Óxido de Cobre I

                                      INTRODUÇÃO

O Óxido de Cobre I ou Óxido Cuproso (Cu²O) é um Óxido do elemento químico Cobre. É insolúvel em água e solventes orgânicos,mas se dissolve em soluções amoniacais concentradas (e até mesmo em soluções diluídas,experimente !) formando o complexo [Cu(NH³)²]+,que facilmente se oxida quando exposto ao ar ao composto azulado [Cu(NH³)4(H²O)²]²+. Se dissolve em Ácido Clorídrico dando CuCl. Solúvel em Ácido Sulfúrico e Ácido Nítrico,produzindo Sulfato de Cobre (II) e Nitrato de Cobre (II),respectivamente. Por esta capacidade de reagir com ácidos,pode ser um prático precursor de outros compostos de Cobre no laboratório.

O Óxido Cuproso foi utilizado como biocida em tintas anti-incrustantes a partir da metade do século XIX. No entanto,as tintas à base de Cobre se tornavam ineficientes em menos
de um ano. Por isso,esta aplicação para o Cu²O foi abandonada tão logo a produção de tintas com biocidas organoestânicos se tornou viável,por volta de 1961.

Por último,o Cu²O é um semicondutor que tem sido largamente estudado na esperança de que possa vir a ser utilizado na fabricação de células solares de baixo custo.

Na minha opinião,Óxido Cuproso é um daqueles compostos que você pensa que nunca vai usar,mas logo se surpreende precisando dele. Enfim,eu também achava que NaCl era um bocado inútil,até descobrir a síntese de cloratos.
Sem mais delongas,vamos ao que interessa !

               REAGENTES,PRODUTOS E INFORMAÇÕES ADICIONAIS

Cobre [Cu] : O Cobre é um elemento químico de símbolo Cu (do latim,cuprum),número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atômica 63,6 u. À temperatura ambiente,o Cobre encontra-se no estado sólido.
Classificado como metal de transição,pertence ao grupo 11(1B) da Tabela de Classificação Periódica dos Elementos Químicos. É um dos metais mais importantes industrialmente,de coloração avermelhada,dúctil,maleável e bom condutor de eletricidade.
Conhecido desde a antiguidade,o Cobre é utilizado atualmente para a produção de materiais condutores de eletricidade (fios e cabos),e em ligas metálicas como latão e bronze.

Oxigênio [O²] : O Oxigênio é um elemento químico de símbolo O² (cada molécula contém dois átomos de Oxigênio), número atômico 8 (8 prótons e 8 elétrons) com massa atômica 16 u.
Na sua forma molecular,O²,é um gás a temperatura ambiente,incolor (azul em estado líquido e sólido.),insípido, inodoro,comburente,não-combustível e pouco solúvel em água.
Representa aproximadamente 20% da composição da atmosfera terrestre. É um dos elementos mais importantes da química orgânica,participando de maneira relevante no ciclo energético dos seres vivos,sendo essencial na respiração celular dos organismos aeróbicos.
Uma outra molécula também formada por átomos de Oxigênio é o Ozônio (O³),cuja presença na atmosfera protege a Terra da incidência de radiação ultravioleta procedente do Sol.


Água [H²O] : A água é uma substância química composta de Hidrogênio e Oxigênio,sendo essencial para todas as formas conhecidas de vida.

Hidrogênio [H²] : O elemento químico Hidrogênio,por possuir propriedades distintas,não se enquadra claramente em nenhum grupo da tabela periódica,sendo muitas vezes colocado no grupo 1 (ou família 1A) por possuir apenas 1 próton.
O Hidrogênio é o mais abundante dos elementos químicos, constituindo aproximadamente 75% da massa elementar do Universo. Estrelas na sequência principal são compostas primariamente de Hidrogênio em seu estado de plasma. O Hidrogênio elementar é relativamente raro na Terra,e é industrialmente produzido a partir de Hidrocarbonetos presentes no gás natural,tais como Metano,após o qual a maior parte do Hidrogênio elementar é usada "em cativeiro" (o que significa localmente no lugar de produção). Os maiores mercados do mundo fazem uso do Hidrogênio para o aprimoramento de combustíveis fósseis (no processo de hidrocraqueamento) e na produção de amoníaco (maior parte para o mercado de fertilizantes). O Hidrogênio também pode ser obtido por meio da eletrólise da água,porém, este processo é atualmente dispendioso,o que privilegia sua obtenção a partir do gás natural.

                                               EXPERIMENTAL

O processo todo é muito simples. Basicamente,consiste em realizar a eletrólise da água com ânodo de Cobre metálico. O Oxigênio que se desprende no ânodo ataca o Cobre,produzindo Óxido de Cobre I.
Enchi um recipiente plástico com aproximadamente 400 ml de solução não muito concentrada de Cloreto de Sódio. Como cátodo,utilizei uma barra de grafita (que,em uma de minhas células,especificamente na da imagem abaixo,foi substituída por uma segunda vareta de Cobre) como ânodo,um canote de Cobre que eu retirei de uma velha geladeira. O Amador que lê agora este artigo já desmontou uma geladeira,por acaso? Uma boa quantia de Cobre metálico na forma de canos pode ser retirada de uma geladeira ou "freezer" velho. Depois,acabei mudando para uma bobina de Cu,que oferece,entre outras vantagens,a de ter uma área de contato maior. Como fonte de corrente contínua,utilizei um carregador de celular,capaz de fornecer aproximadamente 0,8A sob 4.5V.


