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Relatorio nº 9 de quimica experimental da UFPE
Tipologia: Notas de estudo
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Introdução
Na sociedade atual, são fabricados alguns materiais que não são biodegradáveis, isto é, não são decompostos por microorganismos, causando grande poluição ambiental. Além disso, a grande maioria desses materiais é retirada de reservas minerais não renováveis, diminuindo assim os recursos naturais da Terra. Quase todo lixo produzido pelos seres vivos, exceto o homem, sofre um reciclagem natural, são decompostos por microorganismos. Muitos materiais utilizados na produção de objetos, embalagem para produtos alimentícios e de consumo como: embalagem plástica, vidro, latas de óleo, cerveja, refrigerantes não se decompõe naturalmente ou levam muitos anos para que isso aconteça.Uma lata de alumínio não se corrói nunca.
Atualmente é crescente o emprego do alumínio na fabricação de embalagens para bebidas, por isso se é interessante a reutilização do mesmo.
No ramo da química foram desenvolvidos processos que tornam possível o reaproveitamento do alumínio para encaminhá-lo no uso de outras atividades.
Um alúmen é a designação atribuída aos sais duplos do ácido sulfúrico de fórmula Me (^) IMe (^) III (SO 4 ) 2 .12 H 2 O, onde MeI representa um metal monovalente e Me (^) III um metal trivalente. Os sais possuem sempre 12 moléculas de água de cristalização. Os metais monovalentes que podem entrar na composição do alúmen são o sódio, o potássio, o rubídio, o césio, o tálio (e também o ião amónio NH+ 4 ). Os metais trivalentes são o alumínio, o crómio, o ferro, o tálio e outros.
O alúmen mais comum e por este motivo designado por alúmen é o alúmen potássico em estado natural também designado por sulfato de potássio e alumínio, de fórmula KAl(SO 4 ) 2. 12 H 2 O. Obtém-se deixando cristalizar soluções saturadas de sulfato de potássio e de sulfato de alumínio (estes obtêm-se por sua vez aquecendo caulino ou argila com ácido sulfúrico).
O alúmen de potássio cristaliza em octaedros regulares com bordas planas, e é muito solúvel em água. A solução torna vermelho o azul de tornassol (pH a 5 % = 3,0 a 3,5) e é um adstringente. Como anidro, KAl(SO 4 ) 2 , possui massa molar de 258.207 g/mol. Na forma KAl(SO 4 ) 2 ·24(H 2 O), sua massa molar chega a 948.78 g/mol.
Adicionou-se então, com um auxílio de um bastão de vidro e sob agitação, 20 mL de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) 9M dividas em duas partes. Depois de adicionada a primeira metade, percebeu-se a formação de um sólido branco, aferiu-se o pH da solução com um papel indicador acusando pH=0. Adicionou a outra metade e desta vez o pH ficou entre 0 e 1 e, o sólido sumiu.
A solução, límpida, foi posta por 15 minutos em um banho de gelo preparado em um béquer de 600 mL contendo pedras de gelo e um pouco de água. Enquanto isto, em outro béquer, preparou-se uma solução com 12 mL de etanol e 12 mL de água destilada, sendo esta solução também resfriada em um banho de gelo.
Em seguida, filtraram-se os cristais formados na solução através de uma filtração à vácuo, utilizando a solução de etanol e água para remover os cristais que se encontravam no béquer para o fundo do funil e o restante para lavar os cristais que estavam no funil.
Depois de retirados do funil de buchner, os cristais foram postos em um vidro de relógio previamente pesado. Em seguida, pesaram-se os cristais numa balança analítica.
