Estudo do Cobre

Estudo do Cobre

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Introdução

O cobre é um elemento metálico, que pertence ao grupo 11 (ou 1B) da tabela periódica, está localizado no 4º período. É um metal de transição. Possui cor marrom-avermelhada, é bastante maleável e dúctil.

Este metal é amplamente utilizado em instalações elétricas, devido à sua excelente capacidade de conduzir eletricidade e calor, além de possuir alta dureza, ser maleável e ser muito resistente à corrosão, seja pelo ar atmosférico, seja por outras substâncias corrosivas como ácidos. É ideal também para transmissão de dados. Não é magnético e é totalmente reciclável.

As ligas de cobre também são de grande utilidade. Uma desta ligas é o bronze, uma liga de cobre e estanho e um material muito resistente. O bronze também é muito utilizado para a fabricação de instrumentos musicais de percussão e de sopro, por ser capaz de produzir ondas sonoras puras e assim apresentar timbre bastante distinto. É usado também para feitio de esculturas, moedas e outros artefatos, uso que possui desde a antiguidade (cerca de 3300 a.C., época que ficou conhecida como o início da Idade do Bronze), por ser um material de fácil fundição e resistente à corrosão. O latão também é uma liga de cobre muito importante, quando este é misturado ao zinco. O latão tem inúmeras utilizações, na construção, como parafusos, dobradiças, junções para encanamentos, é usado para fazer cadeados, bijuterias, moedas, objetos de decoração, etc.

Figura 1 - Tigela de bronze, fabricada entre 1000 a.C. e 500 a.C., de origem do norte da Síria.

O cobre é um elemento muito importante para o organismo, sendo fundamental para a síntese da adrenalina, é essencial para a absorção da vitamina C, tem papel importante na pigmentação da pele e dos cabelos, já que participa da síntese da melanina, e também é importante para a formação dos tecidos conjuntivos. É encontrado em diversos alimentos, como fígado, chocolates, nozes, leguminosas, cereais, frutas, aves e mariscos. Compostos de cobre são usados como venenos agrícolas e também na purificação de águas como agente biocida, removendo algas.

Figura 2 - Dobradiça feita em latão.

Na natureza, o cobre é um dos poucos metais que são encontrados naturalmente na sua forma metálica, mas também é encontrado na forma de minerais, como a cuprita (óxido de cobre, Cu2O), a malaquita (carbonato básico de cobre, Cu2[(OH)2CO2]), a calcopirita (sulfeto de cobre e ferro, CuFeS2) o minério mais importante, a calcosita (sulfeto de cobre, Cu2S). A extração do cobre é feita a partir da calcopirita ou da calcosita, removendo-se o enxofre por calcinação e o metal é refinado em fornos e por meio de processos eletrolíticos.

Os estados de oxidação comuns do cobre são +I e +II, além da forma metálica, com nox 0. Os compostos de cobre possuem cor azul e verde, dependendo da natureza do ânion a que está ligado. O carbonato básico de cobre, conhecido como o mineral malaquita, é usado na fabricação de jóias por sua estrutura particular que lhe dá tonalidades diferentes de verde por toda a pedra, quando lapidada. Neste mineral, o cobre apresenta estado de oxidação +I. Já no sulfato cuproso, Cu2SO4, o cobre também apresenta estado de oxidação +I, mas apresenta coloração azul. O sulfato de cobre pentahidratado, CuSO4.5H2O, possui estado de oxidação +II, e assim como no Cu2SO4, apresenta coloração azul. Já no cloreto de cobre, CuCl2, onde o cobre apresenta estado de oxidação +II, a coloração é verde clara, na forma dihidratada.

Figura 5 - CuSO4.5H2O

Figura 6 - CuCl2.2H2O

Figura 4 - Cu2SO4

Figura 3 - Malaquita

Objetivos

Obter cloreto de cobre I a partir do cloreto de cobre II dihidratado e observar experimentalmente as transições entre os estados de oxidação do cobre em meio ácido, básico e aquoso.

Procedimento experimental

  1. Materiais utilizados

- Cloreto de cobre II dihidratado, CuCl2. 2H2O;

- Água destilada;

- HCl 6 mol/L;

- Sulfito de sódio, Na2SO3;

- Ácido acético glacial, CH3COOH;

- Álcool etílico 95%, CH5OH;

- Éter;

- Hidróxido de amônio, NH4OH 2 mol/L;

- Bastão de vidro;

- Vidro de relógio;

- Funil;

- Béquer;

- Papel de filtro;

- Vidro de relógio;

- Placa de Petri;

- Tubos de ensaio.

  1. Procedimentos

1 . Preparo do cloreto de cobre I

Utilizando-se 3 béqueres, adicionou-se os reagentes seguindo o seguinte sistema:

Béquer

1

2

3

Sistema

5,002 g de CuCl2.2H2O

+

5 ml de H2O

3,836 g de Na2SO3

+

25 ml de H2O

0,503 g de Na2SO3

+

1 ml de HCl

+

5 ml de H2O

Tabela A – Composição dos diferentes sistemas formados nos béqueres.

