Claudialuciane texto do alumínio 11102013_v2_gabarito

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Claudialuciane texto do alumínio 11102013_v2_gabarito

  1. 1. Alumínio: Ocorrência, obtenção industrial, propriedades e utilização Erivanildo Lopes da Silva A química é a ciência que estuda, entre outras coisas, as transformações da matéria. Dentre os estudos mais comuns, encontram-se os que envolvem os metais, elementos fundamentais na história das civilizações - e cada vez mais indispensáveis. Um desses metais é o alumínio. Ele apresenta características (propriedades) peculiares, é bem maleável, leve (densidade abaixo de 5g/cm3) e muito resistente à corrosão. É um dos metais mais versáteis, pois, a partir dele, pode-se confeccionar, além de panelas, o papel-alumínio (que, por ser atóxico, é utilizado para proteger alimentos), painéis coletores de energia solar e muitas outras coisas. Processo Bayer O alumínio é produzido, basicamente, a partir da bauxita. A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio. Trata-se de um processo de produção difícil, pois exige muita energia elétrica. A bauxita de cor marrom-avermelhada deve sofrer um processo de purificação para que se possa extrair a alumina (óxido de alumínio) de outras substâncias, como, por exemplo, o óxido de ferro III. Para tanto, pode-se utilizar o processo Bayer, apresentado esquematicamente na figura a seguir: www.materia.coppe.ufrj.br. Retiram-se as impurezas da bauxita para que sobre somente a alumina. Para isso, a bauxita é triturada e misturada com uma solução de soda cáustica (NaOH). A lama formada por essa mistura, é aquecida, sob alta pressão, e recebe uma nova adição de soda cáustica. Dessa forma, a alumina é dissolvida, a sílica (SiO2) contida na pasta é eliminada, mas as outras impurezas não. Então, elas são separadas por processos de sedimentação e filtragem. A solução resultante, chamada de aluminato de sódio NaAl(OH)4, é colocada em um precipitador e, nesse processo, obtém-se a alumina hidratada (Al2O3.2H2O). Nesse ponto, a alumina hidratada pode seguir um entre dois caminhos: ela pode ser usada como está ou ser levada para os calcinadores. Se ela for usada como está, será matéria-prima para produtos químicos, como o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), usado no tratamento da água e na indústria de papel. Poderá ser empregada, também, na produção de vidros, corantes e cremes dentais.
  2. 2. Para ser matéria-prima para a produção não só de alumínio, mas também de abrasivos, refratários, isoladores térmicos, tintas, velas de ignição e cerâmicas de alta tecnologia, a alumina hidratada precisa perder a água que está quimicamente combinada dentro dela. Isso acontece nos calcinadores, nos quais ela é aquecida a temperaturas entre 1.000ºC e 1.300ºC. A calcinação é a etapa final do processo, para desidratar os cristais e formar cristais de alumina puros, de aspecto arenoso e branco. Para obter o alumínio, é preciso retirar esse oxigênio que está dentro da alumina. Como essa ligação do oxigênio com o alumínio é muito forte, é impossível separá-lo utilizando os redutores conhecidos, como o carbono, por exemplo, que é usado na redução do ferro. Esse foi o problema que impediu o uso desse metal até pouco mais de cem anos atrás. E isso foi resolvido com a utilização do processo eletrolítico. A partir da alumina ocorre o processo de transformação da alumina em alumínio metálico. Esse processo, que antes era realizado através da fundição da alumina a 2.000oC, foi aperfeiçoado por Charles Martin Hall em 1896. Ao invés de fundir a alumina a essa temperatura, ele passou a dissolvê-la em criolita (Na3AlF6) fundida. Com esse processo, Hall diminuiu de 2.000oC para 1.000oC a temperatura. Atualmente, a alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão. A mistura obtida é colocada numa cuba eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise. Veja a representação na Figura 2. Nessa etapa, o óxido de alumínio é transformado (reduzido) em alumínio metálico (Al) e um gás. Esse gás se combina com o carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono. O alumínio líquido se precipita no fundo da cuba eletrolítica e, a seguir, é transferido para a refusão, onde são produzidos os lingotes, as placas e os tarugos. Em termos de rendimento, para produzir 1kg de alumínio utiliza-se 2 kg de alumina, 100g de criolita e 10kW de energia elétrica: Figura 2 - Eletrólise do alumínio Fonte: Canto, 1996. Como outro pesquisador, Paul Louis Toussaint Héroult também chegara, no mesmo ano, às mesmas conclusões de Hall, o processo ficou conhecido como Processo de Héroult-Hall. O alumínio produz duas ligas metálicas: a duralumínio (95% alumínio, 4% cobre, 1% magnésio, ferro e silício), bastante utilizada na confecção de carrocerias de ônibus, e a magnálio (83% alumínio, 15% magnésio, 2% cálcio), utilizada na produção de rodas automotivas.
