Liga Metálica

 

Escola B+S Bispo D. Manuel Ferreira Cabral Disciplina de Química Ano lectivo 2010/2011

Composição de uma liga metálica

 

Professora:___________________  Classificação:__________________  29/09/2010

Questão – Problema Como determinar a presença de alguns elementos na composição qualitativa de uma liga metálica?

Objectivo Identificar, qualitativamente, o ferro e o manganésio no material que constitui o clipe, após dissolução deste numa solução ácida.

Introdução Teórica Uma liga metálica é uma mistura sólida, frequentemente homogénea, que se obtém por arrefecimento de um metal fundido com um ou mais elementos, metálicos ou não metálicos. A mistura é normalmente realizada dissolvendo-se uns nos outros, no estado líquido, os elementos constituintes da liga. O metal base, ou solvente, cuja concentração é a mais elevada é fundido em primeiro lugar num cadinho e em seguida adicionam-se os outros elementos da liga sob a forma de fragmentos sólidos, previamente pesados, que se dissolvem por agitação. Devido ao efeito de liga ou à formação de estrutura polifásica, as características da liga metálica resultante são geralmente melhoradas em relação às características dos metais puros. As ligas mais úteis incluem bronze, latão, cuproníquel, duralumínio, prata alemã, peltre, solda, aço e aço inoxidável. O aço é uma liga do sistema ferrocarbono trabalháv trabalhável el a quente, que é susceptível de adquirir propriedades muito diversas por meio de tratamentos adequados. Trata-se de umaa da um dass li liga gass ma mais is vulg vulgar arme ment ntee util utiliz izad adas as onde onde a pe perc rcen enta tage gem m de ca carb rbon onoo é, geralmente, de apenas 0,1 a 1,0% mas, nos aços não ligados e fracamente ligados, a

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  percentagem de carbono pode atingir 2% e nos aços fortemente ligados 2,5%. São também constituintes normais do aço o silício (0,2%) e o manganês. A percen percenta tagem gem de carbon carbonoo na liga liga tem tem uma import importânc ância ia funda fundamen mental tal na nass  propriedades do material e na utilização que se pretende para esse material. Por outro lado, o aço pode ser submetido a diversos tratamentos, tanto térmicos como físicoquímicos, com a finalidade de lhe conferir determinadas propriedades, obtendo-se ligas denominadas de aços especiais. O aço pode ser classificado atendendo à sua composição: aço-carbono, aços ligados (com níquel, com cobalto, com silício ou com crómio, entre outros); e à sua utilização: utiliza ção: autotemperante, de cadinho, rápido, para ímanes, para molas, automático, de construção, eléctrico, fundido, entre outros. Por exemplo, os clipes que vulgarmente se utilizam são constituídos por um aço com uma percentagem de manganésio inferior a 1%, que aumenta a dureza da liga. Uma aná análi lise se quí químic micaa con consi siste ste na det determ ermin inaçã açãoo dos com compon ponent entes es de uma amostr amo straa quí quími mica. ca. Quando Quando est estaa aná análi lise se tem tem por objec objecti tivo vo isola isolarr e ident identifi ifica carr os elementos, iões ou funções orgânicas ou inorgânicas que constituem uma substância, esta designa-se de análise qualitativa. Quando a finalidade é conhecer a proporção em que se encontram os diferentes componentes de um produto, denomina-se de análise quantitativa. A análise qualitativa pode efectuar-se por via seca, isto é, sem dissolver a amostra, ou  por via húmida A análise qualitativa por via húmida (em solução aquosa) tem como finalidade conhecer a proporção em que se encontram os diferentes componentes de um produto na qual a amostra é dissolvida num meio aquoso, envolvendo a separação e procedendo de seguida a uma identificação sistemática dos diferentes aniões e catiões (marcha analítica) por reacções de precipitação selectiva.  Na análise qualitativa por via húmida, é necessário dissolver, adequadamente e com segurança, a amostra quando a mesma se encontra no estado sólido. As principais técnicas ou escalas de trabalho usadas na análise qualitativa são a microescala e a semi-microescala. Na microescala, a massa da amostra varia entre os 0,001g e os 0,01g;enquanto 0,01g;enquanto que, na semi-microescala, a massa da amostra varia entre os 0,01g e os 0,1g.

