DESVENDAR OS SEGREDOS DAS PEDRAS FERVENTES

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1 DESVENDAR OS SEGREDOS DAS PEDRAS FERVENTES entel/africa.htm Estágio realizado: 11 de Julho de 2011 a 15 de Julho de 2011

2 No âmbito do estágio, promovida pela Ciência Viva com o tema, desvendar os segredos das pedras ferventes, foi-nos proposto a realização de várias actividades laboratoriais de modo a entender o comportamento destas pedras ferventes, os zeólitos. Grupo de trabalho Anastásiya Haurysh (Escola Secundária de Mem Martins) Eunice Afonso (Escola Secundária Sá da Bandeira) Rodrigo Marques (Escola Secundária de Mem Martins)

3 Nome comercial: zeólito ZSM-5 Código IZA: MFI ZEÓLITOS - O QUE SÃO? Os zeólitos são materiais tecnologicamente importantes e que têm aplicações em vários processos químicos. São sobretudo utilizados em: Refinação; Petroquímica; Adsorção; Indústria de detergentes. Nome comercial: zeólito A Código IZA: LTA Nome comercial: zeólito Y Código IZA: FAU

4 Zein (ferver) + lithos (pedra) Zeólitos Adsorventes Permutadores iónicos Secagem, purificação e separação de gases e hidrocarbonet os Catalisadores em processos de refinação catálise heterogénea

5 OS ZEÓLITOS COMO ADSORVENTES Nesta actividade estudou-se o comportamento de um zeólito comercial, Mordenite (MOR) como adsorvente e determinou-se a área da superfície interna e externa de 1 g de zeólito (Área superficial específica) Os zeólitos começaram a ser utilizados nos processos de separação, nos quais estes materiais conseguem reter algumas moléculas no interior dos seus poros e cavidades separando-as assim do meio onde se encontram, pois o diâmetro dos seus poros e cavidades é da mesma ordem de grandeza das moléculas.

6 REGISTO DE RESULTADOS Nº Amostra [CH 3 COOH] (M) M amostra (g) V médio (ml) 1 0,0200 0,998 1,75 2 0,0400 1,0097 3,55 3 0,0600 1,0053 5,35 4 0,0800 0,9940 7,25 5 0,100 1,0076 9,1 6 0,120 0, ,85 Nesta etapa da experiência foi utilizada a técnica de titulação, na qual utilizamos duas tomas de 10mL de ácido acético (CH 3 COOH) e sendo NaOH o titulante, a 0,1M.

7 TRATAMENTO DE RESULTADOS c 1 1 c y y Ky m m Onde: c Concentração de equilíbrio; y - nº de moles de CH3COOH adsorvidas; ym nº de moles de CH3COOH necessários para revestir totalmente toda a superfície de sólido; K Constante de Equilíbrio adsorção/desadsorção Gráfico 1 A partir da equação da recta: 80 c / y (dm -3 ) y = 435,28x R² = 0, c (M)

8 Para obter o resultado da área superficial especifica temos: Que irá ser: A = y m. N.s A = 290 m 2 / g

9 OS ZEÓLITOS COMO AMACIADORES DE UAS A propriedade dos zeólitos que permite o amaciamento da água é a sua capacidade de actuar como permutador iónico. Nesta experiência iremos quantificar o teor em iões em Ca 2+ numa água antes e após o contacto com zeólitos. Iremos testar o desempenho de zeólitos comerciais no estado puro e bem como o de detergentes contendo zeólitos na sua formulação.

10 REGISTO DE RESULTADOS Volume de Titulante V médio (ml) Parte I Titulação Ca 2+ na amostra de água 23,25 Parte II Titulação do Ca 2+ após contacto com o zeólito (250 mg) Parte III Titulação de Ca 2+ após contacto com o detergente (1 g) Amostra de zeólito (4A) Amostra de detergente Skip (UNILEVER) 15,05 4,45

11 TRATAMENTO DE RESULTADOS Concentração de Ca 2+ (M) Parte I Titulação Ca 2+ na amostra de água 9,3x10-3 Parte II Titulação do Ca 2+ após contacto com o zeólito (250 mg) Amostra de zeólito (4A) 6,02x10-3 Parte III Titulação de Ca 2+ após contacto com o detergente (1 g) Amostra de detergente Skip (UNILEVER) 1,78x10-3 Nesta parte da experiencia utilizamos a técnica de titulação sendo usado EDTA a 0,01M como titulante, a murexida como indicador e três amostras (H 2 O, H 2 O com detergente e H 2 O com zeólito puro).

12 TRATAMENTO DE RESULTADOS Amostra Zeólito (4A) (250 mg) Detergente Skip (UNILEVER) (250 mg) Detergente Skip (UNILEVER) (1000 mg) Percentagem de remoção Ca 2+ por 100 ml de água 36 % 20 % 80 %

13 OS ZEÓLITOS COMO CATALISADORES A aplicação mais importante dos zeólitos é sem dúvida como catalisadores heterogéneos na indústria de transformação de hidrocarbonetos presentes no petróleo. Ao actuarem como catalisadores heterogéneos os zeólitos não só aceleram a velocidade das reacções como também promovem a formação de alguns produtos em detrimento de outros.

14 REGISTO DE RESULTADOS Reacção catalítica entre um ácido e um álcool para obtenção de um éster em fase heterogénea (zeólito HY) ou homogénea (H 2 SO 4 ) CH 3 COOH + C 5 H 11 OH C 7 H 14 O 2 + H 2 O Amostras Volume éster produzido (ml) A Catalisador: Zeólito HY (2 g) 10,15 B Catalisador: H 2 SO 4 puro (0,5 ml) 17* * Este valor foi o resultado de uma outra experiencia realizada por um outro grupo.

15 TRATAMENTO DE RESULTADOS 1. Calculo do Reagente Limitante ρ(ch 3 COOH) = 1,048 g/cm 3 ρ(c 5 H 11 OH) = 0,81 g/cm 3 m(ch 3 COOH) = 15,7g m(c 5 H 11 OH) = 12,2g M(CH 3 COOH) = 60,05 g/mol M(C 5 H 11 OH) = 88,15 g/mol n(ch 3 COOH) = 0,26 mol n(c 5 H 11 OH) = 0,14 mol Através dos cálculos concluímos que o reagente limitante é o C 5 H 11 OH (pentanol)

16 2. Cálculo do rendimento da Reacção ρ(c 7 H 14 O 2 ) = 0,876 g/cm 3 M(C 7 H 14 O 2 ) = 130,19 g/mol Rendimento obtido durante a reacção química

17 DISCUSSÃO / CONCLUSÃO Com este estágio e com as experiências realizadas concluímos que os zeólitos são indispensáveis na indústria, encontrando-se presentes na constituição de vários detergentes. Através dos resultados obtidos na experiência de quantificação do cálcio concluímos que os zeólitos estão presentes nos detergentes e removem eficazmente o cálcio, amaciando a água. Concluímos também que quando o zeólito é utilizado como catalisador heterogéneo, embora se produza uma quantidade de éster inferior, é facilmente recuperado, podendo ser reutilizado.