Cálculos químicos determinação da água de cristalização do sulfato de cobre

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Cálculos químicos determinação da água de cristalização do sulfato de cobre
Macaé- RJ
Setembro/ 2017
	
	
	Universidade Estácio de Sá – Campus Macaé
	
	
	Curso: Engenharia
	Disciplina: Química
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	Turma:
 
	
	
	Professor (a): 
	Data de Realização: 05/09/2017
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	Nome do Aluno (a): 
	Nº da matrícula: 
Nome do Experimento:
Cálculos químicos determinação da água de cristalização do sulfato de cobre
Introdução teórica: 
CRISTALIZAÇÃO
A Cristalização é uma operação de separação onde, partindo de uma mistura líquida (solução ou sólido fundido-magma) se obtêm cristais de um dos componentes da mistura, com 100% de pureza. Na cristalização criam-se as condições termodinâmicas que levam as moléculas a aproximarem-se e a agruparem-se em estruturas altamente organizadas, os Cristais. Por vezes, as condições operatórias não permitem obter cristais 100% puros verificando-se a existência, nos cristais, de inclusões (impurezas) de moléculas que também têm grande afinidade para o soluto.
O primeiro passo num processo de cristalização é a Nucleação. É necessário criar condições no seio da mistura para as moléculas se aproximarem e darem origem ao cristal. A cristalização é uma operação unitária baseada, simultaneamente, nos mecanismos de transferência de massa e de quantidade de movimento. A “driving force” para a cristalização é a existência de sobressaturação na mistura líquida, ou seja, a existência de uma concentração de soluto na solução superior à concentração de saturação (limite de solubilidade). Este estado é naturalmente muito instável, daí ser possível a nucleação. Contudo, para haver cristalização é mesmo assim necessário ocorrer agitação ou circulação da mistura líquida, a qual provoca a aproximação e choque entre as moléculas, ocorrendo transferência de quantidade de movimento. A nucleação a que nos referimos até aqui é a Nucleação Primária (as próprias superfícies sólidas do cristalizador podem ser agentes de nucleação). Uma vez formados os primeiros cristais, pequenos fragmentos desses cristais podem transformar-se também em novos núcleos. Estamos perante a Nucleação Secundária. Muitas vezes, para tornar o processo de cristalização mais rápido, podem-se introduzir sementes (núcleos) no cristalizador.
Uma vez formado o núcleo o cristal começa a crescer, e entramos na etapa de crescimento do cristal. A velocidade de agitação ou circulação no cristalizador, o grau de sobressaturação, a temperatura, etc. são parâmetros operatórios que condicionam a velocidade de crescimento dos cristais e as características do produto final. Por 
exemplo, um grau de sobressaturação demasiado elevado e, consequentemente, uma situação muito instável do ponto de vista.
Termodinâmico, pode dar origem a uma velocidade de nucleação muito elevada. Formam-se muitos núcleos simultaneamente e o produto final é formado por cristais muito pequenos.
A cristalização é, como já se descreveu, uma operação que exige, para a sua modelização, o conhecimento das relações de equilíbrio entre fases (líquido/sólido). Nas equações da velocidade de nucleação ou da velocidade de crescimento é preciso ter sempre em conta o afastamento do equilíbrio, ou seja, a diferença entre a concentração real existente na mistura e a concentração de saturação (grau de sobressaturação).
Uma das características do processo de cristalização é a de que o mesmo composto pode dar origem a formas cristalinas diferentes (polimorfismo) dependendo das condições de operação. Os diferentes tipos de cristais, que correspondem a condições termodinâmicas, no estado sólido, diferentes para o mesmo composto, terão propriedades distintas (velocidade de dissolução, ponto de fusão, forma, etc.) e, como tal, correspondem a produtos diferentes. É o caso, por exemplo, da produção do carbonato de cálcio, por cristalização, o qual pode ser fabricado em diferentes formas cristalinas. O controlo da forma cristalina do composto a separar é um aspecto fundamental e extremamente difícil da cristalização industrial.
TIPOS DE CRISTALIZAÇÃO E DE EQUIPAMENTO
A forma de atingir a sobressaturação num cristalizador, partindo de uma solução saturada do componente a separar, pode ser diversa:
Arrefecimento da solução saturada;
Evaporação do diluente da solução saturada;
Adição de um segundo solvente (anti-solvente) que reduz a solubilidade do soluto (drowning);
Promoção de uma reação química que leva à precipitação do soluto;
Alteração do pH do meio.
O mais comum a nível industrial é que a cristalização ocorra devido ao arrefecimento ou evaporação da solução mãe. Nestes casos a cristalização acontece, muitas vezes, nas paredes do cristalizador, em particular na superfície dos permutadores, dado ser aí que a sobressaturação surge primeiro.
O equipamento de cristalização será diferente dependendo da forma como se atinge a sobressaturação. Os equipamentos mais comuns são:
Tanques de cristalização (ainda muito usados na produção de açúcar);
Cristalizadores com permutador externo (scrapped surface crystalizers), também conhecidos por Cristalizadores Swenson-Walker cujo desenvolvimento data de 1920. Normalmente a sobressaturação atinge-se por arrefecimento;
Evaporador-Cristalizador de circulação forçada, também conhecido por Cristalizador Oslo. A sobressaturação é atingida através de uma evaporação flash;
Cristalizador de vácuo com circulação de magma (Cristalizador DTB, Draft, Tube and Baffle).
APLICAÇÕES
A cristalização é uma operação muito antiga. Desde a antiguidade que a cristalização do cloreto de sódio a partir da água do mar é conhecida. Também no fabrico de pigmentos se usa, desde os tempos antigos, a cristalização.
 Hoje em dia, a cristalização industrial surge no fabrico de sal de cozinha e açúcar, no fabrico de sulfato de sódio e de amónia para a produção de fertilizantes, no fabrico de carbonato de cálcio para as indústrias de pasta e papel, cerâmica e de plásticos, no fabrico de ácido bórico e outros compostos para a indústria de inseticidas e farmacêutica, entre muitos outros processos industriais.
Objetivo:
Determinar experimentalmente, através do aquecimento, o número de moléculas de agua na molécula de CuSO4.nH2O.
Materiais Necessários:
	Cadinho de porcelana 
	 Almofariz 
	Pinça de madeira 
	 Tripé
	Tela de amianto 
	