2ª parte:
Preparou-se em um béquer, uma solução dissolvendo 0, 5005 gramas de alúmen de potássio (sintetizado na 1ª parte) em 20 mL de água destilada. Adicionou-se 1 mL dessa solução em três tubos de ensaio. Ao primeiro, adicionou-se também 1 mL de uma solução de cloreto de bário (BaCl 2 ) 0, 1M. Ao segundo, adicionou-se gota a gota solução de hidróxido de sódio 0,1M até que se observasse a formação de um precipitado. Em seguida continuou-se com a adição até que o precipitado se dissolvesse. Ao terceiro e último tubo de ensaio, acrescentou-se 1 mL da solução de cobaltinitrito de sódio [Na 3 Co(NO 2 ) 6 ] e observou-se a formação de um precipitado. Para que se acelerasse o processo de dissolução, o tubo de ensaio foi aquecido levemente e atritando-se as paredes internas do mesmo com um bastão de vidro.
Resultados e discussões
Depois de cortado o papel de alumínio e colocado no béquer, quando adicionada a base (KOH 1,4M), a solução ficou borbulhando até que ela adquirisse coloração acinzentada. O béquer esquentou, ou seja, liberou calor, caracterizando uma reação exotérmica:
2Al(s) + 2KOH(aq) + 6H 2 O(l) 2[KAl(OH) 4 ] (^) (aq) + 3H2(g)
Avaliando a reação, percebeu-se que o borbulhado aconteceu pelo fato de liberar o gás hidrogênio gasoso.
A solução ficou incolor com corpo de fundo preto, ao aquecer o béquer, então, fez-se uma filtração simples ignorando o sólido do papel filtro. Este resto eram as impurezas contidas na folha de papel alumínio, por este não ser 100% apenas de alumínio, por isso o resto do filtrado foi descartado. Percebeu-se que enquanto a solução era aquecida, havia a diminuição do seu volume, pelo fato de em sua composição haver água hidratada (dodecahidratada), mas não foi necessária a adição de água.
Após resfriada a solução até a temperatura ambiente e adicionado a primeira metade da solução de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) 9M obteve-se:
2KAl(OH) (^) 4(aq) + H 2 SO (^) 4(aq) K 2 SO4(aq) + 2Al(OH)3(s) + 2H 2 O (^) (l)
Daí, conclui-se que o sólido branco era o Al(OH)3(s).e, o pH=0 se deu pelo fato do ácido sulfúrico, que é um ácido forte, estar bastante concentrado.
Mas, quando foi adicionada a segunda metade da solução do ácido, este ficou em excesso fazendo com que o hidróxido de alumínio Al(OH) 3 reagisse com o ácido sulfúrico, seguindo a reação:
2Al(OH)3(s) + 3H 2 SO (^) 4(aq) Al 2 (SO 4 ) (^) 3(aq) + 6H 2 O (^) (l)
Percebeu-se então que a solução esquentou, pelo fato da reação ser exotérmica, liberando calor.
A solução agora contém íons de alumínio, potássio e sulfato em solução aquosa ocorrendo a formação do sulfato de alumínio e potássio. Para a recristalização do sal duplo, foi fornecido o banho de gelo por 15 minutos no béquer que continha os íons. Cuja reação de formação é:
K 2 SO (^) 4(aq) + Al 2 (SO 4 ) (^) 3(aq) + 24H 2 O (^) (l) KAl(SO 4 ) 2.^ 12H 2 O
Ao filtrar os cristais de alúmen através da filtração à vácuo, usou-se da solução de etanol com água por que o sal é praticamente insolúvel em álcool.
Quando pesado o vidro de relógio na balança analítica, encontrou-se a massa de 36,4701g e transferiu-se os cristais secos para o mesmo. Aferiu-se um total de 45,9443 g, que é referente à massa do alúmen de potássio e da massa do vidro de relógio. A massa do sal duplo foi de 9, 4742. O rendimento da síntese foi de 53,97%, um rendimento relativamente baixo, devido a alguns erros nas etapas de filtração do experimento. O cálculo segue em anexo na folha de cálculos.
