artigo 1 Obtenção do Hidróxido de Cobre (II) através de reação química Autores: Nascimento, L.1*; Melnyk,A.2; Santos,N.T.F.3 1*Departamento de Física-DF/CCEN-UFPB, Cidade Universitária - Caixa Postal: 5008 - CEP: 58059-900, João Pessoa - PB, Brasil. 2Programa de Pós-Graduação em Letras-PPGL, Centro de Ciências, Letras e Artes-CLA/UFPB, Brasil. Castelo Branco, Cidade Universitária-Campus I, CEP: 58051-970,João Pessoa-PB. 3Departamento de Engenharia Civil-DEC, Centro de Tecnologia-CT/ESTÁCIO-UNIOUL. Av. Pres. Epitácio Pessoa, 4657 – Tambaú, CEP: 58039-000, João Pessoa – PB, Brasil. E-mail(s): luciano.ufcg@gmail.com1* Imagem ilustrativa 10 REVISTA ANALYTICA - JUN/JUL 18 Resumo Esse trabalho consistiu na preparação e estabilização do hidróxido de cobre (II) a partir do nitrato de cobre (II) (Cu(NO3)2) da simples adição de uma solução de NaOH em temperatura ambiente. Os efeitos do dos íons de Cu2+/Na+ também foram investigados pelo mecanismo de equações na forma iônica. Desse modo, o objetivo desse trabalho consistiu em preparar e estabilizar o Cu(OH)2 partindo de rotas simples em solução aquosa, dispensando o uso de surfactantes para obter produtos puros. Palavras-chave: Hidróxido de cobre (II); Equações Iônicas; Solução de NaOH. Abstract Obtaining Copper Hydroxide (II) through Chemical Reaction This work consisted in the preparation and stabilization of copper (II) hydroxide from copper (II) nitrate (Cu (NO3)2) from the simple addition of a NaOH solution at room temperature. The effects of Cu2 + / Na + ions were also investigated by the mechanism of equations in the ionic form. Thus, the objective of this work was to prepare and stabilize Cu(OH)2 starting from single routes in aqueous solution, avoiding the use of surfactants to obtain pure products. Keywords: Copper hydroxide (II); Ionic equations; NaOH solution. 1. 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, de número atômico 29, peso atômico 63,54, dureza 2,5 a 3,0, ponto de fusão 1.023ºC, brilho metálico, ótimo condutor de calor e eletricidade, dúctil e maleável. Possui cor marrom- -avermelhada, é bastante maleável e dúctil (NASCI- MENTO & MELNYK, 2017). Apresenta elevada resistência à tensão física e à corrosão. Possui propriedade não magnética e é de fácil formação de ligas com outros metais. O cobre em estado puro, denominado cobre nativo, raramente é encontrado na natureza. Normalmente estão associados a outros elementos químicos em várias formas estruturais, proporções estequiométricas e combinações químicas, formando diversos minerais. Existem dois grupos de minerais: os primários ou sulfetados, ocorrentes em zonas mais profundas da crosta terrestre, com mais alto teor em cobre, e os oxidados ou secundários, de origem mais superficial, de menor teor em cobre (CHÁVEZ, 2000). Na natureza, o cobre é um dos poucos metais que são encontrados naturalmente na sua forma metálica, que é quimicamente combinado em uma variedade de compostos na natureza, mas mais comumente na forma de um sulfeto, como na forma de minerais, como calcopirita (CuFeS2, com 34,6 % de Cu), a calcocita (Cu2S, com 79,9 % de Cu), a bornita (Cu5FeS4, com 63, 3 % de Cu), a covellita (CuS, com 66,4% de Cu) e a
