Os alquimistas que produziram ácido clorídrico pela primeira vez no século XV chamaram-no de “spiritus salis”, “espírito do sal”. Naquela época, esse ácido tinha propriedades mágicas: corroía papéis, dissolvia metais e envenenava pessoas. Essas propriedades permanecem até hoje, mas agora esse ácido foi suficientemente estudado e não há mágica aqui.
O ácido clorídrico (HCl) é um ácido monobásico forte, na sua forma pura é um líquido transparente. Na sua concentração máxima de 38% “fuma” no ar. Receberemos ácido com concentração da metade disso.
Então vamos começar.
Precauções de segurança
Tenha cuidado ao trabalhar com substâncias tóxicas!
Todos os experimentos devem ser realizados em uma sala bem ventilada ou sob um capuz. Certifique-se de usar óculos de segurança (podem ser adquiridos em uma loja de ferragens) e luvas (se você não encontrar luvas químicas especiais, as de boa qualidade são adequadas para lavar louça).
O bicarbonato de sódio deve estar presente no local do experimento para neutralizar o ácido em uma situação imprevista (isso liberará dióxido de carbono e água).
É estritamente proibido realizar experimentos em recipientes metálicos.
Vai precisar
Para realizar o experimento precisaremos de:
- Eletrólito ácido para baterias (vendido em loja de automóveis);
- Água destilada (ibid);
- Sal de cozinha (disponível em qualquer cozinha);
- Bicarbonato de sódio (ver precauções de segurança).
Dos pratos que você precisa:
- Frasco de vidro;
- Um recipiente com areia onde poderá colocar o frasco;
- Vários copos descartáveis de 200 ml;
Se você tiver um frasco resistente ao calor, poderá aquecê-lo sob a chama aberta de um queimador. Mas ainda recomendo usar areia, caso em que absorverá ácido.
Você também vai precisar de um par de cantoneiras com diâmetro de 50 mm e um queimador (no meu caso álcool, mas recomendo usar gás).
Estágio 1 - evaporação
O eletrólito das baterias é ácido sulfúrico a 36% (H2SO4). Primeiro precisamos aumentar sua concentração.
Despeje 200 ml no copo, ou seja, quase até a borda, e despeje um pouco mais da metade do copo no frasco. Faça uma marca com um marcador e adicione o resto.
Coloquei um refletor de alumínio ao redor do frasco para um aquecimento mais eficiente, mas depois o removi porque começou a derreter.
Agora coloque o frasco no queimador e evapore até o nível da marca previamente definida, ainda que um pouco mais baixo.
Ao mesmo tempo, colocamos uma gaze dobrada várias vezes na esquina e prendemos com um elástico. Prepare uma solução de refrigerante insaturada e mergulhe nela a ponta do canto com gaze.
Quando o eletrólito começa a ferver, colocamos uma ponta no frasco, ela fica bem apoiada nele. Direcionamos a ponta da gaze para a janela aberta.
Isso é necessário se de repente o próprio ácido sulfúrico começar a evaporar junto com a água. Se você não superaquecer muito o frasco, isso não acontecerá.
Queimador em ação:
Meu queimador tem potência relativamente baixa, então a evaporação demorou cerca de uma hora.Um queimador a gás ou um fogão elétrico acelerariam significativamente esse processo.
Após a conclusão da primeira etapa, deve permanecer no frasco um pouco menos da metade da solução, ou seja, um ácido com concentração em torno de 75%. Não se esqueça da precisão.
Deixe esfriar até a temperatura ambiente.
Etapa 2 - cálculos
Agora que concentramos o ácido sulfúrico, podemos realizar a reação básica, que fica assim:
Mas primeiro vamos fazer alguns cálculos e no final vamos compará-los com o que aconteceu na prática.
Então, inicialmente tínhamos 200ml de eletrólito com densidade de 1,27 g/cm³. Olhando a tabela de densidades do ácido sulfúrico, vemos que esta densidade corresponde a uma concentração de 36%. Vamos calcular o volume de ácido:
200ml*36%=72ml - V(H2SO4)
Depois que evaporamos a solução, sua concentração e, portanto, sua densidade aumentaram. Observamos a mesma tabela e vemos que uma concentração de 75% corresponde a uma densidade de 1,67 g/cm³.
Conhecendo a densidade de corrente (p) e o volume (V) do ácido, descobrimos a massa:
m=p*V;
m(H2SO4)=1,67g/cm³ * 72ml=120g;
m(H2SO4)=1,67g/cm³ * 72ml=120g;
Agora nos lembramos da química escolar:
m(H2SO4)/M(H2SO4)=m(NaCl)/M(NaCl)=m(HCl)/M(HCl),
onde M é a massa molar da substância.
onde M é a massa molar da substância.
As massas molares de H2SO4, NaCl e HCl são 98, 58,5 e 36,5 g/mol, respectivamente. Agora podemos descobrir quanto sal de cozinha é necessário e quanto HCl obteremos.
Ou seja, precisamos de 72 g de NaCl, são 34 ml, vamos consumir em excesso - um quarto de copo.
Ótimo, e o HCl em teoria chegará a 44,7 g.
A tabela de densidade de HCl possui uma coluna g/l. Tiramos daí o valor para uma concentração de 15% - 166,4 g/l. O volume de água necessário para obter HCl a 15% é 44,7/166,4≈270ml. Levaremos 200ml. Como resultado, em teoria, obterei ácido clorídrico a 22%.
Etapa 3 - obtenção de ácido
Conectamos os dois cantos da seguinte maneira:
E toda a estrutura ficará assim:
O ácido correspondente irá condensar em um recipiente denominado HCl; o volume de água nele é de 200 ml. Marque também o nível atual do líquido neste recipiente.
Retiramos os cantos e colocamos a quantidade calculada de sal no frasco através de um funil.
A solução fica amarela.
Para que o ácido clorídrico comece a ser liberado, é necessário ligar o queimador. Mas primeiro, prendemos firmemente os cantos ao frasco e ao recipiente receptor.
Quando o ácido se condensa na água, formam-se “ondas verticais”. Além disso, a solução aquece e deve ser resfriada. Por exemplo, você pode colocar outro recipiente com gelo abaixo.
A reação ocorre de forma relativamente rápida - 20 minutos, após os quais você pode desligar o fogo. Deixe os últimos vapores de ácido clorídrico se dissolverem na água e depois feche hermeticamente o recipiente. Quando o frasco esfriar, dilua a solução restante com água (aproximadamente um para um) e despeje no esgoto.
Resultado final
Pela marca no recipiente determinamos quanto líquido foi adicionado. Para mim é ⅙, ou seja, 17%. Esta é a concentração do nosso ácido clorídrico. Vamos compará-lo com o obtido na teoria.
17%/22%*100%=77% - rendimento da reação.
É importante ressaltar que não existe saída igual a 1, sempre há perdas. No meu caso, este é um eletrólito insuficientemente evaporado. Idealmente, a concentração de ácido sulfúrico deve ser de 90 a 95%.
Vamos verificar a interação do ácido resultante com o metal.
Observamos a rápida evolução do hidrogênio. Isto significa que o ácido é adequado para novas experiências.
Variações
Você pode usar uma garrafa de vidro limpa de cerveja ou refrigerante como frasco, mas desde que o aquecimento seja o mais suave possível. Em vez de cantos de PVC, você pode levar tubos de polipropileno e cantos de menor diâmetro (adequados para o seu frasco).
Mais uma vez peço que você siga as precauções de segurança. Boas experiências a todos!
