estequiometria do cobre

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Análise estequiométrica II – Ciclo de cobre
Henrique Scheunemann Kruger; Rodrigo Geovane Lenz
Curso: Engenharia de Alimentos
hk001898@fahor.com.br; rl002891@fahor.com.br
Resumo: O cobre é um elemento químico de número atômico 29, avermelhado, muito usado em fios condutores de eletricidade, encanamentos, em ligas como latão com zinco, bronze com estanho, entre outros, e é encontrado na natureza em vários compostos diferentes, como o mineral natural sulfeto, nele contem 80% de cobre. Neste experimento serão realizadas várias reações químicas, tais como reações de oxirredução, decomposição, dupla-troca, onde serão visíveis um pouco na prática e nas reações, e que, por terem o cobre metálico como reagente inicial e produto final da reação, podem ser designadas por “ciclo do cobre”. Além disso, será calculado o rendimento deste processo. Essas etapas podem ser usadas para reciclagem (conjunto de etapas que transforma o lixo descartado em produtos semelhantes aos originais) de minérios, onde é mais viável reciclar do que extrair diretamente das minas.
Palavras chave: cobre, elemento, reações.
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Relatório de aula prática
Introdução
Neste experimento, o metal de cobre será transformado em várias espécies diferentes até o cobre sólido ser recuperado.
O cobre tem muitos usos importantes devido ás suas propriedades químicas e físicas. É um bom condutor de calor e eletricidade, portanto, deve ser encontrado em linhas elétricas ou em peças para cozimento. Também é utilizado em latão (com zinco) e bronze (com estanho) como um agente de liga. Óxido de cobre possui coloração verde azulada, tornando-se um material comum usado para as estátuas, telhados ou tapumes metálicos para recobrimento de casas. Alguns complexos de cobre(II) aquoso coloridos serão observados neste experimento.
O cobre, em sua forma metálica, apresenta alta durabilidade, boa resistência à corrosão, boa maleabilidade e ductilidade. Essas duas últimas propriedades fazem dele um metal diferenciado, pois, normalmente, os metais resistentes não são maleáveis. É o material mais empregado na área de eletricidade. (SILVA, 2010).
Reações de oxirredução são reações químicas onde ocorrem transferências de elétrons entre duas espécies químicas. Numa reação de oxirredução sempre há perda e ganho de elétrons, pois os que são perdidos por um átomo, íon ou molécula são imediatamente recebidos por outros. A perda de elétrons é chamada de oxidação e o ganho de elétrons é chamado de redução. Na oxidação, o número de oxidação (Nox) do elemento aumenta (pois ele perde elétrons). Na redução, o número de oxidação (Nox) se reduz (pois o elemento ganha elétrons)(MEDEIROS, 2001)
Abaixo segue um esquema para exemplificar a reação de oxirredução:
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Sempre que houver uma oxidação, haverá também uma redução, pois, como elétrons são partículas reais, que não podem ser simplesmente "perdidas" (já que na natureza "nada se perde, nem se cria", segundo Lavoisier), quando uma espécie perder elétrons, outra espécie necessariamente irá ganhá-los, assim, sempre que uma espécie oxidar, outra irá reduzir (AROEIRA, 2007).
Fios e cabos de cobre garantem segurança e eficiência nas instalações elétricas, tem 99,9% de pureza e permite aplicação perfeita para todos os tipos de projetos.
A reação de análise ou decomposição é quando um reagente dá origem a produtos mais simples que ele. Escrevendo a reação genérica para exemplificar o que acontece (UFJF, 2014): 
AB → A + B
Exemplos: 
2H2O → 2H2 + O2 
2H2O2 →2H2O + O2
As reações de dupla-troca ou de metátese se caracterizam por haver, literalmente, trocas entre os elementos de cada molécula envolvida na reação. Ou seja, determinados átomos, íons ou radicais mudam de posição passando para a outra molécula substituindo o átomo, íon ou radical que estava naquela posição. Segue abaixo uma reação genérica que exemplifica a reação de metátese (Lira, 2005):
AB + CD → AC + BD
O ciclo do cobre, segue através de 5 transformações, conforme o esquema abaixo.