• Deixar secar e pesar. Registar o valor. enargita (Cu3AsS4, com 48,3% de Cu). Entre os secundários, incluem- -se os oxidados cuprita (Cu2O, com 88,8% de Cu), e a tenorita (CuO, 79,8%Cu); os carbonatados malaquita (CuCO3.Cu(OH)2, 57,5%Cu), e a azurita (2CuCO3. Cu(OH)2, 55,3% Cu) e os silicatos do tipo crisocola (CuSiO3.2H2O, 36 % Cu) (EVANGELISTA, 2002). O cobre apresenta dois estados de oxidação Cu+ e Cu2+ (BRADY & HUMISTON, 1986). O Hidróxido de Cobre (II), Cu(OH)2, é um material que apresenta diversas aplicações, por exemplo em catálise heterogênea e em compósitos óticos. É considerada uma fase metaestável, pois se converte espontaneamente a CuO no estado sólido a 150°C e em solução aquosa a temperatura ambiente (MACHADO et al.,2014). Por esse fato, é um potencial precursor dos óxidos de cobre, largamente empregados como semicondutores, precursores de cerâmicas, eletrodos e sensores de gás. Objetivo principal deste artigo é verificar a ocorrência da reação química e obtenção do hidróxido de cobre (Cu(OH)2) na obtenção de um sensor eletroquímico. 2. Materiais e Métodos 2.1 Materiais e reagentes • Balança Analítica Digital Microprocessada com Calibração Automática, marca Bel, modelo M214AiH,com resolução 0,0001 g, Repetibilidade 0,0002 g, Linearidade +/- 0,0003g, campo de pesagem de 0 a 210 g, campo de taragem de 0 a 210, tempo de estabilização 4 segundos; • Nitrato de Cobre II Cu(NO3)2.3H2O,com teor mínimo de 99% , e pH 3,5 – 4,5 (5% a 20ºC) do LabFarm.; • Hidróxido de sódio (NaOH), 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO idade do precipitado. O grau de hidratação do precipitado diminui com o aumento da concentração de álcalis (l). Além da metaestabilidade do hidróxido, a possibilidade do a comprado no comercial presença Maia/João de CuO coloidal Começando ou Cu(OH)2 com também cobre deve metálico ser considerada na avaliação do Pessoa-PB. dados de solubilidade (AASTRUP no topo, et a al.,2000). sequência de produtos • Erlenmeyer de 250ml; formados é mostrada no diagrama • Cronômetro de celular, Medições para ver de condutância (VOGEL,1981): (2) e viscosidade (3) indicam que o hidróxido é pelo o tempo da reação; menos parcialmente peptizado • Luva plástica descartável para Figura em 1- Mecanismo soluções de sequência NaOH de de reações que produzem um produtos Cu. manipulação do experimento. número de compostos coloridos. Começando com cobre metálico no topo, a sequência 2.2 Procedimento de produtos formados é mostrada no diagrama (VOGEL,1981): Cu Mg HNO 3 Experimental • Pesar a amostra na Balança Analítica Digital. Registrar o valor; • Colocar a amostra num Erlenmeyer e adicionar 30 mL de NaOH, agitando com uma vareta de vidro até precipitar todo o Cu(OH)2; • Deixar sedimentar o sólido e decantar o líquido sobrenadante; • Filtrar a mistura; • Colocar o sólido num vidro de relógio; • Deixar secar e pesar. Registar o valor. Para o estado de oxidação bipositiva do cobre há um óxido sólido, CuO, e um hidróxido sólido, Cu(OH)2 No entanto, em alguns ambientes, o hidróxido é metaestável em relação ao óxido. O hidróxido foi referido como um óxido hidratado cujas propriedades dependem da temperatura de precipitação, a quantidade de álcali usada, e a CuSO 4 H 2SO 4 Cu(NO 3) 2 NaOH CuO Cu(OH) 2 ∆ Figura 1- Mecanismo sequência de produtos do Cu. Fonte: Elaborado pelo próprio autor Fonte: Autor A metaestabilidade de soluções de Cu(OH)2 em NaOH aquoso também foi é verificado numa temperatura de 298 K. O hidróxido de 3. Resultados e cobre (II), Cu(OH)2, um sólido marron escuro, precipita