Assim caminha a humanidade

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1 CEEJA QUÍMICA CONTEÚDO PARA U. E. 10 SERÁ UM MAL NECESSÁRIO? Assim caminha a humanidade Você já parou alguma vez para pensar sobre os tipos e a quantidade de matériaprima que é usada anualmente para produzir tudo aquilo que consumimos? Alimentos, bebidas, edifícios, papel, papelão, roupas, calçados, embalagens, alumínio, plástico, fios elétricos, objetos de adorno, pilhas, baterias, fornos de microondas, computadores, telefones celulares e tantas outras coisas. De onde vem toda essa matéria-prima? Se você respondeu: da natureza, acertou. A atmosfera, camada de gases que envolvem o planeta, a hidrosfera, água e substâncias dissolvidas nela, mar, rios; a litosfera, solo e subsolo e a biosfera, os seres vivos, são nossas fontes de matérias-primas, são os recursos naturais. Em outras palavras, tudo que consumimos e usamos é, direta ou indiretamente, obtido da natureza. Isso significa dizer que quanto mais as sociedades crescem (aumento populacional) e se desenvolvem, mais recursos minerais, vegetais e animais precisam ser extraídos da natureza para poder atender a esse aumento de demanda. Alguns desses recursos são renováveis, ou seja, são ou podem ser constantemente produzidos, como os alimentos e a água, por exemplo. Outros não é o caso do petróleo, do gás de cozinha (GLP), dos metais, entre outros, que existem em quantidades limitadas no nosso planeta. Contudo, independentemente de serem renováveis ou não, para obter esses recursos, muitas vezes, acabam-se provocando alterações prejudiciais aos ambientes naturais, como no caso da produção de papel e do alumínio que iremos analisar mais adiante. Reflita e responda: Será que precisa ser assim quanto mais a sociedade cresce e se desenvolve mais a natureza precisa ser explorada e os ambientes destruídos, ou existem outras alternativas? A destruição do meio ambiente é um mal necessário para promover o desenvolvimento das sociedades? Quais as possíveis implicações da destruição dos ambientes para as sociedades a curto, médio e longo prazo? Será que os avanços científicos e tecnológicos ajudam a resolver ou aumentam os problemas ambientais? DO MINÉRIO AO METAL A bauxita encontra-se próxima à superfície, em uma profundidade média de 4,5 metros, o que possibilita a sua extração a céu aberto com a utilização de retroescavadeiras. Porém, antes de se iniciar a extração, alguns cuidados precisam ser tomados para se proteger o meio ambiente. A terra fértil acumulada sobre as jazidas tem que ser removida juntamente com a vegetação e reservada para um futuro trabalho de recomposição do terreno, após a extração do minério. Depois de extraída, a bauxita é levada para a fábrica para ser separada das impurezas. A etapa seguinte é a trituração, para transformá-la em pó. A bauxita em pó é, então, submetida a vários processos físicos e químicos até a obtenção do alumínio. No Brasil, as principais jazidas (fontes) de bauxita estão localizadas conforme descrito no mapa a seguir: 1

2 MAPA INDICANDO A LOCALIZAÇÃO DE RESERVAS MINERAIS BRASILEIRAS O subsolo brasileiro apresenta mais de cem tipos de minério. Em 1998, o volume das exportações chegou a 177 milhões de toneladas, enquanto as importações foram de 68,7 milhões de toneladas, o que garantiu ao país um saldo de US$ 1,9 bilhão. RESERVA DE METAIS/1997 (em milhões) 1. Ferro t 2. Alumínio t 3. Ouro t 4. Cobre 750 t 5. Nióbio 566 t 6. Níquel 304 t 7. Estanho 193 m2 8. Manganês 70 t Jazidas brasileiras de bauxita Identifique no mapa os estados que possuem reservas de bauxita. Organize esses estados em ordem decrescente de número de jazidas de bauxita, ou seja, do estado que possui mais reservas de bauxita para o que possui menos reservas de bauxita. Pode dar algum empate. Sabendo que a exploração das reservas de bauxita causa devastação de grandes áreas de mata nativa na região onde elas se localizam, indique o estado brasileiro que sofre maior impacto ambiental por causa da extração de bauxita. Justifique sua escolha. CUSTOS DE PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO Todo o processo de extração da bauxita e produção de alumínio demanda uma grande quantidade de energia, além da devastação de grandes áreas de mata nativa. O rendimento do processo é de cerca de 20%. Isso significa dizer que, para cada tonelada (1.000kg) de bauxita extraída, pode-se produzir 1.000kg x 20% = 200kg de alumínio. Sabendo-se que a produção mundial desse metal é da ordem de 10 milhões de toneladas (10 bilhões de quilos) por ano, a quantidade de bauxita que precisa ser extraída é de cerca de 50 milhões de toneladas (50 bilhões de quilos) no mesmo período. 2

3 A produção brasileira atual de alumínio é da ordem de 3,5 milhões de toneladas por ano. Maior rendimento, menor destruição do ambiente Suponha que você está no ano de 2030 e que, nesse ano, o processo de obtenção de alumínio a partir da bauxita foi aperfeiçoado, de maneira que o rendimento do processo passou de 20% para 25%. Considerando que a produção brasileira de alumínio em 2030 é da ordem de 5 milhões de toneladas por ano, calcule a quantidade de bauxita que precisa ser extraída para produzir essa quantidade de alumínio. Além disso, para transformar o alumínio obtido em latas, fios, barras e chapas, entre outros, é preciso ainda mais energia, visto que as etapas do processo são realizadas em máquinas que utilizam eletricidade para funcionar. Contudo, a energia elétrica usada para o funcionamento das máquinas representa apenas cerca de 5% do total de energia usada para produzir as latas, se considerarmos o processo desde a extração da bauxita. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE LATAS DE ALUMÍNIO 1. Tudo começa com o corte da bobina de alumínio, em diversos discos, dando-lhes, ao mesmo tempo, a forma de um copo. 2. Os copos são levados para a prensa de fabricação de latas, onde suas paredes diminuem de espessura e são esticadas para formar o corpo da lata. Na saída da prensa, as bordas superiores são aparadas para que todas as latas fiquem da mesma altura. 3. As latas passam por seis banhos consecutivos para secagem e esterilização. 3