Procedimento Experimental
Primeiramente foi realizada a leitura de protocolo da aula prática. Precisou-se dos seguintes materiais e reagentes, abaixo listados:
Cobre sólido
4 béqueres de 150mL 
HNO3 concentrado (ácido nítrico)
Água destilada
Solução de NaOH 3mol/L
Bastão de vidro
Agitador magnético com aquecimento
Funil
HCl concentrado
Etanol
Acetona
Cápsula de porcelana
Vidro de relógio
Papel filtro
Solução de H2SO4 6 mol/L
Zinco
 1° Passo: Pesou-se aproximadamente 0,5g de cobre sólido, transferiu-se para um béquer de 250mL e adicionou 4mL de HNO3 (ácido nítrico) concentrado, após aguardou o final da reação.
 2° Passo: Foi adicionado cerca de 100ml de água destilada no béquer, após, foi colocado 30mL de NaOH 3 mol/L.
 3° Passo: Transferiu-se o béquer para uma chapa de aquecimento (na estufa) e foi agitado o líquido com auxílio de um bastão de vidro, e esperou a mudança de cor.
 4° Passo: Realizou-se a preparação de um funil analítico usando dois papeis de filtro. Filtrou o precipitado formado na etapa anterior e foi lavado o papel filtro com 200 mL de água destilada quente, para retirar sobras, fazendo um revezamento de béqueres, quando o líquido do béquer estava encostando no filtro.
 5° Passo: Transferiu-se a pasta filtrada (CuO) para um béquer de 250 mL e foi adicionado 15 mL de H2SO4 6 mol/L, imediatamente após, adicionar 2g de Zn.
 6° Passo: Aguardou-se a decantação (separação) do sólido formado e foi adicionado 10 mL de HCl concentrado para reagir com o restante do zinco.
 7° Passo: Novamente, foi preparado um funil analítico usando dois papel filtro. Filtrou o sólido formado na etapa anterior e lavou-se com água destilada. Em seguida lavou-se o sólido com 5 mL de etanol e com 5 mL de acetona (para limpar o sólido), após, recolher o sólido filtrado em outro béquer.
 8° Passo: Transferiu-se o sólido para uma cápsula de porcelana e foi deixado secar completamente usando uma chapa de aquecimento (na estufa).
 9° Passo: Foi pesado o produto final, anotando a sua massa.
Resultados e Discussões
Com a realização do experimento, chegou-se nas seguintes conclusões, das 9 etapas do procedimento experimental.
No 1° passo do experimento, o cobre era de cor marrom e quando adicionou HNO3 (ácido nítrico), ficou uma fumaça marrom e o líquido ficou verde, onde o metal foi totalmente consumido e a reação foi exotérmica (houve liberação de calor). O ciclo de cobre inicia-se com uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons entre os reagentes), na qual o cobre é oxidado a Cu+2, por ação do ácido nítrico. Nessa etapa foi ocorrida a dissolução do cobre sólido, por causa da reação do ácido nítrico, formando o nitrato de cobre, conforme a reação abaixo:
Cu(s) + 4HNO3(aq) → Cu(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g)
No 2° passo do experimento, quando adicionou água destilada na solução líquida, o líquido ficou de cor azul BB. Após colocar 30 mL de NaOH 3 mol/L, formou um precipitado, que é o hidróxido de sódio, juntando nitrato de cobre + hidróxido de sódio = Cu(NO3)2 + NaOH = Cu(OH)2, conforme a reação completa abaixo:
Cu(NO3)2(aq) + 2NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2NaNO3(aq)
Na etapa 3 quando aqueceu, o Cu(OH)2 foi transformado em CuO, como na reação abaixo, formando uma coloração verde escuro:
Cu(OH)2 → CuO + H2O
Nessa reação, dá para perceber que é uma reação de decomposição, pois o hidróxido de cobre se decompôs em 2 substâncias mais simples.
Na etapa 4, quando filtrou o CuO, precisou ter muito cuidado para evitar perdas ao retirar o precipitado do papel filtro.
