Prática Ciclo do Cobre

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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL – ULBRA CANOAS
BACHARELADO EM QUÍMICA INDUSTRIAL
DISCIPLINA DE INORGÂNICA EXPERIMENTAL
 PROFESSORA FERNANDA FABERO
Caroline Lagos e Cassiane Dutra
Ciclo do Cobre
Canoas
2019
Objetivo
Recuperar o metal inicial cobre (Cu), utilizando sequências de reações como ácido-base, redox, decomposição e precipitação.
Introdução
O cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim Cuprum) e tem número atômico 29. É considerado um metal de transição estando localizado no grupo 11, 4º período, bloco d da tabela periódica. Na natureza aparece normalmente sob forma de calcosite (Cu2S) e cuprita (Cu2O). 
É um dos metais mais importantes industrialmente e à temperatura ambiente encontra-se no estado sólido. Tem uma coloração avermelhada, é dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Em solução aquosa apresenta-se normalmente como Cu(H2O)2+  (embora também forme cátions monopositivos) e tem uma cor azul-cobalto característica. O óxido de cobre (II), formado quando o cobre é aquecido em presença de oxigênio, tem cor negra. Tal como os outros metais, o cobre apresenta uma baixa energia de ionização, logo um elevado poder redutor.
O cobre é utilizado essencialmente para a produção de materiais condutores de eletricidade, como fios e cabos, e em ligas metálicas, como latão e bronze, em eletrodomésticos, automóveis e em muitos outros materiais.
A reciclagem do cobre é um processo bastante econômico e benéfico ao meio ambiente, é mais vantajoso e econômico reciclá-lo do que extraí-lo diretamente da natureza. 
O ciclo de cobre é um conjunto de reações que começam numa liga de cobre para formar cobre puro, que possa ser utilizado novamente. Ocorrem reações durante o ciclo de oxirredução, este tipo de reações ocorre quando ocorrem transferências de elétrons. A espécie que se oxida perde elétrons, denominada agente redutor, pois causa a redução da espécie que recebe os elétrons o agente oxidante.
Também ocorrem, durante o ciclo, reações ácido-base e reações de precipitação. As primeiras são reações entre soluções aquosas ácidas e soluções aquosas básicas. Nessas reações forma-se sempre uma substância pertencente à categoria dos sais e ainda água. As últimas reações de precipitação, são processos químicos em que um dos produtos da reação forma pequenas partículas sólidas que ficam em suspensão na solução. Esse sal é muito pouco solúvel, ou seja, com baixa solubilidade.
Nesta atividade experimental, realizam-se uma série de reações químicas que envolvem o elemento cobre e que, por terem o cobre metálico como reagente inicial e produto final da reação, podem ser designadas por “ciclo do cobre”.
Metodologia
Reagentes: 
Ácido nítrico concentrado
Ácido clorídrico concentrado
Hidróxido de sódio
Cobre metálico em pó
Zinco metálico em pó
Água deionizada
Ácido sulfúrico 6 M
Etanol
Acetona
Materiais:
Pipeta
Balança analítica
Capsula de porcelana
Béquer
Bico de Bunsen
Bastão de vidro
Espátula
Capela
Prática:
Foram pipetados 2,87 mL de ácido nítrico concentrado e acrescentado em béquer de 250 mL contendo 1,0072 g de cobre metálico. Foi aquecido em bico de Bunsen até completa reação, formando nitrato de cobre (A). Foi acrescentada água deionizada até metade do béquer e, após a solução atingir temperatura ambiente, foram acrescentados, gota a gota, 30 mL de hidróxido de sódio sem agitação, verificando o pH do meio com papel tornassol. No meio básico, houve formação de precipitado azul gelatinoso (B). Em seguida, foi agitado com bastão de vidro e aquecido para a formação e decantação do óxido de cobre (C), um precipitado preto. O líquido sobrenadante foi retirado e, sobre o precipitado, foi acrescentado 200 mL de água deionizada quente para lavagem. O liquido de lavagem foi retirado e descartado. Logo após, foram adicionados 15 mL de ácido sulfúrico 6M, com agitação constante para formação do sulfato de cobre (D), dando a solução uma coloração azulada.
