relatório 11 - zeolita

8/20/2019 Relatório 11 - Zeolita

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Laboratório de Química Inorgânica Básica – 1º. Semestre de 2012 – Proa. !eiriane Si"#a

P$%P&$&'() % %S*+,) ,&S P$)P$I%,&,%S ,& -%LI*& &

/ar"a *orres !ateus Pai#a e !ateus enturini &"meida

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Avenida Amazonas, 5253 – Nova Suiça / Belo Horizonte –

MG

33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

$esumo4 A síntese da Zeólita A foi realizada por meio de reação entre alumínio metálico em folhas e solução dehidróxido de sódio (NaOH) e posterior precipitação com silicato de sódio (Na!iO")# a $uente e so% a&itação' Não foramrealizados os testes de caracterização para a Zeólita A o%tida# e sim com um produto anteriormente preparado isando oestudo de suas propriedades'

Pa"a#ras ca#e4 Zeólita A# NaO'AlO"'!iO'#*HO# síntese# caracterização'

3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333

I5*$),+'()

Zeólitas são aluminossilicatos hidratados cristalinos de

metais e metais alcalinos terrosos+ sua estrutura#

formada por poros de dimens,es moleculares# reela

um arran-o re&ular de canais e caidades ("./ A)#

criando assim um la%irinto em escala nanom0trica $ue

pode ser preenchido por mol0culas de á&ua e outras (A'

A' 1' 2aia et all # 334)'

5om a desco%erta da stil%ita# em /6*7# as zeólitas (do

&re&o zeo# ferer 8 lithos# pedra) foram reconhecidas

pela primeira ez pelo mineralo&ista sueco 1aron Axel

9rederic: 5onsted# o $ual não conse&uiu concluir $ue o

mineral ;feria; so% a$uecimento por causa da á&ua

armazenada em seus microporos' <m /4*# =a>

desco%riu $ue determinados solos tinham a propriedade

de reter sais de am?nia# e 1rec: constatou $ue os

silicatos hidratados de alumínio no solo eram osresponsáeis pela troca i?nica (A9ON!O et all # 33)'

<m /@*# =ei&el e !teinholf foram os primeiros a

constatar $ue a zeólita cha%azita a%soria seletiamente

mol0culas or&nicas menores e re-eitaa as maiores+

mas foi somente em /@"# $ue 2c1ain denominou

esse fen?meno de peneiramento molecular' Nas

d0cadas de 3 e *3# as pes$uisas so%re as propriedades

das zeólitas tomaram um &rande impulso (A9ON!O et

all # 33)'

<m /@7# a partir da aplicação pioneira em processos

de cra$ueamento de petróleo# as zeólitas assumiram a

posição de catalisadores de suma importncia na

indBstria $uímica' O uso de zeólitas nesses processos

continua a ser uma importante aplicação prática

(A9ON!O et all, 2004)'

!e comparada aos feldspatos# as zeólitas possuem uma

estrutura muito mais a%erta+ o es$ueleto com car&ane&atia cont0m canais# formando uma estrutura

semelhante a faos de a%elha' <sses canais são

suficientemente &randes para permitir a troca de certos

íons' <les podem tam%0m# a%sorer ou perder á&ua e

outras mol0culas pe$uenas# sem $ue ocorra a $ue%ra da

estrutura (C<<# /@@@)' A fi&ura / ilustra os poros $ue

tem ação se$uestrante'

Figura 1- Os poros de uma zeólita (indicados por

asteriscos) Figura do autor




As zeólitas são muito usadas como trocadores i?nicos#

como peneiras moleculares# remoem íons 5a8 e os

su%stituem por Na8# eliminando assim a DdurezaE da

á&ua (C<<# /@@@)'

Fentre as mol0culas $ue podem ser a%soridas pela

estrutura das zeólitas# tem.se# al0m da á&ua# as de 5O#

NH" e <tOH+ são# tam0m# empre&adas na separação de

hidrocar%onetos de cadeia normal da$ueles de cadeia

ramificada (C<<# /@@@)'

A zeólita A 0 uma típica zeólita sint0tica usada

fre$uentemente nas indBstrias de petróleo e $uímica

como catalisador# trocador de íon ou peneira molecular

e como mem%rana para separar H e HO de misturas

de &ases ou lí$uidos (A' A' 1' 2aia et all # 334)'

Outros processos industriais catalisados por zeólitas

sãoG a isomerização de xileno# a al$uilação de %enzeno#

a produção de &asolina a partir de metanol e o

hidrotratamento' Outros usos comerciais são descritos

na literatura (A9ON!O et all, 2004)'

