10 - DOSAGEM DE MANGENES EM AÇO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUI106 – QUÍMICA TECNOLÓGICA
	
PRÁTICA Nº 10 – DOSAGEM DE MANGANÊS EM AÇO
 Maria Theresa Franco Tormin Matrícula: 75039
 Matheus da Silveira Lessa Matrícula: 75061
 Ronney Petyk Maniçoba Matrícula: 75024
 
VIÇOSA, MG
FEVEREIRO/2013
I – INTRODUÇÃO
O Manganês (Mn) possui número atômico 25, massa atômica 55 u e localiza-se na coluna 7B da Tabela Periódica. Utilizado pela população desde a pré-história, acredita-se que o Manganês encontrado no aço produzido por civilizações remotas tornava-o mais duro devido sua presença natural do minério de ferro. Foi isolado pela primeira vez pelo químico sueco Johan Gottlieb Gahn em 1774 por reação com dióxido de carbono. Porém, foi a partir do início do século XVIII que intensificou-se sua utilização, ao descobrir que o uso do elemento na fabricação do aço elevava sua dureza sem aumentar sua fragilidade.
As principais funções da utilização do Manganês na composição do aço estão relacionadas com a produção de grão mais fino; redução na distorção das peças; proporcionar uma maior resistência à corrosões, desgastes e trações; ganho de tenacidade; melhora a dureza a quente; aumento da temperabilidade; e evitar trincas de têmpera.
Aços de dureza natural contêm Carbono (0,25 a 0,35%), Manganês (0,45 a 0,85%) e Silício (0,45 a 0,60%). Já nos aços patenting (usados no concreto protendido), as proporções mudam para 0,65 a 0,90% de Carbono; 0,4 a 1,1% de Manganês e 0,1 a 0,3% de Silício. (Modificado de PETRUCCI, Eládio G.R. Materiais de construção. 9. Ed São Paulo: Globo, 1993. 435 p.)
Através de pesquisas recentes, tem-se observado que a elevação na concentração do Manganês até certo ponto na fabricação de aço é extremamente vantajosa. Aços com alto teor do elemento (em torno de 25% - formando essencialmente uma liga de ferro-manganês) se tornam mais leves, dúcteis e fortes em relação aos aços tradicionais. Porém, nesses “novos aços” a porcentagem dos outros elementos envolvidos em sua fabricação deve ser rigorosamente ajustada para que o produto não perca sua qualidade. Assim, a produção em larga escala de aço ainda não utiliza tal dosagem, uma vez que as ferramentas e técnicas de que dispomos não permitem. (Modificado do artigo “Manganês torna aço mais forte e mais leve” do site Inovação Tecnológica, disponível em <http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=aco-manganes&id=010170121024>, acessado em 18/03/2013 às 20:19).
Deste modo, a dosagem do Manganês em aço se mostra de extrema importância para a descrição das características do mesmo uma vez que tal elemento está diretamente relacionado com suas propriedades físicas. Tal dosagem pode ser feita através de reações químicas com ácidos e sais e calculada, no final, através de uma fórmula pré-estabelecida.
II – OBJETIVO
O objetivo da prática em questão é calcular o teor de Manganês presente em uma amostra de 0,2000 g de limalha de aço. O processo será feito através de reações químicas específicas e outros processos como aquecimento e titulação à temperatura ambiente.
III – MATERIAIS E REAGENTES
Materiais:
Balança analítica;
2 béqueres de 100 mL;
Bureta de 50 mL.
