Divirta-se com o Clube da Química. Alumínio.

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1 Divirta-se com o Clube da Química Alumínio

2 Divirta-se com o Clube da Química propõe uma maneira divertida de ensinar a química usando as palavras cruzadas e jogos como o Soduku, caça palavras, dominox, etc. Prof. Dr. Genilson Pereira Santana Produzido por Genilson Pereira Santana Doutor em Físico-Química pela Ufmg Professor da Universidade Federal do Amazonas Genikele Pereira Santana Graduanda em Engenharia Civil pela Unileste

3 O metal alumínio alumínio (símbolo Al) é um metal representativo de Onúmero atômico igual a 13 e massa atômica ponderada 2 7 u. Po r s e r l e v e, relativamente resistente e bom condutor de calor e eletricidade, é muito utilizado na produção de e l e t r o e l e t r ô n i c o s ( c o m p u t a d o r e s, aparelhos de áudio e vídeo), latas de bebidas (refrigerantes, cervejas), além de utensílios culinários (panelas, baldes de gelo e C E R V E J A S H E R F O R D E W O P R E C L A T E M C A E A L E D N B D Q A E E R E O W F S E T E R D E L T A R E D X O R O T N T I J U I A T R W U I C I D R E O I L E T S E E W E D I G I O T H F E P C O R S E N A O E X E S S I V O U E R T S Q C D R O L I E L A R D Z A R E A A I A F E S R T D A I A D E T Z O X N E T E O D I O G E N I N E O O T D R R D S X A E D V T A R I R E A O T A O O D I L O S H U I D S D N O T T E G A H N O L T O I O I I I U A A S R O S H I A E H I C C N P C R O E L X L R N D E M I O E M I S N O D C E B M I L E R S G O L O O E L L R R A V M R T U I C I C Q A W P A C R N S U E M X P S A L E N A P B N W E I L W O A C A L O R P A A Z N I C E A papel alumínio ). Nas condições ambiente, é sólido e brilhante. E, por possuir grande afinidade com oxigênio (já que é um metal não-nobre) não é encontrado puro na natureza (apesar de ser o metal mais abundante da crosta terrestre), mas na forma de óxidos e silicatos. Sua trivalência positiva faz com que seja altamente oxidável, logo, sua aparência visual é de cinza fosco; para que sua verdadeira aparência brilhante seja vista, é necessário um polimento ou atrito com outro metal mais duro. É dúctil e, também, o segundo metal mais maleável atrás apenas do Ouro. O estado de oxidação +3 é praticamente o único encontrado no alumínio e a existência de hidróxido. 1

4 Dominox do alumínio D A A L R O Z B CICLO ELETOELETRONICOS HIDROXIDO LATA OXIDAVEL OXIDO NATUREZA DUCTIL SOLIDO VIDEO BRILHANTE BAUXITA ELETRICA ELETOLITICO INDUSTRIA ALUMINIO PROCESSO REDUCAO ENERGIA RECICLAGEM CONSUMO BEBIDA REFUSAO 2