A zeólita A possui morfolo&ia cB%ica característica etem uma razão !iAl mínima em relação a outras

zeólitas (A' A' 1' 2aia et all # 334)' A atiidade

catalítica das zeólitas 0 atri%uída aos sítios ácidos de

1rInsted distri%uídos aleatoriamente em sua

superfície' Fe acordo com a literatura# os sítios ácidos

isolados apresentam maior acidez' Jor outro lado# a

acidez decresce $uando o nBmero de átomos de

alumínio próximos ao sítio ácido aumenta+ por0m# os

átomos de alumínio mais afastados não afetam a força

ácida (!1K# "3L reunião anual)'

!&*%$I&IS % !6*),)S

Materiais e equipamentos

A&itador ma&n0tico# 1alança analítica# %0$uer de *3

mC de plástico (/)# centrífu&a# funil de idro (/)#

espátula# tu%os de ensaio# de idro (7) e de plástico

para centrífu&a (")# papel de filtro (/) e ídro de reló&io

(")'

Reagentes e soluções

• Alumínio em lminas'

• 5ar%onato de sódio (Na5O") solução 3#/2'

• 5loreto de cálcio (5a5l) solução 3#/2'

• Hidróxido de sódio (NaOH) solução 3#/ 2'

• !olução de deter&ente'

• !ilicato de sódio (Na!iO") JA'

• !ulfato de co%re (5u!O) solução 3#/2'

Síntese da Zeólita A

Mnicialmente pesou.se /#@67 & de alumínio metálico em

lminas e transferiu.o para um %0$uer de plástico de

*3 mC' Jesou.se "#3" & de hidróxido de sódio e

adicionou.o ao %0$uer contendo o alumínio+ adicionou.

se /*3 mC de á&ua destilada a esse %0$uer'

Ceou.se o %0$uer contendo a mistura reacional ao

a&itador ma&n0tico preiamente a$uecido @3 5'

Jesou.se //#@3 & de hidróxido de sódio e adicionou.se

ao %0$uer'

2antee.se a solução por a&itação ma&n0tica e

a$uecimento por cerca de 3 minutos' Jreparou.se uma

solução $uente de 6#337 & de silicato de sódio em /33

mC de á&ua e adicionou.se ao %0$uer reacional $ue

permaneceu so%re i&orosa a&itação e a$uecimento por

mais 3 minutos' Anotou.se os resultados'

9iltrou.se a solução ainda $uente por m0todo simples

e em se&uida realizou.se os testes de caracterização'

Caracterizaço da zeólita A

<m " tu%os de ensaio foram colocados 3#& de zeólita

A# adicionou.se mC de 5a5l a dois tu%os de ensaio

(/ e ) e ao terceiro tu%o adicionou.se mC de 5u!O




(")' A&itou.se os tu%os i&orosamente por 3 minutos'

5entrifu&ou.se e o%serou.se a cor dos sólidos'

Pranferiu.se os so%renadantes para " tu%os (/A# A#

"A)' Nos outros " tu%os de ensaio limpos# adicionou.se

em dois deles mC de 5a5l (/1 e 1) e em um delesadicionou.se mC de 5u!O ("1)'

Adicionou.se mC de deter&ente aos tu%os /A e /1#

/mC de solução de Na5O" aos tu%os A e 1 e

al&umas &otas de NHOH aos tu%os "A e"1'

!a"ela 1# Es!uema do teste !ualitati"o

*ubos 1& e 1B 2& e 2B 7& e 7B

So"u89o mC de

solução dedeter&ente

mC de

solução de Na5O"

&otas de

NHOH

$%S+L*&,)S % ,IS/+SS:%S

Mnicialmente# realizou.se a síntese da zeólita A

partindo.se da reação entre solução de hidróxido de

sódio e alumínio metálico em folhas# de acordo com a

e$uação /'

Al(s) 8 NaOH (a$) 8 HO(l) NaAlO (a$) 8 "H (&) (e$'/)

Ao adicionar o alumínio metálico solução de

hidróxido de sódio a frio# notou.se uma lenta li%eração

de &ás eidenciando a ocorrQncia de reação $uímica'

Pal acontecimento -á era esperado %aseando.se nos

potenciais de redução das esp0cies enolidas# sendo

$ue o alumínio sofreu oxidação e o hidro&Qnio sofreu

redução# tendo como resultado uma força eletromotriz

(f'e'm) positia' Assim# o%tee.se dois produtos# o &ás

hidro&Qnio (H)# $ue escapou para a atmosfera e

aluminato de sódio (NaAlO)# su%stncia de interesse

$ue permaneceu em solução'