	
	
	
	
	 
	 
	 
	 
	 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Reagentes: CuSO4.nH2O (sulfado de cobre n hidratado)
Método:
Procedimento:
Primeiramente tomado nota da massa do cadinho de porcelana limpo.
Posteriormente foi pulverizado em um almofariz o sulfato de cobre e armazenado 1,00 a 1,2g de CuSO4.nH2O no cadinho, logo após foi tomado nota da massa.
Com esses resultados foi obtido a diferença entre as duas pesagens.
Dando continuidade, colocamos o cadinho com a substancia sobre a tela de amianto que estava no tripé, aquecemos a substancia até que ela foi modificando sua coloração até ficar branca, retiramos do tripé e colocamos sobre a bancada para que o mesmo esfriasse, logo após foi tomado nota da massa novamente.
Resultados/ Discursões:
Planilha1 (massa da porcelana)
	Porcelana limpa: m1
	Porcelana + CuSO4.nH2O pulverizado: m2
	m3: diferença entre m1 e m2
	m4: porcelana + CuSO4.nH2O pulverizado, após a cristalização
	29,24g
	30,25g
	m2-m1= 1,01g
	29,93g
A partir dos resultados acima e os dados: Cu = 63,5u H=1u S=32u O=16u, obtemos os cálculos abaixo.
Massa de CuSO4.nH2O= m3 (g)
Massa de CuSO4 (anidro) = m5(g) = m4 – m1
	 M5= 29,93g
	 - 29,24 g 
	 = 0,69g
Número de mols de CuSO4 = n1,
n1 = m5/M1
Onde: M1= massa molar do CuSO4
	n1= 0,69 g
	 / 159,5 mol/g 
	 = 1,0043 mols
Massa de agua = m6 = m3-m5
	m6= 1,01 g
	 - 0,69 g
	= 0,32g 
Número de mols de H2O = n2
n2= m6/M2
Onde: M2 = massa molar da agua
	 n2= 0,32g
	 / 18 mol/g
	 = 0,017 mols
Número demols de agua em 1 mol de sulfato de cobre =X
	 X mols = (n2x1)/n1
	= 0,017 mol/g /  0,69g
	 0,246 mols
Questionamentos:
Quantos mols de Sulfato de Cobre hidratado foram usados na prática (massa m3)?
R: 0,01g
Por que o aquecimento com o sulfato de cobre não pode ser feito diretamente com a chama do bico de Busen? 
R: A substancia superaqueceria e ficaria com a coloração acinzentada.
Qual a mudança de cor apresentada pela substancia durante o aquecimento?
R: Azul durante e após o aquecimento branco
O que aconteceria com a substancia se a temperatura do aquecimento fosse superior a 230ºC?
R: Ela ficaria na cor cinza
O que acontecera ao Sulfato de Cobre se deixarmos por um certo período sobre a bancada?
R: Ele iria hidratar novamente
Discursões: Observamos que a porcelana com a substancia CuSO4.nH2O após o aquecimento= m4 tem a massas menor que antes do aquecimento=m2, chegando bem próximo a porcelana vazia=m1 
Conclusão:
Observando os resultados com o que foi executado, foi perceptível que a cristalização do CuSO4.nH2O, obtém-se dois compostos o sulfato de cobre e a água, conclui-se que o CuSO4 é um cristal de cor branca, porem quando hidratado tornasse da cor azul, ao aquecermos as moléculas são retiradas e retorna a sua coloração original.
 
Referências bibliográficas:
 Cristalização do sulfato de cobre, OBJETOSEDUCIONAIS-http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/15485/Cristalizacao%20do%20sulfato%20de%20cobre.pdf?sequence=1
Cristalização do sulfato de cobre, EBAH-http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARWYAC/experiencia-cristalizacao-sulfato-cobre-cuso4-5h2o
Cristalização, LABVIRTUAL-http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=42&Itemid=159
S.J. Jan?i?, P.A.M. Grootscholten, “Industrial crystallization”, Delft University Press, Kluwer Academic Pub.,1984.
McCabe & Smith, “Unit Operations of Chemical Engineering”, McGraw-Hill, N. Y., 2000.
A. Mersmann, “Crystallization Technology Handbook”, 2ª ed., CRC Pub., 2001.
C. J. Geankoplis, “Transport Processes and Separation Processes Principles”, 4ª ed., Prentice Hall, 2003.