4 4. Os rótulos são impressos por em várias cores simultaneamente. Em seguida, como proteção, recebem verniz no corpo a fundo. 5. O interior das latas recebe um spray especial que vai formar uma camada de proteção extra. Depois, as latas vão para um forno de secagem do revestimento aplicado. 6. A última etapa de fabricação e a moldagem do pescoço e do perfil da borda para o encaixe da tampa. 7. Depois de pronta, a lata passa por mais um controle de qualidade. Um dos testes e feito utilizando-se um feixe de luz de alta intensidade, capaz de detectar qualquer defeito. 8. Finalmente, as latas são inspecionadas e paletizadas para armazenagem e transporte. Ductibilidade em ação Analise o esquema do processo de produção de latas de alumínio e identifique a etapa cuja realização foi possível graças à propriedade de ductibilidade do alumínio. Se achar necessário, releia o item: Refrigerantes e aviões. O que eles têm em comum? Você sabe que o alumínio é mais dúctil que o flandres (aço), usado antigamente para a fabricação de latas de refrigerante e cerveja, e que o processo de fabricação de latas de flandres é semelhante ao usado para fabricar latas de alumínio. Aponte qual das afirmativas abaixo explica corretamente uma das causas da economia de energia elétrica que ocorreu no processo de fabricação de latas, em função dessa mudança de matériaprima (de aço para alumínio): a) o revestimento protetor aplicado no interior das latas, na etapa 5, seca mais rapidamente quando aplicado nas latas de alumínio do que nas latas de flandres e, conseqüentemente, precisa permanecer menos tempo no forno, proporcionando uma economia de energia. b) sendo o alumínio mais dúctil que o flandres, quando as chapas de alumínio são submetidas à prensagem, na etapa 2, para serem esticadas e se tornarem menos espessas (mais finas), não há necessidade de tanta pressão nos cilindros quanto para produzir os mesmos efeitos no flandres. O que faz a máquina (prensa) requerer menos energia. O resultado disso é uma economia de energia elétrica no processo de produção de latas. c) a economia de energia elétrica acontece porque a impressão dos rótulos (etapa 4) é mais fácil e rápida nas latas de alumínio do que nas latas de flandres. d) a esterilização, feita na etapa 3, é mais rápida nas latas de alumínio do que nas latas de flandres, fazendo com que a máquina precise trabalhar menos tempo e, conseqüentemente, precise usar menos energia, proporcionado uma economia para todo o processo. RECICLAR É PRECISO O consumo de energia e a devastação de grandes áreas de mata nativa, durante a produção de alumínio, só não são maiores por causa da reciclagem. Com a reciclagem reduz-se a necessidade de se extrair e processar a bauxita; conseqüentemente, muitas etapas do processo de produção de alumínio são eliminadas. Com isso, o consumo de energia elétrica cai para apenas cerca de 5% do total usado para obter esse metal a partir da bauxita. Contudo, a reciclagem não é um conjunto de procedimentos que elimina totalmente a necessidade e a produção de alumínio a partir do minério. Mesmo que todo o alumínio 4

5 já produzido fosse reciclado (o que não acontece), isso não supriria o aumento de demanda que surge a cada ano, com o crescimento das sociedades e com o desenvolvimento delas. Em outras palavras, a reciclagem é uma conquista tecnológica e econômica para as sociedades e para a indústria, que diminui seus custos de produção e ainda contribui para a preservação do meio ambiente. Mas não é uma conquista que veio para acabar definitivamente com a extração da bauxita, apesar de sua enorme contribuição para a minimização dos custos de produção e redução da degradação dos ambientes. GRÁFICO DO PERCENTUAL DE RECICLAGEM DE LATA DE ALUMÍNIO NO MUNDO Quem recicla mais? Analise o gráfico anterior e estabeleça uma ordem crescente de países e continente em termos de sua capacidade de reciclagem, no período de 2000 a Indique o país ou continente que teve o maior aumento na sua capacidade de reciclagem de latas de alumínio no período de 2000 a Envolvidos na reciclagem Sabe-se que o processo de reciclagem não depende só da indústria, que derrete as latas usadas e faz embalagens novas a partir do alumínio obtido. Depende também de outros segmentos da sociedade, como os catadores de lixo, as empresas de sucata, 5

6 supermercados, escolas e a sociedade civil em geral, que contribuem, direta ou indiretamente, com a coleta e o envio das latas vazias para a indústria. Analise o esquema de reciclagem e indique em que etapa ocorre a participação desses outros segmentos da sociedade (catadores de lixo, escolas, supermercados etc.) no processo de reciclagem. Sendo a reciclagem um processo cíclico, que depende de todas as suas etapas para ocorrer, faça uma previsão sobre o que pode acontecer se um dos elos (etapas) desse ciclo for quebrado, como, por exemplo, a não-participação desses outros segmentos da sociedade na coleta e envio das latas vazias para a indústria. DIAGRAMA DE RECICLAGEM Fonte: http// 6

