Preparação e Caracterização de um Composto de Alumínio

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Universidade Estadual de Maringá
Centro de Ciências Exatas
Departamento de Química
7° Prática
Preparação e Caracterização de um Composto de Alumínio
 (Exercícios de aprendizado)
 Docente:
 Discentes:
Maringá, dezembro de 2019.
Reações:
1)2Al(s) + 6H2O(l) + 2KOH → 2KAl(OH)4(aq) + 3H2(g)
2)2KOH(aq) + 2Al(OH)3(aq) + H2SO4(aq) → K2SO4(aq) + 2H2O(l) 2Al(OH)3(s) 
3)KOH(aq) + Al(OH)3(aq) + 2H2SO4(aq) → KAl(SO4)2(s) + H2O(l)
4)2Al(s) + 6H2O(l) + 4KOH + 2Al(OH)3(aq) + H2SO4(aq) → 2KAl(OH)4(aq) + 3H2(g) + K2SO4(aq) + 2H2O(l) 2Al(OH)3(s)
Exercícios de aprendizado: 
1) Descreva o método usado na extração do alumínio (processo Bayer seguido de eletrólise ígnea). 
O alumínio é produzido, basicamente, a partir da bauxita. Trata-se de um processo de produção difícil, pois exige muita energia elétrica. A bauxita de cor marrom-avermelhada deve sofrer um processo de purificação para que se possa extrair a alumina (Al2O3) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro 3 (Fe2O3). Para tanto, pode-se utilizar o processo Bayer.
Em primeiro momento, num processo chamado digestão, a moagem da bauxita, seguida pela digestão com uma solução cáustica de hidróxido de sódio (NaOH), sob temperatura e pressão controladas. Al(OH)3(s) + NaOH(aq) → NaAl(OH)4(aq).
Em seguida, ocorre a clarificação, nela ocorre a separação entre as fases sólida (resíduo insolúvel) e líquida (licor). Em seguida, ocorre a etapa de precipitação, quando se dá o esfriamento do licor verde: NaAl(OH)4(aq) → Al(OH)3(s) + NaOH(aq).
A última etapa do processo, denominada calcinação, quando a alumina é lavada para remover qualquer resíduo do licor, passando, posteriormente, pela secagem. Em seguida, a alumina é calcinada a, aproximadamente, 1.000ºC, para desidratar os cristais e formar cristais de alumina puros, de aspecto arenoso e branco. O óxido de ferro 3 não sofre reação no processo, podendo, assim, ser separado: Al(OH)3(s) → Al2O3(s) + 3H2O(g).
A partir da alumina ocorre o processo de transformação da alumina em alumínio metálico. Esse processo, que antes era realizado através da fundição da alumina a 2.000ºC, foi aperfeiçoado por Charles Martin Hall em 1896. Ao invés de fundir a alumina a essa temperatura, ele passou a dissolvê-la em criolita (Na3AlF6) fundida. Com esse processo, Hall diminuiu de 2.000ºC para 1.000ºC a temperatura. Atualmente, a alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão.A mistura obtida é colocada numa cuba eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise. Nessa etapa, o óxido de alumínio é transformado (reduzido) em alumínio metálico (Al). Basicamente, a reação que ocorre nesse processo é: 2Al2O3 → 4Al 2O3
O oxigênio se combina com o carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono. O alumínio líquido (Al(l)) se precipita no fundo da cuba eletrolítica e, a seguir, é transferido para a refusão, onde são produzidos os lingotes, as placas e os tarugos.Em termos de rendimento, para produzir 1kg de alumínio utiliza-se 2 kg de alumina, 100g de criolita e 10kW de energia elétrica. Paul Louis Toussaint Héroult também chegara, no mesmo ano, às mesmas conclusões de Hall, o processo ficou conhecido como Processo de Héroult-Hall. O alumínio produz duas ligas metálicas: a duralumínio (95% alumínio, 4% cobre, 1% magnésio, ferro e silício) e a magnálio (83% alumínio, 15% magnésio, 2% cálcio).
2) Cite 5 aplicações do alumínio.
A alta capacidade do alumínio em reagir com os outros elementos possibilita a sua aplicação em diversas áreas. De modo geral, as variedades de aplicações do alumínio estão relacionadas com suas características físico-químicas.
 Quando pulverizado, o alumínio é utilizado como combustível para alguns foguetes e na produção industrial de explosivos;
 Faz parte da estrutura de embarcações, veículos terrestres e aéreos;
 Revestimento de embalagens, principalmente em latas e embalagens usadas em sucos e leites;
 Na construção civil, compondo a estrutura de portas, esquadrias, janelas, portões, divisórias, entre outros;
 Nas redes de transmissão elétrica como um componente da liga de cobre usada, principalmente em transmissão a longas distâncias
3) O que são alúmens (ou alume)? 
Alúmen, é o nome comum dado a uma classe importante de compostos químicos, os sulfatos duplos dodeca-hidratados de um metal trivalente (alumínio, cromo, ferro) ou amônio e de um metal alcalino (sódio, potássio), ou de prata, cuja fórmula geral é AB(SO4)2. A obtenção do alúmen ocorre naturalmente, geralmente como incrustação em rochas, em áreas de meteorização e oxidação de sulfetos minerais e minerais de rolagem de potássio.
4) Cite aplicações do alúmen. 
É comumente usado na purificação de água, curtimento de couro, têxteis a prova de fogo, produção de pão. Tem aplicações em fotografias e em cosméticos como desodorantes e pós-barba.
Possui aplicações como um mordente, na preparação de lacas para aderir ao papel artesanal e na clarificação de líquidos turvos (como agente floculante).
5) Quando se adiciona pouco H2SO4 (reação 2) porque forma-se o hidróxido de alumínio e o sulfato de potássio ao invés de hidróxido de potássio e um sal de alumínio? 
Como KOH é uma base forte o ácido sulfúrico reage primeiro com o hidróxido de potássio levando a formação de sulfato de potássio.
6) Quando se inicia a acidificação da solução forma-se de um sólido branco, que após total diluição do ácido e aquecimento se desfaz. Que sólido é esse? Por que é necessário haver um excesso de ácido?
O sólido formado é o alúmen de potássio {KAl(SO4)2(s)}, é necessário que tenha excesso de ácido pois o ácido sulfúrico reage primeiro com todo KOH que é a base mais forte e depois reage com a base mais fraca para a formação do alúmen.