5 Produção de alumínio a partir do seu minério O alumínio é um metal encontrado bauxita cujo principal componente e o Al2O 3. A bauxita foi identificada pela primeira vez em 1821, por Berthier, na localidade de Les Baux, no sul da França, sendo o alumínio isolado em 1825, pelo químico Oersted. A primeira obtenção do alumínio por processo químico foi realizada em 1864, por Sainte-Claire Deville. Esse processo foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico, utilizado até os dias de hoje. O alumínio é obtido em duas etapas no processo eletrolítico: Refinaria e Redução. Na refinaria a O W E V I D A X U A B S E L D B E O L R N C E A T E M C A E A A R O E B D Q A V E A E O W F T U S G T D U L T A I E D X O R R X T E R J S I A R R L U I C I A I E R I L T T A E A W L D I O N T D P C E R N O R L E N E O C S A S M A V I U E A U S Q C D I F L I E L F A O C I M I U Q O T O E S R E D Q I O G I T Z O D I R T A R D I O G N R N N E O I L M R R E S X A E S E I A R I U O A O U C W O D I U N O H O I Q R C N T I O E R A M E W A T O I T A S A C I A E R O S C I A E L E O A R L C R I E L U L R A D E L I B E A R S H O D C E B M C L E R U P G E O T E L L R R A V N R T C M E M P R O C E S S O N S A E M E M O A E A I M O N O C E I R W T A C A B O S O H N I D A C E F bauxita é transformada em alumina calcinada, para na segunda etapa, ser reduzida por processo eletrolítico para alumínio. O processo de redução é realizado em cubas eletrolíticas em altas temperaturas. Durante esse processo, o alumínio se deposita no fundo da cuba e é extraído por sucção para cadinhos, que transferem o metal líquido à fundição para a obtenção de alumínio puro. Por se tratar de um processo de produção caro devido ao alto consumo de energia elétrica, a reciclagem do alumínio passou ser uma vantagem no comércio deste elemento. Só para ter uma ideia o alumínio reciclado representa uma economia de 95% de energia elétrica em relação ao processo eletrolítico. Outra característica importante da reciclagem é a geração de maior número de emprego em relação a indústria de transformação da bauxita em alumínio. 3

6 Propriedades do alumínio 4 N A T A B F P T N E F T H L B H O TEMPERATURA ALUMINIO CRISTALIZA CONDUTANCIA CALOR LATENTE TRACAO RESISTENCIA CUBICA ESTAVEL FUSAO OXIDO TERMICA BRANCO PRATA FIO ELETRICA INDUSTRIAL CATODO FIO HIDRETO IONICO SOLIDO HIDROXIDO ALUMINA BRUCITA ALCALINA SAL ION

7 O alumínio na indústria automotiva alumínio já está presente em 24% dos componentes dos Ocarros modernos, tornandoos mais leve e consequentemente mais econômicos. Já é possível encontrar veículos cujo consumo é de 2 L para andar 100 km. Apesar de ganhar destaque agora devido ao alto custo dos combustíveis, os fabricantes de automóveis já utilizavam o alumínio há mais de mais de cem anos atrás. Naquela época, o alumínio era um metal recém descoberto e pouco explorado, no entanto, o seu peso leve e resistência à corrosão mostraram ser promissores utilizar este metal na indústria automotiva emergente. O primeiro carro esportivo com um corpo feito de alumínio foi apresentado ao público no Salão do internacional do Automóvel de Berlim em O primeiro motor com peças de alumínio foi construído dois anos depois, quando, em 1901, Carl Benz, um fabricante mundialmente famoso de automóvel, apresentou um novo carro para a corrida de prestígio em Nice. As dificuldades em trabalhar com o alumínio, falta de conhecimento e alto preço impediram o uso do alumínio na produção de automóveis em massa no início do século. Depois da segunda guerra, o alumínio se tornou mais acessível e mais barato, foi quando a Land Rover, fabricante inglesa, começou a explorá-lo. Em 1961 a empresa iniciou a produção em massa do Buick 215 tendo peças de alumínio no moto V8 de 144 kg. Em 1962, o lendário piloto americano Mickey Thompson dirigiu um carro contendo um motor feito de alumínio durante as 500 milhas de Indianápolis. No decorrer dos anos, o alumínio tornou-se um metal obrigatório como componente dos carros. Atualmente, usar o alumínio na produção de um veículo representa consumo baixo combustível e redução da quantidade de emissões gases perigosos para a atmosfera. C E N V E J O M U S N O C R D E O A P I E C L A T O M C A E A C M D R B C Q A E A R E T W F S O B E R R E E T L R E D H O R O N U T I J O I A T R W U O A C D O S O S E O S S I M E E M R O I M T H M E P C O R S S N P E R X I I A I R T S U D N I Q S F R O C V E C A R I Z A R E A O S O F O E R K D A L A L E V Z N O S E S I O E I Z O E A I O E O M A D R S D Y X N P D N T M R I T O A K T A O O E A L D S O U I A S C N O T S E B N H R O T T O I I I M M U O A L A O O H U A E U I C I E P N R R I L V L A N B E M I L T M R S A D D E E B M I L E R R A O E O C N P R O D U C A O T E L C D C Q I W P A C R N S U E B X S O L U C I E V B N W E I L W O A M A O S E P O I N I M U L A 5