Erlenmeyer de 250 mL;
Chapa de aquecimento;
Proveta de 10 mL;
Proveta de 50 mL;
Suporte para bureta;
Pisseta de água;
Reagentes:
AgNO3 0,5% (0,0294 mol/L);
Amostra de limalha de aço;
Mistura de ácidos: 
H2SO4 100 mL
H3PO4 125 mL
HNO3 250 mL
H2O 525 Ml
NaCl 2% (0,342 mol/L);
Peroxodissulfato de amônio sólido (NH4)2S2O8;
Solução de arsenito de sódio (Na3AsO3): 0,500 g de AsO3 + 1,5 g de Na2CO3 – dissolvido em água quente até 500 mL e completado a 1L;
Método:
Mede-se uma massa de 0,200 g de limalha de aço e transfere-se para um erlenmeyer de 250 mL, adicionando-se 30 mL da mistura de ácidos (H2SO4, H3PO4, HNO3 e H2O).
Em uma chapa aquecedora, aquece-se a mistura até a dissolução da limalha. Após isso, deixa-se em ebulição por algum tempo para expulsar os vapores nitrosos. Em seguida, adiciona-se 100 mL de água quente, 20 mL de AgNO3 (a 0,5%) e 2 g de peroxodissulfato de amônio sólido ((NH4)2S2O8) e aquece-se até a mistura apresentar uma coloração roxa, sem entrar em ebulição. 
Em seguida, observa-se até que não se desprendam mais bolhas grandes de oxigênio da mistura, deixando mais um minuto sobre a chapa aquecida. Com isso, retira-se o erlemeyer da chapa e resfria-se com água corrente e água da pisseta; adiciona-se 5 mL de NaCl (a 2%) e titula-se com trioxoarsenato(3-) de sódio à temperatura ambiente até que a mistura apresente coloração amarelo âmbar. Anota-se o volume gasto na titulação para o cálculo final.
O cálculo do teor de manganês presente na amostra de limalha de aço pode ser feito através da seguinte fórmula:
% Mn = V(mL) As2O3 x 0,000111 x 100
 massa da amostra em g 
III – RESULTADOS E DISCUSSÃO
O resultado final do experimento depende exclusivamente de duas variáveis: o volume de As2O3 gasto na titulação e a massa de limalha de aço inicialmente utilizada. Como a massa foi fixada em 0,200 g, o teor de Manganês na limalha fica em função somente do volume de trioxoarsenato(3-) de sódio utilizado. Durante o experimento, no ponto em que ocorreu a “viragem” da cor roxa inicial para amarelo âmbar, anotamos o valor verificado na bureta, que correspondeu a 17,4 mL.
A fórmula final apresentada no item “Método” vem de cálculos estequiométricos a partir de reações químicas. Sendo elas:
Mn + HNO3 Mn(NO3)2 + H2
2Mn2+ + 5S2O82- + 8H2O 2MnO4- + 10SO42- + 16H+
2MnO4- + 5AsO33- + 6H+ 5AsO42- + 2Mn2+ + 3H2O
As2O3 + 3H2O 2H3AsO3 6H+ + 2AsO3-
Deste modo, temos o seguinte cálculo:
% Mn = 17,4 x 0,000111 x 100 = 0,966 %
0,200 
IV - CONCLUSÃO
A partir de análises quantitativas realizadas com certa amostra de limalha de aço conclui-se que esta apresenta uma dosagem de Manganês em sua composição de cerca de 0,966 %. Tal resultado encontra-se dentro dos padrões esperados, mesmo com possíveis erros instrumentais e de medições. 
Pelo que foi enunciado na introdução, concluímos que tal amostra possivelmente é de aço patenting, aquele usado no concreto protendido. Uma vez que 0,4 % < 0,966 % < 1,1 %, ou seja, o valor encontrado para a porcentagem de Manganês na amostra está dentro da taxa de variação de tal aço.
V – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADAD, J.M.T. Controle Químico de Qualidade. Rio de Janeiro: Guanabara dois, 1982. 204 p.;
Apostila: Práticas de Química Tecnológica – QUI106;
MSPC. Informações Técnicas: Manganês – Mn. Disponível virtualmente em <http://www.mspc.eng.br/quim1/quim1_025.asp>. Acessado em 18/03/2013 às 20:40;
SOTELO, Adriana F. Tópicos de Química Tecnológica para Engenharia;