a) Que substância você usaria para obter uma pequena quantidade de
no laboratório?
b) Quer-se reduzir PbO utilizando carvão. Em que faixa de temperatura se deve trabalhar para que o produto da reação seja dióxido de carbono?
c) Explique por que a redução do óxido de cromo é feita por aluminotermia e não utilizando carvão como redutor. Escreva as equações das reações envolvidas.
b) Quer-se reduzir PbO utilizando carvão. Em que faixa de temperatura se deve trabalhar para que o produto da reação seja dióxido de carbono?
c) Explique por que a redução do óxido de cromo é feita por aluminotermia e não utilizando carvão como redutor. Escreva as equações das reações envolvidas.
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem três perguntinhas sobre reações de oxi-redução em metalurgia e geração de gases. O conteúdo principal é:
- geração de oxigênio em laboratório (reação de decomposição)
- uso do carvão como redutor de óxido de chumbo (análise pelo diagrama de Ellingham)
- por que não dá pra usar carvão pra reduzir óxido de cromo e sim alumínio (aluminotermia), também com equações.
Pra resolver vamos precisar lembrar da reação de decomposição de peróxido de hidrogênio, interpretar qualitativamente as curvas de Ellingham (ΔG° vs T) pra ver em que temperatura o carvão gera CO₂ em vez de CO, e comparar linhas de ΔG° de C e de Al pra ver quem consegue “tirar” oxigênio do Cr₂O₃.
Passo 2
(a) Pra gerar uma pequena quantidade de O₂ no laboratório a coisa mais prática é usar peróxido de hidrogênio (água oxigenada), com um pouquinho de dióxido de manganês (MnO₂) como catalisador. A reação é:
Explicando a teoria: o H₂O₂ se decompõe em água e oxigênio, e o MnO₂ acelera a reação sem se consumir.
Passo 3
(b) Quando você quer reduzir PbO com carvão e garantir que o carbono vire CO₂ (e não CO), você olha o diagrama de Ellingham. A curva da reação
fica abaixo da curva de formação de PbO até cerca de 1000 K (≈ 727 °C). Isso significa que, para que o ΔG° da reação
seja negativo, você deve trabalhar em temperaturas T abaixo desse ponto de interseção. Na prática costuma-se operar em torno de 600–700 °C. Acima de ≈ 727 °C a reação tende a produzir CO em vez de CO₂.
Passo 4
© Por que não usar carvão pra reduzir Cr₂O₃? Se você tentar:
a linha de ΔG° dessa reação permanece positiva em toda a faixa de temperatura (ou seja, não é termodinamicamente favorável). Já a aluminotermia (redução com alumínio) envolve:
A curva de ΔG° dessa reação fica muito mais abaixo no diagrama de Ellingham, indicando forte favorabilidade (ΔG° bem negativo). Por isso a gente recorre ao alumínio pra “tirar” oxigênio do óxido de cromo.
Resposta
a) Água oxigenada (H₂O₂) com MnO₂ para decomposição.
b) Operar abaixo de cerca de 1000 K (≈ 727 °C), tipicamente 600–700 °C, para gerar CO₂.
c) O carvão não consegue reduzir Cr₂O₃ (ΔG° > 0), mas o alumínio sim (aluminotermia):
• Cr₂O₃ + 3 C → 2 Cr + 3 CO (não funciona)
• Cr₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Cr (aluminotérmica, ΔG° < 0)
b) Operar abaixo de cerca de 1000 K (≈ 727 °C), tipicamente 600–700 °C, para gerar CO₂.
c) O carvão não consegue reduzir Cr₂O₃ (ΔG° > 0), mas o alumínio sim (aluminotermia):
• Cr₂O₃ + 3 C → 2 Cr + 3 CO (não funciona)
• Cr₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Cr (aluminotérmica, ΔG° < 0)