8 A descoberta do alumínio lumínio (latim alumen), na verdade é o nome de um do Asulfato de alumínio. Esse s a l é c o n h e c i d o d e s d e a Antiguidade, pois era empregado como fixador de corantes em tecidos. Há mais de anos atrás, o povo antigo da região do Iraque produzia cerâmicas de qualidade usando alto teor de alumínio. Há anos atrás, os egípcios e babilônios usavam compostos de alumínio no preparo de vários produtos químicos e medicinais. Em 1807, Humphry C S O V O P A Y H E R A O M D E O O P R E C V A T E N C I E A G R I N A D A A E F T E O S D S I A N R N D L T A I E D X S I W P N O I I U I M G X V U I A C O C T L I M E T U E A A E A T I D I E I F U P I N R D P M L O N A O S B I L D U I O O O U U P A R S I A L A R D M R R R I M I I A E L B D D A E U S E A N I X S P T I E D I U S L T I D I N A T E R G D S Q A O A E T O M I M E R S A A A O D T L D S S U O A S P O O R L E G S H N O R L Q L O E T I U U A S O O C H S A E G I R U N W M R O P I X O R N D A M I D E H I S N M D D E B M I M E R O M O U O U O I L R R A V A R T R U L M Q Q C W M E T A L I C O P L E S A E E O I R U C R E M L W A R C T L O R P A O T A F L U S Davy (cientista inglês) tentou isolar o alumínio a partir da alumina, Al O. Ele se 2 3 convenceu que a alumina tinha base metálica, chamando-a alumium, mais tarde recebeu o nome de aluminum. No entanto, em outras línguas usava-se o termo aluminium. Somente em 1825 que o alumínio metálico foi isolado por Ørsted a partir da alumina. Para isso, ele preparou o cloreto de alumínio, AlCl e o tratou com 3 uma liga de potássio com mercúrio, formando uma amalgama de alumínio. Após o aquecimento da amalgama ele obteve o alumínio, pois todo mercúrio foi evaporado. Em 1827 o alumínio foi repreparado por Friedrich Whöler em uma forma suficientemente pura, permitindo sua descrição adequadamente. Whöler também obteve o alumínio fazendo reagir cloreto de alumínio, AlCl, com potássio metálico. 3 6

9 Cenas da Química 7

10 A reciclagem: um negócio com amplas vantagens para o ambiente A reciclabilidade é um dos atributos mais importantes do alumínio, pois é ele pode ser produzido infinitas vezes, sem perder suas qualidades n o p r o c e s s o d e r e a p r o v e i t a m e n t o. O exemplo mais comum é lata de alumínio para bebidas, q u e é t r a n s f o r m a d a novamente em lata após a coleta e refusão. Essa c a ra c t e r í s t i c a d á u m a vantagem única para o alumínio, pois contribuir para proteger o ambiente e economia de energia. A R W M A T E R I A S A D I B E B E O L R N S E O T E M C A E A R F O E B D U A V E A E O W F T E U G T I U C T A I E N O O R R A S E R N U A A R R L T I C E A P A R I D T T A E A U R Q I C N R O P O U R A O R D E A I O I S O S R A S I U E O U S D N D C F V P I L T A O R I M A A F O L O E S M E R Q P O G I D Z I D A R I Q A D I O G N C N A E N I B M T A E S A A S S O I T R I U I A A I O W O D E U N O O O T Q L C M M D O T R M M S O G T A I I A E O A I N E U O U C S A S T D O N N C C E I L L M L E S D E A I T O R R M H O D O E B M E L D L O C E E U T V L L R R A V C E T C E M M A R O N R O T E R S O E M W M O A E M E G A L C I C E R W Q U A L I D A D E S I D A C E P reciclagem de alumínio é feita tanto a partir de sobras do próprio processo de produção, como de sucata gerada por produtos com vida útil esgotada. O reaproveitamento de sobras ocorre tanto interna como externamente. Em qualquer caso representa uma grande economia de energia e matéria-prima, refletindo-se em aumento da produtividade e redução da sucata industrial. A reciclagem de produtos com vida útil esgotada, por sua vez, depende do tempo gasto entre seu nascimento, consumo e descarte. Isto é chamado de ciclo de vida de um produto, que pode ser de 45 dias, como no caso da lata, até mais de 40 anos, no caso de cabos de alumínio para transmissão de energia elétrica. Em qualquer caso, o alumínio pode ser reciclado infinitas vezes. Quanto mais curto for o ciclo de vida de um produto de alumínio, mais rápido será o seu retorno à reciclagem. Por isso, os volumes de reciclagem da indústria alcançaram índices expressivos, com a entrada da lata de alumínio no mercado. 8

