Resolução de Exercícios de Química Inorgânica I

 1- Na cerâmica, fale de:

a)      Conceito, classes, matéria prima e processo de fabricação

Cerâmicos são materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente por tratamento térmico em temperaturas elevadas, partindo de matérias-primas na forma de pós.

O sector cerâmico é amplo e heterogéneo o que induza dividi-lo em sub-setores ou segmento sem função de diversos factores como matérias-primas, propriedades e áreas de utilização.

Classes

1. Cerâmica Vermelha

Compreende aqueles materiais com coloração a vermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno.

2. Cerâmica Branca

Te grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada de vidro transparente e incolor e que era mas sim a grupa dos pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas e/ou técnicas.

Esse grupo pode se dividido em:

Ø  louça sanitária

Ø  louça de mesa

Ø  isoladores elétricos para alta e baixa tensão

Ø  cerâmica artística (decorativa e utilitária).

•cerâmica técnica para fins diversos, tais como: químico, eléctrico, térmico e mecânico.

3. Materiais de Revestimento (Placas Cerâmicas)

• São aqueles materiais, na forma de placas usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas-ambientes internos e externos.

• Recebem designações tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc.

 

4. Materiais Refratários

Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras olicitações.

Para suportar estas solicitações e em função da natureza das mesmas, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas.

5. Isolantes Térmicos

Os produtos deste segmento podem ser classificados em:

a) isolantes térmicos refractários quês e enquadram no segmento de refractários

b) isolantes térmicos não refractários, compreendendo produtos como vermiculita expandida, sílica diatomácea, silicato de cálcio, lã de vidro, lã de rocha, etc-temperaturas inferiores a 800°C

c) fibras ou lãs cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes as citadas noitemb

Fritas e Corantes: Estes dois produtos são importantes matérias-primas para diversos segmentos cerâmicos que requerem determinados acabamentos.

6. Abrasivos: Parte da indústria de abrasivos, por utilizar em matérias-primas e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico.

Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletro fundido e o carbeto de silício.

7. Vidro, Cimento e Cal: São três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica.

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA CERÂMICA

De uma maneira geral a fabricação de um material cerâmico segue as seguinters etapas:

1. Extração do barro:

Cada tipo de cerâmica requer um tipo apropriado de barro. Deve ser analisada a composição granulométrica, o teor de argila, a umidade e a pureza entre outras.

2. Preparo do barro:

Extraída a argila, feita a seleção, segue-se o que se chama de “apodrecimento” da argila.

Ela é depositada ao ar livre, revolvida e passa por um período de descanso. Esta etapa tem por finalidade fermentar ao ar as partículas orgânicas existentes no barro, tornandoas coloidais e aumentando a plasticidade da massa.

A etapa seguinte é a de maceração (desagregar torrões), correção e amassamento. Na correção usam-se misturas.

A fase final é do amassamento, que serve para se obter a uniformidade entre os componentes. A argila então é preparada para a moldagem.

3.Moldagem:

a. Moldagem a seco ou semi-seco.

A moldagem pode ser feita a seco ou semi- seco o que demanda uma grande pressão e consequentemente grande energia. Este processo também leva o nome de prensagem. Este processo é normalmente usado para ladrilhos, azulejos, isoladores elétricos e também para tijolos e telhas de melhor qualidade.

b. Moldagem com pasta plástica consistente

Nestes casos a pasta é forçada a passar sob pressão sob um bocal apropriado, formando uma fita contínua e uniforme. Depois esta fita é cortada nos segmentos desejados. Este processo não pode ter massa com muita água devido a porosidade no cosimento assim como deformação excessiva. Nestes casos uma camara de vácuo muitas vezes é incorporada ao sistema.

c. Moldagem com pasta plástica mole.

É o processo mais antigo pois é feito até sem equipamentos. A massa é moldada à mão, em tornos ou moldes de madeira. É o processo usado em vasos, tijolos brutos, estatuetas pratos e chícaras de barro e eventualmente em telhas rústicas coloniais.

d. Moldagem da pasta fluida

É usado em peças de espessura pequena como louças domésticas, louças sanitárias e peças de alta precisão.

4. Secagem:

A secagem é a fase obrigatória entre a moldagem e o cozimeto. Feita para que a pasta perca o excesso de água antes de ir ao forno. Esta secagem é lenta e bem distribuída evitando o fissuramento, deformações e porosidade das cerâmicas.