  3. 3. Passivação e reciclagem O alumínio apresenta outra boa característica: é resistente à corrosão. Essa resistência se explica devido ao fato de esse metal, quando exposto ao ar, ou seja, interagindo com o gás oxigênio, formar uma película protetora denominada óxido de alumínio. Esse fenômeno recebe o nome de passivação. O alumínio, embora envolva muita energia na sua produção, é um metal abundante, de grande importância na economia. Um diferencial do alumínio que determina sua vasta aplicabilidade é o seu processo de reciclagem, que, além de colaborar com a preservação ambiental, tem na economia de energia uma das suas maiores vantagens, pois utiliza apenas 5% da energia necessária para a produção do metal primário. O processo de reciclagem apresenta as seguintes etapas: Figura 3 - Etapas de reciclagem do alumínio Fonte: Associação Brasileira do Alumínio - ABAL. Nesse processo, a sucata do alumínio transforma-se em produtos que permitem o seu uso na fabricação de diversos semielaborados e elaborados, como chapas, perfis, etc., prontos para serem reutilizados nos mais diversos segmentos da indústria. Erivanildo Lopes da Silva é professor do curso de Química da Universidade Federal da Bahia - Campus ICADS-Barreiras. Bibliografia • • • • CANTO, E. L. São Paulo: Editora Moderna, 1998. ESPERIDIÃO, I. M.; NÓBREGA, O. Os metais e o homem. São Paulo: Editora Ática,1999. SILVA FILHO, E. B.; ALVES, M. C. M.; DA MOTTA, M. "Lama vermelha da indústria de beneficiamento de alumina: produção, características, disposição e aplicações alternativas". In Revista Matéria. vol.12 n. 2 2007. Disponível em www.materia.coppe.ufrj.br/.../artigo10888/ Site oficial da Associação Brasileira de Alumínio (ABAL). Disponível em: http://www.abal.org.br/aluminio/producao_alupri.asp FONTE: http://educacao.uol.com.br/disciplinas/quimica/aluminio-ocorrencia-obtencaoindustrial-propriedades-e-utilizacao.htm
  4. 4. CONSIDERE AS INFORMAÇÕES DO TEXTO E OUTROS CONHECIMENTOS PARA RESPONDER AS QUESTÕES QUE SE SEGUEM. 1ª QUESTÃO: EXPLIQUE o uso do alumínio em painéis coletores de energia solar. Utilize em sua explicação os modelos de ligação química e duas propriedades envolvidas. O alumínio é utilizado em painéis coletores de energia solar porque apresenta uma boa condutividade térmica e baixa densidade. A alta condutividade térmica permitirá que o alumínio, quando exposto a luz solar, esquente facilmente. A baixa densidade permitirá que o painel coletor tenha pequena massa, não exigindo uma grande estrutura para suportá-lo. A condutividade elétrica ocorre em função da existência de elétrons semi-livres entre os cátions, que tem mobilidade para transmitir a agitação térmica das partículas em todo o material. A baixa densidade ocorre em função da pequena massa atômica dos átomos de alumínio em um retículo cristalino volumoso. 2ª QUESTÃO: QUAL a principal matéria-prima para obtenção do alumínio? Ela tem fórmula? EXPLIQUE. A principal matéria-prima é a bauxita. Ela contém de 35% a 55% de óxido de alumínio, portanto, não é uma substância. Sendo assim, não tem fórmula química, pois é uma mistura. 3ª QUESTÃO: EXPLIQUE se a alumina hidratada é um bom condutor de corrente elétrica nas condições ambientes. A alumina hidratada é Al2O3.2H2O , ou seja, é um óxido iônico com água de hidratação (cristalização). Todo sólido iônico não é um bom condutor de corrente elétrica por íons estão presos no retículo cristalino. 4ª QUESTÃO: REPRESENTE a fórmula de Lewis para a alumina. 5ª QUESTÃO: Escreva a equação balanceada da obtenção do alumínio a partir da alumina purificada. Indique todos os estados físicos. 2Al2O3 (l) a 4 Al (l) + 3O2 (g) 6ª QUESTÃO: ESCREVA a equação balanceada que permite separar o alumínio metálico do gás produzido, juntamente com o metal. Indique todos os estados físicos. O2 (g) + C (s) a CO2 (g)
  5. 5. 7ª QUESTÃO: EXPLIQUE se o processo eletrolítico da obtenção do alumínio envolve uma reação de decomposição. A obtenção do alumínio envolve uma reação de decomposição, pois são obtidos mais de um produto apenas com um reagente. Na verdade, é uma reação de eletrólise, pois a decomposição ocorre com a passagem de corrente elétrica. 8ª QUESTÃO: Quanto, em média, uma tonelada de bauxita produz de alumínio? Dados: 1kg de alumínio utiliza-se 2 kg de alumina. A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio. Média = 45% 1 tonelada = 1000 kg de bauxita = 45% alumina = 450 kg 1 kg alumínio ------- 2 kg alumina X -------- 450 kg X = 225 kg de alumínio 9ª QUESTÃO: Sabendo-se que o hidróxido de sódio é uma substância iônica, formada pelos íons Na+ e (OH)-, represente um modelo para a solução aquosa de hidróxido de sódio. Faça uma legenda, considerando o tamanho das partículas. O espaço representa o “zoom” do sistema. Legenda + Na = (OH)- = H2O = 10ª QUESTÃO: Cite o nome e a fórmula de três óxidos que aparecem no texto. óxido de ferro III = Fe2O3 Óxido de alumínio = Al2O3 sílica – óxido de silício = SiO2

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