11 CURIOSIDADE!!! O alumínio de precioso a metal comum or ter um brilho metálico e ser de difícil obtenção o alumínio era considerado precioso em tempos antigos. Napoleão III Ptinha em sua mesa garfos de alumínio para surpreender os dignitários estrangeiros. O Rei do Sião tinha um berloque feito a partir desse metal. No primeiro aniversário do Príncipe Imperial da França, um ministro de Estado comprou-lhe um chocalho de alumínio exclusivo. Em 1852, este metal custava aproximadamente 545 dólares o quilo. Platina e joias de alumínio eram consideradas do mesmo valor. Em 1884, uma cápsula de alumínio valendo 100 onças foi escolhida para ser o Monumento de Washington, sendo exibida por um tempo na janela de um joalheiro da Quinta Avenida. Em 1885, na Exposição de Paris de 1855, um lingote de alumínio foi exibido ao lado das joias da coroa. Entretanto, de formas independentes em 1886, experimentalistas solitários o americano Charles Martin Hall e o francês Paul Heroult, por um processo de eletrolisação de criolita fundida conseguiram obter a alumina. Sem saber do trabalho do outro, ambos descobriram um método barato de obtenção de alumínio metálico. Fato que desvalorizou consideravelmente o valor do metal. Dentre as grandes decisões de Steve Jobs (CEO da Apple) está a escolha do alumínio como invólucro de seus produtos. Ele tinha a preocupação que a Apple tivesse a sustentabilidade do ambiente 9

12 Os dez procedimentos da reciclagem Compras: as latas são compradas pelos consumidores, junto com a bebida. Consumo: depois de consumida a bebida, a lata vazia é levada por sucateiro ao posto de coleta. Coleta: Nesses locais, as embalagens são prensadas com todas as suas partes (corpo, tampa e anel) Prensagem: Neste estágio, as latas são prensadas novamente. Desta vez, em grandes fardos, como são chamados os pacotes volumosos e pesados, fáceis de serem transportados. Fundição: As latinhas são derretidas em fornos especiais para latas de alumínio Lingotamento: Aqui todo o material é transportado em lingotes fundidos sob a forma de tiras, apropriadas para uma refusão ou transformação Laminação: Os lingotes passam por um processo de deformação plástica no qual o material passa entre rolos e se transforma em bobinas de alumínio Nova Lata: As bobinas são usadas para fazer novas latinhas Enchimento: Na fábrica de bebidas, as latas passam por um processo de enchimento para ganhar aquele tradicional formato oco que conhecemos Consumo: Depois as latas são distribuídas mais uma vez aos pontos de venda, fechando o ciclo de reaproveitamento do alumínio C B N B C L F R M E A F 10

13 Aluminio e suas associações P F R M E T V F S RECICLAGEM ENGENHARIA PRIMARIO METAL VIDA TENSAO OXIDO DENSIDADE MALEAVEL DUCTIL FUNDIÇAO LIGAS PRATA COBRE AVIAO ANODO SILICIO FOGUETE EXPLOSIVO SODIO METEORITO ARGONIO FUNDENTE PESADO ACIDO 11