Esta secagem pode ser feita ao natural (vento), mas é demorada e exige grandes superfícies de armazenamento, normalmente em telheiros extensos para a proteção do sol.

5. Cozimento:

 É a fase da fabricação em que o barro é colocado em fornos de alta temperatura para que ocorram as reações químicas de endurecimento e vitrificação.

No resultado influem as temperaturas alcançadas, a velocidade de aquecimento, atmosfera ambiente, pressão e umidade.

O cozimento pode ser contínuo ou internitente.

Os combustíveis usados são leha, carvão, óleo ou energia elétrica.

Alguns tipos de cerâmica precisam ir duas vezes ao forno para o recozimento. Isto é comum nas peças esmaltadas.

A aplicação do vidrado pode ocorrer antes, durante ou depois do cozimento

6. Esfriamento:

Nesta fase o único cuidado é evitar um resfriamento muito brusco, que pode fendilhar a peça pela rápida retração.

b) Equação que decorre durante o cozimento da argila.

Al₂O₃ + 3H₂O ^(gibsita)  268-256°C      transição da alumina

2SiO₂ + Al₂O₃ + 2H₂O ^(Caulinita) 499-503°C 2SiO₂ + Al2O₃(metacaulinita)

2(2SiO₂ + Al₂O₃) ^{(metacaulinita)} 950-959°C 2Al₂O₃ + 3SiO₂(espinélio)+ SiO₂ (amorfa)                          ou

2SiO₂ + Al₂O₃) ^{(metacaulinita)} 950-959°C Al2O3(g-alumina)+2SiO₂(amorfa)

3[Al2O3.2SiO2.2H2O] → 3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2 + 6H2O↑

 

2- No Cimento fale de:

Cimento é toda e qualquer substância que possui propriedades de ligação com outros materiais. Geralmente o termo é restrito ao cimentos hidráulicos ( com água ), sendo o mais importante, o cimento portland.

Atualmente, o termo “cimento portland” é usado para o cimento obtido via “clinquer”, diferenciando-o dos cimentos naturais, da pozolana e de outros cimentos. Clinquer é o produto artificial obtido pela calcinação a elevada temperatura (1400-1500°C) de uma mistura de calcário, e argila devidamente dosados e moídos.

Tipos de Cimento

Cimento portland é constituído por 3CaO.SiO2, 3CaO.Al2O3.Fe2O3 e outros como o MgO, K2O, Na2O e Mn2O3. Este pode ser branco, cuja condição é baixo teor de Fe2O3 para a sua cor.

Cimento de baixo calor de hidratação é usado para construção de barragens e pontes. Para a sua obtenção as percentagens de 3CaO.Al2O3 e 3CaO.SiO2 são baixas, porque eles se desenvolvem com maior calor de hidratação.

Cimento aluminoso constituído por CaO.Al2O3.12CaO.7Al2O3 e 2CaO.SiO2, é produzido em fornos portland, contendo o Al2O3 num grau maior que o cimento portland.

É cimento de rápido endurecimento, mais resistente a água sulfatada e água do mar, essa propriedade é devida a presença de 3CaO.Al2O3.

Cimento acidorresistente apresenta a mistura de areia finamente moída com uma substância activa de sílica que possui a superfície altamente desenvolvida. A título de tal substância, aplica-se o tripole previamente submetido a um tratamento químico, bem como o SiO2 obtido artificialmente. Após a adição do silicato de sódio ã mistura indicada, obtém-se uma pasta plástica que se transforma em massa estável, resistente contra todos os ácidos, excepto o HF.

Argila: Usada como fonte de sílica, é um silicato complexo contendo além de alumínio, o ferro, e o magnésio,.

Como vantagem do uso da argila, cita-se a sua facilidade de obtenção, sua abundância e a propriedade de como fonte de sílica ser altamente reativa em razão de sua dimensão molecular.

Gêsso ( CaSO4): Utiliza-se o gêsso natural originário dos estados do nordeste do Brasil, ou ainda o gêsso sintético proveniente de processo de produção do ácido fosfórico ( H3PO4 ).

· Outras aplicações do gêsso no cimento, estão relacionadas à sua influência na aptidão à moagem, sensibilidade ao armazenamento, estabilidade de volume e resistência.