Jara acelerar o processo# foi necessário fornecer

ener&ia em forma de calor ao sistema atra0s do uso de

chapa a$uecedora' O uso de tal recurso 0 contraditório#

uma ez $ue a reação 0 altamente exot0rmica# o $ue

poderia retardar a reação ao in0s de acelerá.la'

<ntretanto# deem ser leados em consideração outros

fatores enolidos como ener&ia de atiação e mesmo a

superfície de contato entre os rea&entes (o alumínio

estaa em folhas e não pulerizado# como seria

preferíel para tal reação)'

Fepois de completada a reação entre solução de

hidróxido de sódio e alumínio metálico realizou.se uma

filtração simples isando remoção de $ual$uer

impureza deido utilização de alumínio metálico

comercial e não rea&ente J'A'

Adicionou.se ao filtrado hidróxido de sódio lentamente

isando manter o meio %ásico# necessário para aformação da zeólita' Pal adição foi realizada

posteriormente para preserar o %0$uer de idro

%orossilicato utilizado e conse$uentemente o

experimento# uma ez $ue a solução concentrada de

NaOH atacaria tal material leando á perda dos

rea&entes' 5omo o %0$uer seria leado a a$uecimento#

a utilização de tal recipiente em material plástico# como

o polietileno# seria iniáel' A adição de NaOH foi

realizada lentamente pois o hidróxido de sódio rea&e

rapidamente com á&ua em uma reação altamente

exot0rmica# o $ue poderia lear o %0$uer ao estado

crítico em relação a temperatura# pois este -á se

encontraa em eleada temperatura deido ao uso da

chapa a$uecedora'

Jara o%ter a zeólita A# de fato# adicionou.se lentamente

o filtrado acrescido de NaOH solução de silicato de

sódio mantida em a$uecimento em chapa a$uecedora

com a&itador ma&n0tico# conforme mostrado na

e$uação G

NaAlO83NaOH8(Na!iO"'*HO)

NaO'AlO"'!iO'#*HO 8 NaOH 8 6 HO (e$')

Após a adição do filtrado alcalino so% a&itação foi

o%serado sedimentação do sólido formado conforme

mostrado na fi&ura G




Figura $% #dição do $iltrado alcalino a solução de silicato

de sódio e conse!uente $ormação da zeólita #

Ao fim da adição# realizou.se noa filtração para retirar

$ual$uer impureza e reduzir o olume de á&ua no

produto final# o%tendo.se assim# um estado cremoso e

iscoso# deido s mol0culas de á&ua presentes em sua

estrutura'

Rm dos processos mais utilizados para a caracterização

da zeólita 0 o m0todo do difrato&rama de raios S e o

espectro de infraermelho'

&ra'ico 1% espectro de raio%& da zeólita #

A e$uação %ásica da difração 0 apresentada comoG

nT U dsin(V) ( e$'")

Onde n 0 a ordem de reflexão (n U W /##"#'''X)# T 0 o

comprimento de onda# d á a distncia interplanar e V 0

o n&ulo de incidQncia entre os planos reticulados' 7

O princípio de o%tenção dos raios.x consiste em se

excitar átomos ou íons no interior de uma fonte selada#

mantida so% alto ácuo' Pal tu%o consiste %asicamentede um filamento a$uecido (cátodo)# &eralmente de

tun&stQnio# funcionando como fonte de el0trons# e um

alo (nodo) $ue pode ser formado por diersos metais

(co%re# moli%dQnio# co%alto# etc)' A aplicação de uma

diferença de potencial entre o cátodo e o nodo faz

com $ue os el0trons emitidos pelo filamentoincandescente se-am acelerados em direção do nodo#

$uando estes colidem com metal do nodo ocorre

transformação da ener&ia cin0tica ad$uirida pelos

el0trons em calor e# em menor extensão em raios.S'

Atra0s de uma pe$uena a%ertura# essa radiação

primária deixa o tu%o e se&ue em direção ao material a

ser analisado'7

Rm m0todo %astante empre&ado para a análise deraios.x 0 o m0todo do pó este m0todo 0 aplicado em

materiais difíceis de preparar a partir de monocristais'

O m0todo consiste %asicamente em uniformizar a

amostra de modo a torná.la um pó fino e homo&Qneo'