14 Aplicações do alumínio C A R V E S A S O T N E M E L E W I P R S O L E T E M M A E A L E C N B O L A O E R E B W F S E S N R D V U S C R R D A O C O T T E R M I C A A R E U L C R D R R T I A S I I C E S E A I I I I U S F T O E C I S T N G O O C C alta capacidade do T I I E L V N L T R Q E D G O A alumínio em reagir U S S R P D A P P E A N O E N O Ac o m o s o u t r o s R E E I X I T A U S Z S A N D T elementos possibilita a sua A R O A E G S N L N E O C I U N E D C I A E B V V A R I U C T E aplicação em diversas D A A S D I U O E H U I R O I M áreas. De modo geral, as A T C E G A S C R L T O T S B I variedades de aplicações D U R A S D R S I I A E S I I T d o a l u m í n i o e s t ã o I P A R O E L E Z V N D N M L S relacionadas com suas C M B S N O R C A B I I O E I E c a ra c t e r í s t i c a s f í s i c o - A O M O O B L L D S A L C R D V químicas, por exemplo, a P C E C O A W S O C U S S U A E resistência à corrosão e a A P S C L E I T E S N W E I D R a l t a c o n d u t i b i l i d a d e C O R R O S A O A W S O E R E A elétrica e térmica. Quando finamente pulverizado, o alumínio é utilizado como combustível para alguns foguetes e na produção industrial de explosivos. Ele faz parte da estrutura de embarcações, veículos terrestres e aéreos. No revestimento de embalagens, destacando as latas e as embalagens usadas em sucos e leites. Na construção civil, compondo a estrutura de portas, esquadrias, janelas, portões, divisórias, entre outros. Em ferramentas além de outros materiais do cotidiano. Nas redes de transmissão elétrica como um componente da liga de cobre usada, principalmente em transmissão a longas distâncias Em recipientes para armazenamento de substâncias sob temperaturas extremamente baixas, conhecidos como meios criogênicos. O alumínio é aplicado além de tantas outras que seria impossível enumerá-las. 12

15 Ciclo do alumínio O ciclo de vida do alumínio é conhecido por ser um sistema fechado. O alumínio produzido a partir do minério bauxita entra numa cadeia, formada por um ciclo. Como a reciclagem no Brasil chega a 95% podemos considerar o um ciclo fechado. Na figura abaixo existe um ciclo formado por circulos representado o ciclo de vida do alumínio, você capaz de enxergá-lo? 13

16 Experiência Material necessário! 3 latas de alumínio vazio! 6 bocas de jacaré (encontradas em loja de eletrônicos)! 4 metros de fios de cobre de 10 mm! 1 rolo de papel toalha! 1 Estilete! 1 ou mais LED de 12 de volts! Sal de cozinha! abridor de latas! lixa de metal nicialmente, abra a lata de alumínio com auxílio de abridor de latas. Depois lixe a parte interna de cada lata de alumínio com uma lixa. Corte um metro de fio de Icobre e desencape-o completamente com auxílio de estilete. Retire um pedaço do rolo de papel toalha e faça um rolete que possa ser introduzido dentro da lata de alumínio. No rolete de papel enrole completamente o fio de cobre desencapado, deixando apenas uma ponta para fora. Com outro pedaço de papel toalha enrole completamente o rolete com fio de cobre, introduzindo-o dentro da lata de alumínio. Lembre-se deixe uma ponta do fio de cobre para fora da lata de alumínio. Na sequência coloque uma porção de sal de cozinha, aproximadamente uma mão de sal e dissolva-o com água de torneira. Pronto você já uma pilha. Agora repita a operação para mais duas outras latas de alumínio. Depois de pronta ligue-as conforme mostrado na figura abaixo. Pronto, agora você tem um sistema de bateria interligadas capaz de acender um LED, basta conecta-lo conforme o esquema mostrado na figura abaixo. 14

