1.0. INTRODUÇÃO

Este relatório foi elaborado de acordo com os conteúdos aprendidos em sala na disciplina de Ciências dos Materiais no semestre passado e da disciplina de MCMA, através do experimento de Cristalização de Sulfato de Cobre realizado em laboratório.

A análise simplifica-se na formação de cristais de sulfato de cobre a partir de uma solução liquida sobressaturada de água destilada e sulfato de cobre.

Ao longo do relatório veremos o processo experimental detalhadamente, resultados e discussão.

Através da solução coletada podemos observar no aparelho microscópio a formação de micro cristais instantaneamente, o qual foi muito interessante; depois de 24 horas de descanso da solução podemos observar a formação de macro cristais visíveis a olho nu.

A análise da formação de cristais é muito importante, pois as maiorias dos materiais sólidos usados no nosso dia-a-dia são de formação cristalina, com este estudo podemos melhorar cada vez mais a produção, obter novos técnicas de produção e novos materiais para atender específicas aplicações.

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2.0. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

O experimento se baseia em observar a formação de cristais a partir de

uma solução líquida supersaturada, e exemplificar a diferença entre

monocristal e policristal.

O experimento consiste em, basicamente, dois grandes procedimentos,

preparo da amostra e registro fotográfico por microscópio. Abaixo estão as

etapas do processo de preparo da amostra:

Colocar 100 ml, ou aproximado, de água destilada em um Becker de 500

ml (figura 1);

Colocar o Becker sobre a Chapa de aquecimento (figura 2), que consiste

em um botão para regular a temperatura e um botão para regular a

velocidade;

Colocar o termômetro dentro da água (figura 3). Quando a temperatura

da água atingir 70°C, ou aproximado, diminuir a temperatura da chapa

para que possa manter constante em 70°C ou aproximado;

Adicionar aos poucos 50 gramas, ou aproximado, de sulfato de cobre

(figuras 4 e 5);

Misturar até se obter uma solução homogênea;

Colocar no Becker alguma heterogeneidade qualquer (figura 6), cobrir o

Becker (figura 7) e aguardar aproximadamente 24 horas para que os

cristais se formem;

Retirar a água do Becker com um funil e filtros (figura 8) e descartá-la

em um recipiente adequado (figura 9)

Colocar sobre uma lâmina de vidro, uma gota da solução ainda quente,

esperar a cristalização do sulfato de cobre (secar a solução) e colocar

no microscópio para fazer o registro fotográfico (figura 10);

Deixar o experimento resfriar dentro do equipamento capela.

A seguir serão demonstrados os procedimentos acima com as respectivas

imagens.

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Figura 1: Becker de 500 ml.

Figura 2: Chapa de aquecimento.

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Figura 3: Termômetro

Figura 4: Sulfato de cobre.

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Figura 5: Sulfato de cobre.

Figura 6: Heterogeneidade qualquer.

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Figura 7: Becker coberto.

Figura 8: Funil e filtros.

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Figura 9: Recipiente para descarte.

Figura 10: Registro fotográfico no microscópio.

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3.0. DEFINIÇÕES

A seguir veremos algumas definições que serão importantes para a análise de nossa amostra em relação ao estudo de micro e macrocristais.

3.1. MONOCRISTAL POLICRISTAL

Odesenvolvimentode um sólido cristalino através do resfriamento de um

líquido acontececom a formação de núcleos de cristais e seu posterior

crescimento independenteuns dos outros. À medida que os cristais crescem, o

volume do líquido diminui e os diferentes cristais se aproximam. Cada cristal

que cresce tem uma orientação diferente de sua estrutura cristalina. Depois de

completamentematerializado, o sólido formado cristais crescidos com

diferentes orientações que se encaixam em um arranjo tridimensional,

ocupando totalmente o espaço. Cada um destes cristais é chamado de grão e

o material é dito ser policristalino.

A interface entre dois grãos adjacentes é denominada de contorno de

grão que podem ser vistos sob o microscópio após o ataque químico do

material por um reagente apropriado. O reagente ataca primeiramente os

contornos de grão, formando um baixo relevo que espalha diferentemente a luz

incidente no microscópio, tornando-os visíveis. Os contornos de grão são

regiões de alta energia, pois marcam o encontro de regiões com diferentes

orientações cristalinas. Há maior concentração de defeitos na rede cristalina.

Quando o material é formado por um único cristal (uma única orientação

cristalina), ou grão, ele é dito monocristalino. Monocristais podem ser crescidos

em condições controladas de solidificação. Alguns produtos comerciais são

monocristalinos. Existem materiais monocristalinos naturais, como algumas

gemas. Propriedades que apresentam anisotropia em monocristais podem ser

isotrópicas em policristais. Isto ocorre porque todas as direções são

equivalentes, pois em todas elas há um grande número de grãos

aleatoriamente orientados.

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3.2. NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA E HETEROGÊNEA

Ao processo de nucleação que ocorre a partir de uma fase homogênea

se dá o nome de nucleação homogênea. Na nucleação homogênea a partícula

pode ser nucleada em qualquer ponto do sistema, pois não existem sítios

preferenciais para a nucleação.

Denomina-se nucleação heterogêneaa transformação que ocorre sobre

sítios favoráveis (substratos), que são catalisadores do processo de nucleação.

Os sítios favoráveis podem ser superfícies, contornos de grão, partículas de

impurezas (partículas de 2ª fase), etc., e são chamados de agentes

nucleadores.

3.3. SOLUÇÃO SATURADA

As soluções saturadasincluemuma quantidade de soluto dissolvido igual

à sua solubilidade naquela temperatura, isto é, excesso de soluto, em relação

ao valor do coeficiente de solubilidade, não se dissolve, e constituirá o corpo de

fundo.