7 Os benefícios da reciclagem A indústria de alumínio algumas vezes diz que o processo de reciclagem tem inúmeras vantagens, entre elas a de beneficiar uma parcela da sociedade (população carente), que coleta e vende as latas de alumínio para as empresas de sucata ou diretamente à indústria de alumínio. Leia o trecho abaixo, extraído do site da Associação Brasileira de Alumínio (ABAL), na internet. Com o índice de 78% (em 2000), o Brasil se mantém entre os países que mais reciclam latas de alumínio no mundo a taxa brasileira reflete o trabalho constante que vem sendo feito na última década para divulgação dos benefícios socioeconômicos proporcionados pela reciclagem, no engajamento de diferentes camadas da sociedade brasileira e no crescimento da consciência ambiental, afirma o coordenador da Comissão de Reciclagem da ABAL e diretor de Reciclagem da Latasa, José Roberto Giosa. Isso é verdade (os benefícios sociais e econômicos para a população existem), contudo, o maior beneficiário da reciclagem é a própria indústria, que economiza muita energia, reduz o gasto com mão-de-obra, diminui o consumo de combustível e, conseqüentemente, economiza milhões de dólares. Além, é claro, de manter uma boa imagem perante a opinião pública, por estar contribuindo para a preservação do meio ambiente. Diante dessa afirmação, escreva um pequeno texto, com o tema: Benefícios e beneficiários da reciclagem, para expor sua opinião sobre os interesses da indústria em veicular notícias como essa na mídia. REFRIGERANTES E AVIÕES: O QUE ELES TÊM EM COMUM? O alumínio é o segundo metal mais leve encontrado na natureza e o mais abundante na crosta terrestre e é bastante útil em nossos dias, sendo utilizado para fabricar desde embalagens (latas de refrigerante e cerveja), janelas, portas e fios elétricos até fuselagens de aviões, devido a suas propriedades químicas e físicas conhecidas, atualmente, como maleabilidade (capacidade de se deixar deformar, moldar, por ação mecânica: martelada ou prensagem); ductibilidade (capacidade de se deixar esticar, sem partir); resistência à corrosão (não se deteriora com facilidade: não enferruja ); capacidade de formar ligas metálicas (misturas homogêneas entre metais); boa condutividade térmica (permite que o calor flua com facilidade através dele); ótima condutividade elétrica (permite que a eletricidade flua através dele com facilidade); baixo custo de produção (se comparado a outros metais com propriedades semelhantes), entre outras. VANTAGENS DO ALUMÍNIO EM APLICAÇÕES NOS SETORES DE TRANSPORTE E DE EMBALAGEM Propriedades Leveza Vantagens Setor de transporte: se um veículo é fabricado com peças de alumínio ou de liga de alumínio (como a carroceria, por exemplo), ele se torna mais leve e proporciona menor consumo de combustível e menor desgaste de partes como pneus, lubrificantes, componentes da suspensão, dos freios, do motor, do câmbio e da transmissão. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio, (como as latas de refrigerante e cerveja), proporcionam economia no custo de transporte, visto que permitem transportar mais produtos com menos peso, quando comparadas com embalagens de aço (flandres) e de vidro, por exemplo. 7

8 Resistência à corrosão Setor de transporte: aumenta a durabilidade das peças feitas em alumínio, uma vez que o alumínio não se deteriora com facilidade (não enferruja ). Setor de embalagem: aumenta a durabilidade da embalagem, por não se deteriorar (não enferrujar ) com facilidade e não alterar o sabor do alimento. Maleabilidade Setor de transporte: o alumínio é mais maleável que o aço e, portanto, é mais facilmente moldado, permitindo, assim, um melhor acabamento das peças fabricadas com ele. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio são mais facilmente moldadas, permitindo, assim, um melhor acabamento. Não quebram. Condutividade térmica Setor de transporte: radiadores fabricados em alumínio permitem uma rápida dissipação do calor e, conseqüentemente, o motor esfria mais depressa. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio, e que vão à geladeira, gelam mais rápido e, com isso, reduzem o consumo de energia elétrica em cerca de 15%. Essas e outras propriedades do alumínio são vantajosas não só para os setores de transporte e embalagem, mas para vários outros setores industriais, como o de utilidades domésticas. Materiais diferentes, propriedade diferentes Imagine que você tem uma serralharia que fabrica, entre outras coisas, portões de ferro. Baseando-se no texto e na tabela anterior, indique duas propriedades do alumínio que podem fazer você trocar o ferro pelo alumínio, na hora de fabricar portões. Justifique sua escolha explicando as vantagens da utilização do alumínio para a fabricação dos portões. Por conta dessas e de outras propriedades, bem como de suas vantagens para a indústria, o alumínio vem ganhando cada vez mais terreno no setor de embalagens, de automóveis, de informática e em vários outros setores industriais. Isso significa aumento na produção desse metal e, conseqüentemente, aumento na extração de bauxita minério que lhe dá origem. Observação: Fonte: Material de apoio ao Encceja, Ciências da Natureza e suas Tecnologias, Livro do estudante, Capitulo IV, pg, de 108 até 117. Por que o alumínio compete com o aço? O QUE VAMOS APRENDER? Sobre carbono Extração do alumínio da bauxita Reciclagem do alumínio As propriedades do alumínio Por que o alumínio não enferruja O aço é um material de muita utilidade para nós. Já sabemos que, para se obter o aço com as características que nós queremos, basta adicionar quantidades controladas de outros metais, como crômio, alumínio, níquel, titânio etc. 8

9 A principal substância que tem em qualquer tipo de aço é o carbono, que não é um metal. O carbono é uma substância simples que não tem as propriedades de um metal. Por isso ele é chamado de um não metal. O grafite de lápis é carbono. Ela quebra fácil, não dá para fazer chapas de carbono, nem dá para transformá-la em fios. A única propriedade do grafite que é igual à dos metais é a de conduzir corrente elétrica. Por causa dessa propriedade, a grafite é usada na fabricação de pilhas. Se você desmontar uma pilha, vai encontrar dentro dela um cilindro preto que é feito de carbono. Ele conduz a corrente elétrica que é produzida na pilha. No aço são colocados outros não metais. Os mais comuns são o fósforo e o silício. As características do aço dependem das substâncias adicionadas ao ferro e das suas quantidades. Vendo todas as aplicações do aço, temos a impressão de que se trata de um material perfeito, de que seu único defeito é a corrosão. Existe outra desvantagem do aço que não é muito visível para nós. É o seu peso. O aço é basicamente ferro; por isso é muito pesado. Essa é a grande desvantagem do aço. É fácil de confirmar isso. Experimente carregar um objeto feito de aço e outro feito de alumínio e você vai notar a diferença. Mas será que dá para construir uma máquina com alumínio? Com o alumínio puro talvez seja difícil, mas, com as ligas de alumínio, é possível fazer muita coisa. O que era feito de ferro, há pouco tempo, agora é feito de alumínio. Exercício 1 Faça uma lista de objetos que não aparecem na figura, e que eram feitos de aço e agora são feitos de alumínio. Uma das principais qualidades do alumínio é a de ser um metal muito leve. Exercício 2 A densidade do alumínio é mais ou menos a metade, um terço ou um décimo da densidade do ferro? Além da densidade muito baixa, o alumínio tem características mecânicas muito boas. Pode ser facilmente transformado em chapas ou em fios. Isso aumenta a possibilidade de seu uso. Outra característica interessante do alumínio é a de que ele conduz eletricidade. Por isso ele é usado em fios de alta tensão. Nas cidades grandes, existe muita campanha pela reciclagem do alumínio. Será que é difícil reciclar alumínio? Na fábrica de reciclagem existe um forno aberto, onde se faz a fusão do alumínio. A sucata de alumínio é preparada antes de ir para o forno. Ela passa por uma esteira magnética. Exercício 3 O que acontece quando a sucata de alumínio passa por uma esteira magnética? 9