Na etapa 5, transferiu-se a pasta filtrada de CuO para um béquer de 250 mL, pesou-se 1,974g de Zn (zinco) e primeiramente foi adicionado 15 mL de ácido sulfúrico (H2SO4) 6 mol/L conforme a reação de dupla-troca abaixo:
Reação 1: CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l)
 Rapidamente foi colocado as gramas pesadas do zinco conforme a reação abaixo:
Reação 2: CuSO4(aq)+ Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq)
Ocorreu uma reação de oxirredução, obtendo-se cobre metálico por redução do sulfato de cobre com zinco metálico.
Na etapa 6 quando acabou a reação de oxirredução, ou a decantação do sólido, foi adicionado 10 mL de HCl concentrado, para reagir com o restante do zinco, conforme a reação abaixo:
2 Zn(s) + 2 HCl(aq) = 2 ZnCl(aq) + H2 (g)
Para achar os mols de zinco utiliza-se uma estequiometria simples:
 Para achar os mols de HCl, primeiro acha a massa através da densidade, utilizando os 10 mL de HCl e 1,19 a densidade do HCl:
Comparando as duas primeiras reações ali de cima (reação 1 e 2), o zinco (Zn) reage com o sulfato de cobre (CuSO4), onde começa uma efervescência da reação 1, pois as duas reações ocorrem ao mesmo tempo, é muito rápido, ocorrendo a liberação de hidrogênio (H+) da reação 1 e o cobre volta ao seu estado normal, mas agora ele é Cu+2 e no início era Cu+3.
Após obter o cobre metálico, fez-se a limpeza com acetona e álcool etílico.
A massa do produto final do cobre ficou aproximadamente 0,6257g.
O rendimento é calculado pela fórmula:
Conclusão
Nesse experimento deu para observar reações de oxirredução onde obteve-se cobre metálico por redução do sulfato de cobre com zinco metálico; a reação abaixo é de dupla-troca, onde pode-se observar esse modelo AB + CD → AC + BD e comparar com a reação abaixo:
CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l) 
 AB CD AD BC
 Deu para observar a reação de decomposição, onde o Cu(OH)2 é transformado em outras 2 substâncias mais simples conforme a reação abaixo:
Cu(OH)2 → CuO + H2O
A finalidade da análise estequiométrica para o ciclo do cobre é de extrema importância, tanto para o engenheiro químico quanto para o de alimentos, aprender como reciclar metais, reduzindo o número de lixos pesados e também a retirada dos metais das minas, ajudando na sustentabilidade do meio ambiente.
De cara esse cobre que foi feito o seu ciclo, parece ter um grau de pureza aproximado dos industriais, pois ele foi recuperado com substâncias químicas, e no final foi lavado com acetona e álcool etílico, além de não ser utilizado água comum e sim água destilada.
Precisa-se ter muito cuidado ao manusear os elementos químicos, onde o manuseio incorreto pode acarretar em graves acidentes.
Referências
SILVA, Erivanildo Lopes da. “Cobre: Ocorrência, obtenção industrial...” ;UOL Educação. Disponível em:<https://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/cobre-ocorrencia-obtencao-industrial propriedades-e-utilizacao.htm>. Acesso em 21 de setembro de 2017.
AROEIRA, Gustavo José Ribeiro "Oxirredução"; Info Escola. Disponível em <http://www.infoescola.com/quimica/oxirreducao/. Acesso em 21 de setembro de 2017. 
SOUZA, Líria Alves de.	"Cobre"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/cobre.htm>. Acesso em 21 de setembro de 2017. 
MEDEIROS, Miguel A. “Oxirredução”; UFGD. Disponível em: 
< https://sites.google.com/site/exatasufgd/>. Acesso em 21 de setembro de 2017.
UFJF, Apostila. Disponível em: http://www.ufjf.br/cursinho/files/2014/05/Apostila-Cursinho-20143.pdf. Acesso em 21 de setembro de 2017.
LIRA , Júlio Cesar Lima. “Reação de Dupla-troca”. Info Escola. Disponível em: http://www.infoescola.com/quimica/reacao-de-dupla-troca/. Acesso em 21 de setembro de 2017.
PROTOCOLO DE AULA PRÁTICA