Na capela, foi acrescentado à solução de sulfato de cobre 2g de zinco metálico com agitação constante e vigorosa até a solução ficar incolor. Nesta etapa, há formação de sulfato de zinco e a recuperação do cobre metálico, um precipitado vermelho (E). Ao termino, foi decantado e desprezado o sulfato de zinco. Sobre o precipitado foi adicionado 5 ml de água destilada e 10 ml de ácido clorídrico concentrado para total oxidação do zinco. Foi aquecido brandamente em bico de Bunsen até total desprendimento do gás. Em seguida, o liquido foi decantado e desprezado.
O precipitado, cobre metálico, foi lavado duas vezes com 5mL água estilada, uma vez com etanol e uma vez com acetona. Ao termino da lavagem, o precipitado foi colocado em uma capsula de porcelana até total perda de umidade. Após seco, foi pesado em balança analítica. 
Cu(s) + 4 HNO3(l) → Cu(NO3)2(aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O(l) 
Cu(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq)
Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l) ∆
CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l)
CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(s)
Lista de figuras:
Figura 1. Formação do hidróxido de cobre
Figura 2. Após ajuste de pH, agitação e aquecimento
Figura 3. Formação e decantação do óxido de cobre
Figura 4. Reação do sulfato de cobre com o zinco metálico
Figura 1. Obtenção do cobre metálico, final do ciclo
Questões
Escreva as reações balanceadas para todas as etapas envolvidas no ciclo do cobre.
Cu(s) + 4 HNO3(l) → Cu(NO3)2(aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O(l) 
Cu(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq)
Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l) ∆
CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l)
CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(s)
2 HCl(l) + 2 Zn(s) → 2 ZnCl(aq) + H2(g)
Calcule o rendimento do ciclo.
Cobre metálico pesado: 1,0072 g
Capsula vazia: 90,7670 g
Capsula com o precipitado: 91,7700 g
Precipitado: 1,003 g
1,0072g ---------- 100%
1,003 g -------- x
X= 99,58%
3. Comente sobre as possíveis causas de erro.
Contaminações, reações incompletas, perdas nas precipitações e uma má remoção do Zn(s).
4. A primeira reação do ciclo do cobre envolve o ácido nítrico. Poderíamos ter
utilizado o ácido clorídrico? Por quê?
Metais nobres não reagem de maneira espontânea ao serem colocados em contato com soluções ácidas. 
Cu(s) + HCl(l) → não há reação
O cobre é um metal nobre, que não reage ao ser colocado em contato com o ácido clorídrico.
5. Qual a importância/abundância/aplicações do metal cobre?
Abundância na crosta terrestre 6x10-3% e na água do mar 2,5x10-8%. O cobre é utilizado essencialmente para a produção de materiais condutores de eletricidade, como fios e cabos, e em ligas metálicas, como latão e bronze, em eletrodomésticos, automóveis e em muitos outros materiais.
6. Consulte uma tabela de potenciais e indique outros metais que poderiam ser
usados no lugar do zinco. Explique sua escolha.
Poderia utilizar o Al, Fe, Li, Ni, entre outros, por exemplo, pois todos esses tem o potencial de redução menor que o Cu, então o Cu sempre irá reduzir na presença destes metais, que no caso irão sofrer a oxidação.
7. Qual a finalidade da adição de ácido clorídrico?
Para remover o Zn que pode estar presente, caso a reação não seja completa, na transformação do Zn(s) em ZnSO4. Conforme reação abaixo:
CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(s)
2 HCl(l) + 2 Zn(s) → 2 ZnCl(aq) + H2(g)
8. Qual a finalidade das lavagens realizadas? 
É para remover o ZnCl(aq), que causaria contaminação no cobre, já que o produto final deve ser somente o cobre.