Pozolanas: Classifica-se como pozolana, qualquer material composto por elementos sílicos aluminosos que na presença de cal e água, adquire propriedades cimentícias à temperaturas ambientes.Como fonte de pozolanas, aproveitam-se as cinzas oriundas do carvão das usinas termoeléctricas a queima de argilas ricas em sílicas

Aditivos: A composição anteriormente a queima, pode necessitar de alguns ajustes de formulação.

Utiliza-se para tal ajustes, matérias-primas denominadas de corretivos, ou sejam : minério de ferro para complementar o ferro; quartzito e areia para completar a sílica

Extração do calcário :- Para obtenção do calcário a ser utilizado na indústria do cimento, um extenso sistema de processamento é essencial.

 

Matérias-primas

São as principais matérias-primas:- cal, sílica, alumínio e ferro, participando o cal com 63-67% , a sílica com 20-24%, a alumina e o óxido de ferro com 7-11%.

Calcite CaCO3  Sílica  SiO2   Minerais de argila SiO2_Al2O3_H2O Oxidos de ferro Fe2O3

Nas condições e concentrações necessárias não existe na natureza um material composto, portanto necessita-se fazer uma mistura de vários materiais para atender o desejado.

A sílica será obtida a partir de areias ou quartzitos, o ferro além de presente nos minérios de ferro é encontrado nas argilas e filitos, o alumínio usado será o das argilas tradicionais, e, como a operação de produção ocorre em condições de temperaturas, o cal será obtido via carbonato de cálcio ( calcário ).

Processo de cozidura

1. Preparação do Cru

o  Extracção do calcário (1,5 a 2m)

o  Britagem (cm)

o  Pré-homogeneização formação de pilha de armazenamento com argila e remoção por cortes verticais (+/-75% brita calcaria + 25% argila 9.

o  Moagem e homogeneização : via seca e via húmida

o  Correcção com aditivos (calcário, sílica, ferro, ou alumina)

2. Cozedura

o   Armazenamento nos silos alimentadores do forno

o   Pre-aquecimento

o   Entrada no rotativo

3. Arrefecimento, adição de gesso e moagem
4. Ensilagem e ensacagem

 

Composição química

Calcário CaCO3 ______ CaO ( C ) notação da indústria de cimento

Argila Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O + Fe2O3 ____ Al2O3 ( A )

                                                                            SiO2 ( S )

                                                                            Fe2O3 ( F )

3- No Vidro fale de:

a)      Tipos, sua obtenção, sua composição aproximadamente (fórmula química).

 

Tipos de vidro

Entre os vários tipos de vidro, cinco grupos são mais utilizados. São eles:

a) Vidro de soda-cal

Trata-se do tipo de vidro mais comum, sendo muito utilizado, por exemplo, em pratos e copos. Apresenta na sua composição sílica, cal e carbonato.

b) Vidro de sílica fundida ou quartzo

Trata-se de um vidro cujo ponto de fusão, resistência química e resistência térmica são elevadíssimos. O vidro de sílica fundida possui como principal componente o tetracloreto de silício (SiCl ) e é muito utilizado em laboratórios de altíssima tecnologia que trabalham com altas temperaturas. Não é utilizado para produção de objetos de uso cotidiano em virtude do custo de produção.

c) Vidro de borossilicato

Trata-se de um grupo de vidros que apresenta óxido de boro e silicato na sua composição. Esses componentes químicos favorecem a não expansão do vidro quando ele é aquecido e nem a fácil quebra com um impacto. Um exemplo de sua utilização são as lâmpadas.

d) Vidro de Chumbo

Trata-se de um vidro com alto teor de óxido de chumbo (PbO) e que tem baixo ponto de fusão e alta densidade. É muito utilizado como protetor para radiação.

e) Vidro de silicato de alumínio

Trata-se de um vidro que apresenta na sua composição óxidos de alumínio e boro, o que origina um produto _nal cuja principal característica é a sua durabilidade química.

Bioestat 12, DB 13 genetica 13 hidro 11

 Obtenção e sua composição aproximadamente (fórmula química).