Bobina de Cobre que utilizei como ânodo em uma das minhas células.
Não há nada de misterioso nesta reação. Devemos lembrar,no entanto,que não se trata da reação de formação deste Óxido por ação direta da água,mas sim pela interação do ânodo com o Oxigênio que se desprende quando ocorre passagem de corrente elétrica pela primeira. Neste processo,é omitida a clássica formação de Cloro pela eletrólise da água ionizada com NaCl,em vista de que isso só ocorre com o uso de um eletrodo inerte (Por exem.:barras de grafita,ver síntese de cloratos). Eis as reações globais,de modo bem simplificado:

2 H²O(l) ==> 2 H²(g) + O²(g)


4 Cu(s) + O²(g) ==> 2 Cu²O(s)

Aqui é possível ter uma visão de uma das células depois de apenas alguns minutos de operação. A maior parte do Cu²O formado está boiando na forma de uma espécie de ''espuma'' que vai precipitando aos poucos. O Óxido de Cobre I não é um Óxido muito aderente,tal como o Al²O³ por exemplo,mas eu pude perceber que,depois de algum tempo,uma camada marrom-escura ia se acumulando sobre o ânodo,pelo que recomendo que este seja escovado com uma palha de aço de 6 em 6 horas,o que garante uma maior eficácia na oxidação da superfície do metal.



O tempo de reação varia muito,dependo das características de cada célula. Uma coisa que acontece durante a reação e que deve ser evitada a qualquer custo é o depósito de um fino pó de Cobre metálico no cátodo,que acontece por motivo da redução de sais de Cobre que se formam por interação do ânodo metálico com o ânion Cl-. Esse pó metálico só servirá pra impurificar o produto. Com base em meus experimentos,usando diferentes densidades de correntes em células de diferentes volumes,cheguei a seguinte conclusão : A formação de Cobre metálico no cátodo é inversamente proporcional ao volume da célula e diretamente proporcional a intensidade da corrente que flui por esta.

Logo,pequenas células funcionando com altas intensidades de corrente vão reduzir muito mais Cobre no cátodo,ao passo que células grandes pelas quais fluam correntes medianas vão ter uma quantia mínima de Cobre se depositando.


Outro fator que tende a impurificar o produto final é que o ânodo,ao se desgastar,gera aparas metálicas bem grandes,verdadeiros fragmentos de Cobre,que poderiam misturar-se ao Cu²O no momento da filtragem. Uma maneira muito simples de se resolver isso é pelo uso de um recipiente com borda em substituição aos recipientes de "boca lisa". Agita-se a solução para que o Óxido Cuproso emulsione e deita-se esta lentamente sobre o filtro. O Óxido,emulsionado pela água,passa facilmente pelo gargalo,ao passo que as partículas maiores,mais pesadas,são retidas.


Repare aqui nestes fragmentos. São bem grandes em relação ao Cu²O,um pó muito fino,não ? Com certeza você não vai querer isso impurificando seu Óxido Cuproso.

O próximo passo,após confirmada a presença de algum Cu²O na sua célula (eu prefiro deixar acumular) é realizar a filtragem. Para isto,eu faço uso de um retalho de tecido jeans,embora você possa,é claro,usar um filtro de papel,desses usados para coar café.


Licor de Cu²O sendo filtrado. Estranha semelhança com o chocolate ? (Risos!)
Após filtrado,o filtro com o reagente retido é levado ao sol para secagem. Outros meios de secagem podem ser testados,embora eu tenha o natural como predileto.


Interessante de se notar também é a variedade de cores que o composto assume depois de seco,muitas vezes distinta de sua cor quando úmido. Na maioria das vezes,predominam o verde,o laranja e o marrom.


Variedade laranja,obtida a partir de uma das minhas primeiras células.


Variedade marrom.
                                        
                                         RESULTADOS

Embora tenha demorado bastante,aliás,tenha demorado tanto a ponto de eu achar que a preparação eletrolítica de quantidades razoáveis de Cu²O esteja a altura da síntese de cloratos por eletrólise,consegui uma boa quantia do composto,que me será útil em experimentos futuros.


envasado e em recipiente padrão.

                                               OUTROS MÉTODOS

Uma alternativa ao processo eletroquímico para produção de Cu²O seria a oxidação térmica do Cobre.
Uma peça feita de Cu é oxidada quando aquecida na presença de ar atmosférico (ou Oxigênio puro,que aumenta a eficácia da reação) produzindo além do desejado Óxido Cuproso,traços de Óxido Cúprico. Este último,embora seja um reagente interessante de se possuir,é visto aqui como impureza. Além disso,a reação exige elevadas temperaturas para que aconteça com um rendimento razoável,e uma área de contato equivalente. Isto implica em aquecer fortemente chapas finas de cobre por um longo período de tempo. Após isto,a chapa ainda quente é mergulhada em uma bacia com água. Ao que parece (nunca realizei este procedimento) o choque térmico faz as camadas de Cu²O descamarem. Então bastaria esfregar a peça com uma palha de aço para que uma nova camada de Cobre fosse exposta,e aquecer novamente,repetindo o processo até obter a quantia de Óxido desejada.
O aquecimento deve ser preferencialmente em forno elétrico,usando-se de algum mecanismo para garantir a melhor circulação possível da atmosfera interior.

                                          REFERÊNCIAS

[1] Wikipédia - Óxido de Cobre I
[2] Scielo - Contaminação Ambiental Por Compostos Organoestânicos
[3] SciVerse - Production Of Cuprous Oxide,A Solar Cell Material,By Thermal Oxidation And a Study Of Its Physical And Electrical Properties
[4] Wikipédia - Cobre
[5] Wikipédia - Oxigênio
[6] Wikipédia - Água
[7] Wikipédia - Hidrogênio
                                        
                                                         ( 03/02/10)