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Química Geral Experimental 1, Thalíssia Suzanne Santos, Experimento 9 1 Mé todo dé Réciclagém do Alumí nio Ex p er im en to 9 Thalíssia Suzanne Santos Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasil Professora: Maria Carolina Pacheco Lima Data da prática: 06/06/2014; Data de entrega do relatório: 27/06/2014 Resumo O objetivo deste experimento é mostrar umas das formas de reciclagem do alumínio. O produto obtido é o alúmen de potássio. Ele é usado para purificação de água, é o principal componente da pedra-ume, é um dos componentes dos desodorantes, dentre outras coisas. Palavras chave: alumínio; reciclagem; alúmen de potássio; Introdução No mundo moderno, uma palavra muito importante é reaproveitamento. A produção de algumas substâncias se dá de forma mais fácil se reciclarmos algum outro produto. Além disso, a reciclagem é importante para o meio ambiente, pois diminui a quantidade de lixo. Uma substância que é muito reciclada é o alumínio. O Brasil é o pais que mais recicla alumínio, e serve de exemplo para outras nações. O catadores de lixo exercem um papel fundamental nesse processo. Todo mundo também tem que ter consciência da importância de separar o lixo. Isso facilita o trabalho dos catadores e ajuda a aumentar a porcentagem de alumínio reciclado. O objetivo do experimento é mostrar uma das forma de reciclagem do alumínio, a partir da produção de alúmen de potássio. A segunda parte do experimento é destinada a testar o produto, fazendo-o reagir com outras substâncias para vermos suas características. Metodologia Primeira parte: síntese do alúmen Corte uma folha de alumínio em pequenos pedaços. Pese cerca de 1 g na balança semi analítica. Transfira para um béquer de 250 ml e adicione 50 ml de KOH 1,4 M lentamente. Anote as observações e explique com equações químicas. Aqueça o béquer para dissolver todo o alumínio. Se o volume diminuir muito, adicione água destilada, até que o volume final atinja a metade do volume inicial. Se ainda restar impurezas, filtre a solução. Resfrie até que a mistura atinja a temperatura ambiente. Depois adicione 20 ml de H2SO4 9 M (lentamente e sob agitação). Anote as observações, e diga porque houve aquecimento. Obs.: a solução final deve ser límpida. Filtre novamente se necessário. Prepare um banho de gelo em um béquer de 600ml (gelo + um pouco de água). Deixe o béquer com a solução por cerca de 15 minutos nesse banho. Serão formados cristais do alúmen. Filtre os cristais usando filtração com sucção. Misture 12 ml de etanol com 12 ml de água e deixe esfriar por alguns minutos. Utilize essa mistura para remover os cristais do béquer e lavar os cristais do funil. Segunda parte: caracterização do produto Prepare uma solução com 0,5 g de alúmen de potássio e 20 ml de água destilada. Separe 3 tubos de ensaio e adicione 1 ml dessa solução a cada um deles. Química Geral Experimental 1, Thalíssia Suzanne Santos, Experimento 9 2 Teste para o íon sulfato: adicione 1 ml de BaCl2 0,1 M ao primeiro tubo. Teste para o íon alumínio: Adicione NaOH 0,1M ao segundo tubo. Observe que forma precipitado. Continue adicionando até que o precipitado se dissolva. Teste para o íon potássio: Adicione Na3Co(NO2)6. Aqueça o tubo para acelerar a precipitação. Resultados e discussão A massa de alumínio pesada na balança analítica foi 1,00 ± 0,01 g. A reação do alumínio com o KOH é explicada pela seguinte reação: 2Al + 2KOH + 6H2O 2 KAl(OH)4 + 3 H2 Houve um aquecimento no béquer, o que indica que a reação é exotérmica. Além disso há a dissolução do alumínio, o que indica que nenhum dos produto e um precipitado. Ocorre também a formação de bolhas, que corresponde ao H2 formado. Com a adição de ácido sulfúrico, houve um aquecimento muito rápido do béquer, o que indica que a reação é altamente exotérmica. A solução ficou pastosa e com uma coloração amarronzada devido as impurezas. Após algum tempo sob agitação, a mistura ficou novamente líquida. A