O vidro geralmente é produzido nas indústrias em larga escala e artesanalmente através de uma mistura de substâncias inorgânicas, que é denominada mistura vitrificável. Essa mistura é formada por sílica ou dióxido de silício (SiO2 ) (oriundo, na maioria das vezes, do quartzo), barrilha ou soda (carbonato de sódio - Na2CO3) e calcário

(carbonato de cálcio – CaCO3).

Essa mistura vitrificável é levada para um forno que está a uma temperatura de cerca de 1500ºC.

Assim, esses sólidos fundem-se (passam para o estado líquido), formando uma massa pastosa e homogênea composta de silicatos de sódio e cálcio. Essa é, portanto, a composição química do vidro comum.

barrilha + calcário + areia → vidro comum + gás carbônico

Na2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicatos de sódio e cálcio + gás carbônico

x Na2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Na2O)x . (CaCO)y . (SiO2)z + (x + y) CO2

O CO2 é eliminado no forno de fusão para que não se formem bolhas no vidro. Depois da modelação do formato do objecto desejado, o vidro é resfriado.

 

4- Diferencie a argamassa do betão armado.

A diferença que existe entre argamassa do betão armado é: argamassa é uma mistura de cimento com areia e água enquanto, que betão armado é uma é uma mistura de cimento com areia e água com brita.

5- O silício é uma das matérias-primas usada na fabricação do vidro.

a) A reacção de obtenção do silicato de sódio a partir do sulfato de sódio e dióxido de silício.

SiO₂ + Na2SO₄  ^tºC→  Na2SiO₃ + SO₃

6- O ácido nítrico e nitroso são possuem representam uma das aplicações do nitrogénio.

a) Duas equações de obtenção do ácido nitroso a partir dos derivados do azoto.

NO + H₂O → HNO₂ + H

HNO₃ + 2NO + H₂O↔3HNO₂

 

b) No laboratório

Em laboratório, ácido nítrico pode ser produzido do nitrato de cobre (II) ou por reagir massas aproximadamente iguais de nitrato de potássio (KNO3) com ácido sulfúrico a 96% (H2SO4), e destilando esta mistura ao ponto de ebulição de 83°C do ácido nítrico até somente uma massa cristalina branca, de hidrogenossulfato (bissulfato ou sulfato ácido) de potássio (KHSO4), restar no recipiente de reação.

H2SO4 + KNO3 → KHSO4 + HNO3

A obtenção industrial do HNO3

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O + 907KJ.

Através da oxidação do NO forma-se NO2. Este é dissolvido em água na presença do oxigénio do ar e forma o ácido nítrico.

2NO + O2 →2NO2

3NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO;

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

O ácido obtido neste processo atinge o rendimento de 95% e quando concentrado atinge 97-98% de rendimento.

O Ácido nítrico não é muito estável, sob influência da luz decompõe-se gradualmente por isso deve ser guardo em frascos escuros.

2 HNO3 𝐿𝑈𝑍→ 2 NO2 + H2O + ½ O2

 

7- Complete e acerte as seguintes reacções químicas:

a) 3Cu+8HNO3​⟶3Cu(NO3​)2​+2NO+4H2​O

b) Cu+ HNO3(dil) → 3Cu(NO3)2(aq)+4H2O(l)+2NO(g)

c) 3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO

d) 3Pt + 4HNO₃ + 12HCl → 3PtCl₄ + 4NO + 8H₂O

e) KNO3 quente→ NO2aq+ KO

f) 2 Cu(NO₃)₂ → 2 CuO + 4 NO₂ + O₂

g) Zn+ HNO3(muito dil.) → Zn(NO3)2 +NH4NO3

8- A equação de obtenção do amoníaco a partir de cianamida

CH2N2 + 4H2→2NH3+CH4

9- A reacção de obtenção de fósforo pelo método extractivo.

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 →3CaSO4 ↓+ 2H3PO4

10. Qual é a aplicação comum de fósforo e nitrogénio?

É a Produção de adubos

11- Porque é que a reacção de pentóxido de fósforo e ácido perclórico obtém-se HPO3 ao em vez de H3PO4?

O Óxido de fósforo combina-se energicamente com a Água por isso é usado como agente desidratante muito forte. No ar capta a água, transforma-se rapidamente numa massa difusível do Ácido metafósforico.

12- A reacção de ouro com água régia.

Au + HNO3 + 3HCl ↔AuCl3 + NO↑ + 2H2O