10 Depois de passar pela esteira, a sucata de alumínio é prensada antes de ser colocada no forno. É preciso prensar o alumínio e fazer uma espécie de pacote porque, se o alumínio for colocado solto no forno, ele queima inteiro. Por que o alumínio solto queima e o alumínio em pacote não queima? Para queimar o alumínio é preciso que ele entre em contato com o ar. Se o alumínio estiver na forma de pacote bem prensado, não vai haver ar suficiente para o alumínio queimar e por isso o alumínio derrete e não queima. Ao queimar o alumínio na presença de ar ele se transforma em óxido de alumínio. Nas condições do forno, a transformação do alumínio em óxido é ainda mais fácil. Com o alumínio acontece a mesma coisa que com muitos outros metais. O alumínio metálico se transforma espontaneamente em óxido de alumínio, que é a forma como esse metal se encontra na natureza. Bauxita é o nome do minério de onde se extrai alumínio. Para fazer essa extração, precisa-se de muita eletricidade. A grande vantagem de se reciclar o alumínio é que não se precisa gastar toda essa energia elétrica. Como o ponto de fusão do alumínio metálico não é alto, é fácil de fundir. A transformação do óxido no metal não é uma transformação natural. É forçada com muita eletricidade. Por isso é um processo caro. No Brasil, temos uma das maiores reservas de bauxita. Por isso o Brasil é um dos grandes produtores de alumínio. Para derreter o ferro é preciso mais calor do que para fundir o alumínio. Exercício 4 Por que se sente mais calor onde se derrete ferro do que onde se recicla alumínio? Outra coisa diferente na reciclagem do aço é um controle muito rigoroso das substâncias que estão misturadas no ferro. Na fábrica de reciclagem do alumínio não se faz controle com tanto rigor, porque o alumínio produzido da reciclagem é usado, por exemplo, para construir carrocerias de ônibus e de caminhões. O alumínio tem muito uso porque é um metal muito leve e porque não sofre corrosão. O alumínio metálico é muito resistente à corrosão porque tem uma camada de óxido de alumínio que o protege. O óxido de alumínio é uma substância muito dura, resistente à ação da água. É muito impermeável. Não deixa passar oxigênio. Por isso, quando se forma essa camada de óxido de alumínio, o resto do metal fica protegido. O alumínio é um metal que tem muitas qualidades. As duas principais são: leveza e resistência à corrosão. Pode-se preparar ligas de propriedades muito boas, misturando-se o alumínio a outros metais, principalmente o magnésio. Você precisa saber Carbono, fósforo e silício são substâncias simples, não-metais. São adicionadas ao aço para dar-lhe propriedades melhores. Alumínio é um metal, cuja densidade é menor que a do ferro. Sua temperatura de fusão também é menor que a do ferro. O alumínio pode ser transformado facilmente em chapas, fios e perfis. O alumínio é encontrado na natureza na forma de um minério chamado bauxita. Bauxita é uma mistura de óxidos, em que o óxido de alumínio é encontrado em maior quantidade. O Brasil é rico em bauxita, principalmente os estados de Minas Gerais e Pará. O alumínio é obtido da bauxita num processo que usa eletricidade. Por isso é um processo caro. 10

11 Reciclar alumínio é mais barato do que obter alumínio a partir da bauxita, porque é só fundir o alumínio. O alumínio recobre-se rapidamente com uma camada de óxido de alumínio, porque o alumínio se liga facilmente ao oxigênio do ar. Essa camada de óxido é muito fina e dura e não deixa passar oxigênio. Por isso ela protege o alumínio, que fica muito resistente ao ataque do ar e da chuva. Você viu que metal é uma substância simples, ou uma liga, que tem brilho, é maleável, dúctil, deixa passar eletricidade e conduz calor. As substâncias simples que não têm todas essas propriedades são chamadas de não-metais. Das substâncias simples que você conhece, nitrogênio e oxigênio são nãometais, porque não têm nenhuma das propriedades dos metais. Carbono, por outro lado, não tem brilho, não é maleável, nem dúctil (quebra com facilidade), mas deixa passar eletricidade. Alumínio é obtido do minério chamado bauxita. Bauxita é uma mistura de óxido de alumínio, óxido de ferro e de alguns outros óxidos. Metade da bauxita é óxido de alumínio. O óxido de ferro dá cor marrom-avermelhada à bauxita. Ela parece uma terra comum. Para extrair alumínio da bauxita, primeiro precisamos separar o óxido de alumínio dos outros óxidos. Isto é feito com uma substância chamada soda cáustica, que precisa estar quente. O óxido de alumínio dissolve-se e os outros óxidos, não. Obtém-se uma mistura heterogênea. Dá para separar os outros óxidos por decantação. Em seguida, precisa-se separar o óxido de alumínio dessa solução. Essa é só a primeira parte da produção de alumínio a partir da bauxita. Tem-se agora óxido de alumínio puro. O óxido de alumínio é misturado com outras substâncias e é aquecido a 980 oc. Passase eletricidade por ele e aí forma-se o alumínio. O oxigênio, que estava ligado a ele, vai embora. Para produzir 1 kg de alumínio precisa-se de tanta eletricidade quanto para deixar acesas 250 lâmpadas durante uma hora. Dá para perceber que sai caro produzir alumínio a partir da bauxita. É preciso separar o óxido de alumínio e, depois, usar muita eletricidade. Este é o motivo por que é tão interessante reciclar alumínio. Para reciclar sucata de alumínio, basta aquecê-la até a temperatura de fusão do alumínio, que é de 660ºC. O alumínio derretido é transformado em lingotes, que são vendidos às indústrias que o usam. Às vezes, vem ferro junto com o alumínio Para separá-lo usa-se um ímã, antes de jogar a sucata de alumínio no forno de fusão. Quando a sucata de alumínio é de latas de refrigerante, a gente precisa prensar um monte de latas para formar um pacote menor. É que as latas são de alumínio muito fino e na temperatura do forno de fusão seriam atacadas pelo oxigênio do ar. O alumínio formaria óxido de alumínio e perderíamos todo o alumínio. Quando as latas estão prensadas, o oxigênio não chega lá tão facilmente e o alumínio derrete antes de ser atacado pelo oxigênio. Exercício 5 Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações a seguir: a) ( ) Qualquer tipo de aço tem carbono. b) ( ) O carbono é um metal. c) ( ) Carbono é uma substância simples. d) ( ) As propriedades do aço dependem das substâncias adicionadas ao ferro. e) ( ) Silício é um metal. f) ( ) A única desvantagem do aço em relação ao alumínio é que o aço enferruja. g) ( ) O aço é mais pesado que o alumínio. 11