Na segunda parte, testou-se os íons alumínio e sulfato, preparando uma solução com 0,5005g de alúmen em 20 mL de água destilada.Depois de distribuídas as proporções de 1 mL em cada tubo e acrescentadas as outras substâncias, percebeu-se que na solução de cloreto de bário (BaCl 2 ) 0,1M, houve um mudança na coloração, indo de incolor a branca e apareceu
um precipitado de cor branca, que de acordo com a reação abaixo, era o BaSO 4 :
BaCl (^) 2(aq) + SO 4 ²- (aq) → BaSO (^) 4(s) + 2Cl-(aq)
Já com o íon alumínio, adicionou-se gota a gota uma solução de NaOH(0,1M) até que se observasse a formação do precipitado (foi gotejado aproximadamente 1 mL), continuou-se adicionando até que o precipitado se dissolvesse (aproximadamente mais 3mL). A reação para formação do precipitado foi:
NaOH (^) (aq) + Al³ +(aq) → Al(OH) (^) 3(s) + 3Na+(aq)
No terceiro tubo, a adição de solução aquosa de hidróxido de sódio proporcionou à mistura a coloração amarela. Também formou um precipitado branco, o hidróxido de alumínio (Al(OH) 3 ), que se solubiliza em excesso da solução básica pela formação do aluminato de sódio (NaAlO2) que é solúvel em meio básico.
Para o KOH
1,4 mol → 1000 mL
X mol → 50 mL
X = (1,4mol x 50mL)/ 1000mL
X = 0,07 mols
Para o alumínio
27g → 1mol
1,0000g → Y mol
Y = (1,0000g x 1 mol)/ 27g
Y = 0,04 mols
Considerando a reação do alumínio com o hidróxido de potássio:
2Al (^) (s) + 2KOH(aq) + 6H 2 O (^) (l) 2KAl(OH) (^) 4(aq) + 3H (^) 2(g)
A estequiometria é de dois para dois, ou um para um, ou seja, um mol de alumínio reage com um mol de hidróxido de potássio. Como a quantidade de mols do alumínio não é igual à teórica, sobrará sem reagir 0,03 mols de KOH, pois o alumínio possui apenas 0,03 mols, visto que ele será totalmente consumido, sendo assim o alumínio o reagente limitante.
2) Quantos gramas de hidrogênio devem ser liberados na reação de 1,00g de alumínio com excesso de hidróxido de potássio? (admita rendimento de 100%)
Pela reação:
2Al (^) (s) + 2KOH(aq) + 6H 2 O (^) (l) 2KAl(OH)4(aq) + 3H (^) 2(g)
A estequiometria da reação é de 2 mols de alumínio para 3 mols de hidrogênio. Supondo 100% de rendimento, temos:
2 Al → 3 H (^2)
2 x 27g/mol → 3 x 2g/mol
1,00g → x gramas
X = (1,00 x 3x2g/mol)/ (2 x 27g/mol)
X= 0,12g
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?
4,74g → 1mol
4,74g → x mol
X = 0,01 mol
Com a reação química global:
K+ (aq) + Al³ +(aq) + 2SO 4 ²-(aq) + 12H 2 O (^) (l) → KAl(SO 4 ) 2. 12H 2 O(s)
2 mols de SO 4 2-, provenientes do ácido sulfúrico, resultarão em 1 mol de alúmen.
2SO 4 → 1KAl(SO 4 ) 2. 12H 2 O
2 x mol → 1 x mol
Y mol → 0,01 mol
Y = 0,02 mol
0,02 mol → 100%
Z mol → 53,97%
Z = (0,02mol x 53,97%)/ 100%
Z = 0,011 mol
Precisaríamos de 0,011 mols aproximadamente.
Anexo 2 - Cálculos
Massa do alúmen:
Ma = M (^) t - Mv
Onde, Ma é a massa do alúmen,
Mt = Massa total
Mv = Massa do vidro de relógio
Ma = 45,9443g – 36,4701g
Ma = 9,4742g