Kuando esse pó 0 colocado na porta do e$uipamento#

um &rande nBmero de pe$uenos cristalitos 0 orientado

em todas as direç,es possíeis' Fessa forma# $uando

um feixe de raios.S atraessa o material# um nBmero

si&nificante de partículas estão orientadas de tal forma

$ue a condição de 1ra&& para a reflexão de cada

possíel distncia interplanar 0 o%edecida'7

<m relação ao espectro do infraermelho# as radiaç,es

infraermelhas apresentam comprimentos de onda

típicos $ue ariam 3#64 a /333 Ym e nBmeros de onda

ariando de /"'333 a /3 cm./' O nBmero de onda pode

ser definido como o recíproco do comprimento de

onda'Os espectros de infraermelho &eralmente são

&ráficos apresentados na forma de nBmero de onda ou

comprimento de onda (eixo S) ersus a%sor%ncia ou

transmitncia (eixo )' A a%sor%ncia e a transmitncia

estão relacionadas entre si pela e$uação G 6

A% U lo&/3(/Pr) (e$')




&r('ico $ ) Espectro de in$ra"ermelho da zeólita # ('ET,

'E*+# e 'EG+E)

Jara sólidos 0 dese-áel se tra%alhar com cerca de *3 a

33 m& sendo /3 Y& o mínimo re$uerido para se diluir

de ".* [ numa matriz transparente (como por exemplo

\1r)'

Al0m da acidez de 1r]nsted# os aluminos silicatos

(Zeólitas) tam%0m possuem acidez de Ce^is#

associadas ao alumínio su%stituído isomorficamente

pelo silício' Neste caso# o próprio alumínio forma sítios

ácidos de Ce^is na superfície da zeólita# $uando

su%metido desidratação (fi&ura )'

Figura *% -esidratação do sitio .cido de /ronsted%0o1r2

para geração de sitio .cido de 0e1is

A $uantidade de sítios ácidos nas zeólitas está

relacionada razão !iGAl ou !iOGAlO"' 5omo a

&eração dos sítios ácidos está associada aodes%alanceamento de car&as &erado pela su%stituição

isomórfica de nions de car&as diferentes# $uanto maior

o nBmero de átomos de alumínio# menos des%alanceada

estará a rede e menor será a força dos sítios ácidos'

No sólido# apenas a acidez de Hammett tem al&um

si&nificado prático# em%ora restrito'

A acidez# se&undo Hammett# pode ser aeri&uada

atra0s da medida do &rau de protonação de uma %ase

fraca# usada como indicador' !endo representado a %ase

fraca em e$uilí%rio com seu acido con-u&ado na

e$uação /'

1 8 H8 _ 1H8 (/)

A função de acidez foi definida pela formulaG

H3 U p\ 1H

8

8 . lo& (c1H

8

c1)Onde c 0 a concentração molar# e a relação c 1H

8 c1 0

medida por m0todos espectroscópicos' `*

/aracteri;a89o e testes das <ro<riedades de troca

i=nica

Ao adicionar.se as soluç,es de 5a5l (cloreto de

cálcio) e 5u!O (sulfato de co%re) aos " tu%os de

ensaio $ue continham 3#33& de zeólita A# pode.seo%serar após al&uns minutos de a&itação $ue as

soluç,es dos " tu%os ad$uiriram aspecto leitoso e

houe depósito da zeólita A no fundo dos tu%os'

bealizou.se a centrifu&ação e as soluç,es

permaneceram com aspecto leitoso# por0m mais claro e

o sólido depositado no fundo (zeólita A) continuou

%ranco' A partir disso# o so%renadante resultante da

solução foi adiconado aos tu%os /A# A < "A'' Os

resultados o%tidos foram relacionados na Pa%ela #

a%aixo'

!a"ela $% esultados da caracterização

*ubo /onte>do $esu"tado

/A Zeólita A 8 Feter&ente Não houe formação

de precipitado

/1 5a5l 8 Feter&ente 9ormação de

precipitado

A Zeólita A 8 Na5O" Não houe formação

de precipitado

1 5a5l 8 Na5O" 9ormação de

precipitado

"A Zeólita A 8 NHOH Não houe formação

de complexo




"1 5u!O 8 NHOH 9ormação de

complexo

No tu%o /A houe maior produção de espuma pelodeter&ente se comparado ao tu%o /1' Msso se dee ao

fato de a zeólita A rou%ar os íons de 5a8#

diferentemente do $ue ocorre no tu%o 1# onde os 5a 8

estão disponíeis para precipitar com o sulfactante#

diminuindo a ação do deter&ente'

No tu%o A# noamente a zeólita rou%a os íons 5a8

presentes na solução# impedindo a formação de

precipitados' No tu%o 1# como todos os íons estão emsolução# ocorre a formação de um precipitado de

5a5O"(s)# conforme e$uação (*)# a%aixoG

5a5l(a$)8Na5O"(a$) Na5l(a$)85a5O"(s) (*)