3.4. LIMITE DE SOLUBILIDADE

É através docoeficiente de solubilidade que é a quantidade de soluto

suficiente para saturar, ou seja, dissolver totalmente, o solvente, numa

determinada temperatura.

Em relação à solução, deve-se ter em mente que quanto maior a

quantidade de soluto, mais concentrada será a solução. Além disso, cada

substância é saturada numa determinada quantidade de solvente.

As soluções saturadas também podem ser com precipitado, quando sua

quantidade de soluto é maior em relação a seu coeficiente de solubilidade, e

supersaturadas, quando a quantidade de soluto é maior em relação ao

coeficiente de solubilidade, porém, algum fator externo, como o aquecimento,

pode dissolver o excesso. Uma determinada substância pode ter diferentes

solubilidades em temperaturas diferentes.

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Figura 11: Gráfico de solubilidade.

A maior parte das substâncias tem sua solubilidade aumentada com o

aumento de temperatura. Os gases, porém, tem sua solubilidade diminuída.

3.5. CONCENTRAÇÃO MAIS ELEVADA QUE O LIMITE DE SOLUBILIDADE

Se aquecermos a solução saturada com corpo de fundo, o precipitado

irá se dissolver totalmente, pois, a uma temperatura mais elevada, o seu

coeficiente de solubilidade aumenta. Se deixarmos essa solução em repouso,

até ela voltar para a temperatura de 20ºC, obteremos uma solução

supersaturada, que é muito instável, pois contém mais soluto dissolvido do que

o coeficiente de solubilidade naquela temperatura. Assim, se adicionarmos a

ela um pequeno cristal do soluto, ocorrerá à precipitação, que é a quantidade

dissolvida acima da quantidade possível para a saturação.

A figura 11 mostra a curva obtida com dados extraídos do Perry’s

Chemical Engenieer’s Handbook,demonstra a tendência da curva de

solubilidade do CuSO4.5h2O na água.

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Figura 12: Gráfico de solubilidade do sulfato de cobre.

De acordo com o gráfico, a 40°C a solução de sulfato de cobre citada acima irá se dissolver em apenas 45 g da solução total. Então, teremos uma concentração de 0,45 g/ml de água. Sendo que estamos dissolvendo em 100 ml de água.

C = massa / volumeC = 45 / 100C = 0,45 g/ml

Com isso teremos um depósito de 35 g de sal no fundo do recipiente.

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4.0. DISCUSSÃO E RESULTADOS

Depois de ter feito todos os procedimentos citados acima constatamos

que o nosso experimento não obteve sucesso na formação de macrocristais,

entretanto tivemos a formação de microcristais (figura 13). Alguns fatores

podem ter contribuído para falha do experimento são elas : a água utilizada não

ser destilada "água destilada sem concentração de sais minerais, água pura",

falta de controle exato de temperatura ( a temperatura oscilava muito) e

quantidade de sulfato de cobre, pois, usamos como referencia quantitativa a

tampa do recipiente.

Como visto acima Cada cristal que cresce com uma orientação diferente

são chamados de policristais é o caso da figura 14, estrutura encontrada no

experimento após dissolver o sulfato de cobre foinotado formação de

microscópica de cristais.

Figura 13: Microestrutura dos cristais formandosvista do microscópio aproximado 50 X.

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Figura 14: Cristais após dissolver sulfato de cobre em água vistapor microscópio a 50 X.

Na figura 7 temos a solução de mistura saturada sulfato de cobre

dissolvido em água, para provocar a nucleação usamos como agente

heterogêneo pedrinhas (figura 6).

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5.0. CONCLUSÃO  

Com esta experiência, concluímos que é possível sintetizar sais em laboratório. No nosso caso, foi obtido o sal de sulfato de cobre.

Durante o processo, foi possível verificar um crescimento e desenvolvimento dos cristais de forma rápida e progressiva. Foram formados cristais de reduzidas dimensões, pois a sua precipitação deu-se rapidamente, o que fez com que os sais precipitassem quase que instantaneamente.

Foi também possível verificar, que alguns cristais se agregaram a outros durante uma cristalização. Este processo é condicionado pela temperatura, pela rede cristalina do mineral e pelo espaço disponível. Assim, o grupo pode aprender que existem alguns fatores condicionantes na formação dos cristais, como a agitação do meio, o tempo, o espaço disponível (o crescimento de cristais de uma determinada substância depende do espaço que estes têm para crescer. Quanto maior for o espaço disponível, mais os cristais da substância se irão desenvolver segundo a forma geométrica que lhe é característica), a temperatura e a rede cristalina do material.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=12&top=52

http://www.infoescola.com/quimica/solucoes/

http://www.e-agps.info/angelus/estruturas/indicegeral.htm

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAARWYAC/experiencia-cristalizacao-sulfato-cobre-cuso4-5h2o

Van Vlack, H. Lawrence – Princípio da Ciência dos Materiais p 50-58Diciopédia X

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CONTEÚDO

1.0. INTRODUÇÃO...................................................................................................................3

2.0. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL..............................................................................4

3.0. DEFINIÇÕES....................................................................................................................10

3.1. MONOCRISTAL POLICRISTAL....................................................................................10

3.2. NUCLEAÇÃO HOMOGÊNEA E HETEROGÊNEA.....................................................11

3.3. SOLUÇÃO SATURADA..................................................................................................11

3.4. LIMITE DE SOLUBILIDADE...........................................................................................11

3.5. CONCENTRAÇÃO MAIS ELEVADA QUE O LIMITE DE SOLUBILIDADE.............12

4.0. DISCUSSÃO E RESULTADOS.....................................................................................14

5.0. CONCLUSÃO...................................................................................................................16

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................17

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