Experimento 10 - Fe3O4

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Experiência 10 
Preparação de Fe3O4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Química Geral Experimental – QUI017 
Professor Vinicius Bonatto 
Nome: Juliene Morais de Faria 2017002864 
 Matheus Gabriel Guardiano dos Santos 2017003502 
Data do experimento: 18/05/2017 
Objetivos 
 - Sintetizar um óxido com propriedades magnéticas (Fe3O4) e calcular o 
rendimento da síntese. 
 
Introdução 
 Os elementos do grupo VIII da tabela periódica são metais de transição e têm 
propriedades comuns o caráter metálico, altos pontos de ebulição e fusão, e volumes 
atômicos muito pequenos. Eles se caracterizam por apresentarem altos estados de 
valência em seus compostos e pela acentuada tendência a formarem compostos de 
coordenação.[1] 
 O grupo VIII é conhecido como o grupo do ferro. Ele é obtido na natureza em 
forma de minério como Hematita (Fe2O3), Magnetita (Fe3O4); Siderita (FeCO3); 
Limonita (Fe2O3.H2O) e Pirita (FeS2). 
 O Fe3O4 (magnetita) é formado pelos óxidos de ferro II e III (FeO e Fe2O3) e 
apresenta na sua composição, aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe2O3 ou 
72,4% de ferro e 26,7% de oxigênio. O ferro (II) forma compostos de coordenação que 
costumam ser menos estáveis dos que os de ferro (III). O mineral apresenta forma 
cristalina isométrica, geralmente na forma octaédrica. É a pedra-ímã mais magnética de 
todos os minerais da Terra, e a existência desta propriedade foi utilizada para a 
fabricação de bússolas. O nome magnetita vem da região onde a mesma era antigamente 
encontrada, que era a Magnésia (região da Grécia), e magnésia quer dizer "lugar das 
pedras mágicas", pois estas pedras "magicamente" atraiam-se.[2] 
 A magnetita é muito ferromagnética, que é o fenômeno dado à capacidade que 
certos materiais (ferromagnéticos) tem de reagir a um campo magnético. Consiste na 
atração destes materiais por imãs e até mesmo na persistência da magnetização quando 
o campo magnético se ausenta, criando assim imãs permanentes. Quando um material 
Ferromagnético, como por exemplo o Ferro, sofre a aplicação de um campo magnético, 
terá os seus dipolos atômicos alinhados com o do campo (foi magnetizado) e ficará 
assim por tempo indeterminado, criando assim um imã. Para desmagnetizá-lo, basta 
aplicar um campo magnético na direção oposta ou elevar a temperatura da peça até um 
nível ideal, fazendo com que a organização dos elétrons se torne aleatória.[3] 
 Existem três tipos de magnetismo na natureza e um deles é o ferromagnetismo. 
Os outros dois tipos são o Paramagnetismo e o Diamagnetismo. O primeiro corre em 
materiais que necessitam estar sob a atuação de um campo magnético para que ocorra a 
magnetização, já o segundo todos os materiais existentes podem ser considerados 
Diamagnéticos, porém esse efeito é de difícil observação, pois se torna impossível de 
percebê-lo quando o material possui alguma das outras duas propriedades 
Ferromagnetismo ou Paramagnetismo). O fenômeno consiste na repulsão que os 
materiais diamagnéticos sofrem quando são expostos a campos magnéticos (se movem 
na direção que o campo é mais intenso para a direção que é menos intenso), pois 
apresentam um momento dipolar magnético com resultante no sentido oposto ao campo. 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_ferro_(II)
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_ferro_(III)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro
https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Octa%C3%A9drica
Materiais 
• 1 béquer de 250 mL, 
• 2 béqueres de 150 mL, 
• 1 Proveta de 10 mL, 
• 1 Proveta de 100 mL, 
• Termômetro (100 °C), 
• Água destilada, 
• 2 baguetas (Bastão de vidro), 
• 1 funil de büchner, 
• Papel filtro, 
• Papel indicador universal de pH, 
• Cuba para banho maria, 
• Chapa de aquecimento com agitação magnética, 
• barras magnéticas, 
• Estufa de secagem, 
• Dessecador 
• Imã. 
 