Então, adicionou-se lentamente o conteúdo do béquer 2 no béquer, utilizando-se o bastão de vidro para transferir o líquido, agitando-se sempre. Em seguida, adicionou-se o conteúdo do béquer 3, agitou-se, e o sistema foi deixado em repouso para decantação do precipitado. O precipitado foi então filtrado em papel de filtro pregueado. Depois de filtrar o precipitado, ainda com o sólido no papel de filtro acoplado ao funil, o precipitado foi lavado primeiramente com ácido acético glacial (5 vezes), depois com álcool etílico (3 vezes) e então com éter (6 vezes). Então, o filtro com o precipitado foi deixado em uma placa de Petri para secar.

2. Caracterização do cloreto de cobre I

Com uma espátula, uma pequena quantidade de sólido seco formado no procedimento 1 foi retirada e adicionada a dois tubos de ensaio e também em um vidro de relógio. Então, adicionou-se uma pequena quantidade de HCl 6 mol/L ao primeiro tubo, uma pequena quantidade de hidróxido de amônio 2 mol/L ao segundo tubo, e uma pequena quantidade de água destilada ao vidro de relógio, deixando-se repousar por 30 minutos. Então, observou-se a solubilidade e as transformações ocorridas em cada sistema.

Resultados e discussão

  1. Preparo do cloreto de cobre I

Ao adicionar-se o conteúdo do béquer 2 ao béquer 1, obteve-se um precipitado marrom. Este precipitado marrom é o cloreto de cobre I, CuCl, formado na reação:

2CuCl2 + Na2SO3 + H2O → 2CuCl + Na2SO4 + 2HCl

Ao adicionar-se o conteúdo do béquer 3 ao sistema resultante entre 1 e 2, observa-se que há maior precipitação.

Apesar de o CuCl2 ser mais estável do que o CuCl, a reação se justifica pela formação de um produto mais volátil, o HCl. Quando se adiciona o conteúdo do béquer 3, contendo Na2SO3 e HCl, adiciona-se íons SO32-, que deslocariam a reação no sentido dos produtos, já que este íon está presente nos reagentes, e também adiciona-se íons H+, que estão presentes nos produtos e, portanto, deslocariam o equilíbrio no sentido dos reagentes. Porém, a reação não é reversível, e, portanto, o único íon que influencia a reação é o sulfito, que acaba por precipitar o restante do Cu2+ possivelmente presente na solução.

A lavagem do precipitado durante a filtragem com ácido acético glacial manteve o meio ácido, para que o CuCl permanecesse estável, já que o Cu+ converte-se facilmente em Cu2+ na presença de água (presente na atmosfera). Já a lavagem com álcool etílico absoluto serve para desidratar o precipitado filtrado. O éter é usado para dissolver e retirar os resíduos orgânicos que possam ficar no sólido.

O sólido final obtido a partir da filtração do precipitado era de coloração branca, com tonalidade azul-esverdeada nas bordas. Esta tonalidade azul-esverdeada deve-se a oxidação do Cu+ ao Cu2+. Esta oxidação pode ser considerada um erro experimental, já que a coloração do CuCl é branca. Este erro deve-se provavelmente à presença de água no álcool etílico utilizado, já que deveria-se ter utilizado o álcool etílico absoluto, e, ao invés disso, utilizou-se álcool etílico 95%, sendo que os 5% restantes são compostos por água, que favorece a formação de cobre II. Assim, como existiam, na solução antes da filtração, íons SO42-, provenientes do Na2SO4 formado na reação, é possível que, pela coloração, tenha havido a formação de CuSO4.2H2O.

  1. Caracterização do cloreto de cobre I

Ao dissolver o sólido filtrado em HCl, obteve-se uma solução de cor verde clara. A reação ocorrida é descrita pela equação:

CuCl + HCl → [CuCl2]- + H+

Figura 7 – Solução resultante da adição de HCl ao sólido filtrado.

O íon complexo diclorocuprato I possui coloração verde clara, e pode ser oxidado rapidamente a cloreto de cobre II, na presença de ar, que contém vapor de água.

Quando se adicionou NH4OH à pequena amostra do filtrado, obteve-se uma solução de coloração azul intensa. A reação ocorrida obedece à seguinte reação:

CuCl + NH4OH + H2O → [Cu(NH3)4]2+ + [Cu(OH)4]2-

Figura 8 – Solução resultante da adição de NH4OH ao sólido filtrado.

O íon complexo tetraamincobre II é o responsável pela coloração azul intensa da solução.

Quando se adicionou água destilada ao sólido, e deixou-se em repouso por 30 minutos, obteve-se uma solução de cor azulada na água, e um sólido de coloração marrom nas bordas do líquido. Isto ocorre porque a água faz com que o cobre I se auto-oxide, e forme cobre metálico – o sólido marrom – e íons divalentes – responsáveis pela coloração azul:

2Cu+ Cu2+(aq) + Cu(s)

Conclusões

A partir dos resultados deste experimento, pode-se concluir que o cloreto de cobre I foi obtido experimentalmente com sucesso e pode-se verificar os diferentes estados de oxidação mais comuns do cobre – (0),(+I), (+II) – e as transições entre estes estados na presença de água e em meio ácido.

Também observou-se o caráter anfótero do CuCl, sendo capaz de reagir com ácidos e com bases, formando complexos coloridos.

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