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Materiais e Reagentes Materiais/Equipamentos

Reagentes 3) 3

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Balão volumétrico volumétrico de 100mL Clipe (m=0,1g)

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HNO (3mol/dm Água desionizada

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Pipeta de Pasteur 

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H3PO4 (15mol/dm3)

•

Erle Erlenm nmey eyer er,, de 100m 100mL L e de

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K 3Fe(CN)6 · 3H2O

250mL

•

KIO4

•

•

Funil

•

Papel de filtro

•

Placa de aquecimento

•

Provetas de 10mL e de 100mL

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Vidro de relógio

•

Pompete

•

Procedimento Erlenmeyer de 250mL:

Clipe+50ml HNO3 (3 mol/dm3) Aquece Aqu ecerr na

Em papel de filtro:

2 Gotas da solução + 2 Gotas de K 3[Fe(CN)6]

 

hotte 

Num erlenmeyer de 100 mL:

5cm3 da solução + 2cm3 de H3PO4 + 2 cm3 de KIO4 hotte

Aquecer na

 

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Registo de observações K 3[Fe(CN)6]·3H2O (aq)

H3PO4 (aq) + KIO4(aq)

Solução (clipe dissolvido Azul Rosa com HNO3) Tabela 1:Registo das cores obtidas aquando a mistura da solução preparada com os reagentes

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 Tratamento o de resultados  Tratament Inicialmente, Inicialm ente, adicionou-se ácido nítrico concentrado à amostra a analisar (clipe), oxidando o manganésio a catião Mn2+ (aq) e o ferro a catião Fe 3+ (aq): Fe(s) + 6H+(aq) + 3NO3−(aq) → 3NO2(g) + Fe3+(aq) + 3H2O(l)   Mn(s) + 4H+(aq) + 2NO3−(aq) → 2NO2(g) + Mn2+(aq) + 2H2O(l) Para se identificar o ião Fe3+(aq) adicionou-se a solução ao sal K 3Fe(CN)6, hexacioanoferrato(III) hexacioan oferrato(III) de potássio tri-hidratado formando um precipitado azul: 4Fe3+(aq) + 3[Fe(CN)6]4−(aq) ↔Fe4[Fe(CN)6]3(s) Para se identificar o ião Mn 2+(aq) adicionou-se periodato de potássio (KIO 4), um oxidante muito forte em meio ácido fosfórico de modo a que o catião manganésio fosse oxidado a anião permanganato MnO4−: 2Mn2+(aq) + 5IO4− + 3H2O(l) → 5 IO3− + 2MnO4− (aq) + 6H+(aq)

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Discussão Com o intuito de analisar uma liga metálica (o aço inoxidável), para determinar  a pr pres esen ença ça dos dos el elem emen ento toss Fe3+(aq) e Mn2+(aq (aq)) na sua com compos posiç ição ão qua quali litat tativa iva,,  procedemos à dissolução de um clipe em acido nítrico, para detectar a presença dos catiõ cat iões es ant anteri eriorm orment entee ref referi eridos dos,, vis visto to que que,, a pre prese sença nça do ac acido ido nítri nítrico co oxi oxida da o 2+ 3+ manganésio a catião Mn e o ferro a catião Fe .  No caso da identificação de Fe3+ (aq), este pode ser identificado pela reacção com o sal K 3Fe(CN)6, com a formação de um precipitado de cor azul-escura. O que se observou quando juntou-se algumas gotas da solução do clipe dissolvido com a solução de hexacianoferrato hexacianoferrato (III (III)) de potássio. O catião manganésio é oxidado a anião permanganato MnO 4-, na presença de  periodato de potássio (KIO 4), em meio ácido fosfórico (H3PO4). Tal se observou quando “colocou-se” a solução dissolvida em meio ácido fosfórico, e em seguida adicionou-se o KIO4, verificando-se assim, que o catião manganésio havia sido oxidado, pois a mistura de soluções, depois de aquecida, ficou com a cor violeta; cor característica do ião MnO4-.

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Conclusão Para proceder à análise da liga metálica, a amostra tem de ser dissolvida num ácido para que se obtenha uma solução que contenha catiões metálicos. No caso do clipe (constituídos por aço, que é uma liga ferro-carbono), este foi dissolvido em ácido nítric nít rico, o, que iria iriae oxi oxidar dar mangan ésioomet e álico oicos. ferro fes. rro Est (ma (mate riall stra que consti con stitu tuii ao an cl clipe ipe), ), tra transf nsform ormand ando-s o-se ent então, ão, oemman cati caganési tiões ões metál Esta a teria amo amostr a facil fac ilit itou ou análi álise se qualitativa de catiões, pois supôs-se que existiriam apenas os dois iões referidos, e desprezou-se possíveis interferências. Pôde-se assim, identificar facilmente a presença dos iões Mn2+ e Fe3+, com as reacções efectuadas.

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Bibliografia • • • •

Diciopédia 2008 http://www.infopedia.pt/$analise-quimica http://pt.wikipedia.org/wiki/An%C3%A1lise_qualitativa SIMÕES, T.; QUEIRÓS, M.; SIMÕES, M. (2010). Química em Contexto (Parte 1); pág.151; Porto Editora.

 

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