12 h) ( ) O alumínio é atraído pelo ímã. i) ( ) O Brasil tem grandes quantidades de bauxita. j) ( ) Alumínio queima tão facilmente quanto o ferro. Exercício 6 Dê exemplo de três não-metais que podem ser adicionados ao aço. Exercício 7 Cite três propriedades do alumínio que fazem com que esse metal seja muito utilizado. Exercício 8 Qual é o nome do composto que se forma quando o alumínio queima? Exercício 9 Quando aquecido, o alumínio em pó queima e uma barra de alumínio não queima. Por quê? Exercício 10 Qual é a diferença entre fundir e queimar? Exercício 11 Qual é o nome do minério de alumínio? Em que forma o alumínio se encontra nesse minério? Exercício 12 Quais são as duas principais qualidades do alumínio metálico? Exercício 13 Escolha uma das substâncias, alumínio, óxido de alumínio, fósforo, bauxita e aço, para exemplificar cada um dos casos abaixo: a) É um minério. b) É um metal mais leve que o ferro. c) É uma liga. d) É um não-metal. e) É uma substância composta. Exercício 14 Por que o alumínio metálico é resistente à corrosão? Exercício 15 Qual é a diferença entre extrair e reciclar o alumínio? Exercício 16 O que é mais fácil: transformar o alumínio metálico em óxido ou o óxido em metal? Por quê? Exercício 17 Como comprovar que o ferro tem densidade maior que a do alumínio? 12

13 GABARITO 1. esquadrias portas janelas grades panelas blocos de motor pistões de motor 2. Na tabela da aula 19 vimos que a densidade do alumínio é 2,7 g/cm3 e a do ferro, 7,8 g/cm3. Portanto, a densidade do alumínio é aproximadamente um terço da densidade do ferro: 3. Quando a sucata de alumínio passa numa esteira com um ímã, o ferro, que pode ter vindo com o alumínio, é separado. 4. Onde se funde ferro deve ser mais quente que no lugar em que se funde alumínio, porque a temperatura de fusão do ferro (1.535 oc) é maior que a do alumínio (660 oc). 5. a) (V); b) (F); c) (V); d) (V); e) (F); f) (F); g) (V); h) (F); i) (V); j) (F). (b) é falsa pois o carbono é um não-metal; (e) é falsa pois o silício, como o carbono, é um não-metal; (f) é falsa porque, além de enferrujar, ele tem uma outra desvantagem em relação ao alumínio: ele é mais pesado; (h) é falsa porque o alumínio não é atraído pelo ímã; o único metal que é atraído pelo ímã é o ferro; (j) é falsa porque o alumínio queima mais facilmente que o ferro. 6. Carbono, silício e fósforo. 7. Tem densidade baixa, isto é, é leve. Tem propriedades mecânicas boas. Conduz a eletricidade e pode ser usado em fios de alta tensão. 8. Óxido de alumínio. 9. Porque no alumínio em pó o ar penetra e entra mais em contato com o metal. Daí temse junto o metal, o oxigênio do ar e o calor do aquecimento, ou seja, os componentes do fogo. 10. Na fusão, o sólido derrete com o aquecimento. Na queima, o sólido pega fogo com o aquecimento e se transforma em outro produto. 11. Bauxita. Nesse minério o alumínio se encontra na forma de óxido. 12. É leve, quer dizer, tem densidade baixa e não enferruja. 13. a) Bauxita é um minério de alumínio. b) Alumínio é metal e mais leve que o ferro. c) Aço é uma liga de ferro, carbono e outros metais além do ferro. d) Fósforo é um não-metal. e) Óxido de alumínio é uma substância composta. 14. Porque ele se liga ao oxigênio formando o óxido de alumínio; esse óxido adere ao metal, protegendo-o. 15. Extrair o alumínio, ou qualquer metal, é obter o metal a partir do minério, que é sua fonte natural. Reciclar é obter o metal a partir dele mesmo, por meio da fusão do material sólido, purificação do líquido obtido e resfriamento do líquido para obter o sólido novamente. 16. Transformar alumínio metálico em óxido, pois essa é a forma natural desse metal. 13

14 17. Pesaria um pedaço de ferro e outro de alumínio, do mesmo tamanho, e verificaria qual dos dois pedaços é mais pesado. Se os objetos têm o mesmo volume, o mais pesado é o mais denso. CONTINUANDO OS ESTUDOS As ligas metálicas de cobre são constituídas por partículas de cobre misturadas com partículas de outros elementos químicos, como sólidos homogêneos. Após várias explicações dadas pelos cientistas, no decorrer de muitos séculos, atualmente, poderíamos dizer o seguinte: o cobre metálico, o óxido de cobre são substâncias diferentes, pois possuem arranjos atômicos diferentes. Na liga de bronze, há uma mistura de cobre e estanho. Mas, em todos esses arranjos, está presente um mesmo tipo de átomo, o cobre. COMO O HOMEM ENCONTRA O COBRE NA NATUREZA E O UTILIZA? Como vimos anteriormente, há mais de anos, o homem já extraía o cobre das rochas, em seu estado nativo, e fundia o metal. Anos mais tarde, iniciaria a metalurgia do cobre. Inicialmente, supõe-se que os homens aqueciam pedras verdes e obtinham um líquido vermelho o cobre na forma metálica. Como o homem extraía cobre da pedra? Que processos são envolvidos? Veja a figura abaixo: Imagine que esta é uma seqüência de tempo. 14