reação é: KAl(OH)4 + 2H2SO4 8H2O + KAl(SO4)2·12H2O A mistura foi filtrada 2 vezes para a retirada das impurezas. Agora a solução tem íons K+, Al3+ e SO42-. Depois do banho de gelo, os cristais de alúmen foram formados e posteriormente filtrados. A massa de alúmen foi 10,00 ± 0,01 g. Juntando as duas equações anteriores 2Al + 2KOH + 6H2O 2 KAl(OH)4 + 3 H2 2KAl(OH)4 + 4H2SO4 16H2O + 2KAl(SO4)2·12H2O 2 Al + 2 KOH + 4 H2SO4 3H2 + 10H2O + 2KAl(SO4)2·12H2O Percebemos que a proporção entre o alumínio e o alúmen de potássio é 1:1. Então, usando regra de três (Massa molar do alumínio: 27g), 27g 1 mol de alumínio 1 g N mols N = 0,037 mol de alumínio. O número de mols do alumínio é o mesmo do alúmen. Usando a massa molar do alúmen podemos prever quanto deveria ser formado se a reação tivesse rendimento de 100%. (Massa molar do alúmen: 474g) Mprevista = 0,037 x 474 = 17,538 g. O rendimento é calculado dividindo-se a massa pesada pela massa prevista 𝑅 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑣𝑖𝑠𝑡𝑎 𝑥100% 𝑅 = 10,00 17,538 𝑥100% = 57,019% O baixo rendimento se deve à perda de material entre os processos da síntese. Figura 1: reação entre o Al e o KOH Figura 2: Filtração com sucção dos cristais de alúmen Figura 3: Alúmen de potássio Química Geral Experimental 1, Thalíssia Suzanne Santos, Experimento 9 3 Na segunda parte do experimento, ao adicionarmos BaCl2 à solução de alúmen de potássio temo a reação abaixo BaCl2(aq) + SO4²- (aq) → BaSO4(s) + 2Cl-(aq) Há a formação de um precipitado branco. Quanto a adição de NaOH, há a formação de um precipitado, que também é esbranquiçado. Com a adição de mais algumas gotas de NaOH, este precipitado se dissolve. Isso ocorre porque há um deslocamento do equilíbrio para a esquerda, pois o íon Na+ fica em excesso. NaOH(aq) + Al³+(aq) → Al(OH)3(s) + 3Na+(aq) Com a adição de Na3Co(NO2)6 temo a formação de um precipitado avermelhado. A solução inicialmente fica marrom, mas com o aquecimento em banho-maria ela fica avermelhada. Como aquecimento a formação de precipitado é favorecida, o que indica que a reação é endotérmica. Al(OH)3(s) + Na+(aq) + OH-(aq) → NaAlO2(aq) + 2H2O(l) Conclusão Com esse experimento foi possível conhecer uma nova forma de reciclagem de alumínio. Muitas outras formas são utilizadas, e essa é uma maneira que dá muitas outras utilidades para o alumínio. É importante saber formas de reciclagem para evitar desperdícios. Não só a reciclagem de alumínio é importante, mas a de muitos outros produtos. O lixo virou um problema mundial, e é preciso aprender formas de reaproveitá-lo. Figura 4: soluções de alúmen com BaCl2, NaOH e Na3Co(NO2)6 da esquerda para a direita. Química Geral Experimental 1, Thalíssia Suzanne Santos, Experimento 9 4 Questões 1) Em uma reação química o reagente que é consumido totalmente é chamado de reagente limitante. Qual o reagente limitante na síntese que você realizou? Na primeira reação o número de mols de KOH é: N = M x V = 1,4 x 0,05 = 0,7 mol A proporção da reação é de 1:1, e temos 0,037mol de Al. Então o alumínio é o limitante. 2) Quantos gramas de hidrogênio devem ser liberados na reação de 1,00 g dealumínio com excesso de hidróxido de potássio? (Admita rendimento de 100%). 2Al + 2KOH + 6H2O 2 KAl(OH)4 + 3 H2 A proporção é 2:3, e como o hidróxido está em excesso, todo o alumínio irá reagir. Um 1g de alumínio temos 0,037 mol 𝑁𝐻2 = 3 2 𝑥 0,037 𝑚𝑜𝑙 = 0,0555 𝑚𝑜𝑙 A massa de hidrogênio é (massa molar do H2 = 2g) M = MM x NH2 = 2 x 0,0555 = 0,111g 3) Quantos moles de ácido sulfúrico são necessários para produzir 4,74 gramas de alúmen de potássio, supondo o rendimento que você obteve em sua síntese? 2 Al + 2 KOH + 4H2SO4 3H2 + 10H2O + 2KAl(SO4)2·12H2O A proporção é de 2:1. O rendimento é 57,019%. Então admitindo que o rendimento é 100%, a massa produzida seria: 4,74 gramas 57,019% M 100% M = 8,31 g MM(H2SO4) = 98,079 g 2 x 98,079 1 x 474 g Macido 8,31 Macido = 3,44 g Nacido = 0,035 mol
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