Estudo de propriedades de Troca-Iônica do Zeólito A sintetizado e natural welvis furtado

Estudo de propriedades de Troca-Iônica do Zeólito A sintetizado e natural welvis...

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Universidade Estadual de Goiás – UEG

Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas – UnUCET

Laboratório de Química Inorgânica Experimental I

Estudo de propriedades de Troca-Iônica

do Zeólito A sintetizado e natural

Orientador: Prof. Dr. José Daniel Ribeiro de Campos Disciplina: Química inorgânica experimental I

Curso: Bacharel em Química Industrial

Acadêmicos:Welvis Furtado da Silva

Anápolis, 18 de novembro de 2010

ÍNDICE

I -

INTRODUÇÃO....................................................................................................

02

II -

OBJETIVO...........................................................................................................

02

III -

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS.....................................................................

02

IV -

REAGENTES.......................................................................................................

03

V -

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL...............................................................

03

VI -

RESULTADOS E DISCUSÕES..........................................................................

03

VII -

CONCLUSÃO......................................................................................................

05

VIII -

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................

05

I-INTRODUÇÃO TEÓRICA

É notável a estabilidade térmica conferida aos zeólitos quanto têm cátions de terras raras como contrabalanceadores de carga. Um aluninossilicato é considerado um zeólito quando tem mais de um íon alumínio por cela unitária do material. Por outro lado, outros metais representativos com número de oxidação III ou IV podem ser incorporados à estrutura de um silicato. O zeólito A (figura 1) contém quantidades iguais de silício e alumínio. Os poros são formados por anéis de 4, 6 e 8 átomos de oxigênio, sendo a dimensão do maior poro igual a 4,1 Å (1Å=10-10m). Pode ser preparado a partir de aluminato de sódio e silicato de sódio, mantendo a relação Si/Al igual a 1. No início da reação forma-se um gel amorfo que sofre subseqüente transformação no zeólito cristalino. Pequenas amostras são retiradas durante a reação e analisadas através da técnica de difração de raios X. A filtração simples e a lavagem com água produzem, finalmente, o zeólito A.

Figura 1: estrutura cristalina do zeólito A.

[1] Fonte: http://alkimia.tripod.com/zeolitos.htm#topo.

II-OBJETIVO

  • Verificação da propriedade de troca iônica usando a Zeólita natural e Zeólita A sintetizada na Parte A (experimento10).

III-MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

  • Tubos de ensaio;

  • Pipetas tipo Pasteur;

  • Balança analítica;

  • Espátula;

  • Agitador de tubos;

  • Centrífuga;

  • Estante pra tubos de ensaio

IV-REAGENTES

  • Solução de cloreto de cálcio (CaCl2) 0.1 mol/L;

  • Solução de sulfato de cobre (CuSO4) 0.1 mol/L;

  • Amônia concentrada;

  • Zeólito natural e sintetizada;

  • Solução de sabão (detergente líquido).

V-PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

V.1. Estudo de propriedades de troca-iônica (Parte B, experimento 11)

Nesta segunda parte do experimento deve-se verificar a propriedade de troca iônica do zeólito A, usando uma amostra preparada que foi sintetizada por nós na Parte B (experimento 10) e outra amostra natural cedida pelo Professor Dr. José Daniel. Colocou-se 0,2g de zeólito A em 3 tubos de ensaio e estes foram numerados (1A, 2A e 3A). Foi colocado 2mL solução de cloreto de cálcio (CaCl2) 0.1 mol/L nos tubos 1A e 2A e 2mL solução de sulfato de cobre (CuSO4) 0.1 mol/L no tubo 3A. Agitou-se os 3 tubos vigorosamente por 25 minutos, e depois estes foram centrifugados e observou-se a cor dos sólidos e das soluções. Novos três tubos foram numerados: 1B, 2B e 3B e adicionou 2mL de solução de cloreto de cálcio (CaCl2) 0,1 mol/L aos tubos 1B e 2B e 2mL de solução de sulfato de cobre (CuSO4) 0.1 mol/L ao terceiro tubo (3B); estes tubos foram usados como controle (“branco”). Adicionou-se 2 gotas de uma solução de sabão aos tubos 1B, 2B e 3B; estes foram agitados, as quantidades de espuma formada foram observadas. Finalmente, ao tubo 3A (Zeólita sintetizada) e 3B (Zeólita natural) adicionaram-se duas gotas de amônia concentrada e o ocorrido foi observado e comparado.