15 1 - O primeiro passo do processo consistia na retirada das pedras verdes do solo. 2 - Em seguida, as pedras verdes eram separadas das de outra cor e quebradas. Comparando o primeiro e o segundo passo, a cor permanece a mesma, apenas o tamanho dos grãos diminuiu. 3 - No terceiro passo, o homem teria introduzido os fragmentos de pedras verdes em uma fogueira. 4 - No quarto passo, um líquido vermelho brilhante estaria escorrendo e se solidificando, e gases sendo expelidos. Vamos nos deter na ação do fogo e na etapa seguinte, quando houve mudanças visíveis. O ponto inicial era caracterizado pela aparência das substâncias que foram colocadas para reagir. O ponto final foi caracterizado pela aparência das substâncias que resultaram. Em nosso exemplo, consideramos como o ponto inicial e o ponto final os seguintes: Ponto inicial: as pedras de cor verde no fogo. Ponto final: cobre metálico (sólido, vermelho brilhante) e gases. Denominamos atualmente tal pedra de malaquita. Neste mineral, o cobre está combinado com outros elementos. Mas o cobre obtido no final do processo é o cobre metálico (não está combinado com outros elementos). O fogo forneceu energia térmica para ocorrer a reação. Se compararmos o estado inicial e final, dizemos que houve uma transformação, pois mudou a cor, houve a produção de um gás e houve absorção ou consumo de energia térmica. Podemos concluir que houve alteração na natureza das substâncias, com a formação de novas substâncias. Portanto, este processo é uma transformação química. As transformações químicas são aquelas que produzem novos materiais. Podemos reconhecê-las por meio das seguintes evidências: mudanças de cor, desprendimento de gás, produção ou absorção de energia (calor, luz, som, eletricidade, etc.) Será que tudo se altera numa transformação química? Para responder é preciso que olhemos para seus aspectos quantitativos. Observação: Fonte: Material de apoio ao Encceja, Ciências da Natureza e suas Tecnologias, Livro do estudante, Capitulo VIII, pg, 245 e 246. Por que o cobre não precisa de proteção? O QUE VAMOS APRENDER? Sobre o latão A reciclagem do cobre Os usos do cobre metálico Decapagem do cobre metálico Especificação de um produto Soluções diluídas e concentradas Estudando como se faz a reciclagem do aço e do alumínio, nós percebemos que os métodos são muito parecidos. É só aquecer bastante, até o metal fundir. A temperatura de aquecimento depende do ponto de fusão do metal. Os metais podem ser reciclados por simples aquecimento, pois são substâncias muito resistentes ao 15

16 calor. Os metais, mesmo aquecidos a temperaturas altíssimas, não se transformam em outras substâncias. Só mudam de estado físico. As propriedades dos metais podem ser modificadas, misturando-se pequenas quantidades de outros metais. A liga, que é o resultado dessa mistura, tem comportamento completamente diferente dos metais, que foram misturados. Aço é uma liga de ferro e carbono; o latão é uma liga de cobre e zinco; o bronze é uma liga de cobre e estanho etc. Os metais amarelados e os avermelhados são vendidos para a mesma fábrica. Apesar de eles terem aparência bem diferente, os dois têm cobre na sua composição e, embora sejam encontrados em pequenas quantidades nos depósitos de ferro-velho, numa fábrica de cobre e latão a maior parte do metal é fabricado por reciclagem. A principal matéria-prima encontrada numa fábrica de reciclagem de cobre é o fio elétrico e o cabo de telefone. O cobre é um metal muito bom para fabricar fio elétrico porque conduz muito bem a eletricidade. Além disso é um metal fácil de ser transformado em fios. Exercício 1. Você conhece alguma outra propriedade do cobre que tem aplicação prática? Muitos fios que vão ser reciclados parecem fios novos. Mas são fios que apresentam algum defeito ou que estão fora das especificações exigidas pelo cliente e, por isso, não podem ser usados. O que é estar fora da especificação? Especificação é a descrição detalhada e precisa das características de um material. Qualquer material comercializado deve estar acompanhado dessa descrição. Ela deve ser feita, de preferência, com números, ou seja, com medidas. Por exemplo, o cobre para fins elétricos, normalmente usado em fios, pode conter, no máximo, 400 gramas de oxigênio para cada quilos de cobre. Mas, isso não quer dizer que tem gás oxigênio dissolvido no cobre metálico. Na realidade são 400 gramas de oxigênio ligados ao cobre formando o óxido de cobre. Qualquer matéria é formada de partículas muito pequenas. Essas partículas são tão pequenas que não conseguimos vê-las, mesmo usando microscópio muito poderoso. Para ver as partículas é preciso usar um microscópio com tecnologia especial, que só existe em alguns laboratórios muito avançados. Nos 400 gramas de oxigênio tem um número fixo de partículas de oxigênio. Cada uma das partículas de oxigênio se liga a duas partículas de cobre. Portanto, o número de partículas de cobre que se ligam ao oxigênio é fixo também. Um outro exemplo de especificação é o ponto de fusão do metal. No caso do cobre, com essa impureza de óxido, o ponto de fusão é mais baixo que o do metal puro. O ponto de fusão do cobre impuro é 1.066oC enquanto o do cobre puro, sem nenhuma impureza, é 1.085oC. Exercício 2 Qual é o ponto de fusão do cobre com a introdução de impureza de óxido de cobre? O abaixamento do ponto de fusão não é muito grande, mas a presença de impurezas influi em outras propriedades como, por exemplo, a facilidade de dobrar. É muito mais fácil dobrar cobre puro do que cobre com impurezas. 16

