CQ136 – Química Experimental I

Alumínio e seus compostos Introdução

As civilizações antigas aprenderam a transformar minérios como óxidos e sulfetos metálicos em metais por meio de reações de oxirredução. Um exemplo muito importante para a sociedade moderna é a produção de ferro para a indústria do aço a partir da redução de Fe2O3 com monóxido de carbono em alto-fornos.

Alumínio é o metal mais abundante da crosta terrestre, o terceiro elemento mais abundante, depois do oxigênio e do silício ele é o segundo em importância comercial depois do ferro. O principal minério de alumínio é a bauxita, do qual é produzido em larga escala por meio do processo eletrolítico Hall.

O elemento apresenta várias aplicações importantes como na construção civil e na indústria aeronáutica. O alumínio também exibe grande capacidade redutora e pode ser usado na metalurgia para a produção de outros metais como cromo, por exemplo, por

meio da reação Termita: Cr2O3(s) + 2Al(s) Al2O3(s) + 2Cr(s). O tempo estimado de degradação de uma lata de alumínio no meio ambiente é de

cerca de 100 anos e o gasto energético para reciclá-la é de cerca de 5% do total necessário para produzir o metal a partir da bauxita.

Alúmens, exemplo de composto iônico contendo alumínio, são compostos iônicos que cristalizam de soluções contendo sulfato, um cátion trivalente (como Al3+ ou Cr3+) e um cátion monovalente (como Na+ e K+). Os alúmens são largamente utilizados como agentes coagulantes de material particulado na purificação de água e na indústria papeleira.

Neste experimento vamos ilustrar um pouco da reatividade do alumínio e de seus compostos. Algumas das espécies geradas nos ensaios também são observadas no processo Bayer de purificação da bauxita. Objetivos: Observar a reatividade do alumínio metálico e alguns de seus compostos. Exercitar o uso do digrama de Pourbaix. Ilustrar propriedades ácido-base importantes como o anfoterismo. Ilustrar conceitos e procedimentos relacionados à reciclagem do alumínio.

Atividades pré-laboratório Leia a referências 1 e 2. Parte Experimental Material necessário: Uma lata de alumínio lixada (sem tinta e película de plástico) Solução de KOH 4 mol/L. Solução de H2SO4 9 mol/L. Solução de amônia concentrada. Solução de “Aluminon” (sal de amônio do ácido aurino-tricarboxílico) 0,1%. Solução de AlCl3 0,33 mol·L-1

ácido clorídrico 2 mol·L-1 acetato de amônio 10 mol·L-1 solução amoniacal de carbonato de amônio (solução saturada de (NH4)CO3 em solução de amônia concentrada; esta solução deve ser preparada na hora Procedimento 1.1 Ciclo do alumínio

1. Remova a tinta e a película de plástico de uma lata de alumínio. 2. Corte em pequenos pedaços e pese aproximadamente 1 g. 3. Na capela, coloque a massa pesada em béquer de 250 mL e adicione 50 mL de

solução 4 mol.L-1 de KOH. 4. Após o término da reação, filtre e colete o filtrado em um béquer de 250 mL. 5. Adicione 25 mL de H2SO4 9 mol.L-1 e resfrie o sistema em banho de gelo.

1.2 Identificação de alumínio pelo reagente “aluminon” (sal de amônio do ácido aurino-tricarboxílico) 1. a) Transfira 1 mL de solução 0,33 mol·L-1 de AlCl3 para um tubo de ensaio. Em seguida adicione solução concentrada de amônia até precipitação de um sólido branco gelatinoso. Leve ao aquecimento para remover o excesso de amônia, persistindo o sólido. Deixe repousar por uns instantes até sedimentação do precipitado e decante o sobrenadante. b) Dissolva o precipitado em 2 mL de ácido clorídrico 2 mol·L-1 , adicione 1 mL de solução de acetato de amônio 10 mol·L-1 e 2 mL de solução reagente 0,1%. Agite, deixe repousar por 5 min e adicione um excesso de solução amoniacal de carbonato de amônio (solução saturada em solução de amônia concentrada, preparada na hora) para descorar o excesso de corante, devido a interferentes de cromo e sílica. Obtém-se um precipitado vermelho brilhante, persistente em solução alcalina.

2. a) Corte um pedaço de aproximadamente 0,1 g de alumínio (latinha de alumínio ou papel alumínio) e coloque-o num tubo de ensaio. Adicione KOH 4 mol·L-1 até dissolução (cerca de 5 mL). Adicione H2SO4 9 mol·L-1 até observar a formação de um precipitado branco. Meça o pH e adicione se necessário algumas gotas de solução de amônia concentrada até pH ficar em torno de 9-10. Repita os procedimentos de 1.2.1.b).

Questionamentos: a) Descreva suas observações e represente as equações químicas pertinentes. Use o diagrama de Poubaix abaixo para auxiliar na interpretação dos resultados. b) Observe a forma dos cristais de alúmen. Se possível use o microscópio óptico do laboratório. c) Que etapa química ser faz necessária para completar o ciclo de reclicagem do alumínio metálico? Leitura Recomendada

1. Química Inorgânica não-tão Concisa, J. D. Lee, 5a Edição, Capítulo 12, pág. 180. 2. Química Inorgânica, Shriver & Atkins, 4ª Edição, Capítulo 12, pág. 144, 181, 188

Diagrama de Pourbaix