9. Considerando apenas as quatro primeiras reações químicas, qual seria, supondo rendimento de 100% em todas as etapas, a massa de sulfato de cobre que poderia ser obtida?
Cu(s) → CuSO4(aq)
63,5g - 159,5g
1,0072g - x
x= 2,53g de CuSO4(aq)
10. Explique os seguintes pontos do roteiro:
a) TRABALHE NA CAPELA! 
Tem que utilizar a capela por causa dos vapores tóxicos do gás NO2, que tem cheiro forte e cor castanha avermelhada, formadona reação abaixo:
Cu(s) + 4 HNO3(l) → Cu(NO3)2(aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O(l) 
b) Verifique se a reação foi completa! 
É necessário verificar se a reação foi completa medindo o pH, pois a reação forma Cu(OH)2(s) que é uma base e então o pH deve estar alcalino, então assim que a reação estiver completa o meio deverá estar alcalino. Conforme reação abaixo: 
Cu(NO3)2(aq) + 2 NaOH(aq) → Cu(OH)2(s) + 2 NaNO3(aq)
11. Obtenha a ficha MSDS “Material Safety Data Sheeet” ou FISPQ “ Ficha de
informações de segurança de produtos químicos” do ácido nítrico . Inclua os
aspectos de segurança, cuidados com o manuseio, incompatibilidades químicas, formas de descarte.
Aspectos de segurança: Perigos mais importantes: O Ácido Nítrico é corrosivo, enérgico oxidante que causa sérias irritações na pele, olhos e vias respiratórias. Severas exposições a níveis elevados dos gases ou vapores podem ser fatais. Pode levar a inflamabilidade outros combustíveis. Manuseie o produto com segurança. Efeitos do produto: Pode atingir olhos, pele, trato respiratório e dentes. A exposição repetida a vapores ou misturas de Ácido Nítrico em baixas concentrações pode provocar falta de apetite, danos aos dentes e bronquite crônica. Efeitos adversos à saúde humana: O Ácido Nítrico é muito corrosivo para pele, olhos, aparelho digestivo e trato respiratório. Os fumos e vapores de Ácido Nítrico podem se constituir numa mistura de óxidos de nitrogênio quando reagem com materiais metálicos ou compostos orgânicos. Os óxidos de nitrogênio resultantes destas reações químicas, particularmente o dióxido de nitrogênio (NO2), quando aspirados em maiores concentrações, causam dificuldades respiratória, edema agudo de pulmão, perda da consciência, podendo levar à morte. A inalação de vapores de Ácido Nítrico produz, inicialmente, irritação das vias aéreas superiores, causando espirros, tosse, dor no tórax, dificuldade respiratória, salivação e tontura, podendo evoluir para edema pulmonar e morte. O contato com os olhos causa descoloração amarelada e graves queimaduras, que podem culminar com perda da visão. Em contato com a pele pode causar desde irritação moderada a serias lesões, em função da concentração e do tempo de ação. Na ingestão aparecem escaras amareladas nos lábios, na língua e no céu da boca. A necrose do tubo digestivo, com perfuração gástrica, pode evoluir com asfixia por edema de glote, convulsões e coma. A queimadura da pele produz manchas amarelo-acastanhadas, dolorosas e que podem vir acompanhadas de formação de bolhas ou lesões necróticas que se aprofundam progressivamente. Efeitos ambientais: Pode contaminar cursos de águas, tornando-os impróprios para uso em qualquer finalidade. Altas concentrações no ar põem em risco a vida humana e animal. Perigos físicos e químicos: O Ácido Nítrico pode reagir violentamente com combustíveis orgânicos e bases fortes, oxidar materiais como madeira e metais particulados. É corrosivo para papéis e roupas, reage com água liberando calor e fumos tóxicos. Perigos específicos: Evite a exposição do produto ao calor e materiais incompatíveis. Principais sintomas: A inalação de vapores de Ácido Nítrico produz, inicialmente, irritação das vias aérea superiores, causando espirros, tosse, dor no tórax, dificuldade respiratória, salivação e tontura, podendo evoluir para edema pulmonar e morte. Visão geral de emergências: Dependendo das proporções isole e evacue a área. Procure bloquear o vazamento, conter o líquido derramado ou transferir o produto. Fique com o vento soprando as suas costas. O acesso das pessoas nas áreas contaminado só deve ser permitido se estiverem usando roupas específicas e proteção respiratória. Classificação do produto químico: Produto muito corrosivo.
