CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
ÁREA:
SUBÁREA: QUÍMICA
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE ANHANGUERA DE SÃO PAULO
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): LÍVIA MARIA DE CASTRO DUARTE
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): SIMONE GARCIA DE ÁVILA
RESUMO
A palha de aço é um material não-reciclável que é descartado após o uso sem ser empregado a nenhum outro fim senão o da decomposição nos aterros sanitários. Ao utilizarmos esse material como objeto de pesquisa estamos contribuindo com o meio ambiente atribuindo-lhe um destino diferente do acúmulo nos lixões e contribuindo para o aprendizado nas Instituições de Ensino públicas ou privadas em custo acessível. Diante desta problemática, o presente trabalho teve por objetivo a caracterização química da palha de aço, visando a utilização da mesma em experimentos didáticos utilizados no ensino superior de Química, além da obtenção de novas substâncias a partir deste resíduo. O uso desse material servirá também para a produção de substâncias que podem ser empregadas na indústria farmacêutica, em medicamentos de combate a anemia, por exemplo, sendo esse o objetivo principal desse projeto.
Palavras-Chave: palha de aço, material não-reciclável, medicamento para anemia.
1. INTRODUÇÃO
Este projeto teve início em 04 de Agosto de 2014 e foi desenvolvido através de pesquisa teórica dos métodos analíticos que foram empregados no experimento após terem sidos formulados em reuniões de grupo entre aluno e orientador do projeto. Após as explanações da parte teórica partiu-se para a parte prática do projeto.
2. OBJETIVO
Caracterização química da palha de aço para a obtenção de novas substâncias.
3. METODOLOGIA
3.1. Aferição das vidrarias
Após tomar nota da temperatura ambiente, adicionou-se H2O à bureta, a pipeta e ao balão
para seguir com a aferição. Foi transferido o volume para um béquer (tarado) e pesou-se a massa, anotando o valor. Diminuiu-se a massa do recipiente da massa obtida e aplicou-se o cálculo de densidade da água (d = m/v) para achar o volume real da vidraria.
3.1.1 Bureta (50 ml)
Massa do béquer vazio (600 mL): 186,164 g H2O (20° C) 0,9982071 g/mL
Medições: (a cada 10 mL) 1ª 195,982 g – 186,164 g = 9,818 g 2ª 196,128 g – 186,164 g = 9,964 g 3ª 196,195 g – 186,164 g = 10,031 g 4ª 196,086 g – 186,164 g = 9,922 g 5ª 196,061 g – 186,164 g = 9,897 g 49,632 g d = m/v → 0,9982071 = 49,632 g / v → v = 49,632 g / 0,9982071 → v = 49,721 mL 3.1.2 Pipeta volumétrica (25 ml)
Massa do Erlenmeyer vazio (250 mL): 195,0 g H2O = 20° C = 0,9982071 g/mL
Medições: 1ª 220,5 g – 195,0 g = 25,5 g 2ª 221,0 g – 195,0 g = 25,0 g 25,5 + 25,0 + 25,0 ÷ 3 = 25,16 g 3ª 221,0 g – 195,0 g = 25,0 g d = m/v → 0,9982071 = 25,16 g / v → v = 25,16 g / 0,9982071 → v = 25,20 mL 3.1.3 Balão volumétrico (500 mL)
Massa do balão vazio (500 mL): 139,0 g H2O = 20° C = 0,9982071 g/mL
Medições: 1ª 636,0 g – 139,0 g = 497,0 g
2ª 636,5 g – 139,0 g = 497,5 g 497,0 + 497,5 + 497,5 ÷ 3 = 497,33 g 3ª 636,5 g – 139,0 g = 497,5 g
d = m/v 0,9982071 = 497,33 g / v v = 497,33 g / 0,9982071 v = 498,22 mL
3.2. Preparo do H2SO4 A 2,0 mol/L
Pipetou-se 54,35 mL da solução de H2SO4 concentrado e transferiu-se para um béquer de
250 mL já com ≈ 150 mL de água. Transferiu-se o volume contido no béquer para um balão de 500 mL e avolumou-se para o volume do recipiente. Após a homogeneização da solução, transferiu-se o volume do balão para um frasco de vidro âmbar identificando a molaridade e data de preparo. O cálculo do valor (mL) do ácido concentrado para preparo da solução foi:
Teor: 98% densidade: 1,840 g/mL Peso molar: 98,1 g/mol
2,0 mol → 1000 mL 1,0 mol = 98 g H2SO4 → 1000 g da solução conc.