17 A fusão do cobre é feita de forma bem parecida com a do ferro. O metal é fundido, são feitos os fios, os tubos e as chapas. Esses materiais são colocados em um líquido para tirar a camada de óxido que se forma sobre o metal. É o processo da decapagem. É uma espécie de lavagem do metal. Os produtos de cobre que estão cobertos com uma camada de óxido são mergulhados em ácido sulfúrico. Nesse ponto podem surgir muitas dúvidas: Por que se tira a camada de óxido? No caso do alumínio era vantajoso ter essa camada de óxido para proteger o metal. Por que no cobre, não é? O alumínio metálico, sem a camada de óxido, é atacado pela água. Por isso é bom que o metal esteja coberto com uma camada de óxido resistente à água. O cobre metálico não é atacado pela água. Por isso não há necessidade dessa camada de óxido. Como o ácido tira a camada de óxido de cobre? Quando a camada de óxido de cobre entra em contato com o ácido sulfúrico, ela é atacada pelo ácido, resultando em água e em uma substância chamada sulfato de cobre. Sulfato de cobre não é óxido nem ácido e nem hidróxido. É de um outro grupo de substâncias que nós chamamos de sal. Geralmente a palavra sal é usada para indicar uma substância que se chama cloreto de sódio. Este é o nome da substância que usamos na cozinha para temperar a comida. O cloreto de sódio é retirado da água do mar. A água do mar é salgada por causa do cloreto de sódio que está dissolvido nela. Em Química usamos a palavra sal para todas as substâncias que se formam quando um ácido reage com um hidróxido ou com um óxido de um metal. Muitas pessoas têm a idéia de que ácidos são substâncias muito perigosas.na realidade ácidos são perigosos quando estão muito concentrados. Qualquer ácido pode ser concentrado ou diluído. Ácido concentrado é aquele que tem pouca água. Por exemplo: ácido sulfúrico concentrado só tem 2% de água; 98% é ácido puro. Soluções concentradas de ácido são muito perigosas. As soluções que têm muita água são chamadas de soluções diluídas; têm pouco soluto misturado no solvente. Os ácidos diluídos não são tão perigosos. Por exemplo: o vinagre, que usamos todos os dias, é um ácido diluído. O ácido que tem no vinagre chama-se ácido acético. Outro ácido com o qual todos nós temos contato é o que existe no limão, chamado ácido cítrico. Exercício 3 Pense nos dois exemplos de ácido que foram citados, ácido acético e ácido cítrico, e identifique uma propriedade comum às duas substâncias. Existem muitos tipos de ácidos: ácidos que nós comemos, que são remédios, que matam só de cheirar, que queimam, ácidos que corroem etc. Todos eles são azedos. O cobre é um metal muito usado como material de construção. 17

18 Exercício 4 Por que usamos o cobre para encanamentos de água quente? O cobre é muito usado também em encanamentos de refrigeração. Por exemplo, nas serpentinas de chope. O chope passa dentro do tubo de cobre que está mergulhado num banho de gelo. Exercício 5 Por que o cobre é usado em serpentinas de chope? É porque o cobre conduz bem o calor ou é porque o cobre não deixa passar o calor? Todos os metais têm algumas propriedades que são muito parecidas. Por exemplo, todos deixam passar corrente elétrica, todos deixam passar o calor, qualquer metal é fácil de ser transformado em fios, são todos fáceis de serem transformados em chapas, não se transformam em outras substâncias com o aquecimento. Se todos os metais têm as mesmas propriedades, por que se usa um metal para cada aplicação? Apesar de as propriedades dos metais serem parecidas, eles não são iguais. Assim, um metal deixa passar mais o calor que o outro, ou deixa passar mais a corrente elétrica que o outro etc. Para facilitar o estudo do comportamento e das propriedades das substâncias, nós juntamos as substâncias em grupos. Existem milhões de maneiras de agrupar as substâncias. Por exemplo, podemos agrupar substâncias em: - substâncias coloridas e substâncias brancas; - substâncias que se dissolvem na água e substâncias que não se dissolvem na água; - substâncias duras e substâncias moles etc. A classificação de substâncias em coloridas e brancas é muito difícil, porque existem muitas substâncias que têm cores tão pálidas que fica difícil de saber se são brancas ou coloridas. Acontece a mesma coisa com substâncias que se dissolvem na água e substâncias que não se dissolvem na água. É difícil de localizar uma substância nessa classificação. Na Química, agrupamos as substâncias de várias maneiras, mas todas elas são fáceis de usar. Por exemplo, substâncias simples e compostas. É possível saber exatamente se uma substância é simples ou composta. As substâncias simples podem ser classificadas em metais e não metais. As substâncias compostas podem ser ácidos, hidróxidos, óxidos e sais. Classificando as substâncias, é possível ter uma idéia do comportamento delas, sem necessidade de fazer testes. É preciso lembrar que as propriedades são parecidas, mas não iguais. Cada substância tem um conjunto de propriedades muito bem definidas. Você precisa saber Cobre é um metal que conduz muito bem a eletricidade. Também é muito dúctil, isto é, pode ser facilmente transformado em fios. Latão é uma liga de cobre e zinco. Bronze é uma liga de cobre e estanho. Especificação é a descrição detalhada e precisa das características de um material. As substâncias compostas são classificadas em quatro grupos: - ácidos - hidróxidos - óxidos 18

