido e pesado. A massa obtida foi de:
mcobre = msólido + filtro - mfiltro 
mcobre = 0,849 g - 0,562 g = 0,287 g
A porcentagem de recuperação ao final do processo foi calculada a partir de uma massa inicial de 100% de 0,320g, resultando em 89,69% dessa massa inicial.
 O rendimento foi impactado pelas várias perdas que ocorrem durante os processos experimentais. Mesmo quando o experimento é conduzido de forma quantitativa, com o máximo de precisão possível, sempre haverá pequenas perdas em cada etapa. 
As principais causas dessas perdas incluem reagentes que podem não reagir completamente, transferências de volumes entre vidrarias e perda durante o processo de filtração que não consegue reter completamente o sólido.
 Além disso, o experimento está sempre sujeito a erros de medição de cada vidraria utilizada. Mesmo que esses erros sejam pequenos, eles se acumulam ao longo do processo, juntamente com erros aleatórios cometidos pelo indivíduo que está manuseando os processos. 	
O processo realizado forma um ciclo, como pode ser observado na imagem a seguir: 
Imagem 1. Ciclo do Cobre. Fonte: Projeto Ciência Viva
6. Conclusão
 O terceiro experimento sobre a recuperação do cobre atendeu aos objetivos estabelecidos, proporcionando uma ilustração significativa em relação ao princípio de conservação de massa conforme enunciado por Lavoisier. No entanto, a comprovação do enunciado tornou-se inviável, uma vez que, ao término do ciclo, não foi possível recuperar 100% da massa original devido às perdas ocorridas ao longo da prática. Isso resultou em um rendimento inferior a 100%, indicando que a conservação da massa não foi plenamente alcançada. Apesar dessa limitação na demonstração da proposição de Lavoisier, é importante destacar que a teoria permanece válida e serve como base fundamental para o entendimentodos princípios químicos.
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