17 Jogo dos 7 erros 15

18 Respostas C E R V E J A S R E O L A T E M E L E N A E O F S E T D L T R X R O T N U I A R I I D R E L T S E D G I O T E C O S A O E X E S S V U R T C D R O L I E A D R E A A I A E S R D E T Z O X N E T E O I N E O T D R R D S A R R E A O A O O D I L O S H U D S D N O T T O L T O I I I I U A S H I A E H C C N P C E L R N D I O E M I D E B I R S G O L L R V M T I C I A U E X S A L E N A P B L O C A L O R A A Z N I C E A S O L I D O O I L E L E T R I C A C C I U E L E T R O L I T I C O O X I D A V E L N X I E D I D T R E D U C A O D E R S O O O O L A T A M R E F U S A O R U L I S E A N N A T U R E Z A O R B P R O C E S S O A E N N B U C E H I D R O X I D O I R C I I C G O L T L I S H A A A A G A L U M I N I O E T M B E B I D A O E I D X U A B S E L B E L N E A R O E D V A T U S G T U I R X T E R S R L A I E R I T A A L O N T D P C R N L E C S A M A I A U I F E F A O C I M I U Q O T O S E O G I D I R A R N R N I L M R E S E I U O A U C U N O O Q R C T I O R M E A I T A S A C I E O C L E O A R L C I U A L B E A R H D C E U P G E T E N C M E M P R O C E S S O A E M O E A I M O N O C E R T C B S O H N I D A C F 4 5 C O N D U T A N C I A T R A C A O A I B R A N C O I L R F S P R A T A N O E T I T E R M I C A D R S E O A C A T O D O U I M A L U M I N I O S C S P I F I O E T U T E E Z F U S A O R B E R L A T E N T E X I I N A E H S S A I I A C C T T I I O A V O D L A I U R D O L L E N O A R I R N I A L C A L I N A C E I D B R U C I T A A T C O A L U M I N A O O H I D R O X I D O C N O M U S N O C E O A I O C M R C A T O B R E L H N U O A O A C O S S E O S S I M E M R O M T M S P E R I I A I R T S U D N I S F R C V C I E O S O O E K L L V N O S S I E Z O A O M A S Y N P N M T O K E A D O A C S B N R T I M M O L A O U U I E N R I V A B L T R A D E R A E C N P R O D U C A O E L D I B S O L U C I E V M O S E P O I N I M U L A

19 Respostas 6 8 C S O V O P Y A O M E O O V N I E G R I A A F T S D I A N N D I E S I P N O I M G X V A C O C T L M U A A A T I D I E I U I N D P M L O N A O S B L D I O O O U U P A R S A A M R R R I M I A L B D E U S A N I S P I E U S L T D I N A E G Q O A E O M I M R S A A T D S U O A P O R L S O L L E T I U O C S A G R U N W M P I O A D E H I M D M O M O U U O I A R U L M Q C M E T A L I C O P L E E O I R U C R E M A R T O T A F L U S R M A T E R I A S A D I B E B E S O R F U A E E U I C N O R A S N U A T E P A D T U R C R O P O U A D A I I O R S O D N C V P I T R A A F L E M R P D I A I A I C A N B T A A S O T I I A I O O E N O T L M M D T M S O G A I E O A N U U S S T D N N C E L M E S A T O R M O O E D L O C E U V C E E M A O N R O T E R O M E G A L C I C E R Q U A L I D A D E S P N O V A L A T A A B E B I D A T F O R N O S F P E G A A L C O R P O B C O S U C A T E I R O C O M P R A S I T R T R O M C E B E A E L E V O A S O F M N O N A M N B U P S S T Z U E P I S A A O I S L O N A S G A N S A O P E S A D O S T S L A M I N A C A O F U N D I C A O A S S O T N E M E L E I S O E E M L E C O L O R B E S N V U S C R A C T T E R M I C A A E L R R R T A S I I C S A I I U S T O E C I T G O C C T I E L V N L R E G O A U S S R P A P P E N O E N O R E E I X T A U S S A N D T A R O A E S L C I U N E C I B V U C T E D A S U E R O I M A C A S C R T S B I D R R I S I T I A E Z V N L S C B R A I O I E A M B D S L C D V P E O S O C U S A E A C L E I T E S D R C O R R O S A O S O E R E A

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