19 - sais Ácidos são substâncias de sabor azedo. Hidróxidos são substâncias que se formam quando metais são atacados por água. Óxidos são substâncias que se formam quando metais ou não metais se ligam ao oxigênio. Sais são substâncias que se formam quando um ácido ataca um hidróxido ou um óxido de metal. Quando o cobre é trabalhado a quente, ele se recobre com uma camada preta de óxido de cobre. Esse óxido é diferente daquele mencionado na seção Isto lhe interessa. Lá falou-se de um óxido que se forma com o oxigênio, que existe como impureza no cobre. Nesse óxido, uma partícula de oxigênio liga-se a duas partículas de cobre. Ele fica dentro da peça de cobre. No óxido preto que se forma na superfície do cobre uma partícula de oxigênio liga-se a apenas uma partícula de cobre. O cobre é, portanto, mais um elemento que forma dois óxidos. Você já viu que um outro metal, o ferro, também forma dois óxidos. O mesmo acontece com o carbono, um não-metal. A camada de óxido que se forma na superfície do cobre é prejudicial no tratamento que a peça de cobre vai receber. Por exemplo, um tubo de cobre é inicialmente fabricado com um diâmetro Grande e uma espessura de parede também grande. Depois ele passa por uma máquina em que são reduzidos o diâmetro e a espessura. Isso é possível devido às propriedades do cobre: ele é maleável e dúctil. O óxido de cobre, que não é maleável nem dúctil, compromete esse processo de redução das dimensões da peça. Por isso ele precisa ser tirado. O óxido de cobre é tirado num processo chamado decapagem. Nesse processo a peça de cobre é mergulhada numa solução diluída de ácido sulfúrico. Em seguida passa por dois banhos de água para tirar o ácido sulfúrico e o sulfato de cobre que se formou quando o ácido atacou o óxido. A decapagem com ácido sulfúrico é possível porque o ácido ataca o óxido, mas não ataca o cobre. O cobre é um dos metais que não são atacados por ácido sulfúrico. Outro metal, que também não é atacado, é o ouro. Metais como ferro, zinco e alumínio são facilmente atacados pelo ácido sulfúrico. Por isso não dá para tirar a camada de óxido desses metais com ácido sulfúrico. Esse é o caso, por exemplo, da ferrugem. Isso não significa que o cobre não seja atacado por nenhum ácido. O ácido nítrico o ataca. Transforma o cobre num sal chamado nitrato de cobre. No comércio as especificações de um produto são muito importantes. Ninguém compra nada fora das especificações. Quando compramos pregos, especificamos o tamanho. Se compramos fio elétrico, damos um número, que especifica a grossura do fio. Quando uma indústria compra material de um fornecedor também especifica esse material. Hoje em dia, a capacidade de uma empresa de fornecer um produto exatamente dentro das especificações do cliente é fundamental para ela não falir. Fornecer produtos de acordo com as especificações do cliente significa qualidade. Dentro de uma empresa todos, desde o chefe até o faxineiro, podem e devem contribuir para produzir com qualidade. Para isso é preciso realizar o trabalho com competência e responsabilidade. Exercício 6 Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações a seguir: a) ( ) Latão e cobre são ligas. b) ( ) Na reciclagem, o metal precisa primeiro ser aquecido até fundir. 19

20 c) ( ) As partículas de oxigênio são iguais às de cobre. d) ( ) É importante ter uma camada de óxido na superfície do cobre metálico. e) ( ) Solução concentrada tem mais solvente do que uma solução diluída. Exercício 7 Qual é a principal matéria-prima encontrada numa fábrica de reciclagem de cobre? Por quê? Exercício 8 Cite três usos do cobre metálico. Exercício 9 O quadro a seguir dá composições típicas para latão e bronze: a) Qual das duas ligas tem mais cobre? Explique. b) No que diferem o latão e o bronze? Exercício 10 Complete o quadro abaixo com as palavras: substância simples, substância composta ou mistura. Exercício 11 O que é especificação de um produto? Exercício 12 Dê um modo de especificar o cobre reciclado. 20

21 Exercício 13 O que é decapagem do cobre? Exercício 14 Por que tiramos a camada de óxido da superfície do cobre e não a do alumínio? Exercício 15 Qual é o nome do ácido usado para retirar a camada de óxido da superfície do cobre? Exercício 16 Uma solução de sal em água foi preparada dissolvendo-se uma colher de sal em um copo de água e, outra, dissolvendo-se duas colheres de sal em um copo de água. a) Qual das duas soluções é mais concentrada? Por que? b) Como você faria para diluir qualquer uma das duas soluções? GABARITO 1. O cobre conduz muito bem o calor. Por isso, serpentinas de trocadores de calor são feitas de tubos de cobre. 2. O ponto de fusão do cobre com impureza de óxido de cobre é 1.066oC. 3. Ácido acético e ácido cítrico são ambos azedos. 4. Usamos cobre nos encanamentos de água quente porque ele não é atacado pela água. 5. O cobre é usado em serpentinas de chope porque conduz bem o calor. 6. a) (F); b) (V); c) (F); d) (F); e) (F). (c) é falsa porque as partículas de oxigênio e cobre são diferentes. As partículas de oxigênio são iguais às de oxigênio e as de cobre são iguais às de cobre, mas as de oxigênio são diferentes das de cobre. (d)é falsa por que o cobre não precisa da camada de óxido para protegê-lo, pois ele não interage com a água. (e) é falsa pois soluções concentradas têm menos solvente que as diluídas. 7. Fios elétricos e fios de telefone. Porque o cobre é muito dúctil e é um bom condutor de eletricidade. 8. Fio elétrico, tubos para encanamentos de água quente, encanamentos de refrigeração. 9. a) O bronze tem mais cobre, pois para cada 100 de liga tem 90 de cobre, enquanto no latão para cada 100 de liga tem 70 de cobre. b) Latão e bronze diferem não somente na quantidade de cobre como também no outro componente da liga, pois o latão tem zinco e o bronze tem estanho. 10. Cloreto de sódio substância composta Alumínio substância simples Silício substância simples Cobre substância simples Ácido acético substância composta Hidróxido de zinco substância composta Latão mistura 21

22 Sulfato de cobre substância composta Fósforo substância simples Bronze mistura Óxido de cobre substância composta Ácido sulfúrico substância composta 11. Especificação de um produto é a descrição detalhada e precisa dele. 12. Um modo de especificar o cobre reciclado para fins elétricos é através da quantidade máxima de oxigênio em relação a uma determinada quantidade de cobre. Pode-se também especificar o cobre através do seu ponto de fusão. O ponto de fusão do cobre puro é 1.085ºC e, quando ele está impuro, o ponto de fusão é mais baixo, 1.066ºC. 13. Decapagem do cobre é o tratamento do metal com ácido sulfúrico, para retirar a camada de óxido que recobre o metal. 14. Porque o cobre metálico não é atacado pela água, e o alumínio é. Desse modo, podese tirar a camada de óxido de cobre, mas se tirar a de óxido de alumínio este metal reagirá com a água presente no ar atmosférico. 15. Ácido sulfúrico. 16. a) A solução mais concentrada é aquela que foi preparada por dissolução de duas colheres de sal em um copo de água, pois esta contém mais soluto que aquela preparada por dissolução de uma colher de sal. b) Para diluir qualquer uma das soluções, basta acrescentar mais água, pois, estaremos aumentando a quantidade de solvente em relação ao de soluto. 22