X → 500 mL
1,84 g solução → 1,0 mL
100 g → X = 54,35 mL
3.3. Preparo do KMnO4 a 0,02 mol/L
Pesou-se cerca de 1,6 g de KMnO4 pa. em balança não analítica em um pequeno béquer.
Transferiu-se para um erlenmeyer de 1000 mL com cerca de 500 mL de água e após a dissolução a solução foi aquecida a 70° C por duas horas. Após resfriamento, guardou-se a solução em frasco de vidro âmbar. Filtrou-se no dia seguinte em funil de placa porosa de vidro sintetizado com lã de vidro. O frasco escuro foi ambientado com a solução e após descarte dessa quantidade usada a solução foi transferida para o recipiente ambientado para a reserva da mesma. O cálculo utilizado para preparo da solução foi:
1000 mL → 0,02 mol
500 mL → X = 0,01 mol
1,0 mol → 158 g (KMnO4)
0,01 mol → X = 1,6 g de KMnO4
3.4. Padronização da solução de KMnO4 a 0,02mol/L
Procedeu-se a padronização da solução de KMnO4 com o Na2C2O4, já previamente
dessecado em estufa a 110° C até peso constante. Pesou-se em balança analítica uma porção de cerca de 0,2 g de Na2C2O4 diretamente em Erlenmeyer de 250 mL e essa quantidade foi
dissolvida em cerca de 70 mL de água destilada. Juntou-se 30 mL de H2SO4 1:5 (v/v) e
aqueceu-se a mistura a 70 - 75° C. Usando um fundo branco, a solução de KMnO4 foi
titulada. Manteve-se a temperatura entre 60 – 75° C durante toda a titulação. O ponto final dessa titulação foi indicado pelo aparecimento de coloração levemente rósea, persistente por 30 segundos.
Após a padronização, identificou-se o frasco com a molaridade e a data de preparo da solução.
Reações envolvidas:
+7 -8 +6 -8 +2 -2
MnO4-(aq) + 5 C2O2-4(aq) + 8 H+(aq) → Mn2+(aq) + 4 H2O(l) + 10 CO2(g) +7 -2 +3 -2 +1 +2 +4 -4 +4 -2
Reduziu 5 ē = Agente oxidante
Oxidou 1 ē = Agente redutor
Cálculo da massa de Na2C2O4 para preparo da solução padrão:
Supondo um gasto de 25 mL de KMnO4 pode-se achar a quantidade de mols de
Na2C2O4 necessária para reagir com esse volume,
1000 mL → 0,02 mol
25 mL → X = 5,0 x 10-4 mols KMnO 4
Pela equação de reação de oxirredução, seguindo o método de íon-elétron, sabemos que a reação é de 1:5, ou seja, para cada 1 mol de KMnO4 reagem 5 mols de Na2C2O4, então:
1,0 mol KMnO4→ 5,0 mols de Na2C2O4
5,0 x 10-4 mols → X = 2,5 x 10-3 mols de Na2C2O4
1,0 mol de Na2C2O4 → 134 g
2,5 x 10-3 → X = 0,335 g de Na2C2O4
Análise titrimétrica de oxirredução do KMnO4:
Este método envolve o uso de agentes oxidantes para a titulação de agentes redutores, e vice-versa, e tem como restrição básica a necessidade de grande diferença entre os potenciais de oxidação e redução de modo a ter-se mais nítidos resultados, sendo estes detectados por meio de indicadores químicos ou de vários métodos eletrométricos (indicadores físicos). Para se obter a concentração da solução preparada de KMnO4 foram realizadas três análises e calculada a
1ª) 0,315 g de Na2C2O4
≈ 12 mL de H2SO4 para um gasto de 28,34* mL de KMnO4
≈ 100 mL de H2O
1 mol de Na2C2O4 → 134 g
X → 0,315 g = 2,35 x 10-3 mols Na2C2O4
1mol de KMnO4 → 5 mols de Na2C2O4
X → 2,35 x 10-3 mols = 4,70 x 10-4 mols de KMnO4
[KMnO4] = mols [KMnO4] = 4,70 x 10-4 [KMnO4] = 0,016607 mol/L
vol (L) 2,83 x 10-2
2ª) 0,349 g de Na2C2O4
≈ 12 mL de H2SO4 para um gasto de 28,84* mL de KMnO4