no fundo do Discussão Para o estado de oxidação bipositiva do cobre há um óxido só- recipiente com a solução; Ou seja, com Cu(OH)2 dissolvido em NaOH lido, CuO, e um hidróxido sólido, aquoso, a fase sólida se aproxima mas não atinge a composição Cu(OH)2 No entanto, em alguns A metaestabilidade A de metaestabilidade soluções de de soluções de Cu(OH)2 em NaOH aquoso também foi é Cu(OH)2 em NaOH aquoso também foi é ambientes, o hidróxido é metaestável em relação ao óxido. O hi- CuO. Da mesma forma, a solução verificado numa temperatura de 298 K. O hidróxido de cobre (II), Cu(OH)2, um sólido verificado numa temperatura de 298 K. O diminuiu hidróxido no de cobre teor (II), de Cu(OH)2, cobre, mas um sólido marron escuro, precipita no fundo do recipiente com a solução; Ou seja, com o Cu(OH)2 marron escuro, precipita no fundo do recipiente dróxido foi referido como um óxido valor com não a atingiu solução; Ou o valor seja, com de Cu(OH)2 dissolvido em NaOH aquoso, a fase sólida se aproxima mas não atinge uma a composição dissolvido em NaOH CuO. aquoso, Da mesma a fase forma, sólida a hidratado cujas propriedades de- solução se aproxima diminuiu saturada mas no teor não de cobre, atinge CuO mas em a composição o valor NaOH não atingiu o A metaestabilidade de soluções de Cu(OH)2 em NaOH aquoso também foi é CuO. Da mesma forma, valor a de solução uma solução diminuiu saturada pendem da temperatura precipitação, a quantidade de álcali aquoso,que no de teor CuO de em cobre, NaOH podem mas aquoso,que o valor ser podem não descrito atingiu ser descrito o pela verificado numa temperatura equação (1) de (PETRUŠEVSKI 298 K. O pela hidróxido et equação al., 2005). de cobre (1)(II), (PETRUŠEVSKI Cu(OH)2, um sólido valor de uma solução saturada de CuO em NaOH aquoso,que podem ser descrito et pela marron escuro, precipita no fundo do recipiente equação usada, e a idade do precipitado. al., (1) 2005). com (PETRUŠEVSKI a solução; et Ou al., seja, 2005). com Cu 3 2( ) 2 2 2 Cu(OH)2 equação (1) (PETRUŠEVSKI et al., 2005). 3 (1) aq s s aq dissolvido em NaOH aquoso, a fase sólida equação O grau de hidratação do precipitado diminui Da mesma Cu se aproxima (1) (PETRUŠEVSKI 3 2( ) 2 mas não atinge et al., a composição 2005). Vamos escrever a equação na forma 2 2 aqiônica: s s 3 aq CuO. com 3 forma, 2 o aumento a solução da 2 2 OH ( aq) Cu( aq) Vamos Cu( OH escrever ) 2( s) a equação na forma iônica: (2) concentração de álcalis (l). Além 2 2( ) s diminuiu OH no teor NaNO de cobre, 2 3 aq 3 2 mas o valor não atingiu (1) o aq s 2 2( ) s 2 s 3 aq valor de uma solução saturada de CuO em NaOH Vamos aquoso,que escrever podem a equação ser descrito na pela NaNO Vamos escrever a equação na 2 2 OH No forma nosso caso, iônica: o hidróxido ( aq) Cu de ( aqsódio, ) Cu NaOH ( ) e 2( nitrato s) de cobre (II), Cu(NO3)2, da metaestabilidade equação (1) (PETRUŠEVSKI do dissociarão hidróxido, et al., 2005). Vamos forma escrever iônica: a equação na forma iônica: 2 2 OH completamente em solução aquosa para formar cátions e ânions, em fases ( aq) Cu( aq) Cu( OH ) 2( s) (2) a possibilidade do a presença sólida e líquida de equação 2 diluída, conforme 2 OH (1) ( aq) as equações Cu (PETRUŠEVSKI ( aq) abaixo: Cu( OH ) et al., 2( s) 2005). CuO coloidal No 3 ou nosso caso, 2 Cu(OH)2 o hidróxido NaOH também Cu de sódio, ( s) Na( s) OH sólida NaOH 2 e 3 nitrato