Reagentes 
• FeSO4.7 H2O sólido, 
• KNO3 sólido, 
• KOH sólido, 
• Solução de cloreto de bário 
• HCl 6 mol L-1. 
 
Procedimentos 
• Pesar 5,02 g de FeSO4.7H2O e dissolver em 36 mL de água destilada, em um 
béquer de 150 mL. 
• Pesar 0,16 g de KNO3 e 2,79 g de KOH e dissolver em 18 mL de água destilada, 
num béquer de 150 mL. 
• Aquecer as duas soluções, em separado, à 75 °C e em seguida misturá-las sob 
agitação vigorosa e aquecimento a 90 °C, por 10 minutos, até o precipitado 
formado tornar-se de cor preta. 
• Esfriar a mistura até a temperatura ambiente e na sequência acidifica-la com 
uma solução de HCl 6 mol L-1, recém preparada. 
• Pesar o papel filtro a ser utilizado antes de filtrar o sólido. 
• Filtrar o sólido obtido, num funil de büchner sob pressão reduzida, lavando-o 
com água destilada até que o teste para sulfato de bário, utilizando uma solução 
de BaCl2 seja negativo. 
• Levar o papel com o sólido à estufa e deixar secar por 1 hora à temperatura de 
110 °C. 
• Após estar totalmente seco, pesar o papel com a amostra, para obter a massa de 
magnetita obtida, subtraindo o valor do papel filtro seco, pesando previamente 
 
Resultados e Discussões 
 Neste experimento era necessário realizar a pesagem de 5,02g de FeSO4.7H2O e 
dissolver em 36mL de água. A massa pesada foi de 5,0235g. Também era preciso pesar 
0,16g de nitrato de sódio (a massa pesada foi de 0,1763g) e 2,79g de hidróxido de 
potássio (a massa pesada foi de 2,8663g). Então o nitrato de sódio e o hidróxido de 
potássio foram dissolvidos em 18mL de água destilada e, logo em seguida, aquecidos a 
75ºC. 
 Com a mistura das duas soluções aquecidas e após o aquecimento a 90ºC 
durante 10 minutos, desligou-se a chapa de aquecimento e a agitação para a solução 
ficar a temperatura ambiente. Assim, despejou-se sobre a solução aproximadamente 
3mL de ácido clorídrico para alterar o pH da solução (alterar de 11 para 1) a fim de 
evitar que se formem subprodutos não magnéticos que interfiram na massa final. 
 Agora, para que se pudesse calcular a massa de magnetita que seria produzida na 
reação era necessário pesar o filtro. A massa do filtro era de 1,0984g. Com a filtração, 
seria necessário fazer o teste do sulfato de bário para saber se a solução estava livre do 
sulfato de sódio e sulfato de potássio, pois estes não são solúveis em água quando em 
contato com ácido forma sulfato de bário que tem coloração branca e é pouco solúvel 
em água. 
 A partir de então, o filtro foi colocado durante aproximadamente 15 minutos na 
chapa de aquecimento e depois se pesou novamente o filtro e a massa obtida é igual a 
1,6790g. Portanto, subtraindo-se a massa final (1,6970g) da massa inicial do filtro 
obtém-se o valor da massa de magnetita (Fe2O3) formado. A massa de magnetita 
formada é igual a 0,5806g. 
 As reações que aconteceram durante a produção da magnetita estão 
sequenciadas a seguir: 
 
FeSO4.7H2O(aq) Fe
2+
(aq) + SO4
2-
(aq) + 7H2O(l) 
KOH(s) K
+
(aq) + OH
-
(aq) 
NaNO3(s) Na
+
(aq) + NO3
-
(aq) 
Fe2+(aq) + 2OH
-
(aq) Fe(OH)2(s) 
3 Fe(OH)2(s) + NO3
-
(aq) Fe3O4(s) + NO2(g)+ 3H2O(l) 
12 Fe2+(aq) + 23 OH
-
(aq)+ NO3(aq) 4 Fe3O4(s) + NH3(g) + 10 H2O(l) 
 
 Sendo assim, pode-se calcular o rendimento da reação. Inicialmente, deve-se 
calcular a massa molar de FeSO4.7H2O e, a partir dela, descobrir qual a porcentagem de 
ferro na molécula. Descobriu-se que a massa molar do FeSO4.7H2O é igual a 
278,011016g/mol e que a massa molar do ferro é 55,845g/mol, então: 
 