Cuidados com o manuseio: Medidas técnicas apropriadas: Manuseie de acordo com a boa higiene industrial e prática de segurança. Previna danos físicos aos tanques, tubulações, etc... - Prevenção da exposição do trabalhador: Submeta todo sistema a um controle periódico de manutenção. Mantenha a equipe permanentemente treinada. - Prevenção de incêndio e explosão: Manter o produto longe de fontes de ignição, pois pode haver a formação de gás tóxico, corrosivo e explosivo. - Precauções para manuseio seguro: Para reduzir a possibilidade de risco potencial à saúde, assegure ventilação diluidora suficiente ou existência de exaustão no local para controlar a concentração ambiente a níveis baixos. Utilizar sempre os equipamentos de proteção individual. Orientações para manuseio seguro: Evite contato com materiais incompatíveis e contaminações ambientais, conforme mencionado nos campos anteriores.
Incompatibilidades químicas: O Ácido Nítrico pode reagir violentamente com combustíveis orgânicos e bases fortes, oxidar materiais como madeira e metais particulados. É corrosivo para papéis e roupas, reage com água liberando calor e fumos tóxicos. Não adicionar água diretamente ao Ácido Nítrico. O produto pode ser adicionado à água com agitação, promovendo-se sua diluição. Evitar a mistura de Ácido Nítrico com produtos alcalinos como a hidróxido de sódio (soda cáustica), ou metais alcalinos, devido à possibilidade de reação violenta. Materiais seguros para embalagens: - Recomendados: Utilize sempre material especificado compatível com Ácido Nítrico. - Inadequadas: Evite material incompatível.
Formas de descarte: Produto: Sempre que possível o produto deverá ser recuperado. Resíduo do produto: NUNCA DESCARTAR O ÁCIDO NÍTRICO EM ESGOTOS, CÓRREGOS OU NO MEIO AMBIENTE. Quando necessário, o Ácido Nítrico pode ser neutralizado com cal (cuidado: neutralize lenta e cuidadosamente). O descarte do produto, proveniente de neutralização, deve ser feito de acordo com a regulamentação aplicável (federal, estadual ou municipal). Embalagens contaminadas: Para evitar os tratamentos, utilizar sempre que possível uma embalagem de circulação (reutilizável) reservada a este produto. Caso contrário, lavar abundantemente a embalagem com água e tratar o efluente como um resíduo. As embalagens vazias e limpas podem ser reutilizadas em conformidade com as regulamentações.
Resultados e Discussões
Contudo, apesar de ter obtido um rendimento quase de 100%, o resultado não foi tão satisfatório, pois era notável que o cobre estava com contaminação por conta de sua coloração após a secagem não ser característica do cobre. Possíveis erros podem ter sido cometidos durante a prática, mas um dos mais importantes foi na remoção do Zn(s), pois esse seria a contaminação mais notável, e que sem dúvidas pode ter sido o maior problema durante a prática, formando no final o produto cobre, mas com traços de zinco que pode ter ocasionado a coloração escura ao produto final.
Referências Bibliográficas
https://www.passeidireto.com/arquivo/16976089/relatorio-ciclo-de-cobre-final-
https://www.notapositiva.com/old/pt/trbestbs/quimica/12_um_ciclo_de_cobre_d.htm
https://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/abundancia_elementos.htm
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/reatividade-metais-com-acidos.htm
http://www.quimidrol.com.br/media/blfa_files/Acido_Nitrico_53__1.pdf
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