VI-RESULTADOS E DISCUSSÃO

Estudo de propriedades de troca-iônica (Parte B)

Nos dois tubos onde havia zeólito A e solução de cloreto de cálcio (CaCl2) 0,1 mol/L, durante a centrifugação, os íons sódio que estavam no zeólito reagiram com os íons cloro, enquanto os íons cálcio se fixaram no zeólito. Assim, após a centrifugação formou-se o precipitado, formado pelo zeólito com os íons cálcio, e o sobrenadante, formado pela solução de cloreto de sódio. Logo, quando foi colocada a solução de sabão nos tubos houve a formação de espuma, um indicativo de que houve troca iônica.

No tubo onde havia zeólito A e sulfato de cobre (CuSO4) 0.1 mol/L, durante a centrifugação, os íons sódio que estavam no zeólito não reagiram como o esperado com os íons cobre indicando assim que a reação não foi efetiva. Assim, após a centrifugação formou-se o precipitado, formado pelo zeólito com os íons sódio, e o sobrenadante, formado pelo sulfato de cobre (CuSO4) 0.1 mol/L. Logo, quando foi colocada a solução de sabão no tubo não houve a formação de espuma, um indicativo de que não houve troca iônica. Finalmente, aos tubos 3A e 3B adicionaram-se duas gotas de amônia concentrada e o ocorrido foi observado e comparado. Nas tabelas abaixo podemos detalhar ainda melhor nossa discussão:

Tabela 1: Demonstrativo de resultados

Tubos

Solução adicionada (2ml)

Cor da solução adicionada

Sobrenadante após centrifugar

Sólido após centrifugar

1 A

CaCl2

Incolor

Esbranquiçado

Branco

2 A

CaCl2

Incolor

Esbranquiçado

Branco

3 A

CuSO4

Azul claro

Incolor

Azul claro

Fonte: Própria (dados extraídos na aula)

A mudança nas cores, evidencia uma troca iônica, o exemplo mais gritante é o cobre, que, antes da centrifugação, deixava a solução azul claro e, após, passa a deixar o sólido azul denotando assim que a reação foi efetiva. Aos tubos 1B e 2B foi adicionado detergente, que é uma cadeia de carbono com um grupo carboxila na extremidade (possuindo, assim, uma parte polar outra apolar)3. Houve maior formação de espuma em 1B do que em 2B, isso porque neste segundo tubo há mais CaCl2 em solução do que no primeiro (já que neste, houve a troca iônica) e o cátion cálcio se liga à parte polar da cadeia carbônica, impedindo a formação de espuma. Na estrutura da Zeolita, há íons com carga negativa, assim a estrutura precisa de contra-ions com carga positiva, no caso, o sódio. A Zeolita se desprendeu do sódio e capturou o cálcio. Este é responsável pela precipitação do tensoativo, principio ativo do sabão, assim o sabão não forma espuma em água que contem cálcio. Utilizando a Zeolita, ela vai capturar os íons de cálcio e o tensoativo agira normalmente.

Tabela 2: Demonstrativo de resultados para adição de NH3

Tubos

Solução

Solução adicionada

Características

3A

Sobrenadante

NH3

Solução azul turquesa escura

3B

CuSO4

NH3

Solução bifásica (L + L):

Menos densa: azul marinho

Mais densa: incolor

Fonte: Própria (dados extraídos na aula)

O azul turquesa da solução do tubo 3A pode ser explicado pela seguinte reação:

Cu+2 + 4NH3  [Cu(NH3)]+2(aq)(azulado escuro)

A falta do íon cobre é evidenciada pela cor escura que foi formada, o que comprova a ocorrência da troca iônica com o Zeólito.

VII - CONCLUSÃO

O estudo de propriedades de troca-iônica foi bem sucedido. Assim, foi possível a observação dos procedimentos em suas diferentes etapas, possibilitando as análises necessárias de troca iônica com o cálcio e o cobre através das analises de cor e espuma feitas nos tubos de ensaio. E por fim, esta aula completou o entendimento a respeito das principais diferenças entre um zeólito e qualquer outra peneira molecular. O fato de que a estrutura de um zeólito tem que ser obrigatoriamente cristalina, enquanto que a estrutura de outras peneiras moleculares não necessariamente. Pois as peneiras moleculares podem possuir outros elementos em sua constituição, como o fósforo. E na saponificação quando em água dura não ocorre formação de espuma devido ao cálcio presente no liquido.

VIII - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Krell. A. O que é Zeólito? , Química nova na escola, 1 página, 2000. Disponível em: <http://alkimia.tripod.com/zeolitos.htm#topo>. Acessado em 18 de novembro de 2010 às 20horas e 27 minutos.

[2] Apostila de QI-244 – 2º semestre 2009, experimento 6 da UNICAMP.

[3] Atkins, Peter; Jones, Loretta; Princípios de Química: Questionando a vida moderna, 3a Edição; Bookman.

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