≈ 100 mL de H2O
1 mol de Na2C2O4 → 134 g
X → 0,349 g = 2,60 x 10-3 mols Na2C2O4
1mol de KMnO4 → 5 mols de Na2C2O4
X → 2,60 x 10-3 mols = 5,21 x 10-4 mols de KMnO4
[KMnO4] = mols [KMnO4] = 5,21 x 10-4 [KMnO4] = 0,018090 mol/L
vol (L) 2,88 x 10-2
3ª) 0,326 g de Na2C2O4
≈ 12 mL de H2SO4 para um gasto de 27,54* mL de KMnO4
≈ 100 mL de H2O
1 mol de Na2C2O4 → 134 g
X → 0,326 g = 2,43 x 10-3 mols Na 2C2O4
1mol de KMnO4 → 5 mols de Na2C2O4
X → 2,43 x 10-3 mols = 4,87 x 10-4 mols de KMnO4
[KMnO4] = mols [KMnO4] = 4,87 x 10-4
vol (L) 2,75 x 10-2
[KMnO4] = 0,017709 mol/L
Média da [KMnO4] = 0,017468 mol/L
*volume real aferido na bureta, conforme cálculo: 50 mL → 49,721 mL
Vol. gasto → X
3.5. Preparo da solução de FeSO4 para obtenção do cristal
Pesou-se 3,00 g de palha de aço em um erlenmeyer e acrescentou-se 50 mL de H2SO4
2,0 mols/L. A mistura foi aquecida no bico de Bunsen até a diluição total da palha de aço. Resfriou-se a solução e filtrou-se em papel filtro qualitativo faixa preta. Após a filtração, foi adicionado à solução filtrada 50 mL de etanol para favorecer a precipitação do cristal. O recipiente com a solução foi reservado por 24 hs em uma cuba com gelo para acelerar o processo de precipitação. Após esse período, filtrou-se o sólido obtido.
3.6.Análise do Fe2+
Pesou-se ≈ 0,57 g de palha de aço em um béquer e acrescentou-se 50 mL de H2SO4 2,0
mol/L. Aqueceu-se essa mistura no bico de Bunsen até a dissolução total da palha de aço. Após o resfriamento da solução, filtrou-se diretamente em um balão volumétrico de 100 mL e completou-se com H2O destilada até a marca do balão, homogeneizando a solução. Retirou-se
a alíquota de 25 mL desta solução contendo íons Fe2+ e transferiu-se para um erlenmeyer de 250 mL onde foi adicionado 5 mL de H2SO4 1:5 e ≈ 6 mL de H3PO4 para complexar o íon Fe3+
que aparece na reação de oxirredução e que apresenta coloração amarelada dificultando a visualização do ponto de viragem da reação. Com os dados obtidos calculou-se a concentração de Fe2+ em g/mL expresso em molaridade. Considerando o Fe como constituinte principal da
palha de aço, temos a seguinte reação no processo de dissolução:
4. RESULTADOS
A padronização de uma substância é necessária para se determinar qualitativamente a presença de alguma substância, até então desconhecida, e a concentração real dessa substância na amostra a ser titulada.
No caso da padronização do KMnO4, utiliza-se comumente o sal Na2C2O4, em meio
ácido concentrado por ser um agente redutor do MnO4- e um padrão primário, ou seja, pouco
higroscópico, não reativo com o ambiente e alterações de temperatura.
A reação que ocorre nesse procedimento é demonstrada na equação abaixo: MnO4- (aq) + 8 H+ (aq) + 5 C2O42- (aq) → Mn2+ (aq) + 10 CO2 (g) + 4 H2O (l) A solução de H2SO4 à 2,0 mols/L foi utilizada na dissolução da palha de aço pesada (Fig.
1). Essa dissolução foi realizada em duas vezes: para o preparo de solução de FeSO4 para a
titulação de determinação do teor de íons Fe2+ (Fig. 3 a e b) presente na solução e para a
obtenção do cristal de FeSO4 (Fig. 4 a e b). Durante a dissolução da amostra foi observado o
desprendimento de gás (Fig. 2), sendo decorrente da produção de gás hidrogênio (H2(g)).