de cobre (II), Cu(NO3)2, (1) 2( aq) s 2 s aq ( aq) e líquida diluída, conforme as equações abaixo: (3) 2 deve ser dissociarão considerada completamente na avaliação em solução aquosa No para nosso 3 formar caso, 2 cátions o e hidróxido ânions, Cu em fases 2 2( ) s de aq 2 s 3 aq Vamos escrever a equação Cu( NOna 3) 2( forma aq) Cu iônica: NaNO ( aq) NaOH 2NO ( s) ( aq) ( s) OH( aq) sódio, NaOH e nitrato de cobre (II), 2 do dados sólida de e líquida solubilidade diluída, 2 conforme A (AAS- as equações reação produzirá Cu( Vamos hidróxido 3) abaixo: escrever 2( aq) de ( aq) cobre a equação 2NO (II), ( aq) Cu(OH)2, na forma um iônica: 2 OH composto iônico ( aq) Cu( aq) Cu( OH ) 2( s) sólida Cu(NO3)2, e líquida diluída, dissociarão conforme completamente NaOH as equações (2) abaixo: TRUP et NaOH al.,2000). insolúvel que se precipita da solução e nitrato 2de sódio aquoso, NaNO3 (cristalino ( s) Na( s) OH( aq) 2 OH( aq) Cu ( aq) Cu( OH ) 2( s) No nosso caso, o hidróxido de sódio, Medições de condutância inodoro e (2) incolor), e outro NaOH composto ( s) em iônico Na e nitrato solução ( ssolúvel. ) OH de cobre aquosa (II), Cu(NO3)2, para (3) 2 A ( aq equação ) química equilibrada para Cu( NO3) 2( aq) Cu( aq) 2NO( aq) 2 viscosidade dissociarão (3) completamente indicam esta que reação em o seria solução hi-semelhantdróxido sólida é pelo e líquida menos diluída, parcialmente conforme Cu( NOas 3) equações aquosa formar Cu( NO a esta para cátions 3) 2( (FELTRE, formar aq) Cu2005), cátions e ânions, ( aq) 2NO e ânions, em em fases fases ( aq) A reação produzirá hidróxido de sólida cobre (II), e líquida Cu(OH)2, diluída, um composto conforme iônico 2( aq) esta NaOH reação abaixo: ( s) seria Cu( semelhante OH ) 2( s) a 2esta NaNO (FELTRE, 3( aq) 2005), (4) peptizado insolúvel em que soluções se precipita de da Agora, NaOH solução e as nitrato observe que sólida equações precisamos Cu( NO e líquida de 3) sódio 2( aqde ) 2 NaOH diluída, abaixo: aquoso, mols ( sde conforme ) hidróxido CuNaNO3 ( OH ) (cristalino 2( de as s) sódio equações 2NaNO para 3( aq cada abaixo: NaOH ) 1 ( s) Na( s) OH( aq) de reações inodoro e que incolor), produzem outro mole composto de nitrato um de iônico cobre NaOH solúvel. (II) que participa A equação Na da reação. química 2 OH Para equilibrada obter a equação (3) para iônica Cu( NO3) 2( aq) Cu( aq) 2NO( aq) número esta de reação compostos seria semelhante completa, coloridos. a esta reescreva (FELTRE, os compostos 2005), iônicos solúveis como cátions e ânions, A metaestabilidade A metaestabilidade de soluções de soluções de de Cu(OH)2 em Cu(OH)2 NaOH aquoso em NaOH também aquoso foi é també verificado numa numa temperatura temperatura de 298 K. de O 298 hidróxido K. O de hidróxido cobre (II), de Cu(OH)2, cobre (II), um sólido Cu(OH)2, u marron escuro, escuro, precipita precipita no fundo no do fundo recipiente do recipiente com a solução; com Ou a seja, solução; com Cu(OH)2 Ou seja, com dissolvido em NaOH aquoso, a fase sólida se aproxima mas não atinge a composição dissolvido em NaOH aquoso, a fase sólida se aproxima mas não atinge a com CuO. Da mesma forma, a solução diminuiu no teor de cobre, mas o valor não atingiu o CuO. Da A mesma metaestabilidade forma, a solução de soluções diminuiu de no Cu(OH)2 teor de cobre, em NaOH mas o aquoso valor não tam valor de uma solução saturada de CuO em NaOH