No tu%o "A# a a solução ficou incolor# noamente

deio propriedade de troca i?nica da zeólita# $ue

retira os íons 5u8 da solução' No tu%o 1# houe

mudança na coloração do sólido o%tido no tu%o " de

%ranco para azul# pois# sem a presença de zeólita# osíons 5u8# a&ora presentes na solução# re&iram com o

NHOH# de acordo com a reação 7)# a%aixoG

5u!O(a$)8NHOH(a$)(NH)!O(a$) 8 5u(OH)(s)

(7)

<ssa reação forma o 5u(OH)(s)# conferindo coloração

azulada solução' Há# tam%0m# a formação do

complexo `5u(NH")8# tam%0m de coloração azul'

Figura +% Tu3os para centr4$uga c5nicos após a

centri$ugação Os dois primeiros tu3os continham zeólita #

e CaCl 6 e no terceiro, zeólita # e Cu7O8

A principal propriedade da zeólita está em sua

capacidade de separar misturas de mol0culas # sendo

possíel controlar a elocidade de difusão# permitindo

assim a separação e purificação de tais mol0culas'

Acredita.se $ue deido essa importante característica

0 $ue houe a diferença entre os tu%os contendo a

zeólita A com os $ue não foram adicionados tal

su%stncia'*

Podas essas propriedades da zeólita A são

o%seradas pois# em sua estrutura# a zeólita

apresenta canais e caidades de dimens,es

moleculares# nas $uais se encontram os íons de

compensação# mol0culas de á&ua e sais' <sse tipo

de estrutura confere s zeólitas uma superfície

interna muito &rande $ue permite a transferQncia

de mat0ria entre os espaços intracristalinos'?

/)5/L+S:%S

O preparo da zeólita A atin&iu resultado satisfatorio de

sintese e caracterização# atra0s da reação de aluminato

de sódio e silicato de sódio' Os testes de caracterização

comproaram as propriedades deste aluminossilicato#

tais como troca i?nica na remoção da dureza de á&ua e

incorporação de íons 5u8 na estrutura'

$%@%$A5/I&S BIBLI)$C@I/&S

/' A9ON!O# ' 5'# JONP<!# A' 1# !ANPO!# <'

!'# 2<NF<!# 2' ! e ARMAb# b' 2'

$ecic"agem Duímica de ;eó"itas comerciais

desati#adas. Kuím' Noa ol'6# n !ão Jaulo'

2arço.A%ril de 33. Fisponíel emG

httpG^^^'scielo'%rscielo'phppidU!3/33.




333333333gscriptUsciarttext' Acesso

/3@3/'

' A' A' 1' 2aia# b' !' An&0lica e b' 9' Nees .

%stabi"idade tErmica da ;eó"ita & sinteti;ada a

<artir de um reFeito de cau"im da &ma;=nia.

334' Fisponíel emG

httpG^^^'scielo'%rpdfce*n""/a/*""/'pd

f' Acesso /3@3/'

"' C<<# ' F' Química inorgânica n9o t9o

concisa' Pradução da *L edição in&lesaG Poma# H'

<' Ara:i# \'+ bocha# b' 5' <d&ard 1lcher# !ão

Jaulo# /@@@' p' "'

4. PETRY, Eigor Renato, PENHA, Fábio

Garcia e

PERGHER, Sibele erenice !a"tella #

SG5*%S% % /&$&/*%$I-&'() ,%

PI!%5*)S I5)$H5I/)S & P&$*I$ ,&

-%LI*& & Fisponíel emG

httpG^^^'reitoria'uri'%rjienciasNumero337arti

&osarti&osiencias37arti&o33@'htm' Acesso

/3@3/

*' !1K "3L reunião anual . %eitos do teor de

a"umínio sobre a or8a ácida de ;eó"ita ' Alex J' A'dos !antos# 5láudio ' A' 2ota# Nilton bosen%ach r' e

2arcelo 9ranco' Fisponíel emG

httpGsec's%$'or&'%rcdrom"3raresumosP3@3@.'pdf'

Acesso /3@3/'

7. Fisponíel emG

khttpG^^^'prof333'ptusersanitsircfiltra

[5"[A6[5"[A"o'&if

Acesso em @ de setem%ro de 3/'

6. J<Pb# <i&or benato# J<NHA# 9á%io arcia e

J<bH<b# !i%ele 1erenice 5astella . !NP<!< <

5AbA5P<bMZAO F< JM2<NPO!

MNObNM5O! A JAbPMb FA Z<qCMPA A

Fisponíel emG

httpG^^^'reitoria'uri'%rjienciasNumero337arti

&osarti&osiencias37arti&o33@'htm' Acesso

/3@3/'

relatório 11 - zeolita

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