Entretanto, foi observado também a liberação de um gás com odor irritante, característico do acetileno, decorrente da reação do carvão residual existente no aço com o gás hidrogênio formado, conforme equação abaixo.
2 C(s) + H2 (g) → C2H2 (g)
Na análise do Fe2+, descobriu-se a quantidade de FeSO
4 que se pode obter pela porcentagem
do íon presente em solução e posteriormente a sua massa, determinando a quantidade de FeSO4
gerada. Essa quantidade, dependendo da proporção em que for aumentada, poderá ser utilizada em larga escala tanto na produção de medicamentos à base de FeSO4 tanto quanto em formulação de
tintas.
(Fig. 1 - Pesagem da amostra de palha de aço (Fig. 2 - Dissolução da amostra em H2SO4
(Fig. 3 a - Filtração da solução de FeSO4.) (Fig. 3 b - Solução filtrada de FeSO4 para análise do Fe2+)
(Fig. 4 a - Precipitação dos cristais pela ação do gelo.) (Fig. 4 b - Cristais de FeSO4.)
Cálculo da quantidade de massa necessária para reagir com determinado volume de KMnO4:
Sabendo que a [KMnO4] é igual a 0,017 mol/L e supondo um gasto de 30
mL dessa solução para a reação com o íon Fe2+,
1000 mL → 0,017 mol
30,0 mL → X = 0,00051 mols de KMnO4
Como a reação é de 1:5, ou seja, para cada 1 mol de KMnO4 reagem 5
+7 -8
MnO4-(aq) + 5 Fe2+(aq) + 8 H+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O(l) +7 -2 2+ +2 3+ +4 -4
Reduziu 5 ē = Agente oxidante
Oxidou 1 ē = Agente redutor
1,0 mol de KMnO4 → 5,0 mols de Fe
0,00051 mols → X = 0,00255 mols de Fe
1,0 mol de Fe → 56 g
0,00255 mols → X = 0,1428 g de Fe na alíquota de 25 mL 25 mL → 0,1428 g de Fe
100 mL → X = 0,5712 g de Fe no balão de 100 mL Cálculo do teor de Fe presente na amostra:
25 mL de FeSO4
≈ 2 mL de H2SO4 conc. Volume gasto de KMnO4 = 21,18* mL
≈ 6 mL de H3PO4 conc.
1000 mL → 0,017468 mol de KMnO4
21,18 mL → X = 3,70 x 10-4 mols de KMnO4
1,0 mol de KMnO4 → 5,0 mols de Fe
3,70 x 10-4 mols → X = 1,85 x 10-3 mols de Fe
1,85 x 10-3 mols de Fe → 25 mL
X → 100 mL = 7,40 x 10-3 mols de Fe (no balão)
1,0 mol de Fe → 56 g
0,5852 g → 100%
0,414 g → X = 70,80% de Fe presente na palha de aço Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g)
56 g de Fe → 152 g de FeSO4
0,414 g → X = 1,12 g de FeSO4 presente na amostra
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com as informações obtidas neste relatório é possível admitir que em uma amostra de 0,5852 g de palha de aço há uma porcentagem em teor de Fe de 70,80%, que representa 0,414 g de Fe em massa na amostra. Na obtenção do cristal FeSO4, partindo dos valores
encontrados através dos cálculos empregados (demonstrados no item anterior), em 3,00 g de amostra (palha de aço) foi adquirida uma quantidade de 1,12 g dessa substância. Isso nos leva a crer que se aumentarmos a quantidade do material utilizado como fonte de FeSO4 teremos maior rendimento da substância reduzindo significativamente o acúmulo
desses materiais nos lixões e beneficiando em maior quantidade a produção de medicamentos para anemia.
6. FONTES CONSULTADAS
SARDELLA, Antônio; MATEUS, Edegar; Curso de Química: química geral, Ed. Ática, São Paulo/SP – 1995;
N. Baccan,.J C de Andrade, O E S Godinho,. J. S. Barone; QUÍMICA ANALÍTICA QUANTITATIVA ELEMENTAR ; Editora Edgard Blücher Ltda;