aquoso,que podem ser descrito pela valor verificado de uma numa solução temperatura saturada de de CuO 298 K. em O NaOH hidróxido aquoso,que de cobre podem (II), Cu(OH)2, ser desc marron escuro, precipita no fundo do recipiente com a solução; Ou seja, com (1) dissolvido em NaOH aquoso, a fase sólida se aproxima mas não atinge a c CuO. Da mesma forma, a solução diminuiu no teor de cobre, mas o valor nã (2) valor de uma solução saturada de CuO em NaOH aquoso,que podem ser de No nosso caso, o hidróxido de sódio, NaOH e nitrato de cobre (II), Cu(NO3)2, dissociarão completamente em solução aquosa para formar cátions e ânions, em fases No nosso caso, o hidróxido de sódio, NaOH e nitrato de cobre (II), C dissociarão completamente em solução aquosa para formar cátions (3) e ânions, A reação produzirá hidróxido de cobre (II), Cu(OH)2, um composto iônico insolúvel que se precipita da solução e nitrato de sódio aquoso, NaNO3 (cristalino No nosso caso, o hidróxido de sódio, NaOH e nitrato de cobre (II), inodoro e incolor), outro composto iônico solúvel. A equação química equilibrada para dissociarão completamente em solução aquosa para formar cátions e ânions A reação produzirá hidróxido de cobre (II), Cu(OH)2, um compost (4) insolúvel que se precipita da solução e nitrato de sódio aquoso, NaNO3 (c Agora, ( s) observe ( sque ) precisamos ( aq) de 2 mols de hidróxido de sódio para cada 1 inodoro e incolor), outro composto iônico solúvel. A equação química equilibr mole de nitrato de cobre (II) 2que participa Cu( NO da reação. Para obter a equação iônica 3) 2( aq) Cu( aq) 2NO( aq) A reação produzirá hidróxido completa, reescreva os compostos iônicos solúveis como cátions e ânions, 11 NaOH de esta cobre reação Cu( NO(II), 3) seria Cu(OH)2, semelhante um a composto esta (FELTRE, iônico 2005), Cu( NO3 ) 2( aq) NaOH ( s) Cu( OH ) 22( s) 2NaNO 3( aq) (4) insolúvel que se precipita 2 Na da ( aq) solução OH( aq) e Cu nitrato ( aq) 2 NO NaOH Cu A de ( NO reação 3( sódio aq) Cu( Cu( NO ) 2( 3) s2) 2Na aq) 2NO3( aq) (5) 3) aquoso, produzirá 2( aq) NaOH hidróxido ( s) Cu( OH de ) cobre 2( s) 2NaNO (II), Cu(OH)2, um compo NaNO3 (cristalino 3( aq) Agora, observe que precisamos 2 2de Na2 mols ( aq) OHde ( aq) hidróxido Cu ( aq) de 2 NOsódio NaNO3 3( aq) para Cu( OH cada ) 1 inodoro e incolor), outro composto iônico insolúvel solúvel. 2( s) 2Na ( aq) 2NO 3( ) (5) Isso é equivalente a, Agora, A que equação se precipita observe química da que precisamos equilibrada solução e de para nitrato de sódio aquoso, NaNO3 2 mols de hidróxido de sódio par NaNO3 mole de nitrato de cobre (II) que participa da reação. Para obter a equação iônica esta reação seria semelhante a esta (FELTRE, inodoro 2 2Na( aq) 2OHIsso mole 2005), e incolor), outro composto iônico solúvel. A equação química equili ( aqé ) equivalente Cu de nitrato ( aq) 2 a, NOde cobre 3( aq) Cu( (II) OH ) que 2( aq) participa 2Na ( aq) 2da NOreação. Para obter a equaçã 3( aq) completa, reescreva os compostos iônicos esta reação solúveis seria semelhante como cátions a esta (FELTRE, e ânions, 2005), Cu( NO 2 3) 2( aq) NaOH ( s) Cu( OHcompleta, ) 2( s) 2 Na 2NaNO reescreva 2OH3( aq) Cu os compostos 2 NO iônicos (4) Cu( OH ) solúveis (6) 2Na como 2NOcátions e REVISTA ANALYTICA - JUN/JUL 18 aq aq aq aq aq aq aq ( ) ( ) ( ) 3( ) 2( ) ( ) 3( )
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