 
278,01016g de FeSO4.7H2O --------- 100% 
55,845g de Fe ---------- x% 
x= 20,0874% de Fe em FeSO4.7H2O 
 
 Sabendo que foram utilizados 5,0235g de FeSO4.7H2O, agora pode-se calcular a 
massa do ferro presente na solução preparada: 
 
5,0235g de FeSO4.7H2O -------- 100% 
x ----------- 20,0874% 
x= 1,0091g de Fe 
 
 Assim, pode-se calcular o número de mols de ferro presente na solução: 
 
1 mol de Fe -----55,845g de Fe 
x mol ------ 1,0091g de Fe 
x= 0,0181 mol de Fe 
 
 Quando se analisa a reação global da obtenção da magnetita, observa-se que os 
coeficientes estequiométricos do Fe e Fe3O4 são, respectivamente, 12 e 4. Portanto: 
 
12 mol de Fe ----- 4 mol de Fe3O4 
0,0181 mol de Fe ---- x mol de Fe3O4 
x= 0,006 mol de Fe3O4 
 
 Quando se multiplica esse número de mol de Fe3O4 obtido pela massa molar de 
Fe3O4 obtém-se a massa de magnetita que deveria ser considerada como total da reação. 
Sendo assim, multiplicou-se 0,006 mol de Fe3O4 por 231,531g/mol e obteve-se um valor 
de 1,389186g de Fe3O4. Então pode-se calcular o rendimento da reação sabendo que a 
massa obtida de magnetita foi de 0,5806g: 
 
1,389186g de Fe3O4 ----- 100% 
0,5806 g de Fe3O4 ------ x% 
x= 41,794% 
 
 Ainda observou-se que o composto formado apresentava propriedades 
magnéticas e, então, pode ser considerado como ferro magnético. 
 
Conclusão: 
 Os objetivos de sintetizar um óxido com propriedades magnéticas e calcular o 
rendimento dessa síntese foram atendidos. Entretanto, vale ressaltar que é possível 
terem ocorridos alguns erros como do operador ou do processo. O principal erro 
relacionado com o processo é o fato de que os poros do filtro são maiores que o 
precipitado. 
 Esse experimento proporcionou o reforço de outros conceitos como o de 
estequiometria, pH das substâncias e separação de misturas. 
 
Atividade Pós-laboratório 
1. Calcular o rendimento da síntese do Fe3O4. 
 278,01016g de FeSO4.7H2O --------- 100% 
55,845g de Fe ---------- x% 
x= 20,0874% de Fe em FeSO4.7H2O 
 
 
5,0235g de FeSO4.7H2O -------- 100% 
x ----------- 20,0874% 
x= 1,0091g de Fe 
 
 
1 mol de Fe ----- 55,845g de Fe 
x mol ------ 1,0091g de Fe 
x= 0,0181 mol de Fe 
 
 
12 mol de Fe ----- 4 mol de Fe3O4 
0,0181 mol de Fe ---- x mol de Fe3O4 
x= 0,006 mol de Fe3O4 
 
1,389186g de Fe3O4 ----- 100% 
0,5806 g de Fe3O4 ------ x% 
x= 41,794% 
 
2. Qual a função do cloreto de bário? 
 O BaCl2 é um sal frequentemente utilizado como um teste rápido para indicar a 
presença de íons sulfato. 
 
3. Qual a função do KNO3? 
 Ele atua como catalisador da reação e responsável por “dar” o oxigênio para 
reagir e formar o Fe2O3. 
4. Por que o sólido obtido quando submetido ao campo magnético de um imã, é atraído? 
 Porque o sólido formado foi a magnetita, um minério muito ferromagnético, ou 
seja, que possui a capacidade de reagir a um campo magnético. 
 
 
Referências Bibliográficas 
[1] Atkins, P.; Jones, L.; Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio 
ambiente, 1ª ed., Bookman: Porto Alegre, 2001, 914 pp. 
[2] Wikipedia. Disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Magnetita. Acesso em 
30/05/2017 
[3] InfoEscola. Disponível em http://www.infoescola.com/fisica/ferromagnetismo/. 
Acesso em 30/05/2017 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Magnetita
http://www.infoescola.com/fisica/ferromagnetismo/