Química Avançada 2015 - Discursiva 7

RKA7MP - O metal alumínio pode ser reciclado a partir de sucata por fusão do metal e evaporação de impurezas. (a) Calcule a quantidade de calor necessária para derreter e purificar 1,0 mol de alumínio (Al) originalmente a 298 kelvin (K). O ponto de fusão do Al é de 933 K. A capacidade térmica molar é de 24 joules por quilomol (J/k.mol), e o calor de fusão do Al é de 10,7 quilojoules por mol (KJ/mol). Se pensamos em aumentar a temperatura deste 1 mol de alumínio de 298 K para 933 K, nós precisamos olhar a capacidade térmica molar, que é de 24 J/(k.mol). Precisamos, ainda, considerar o calor de fusão. O calor de fusão é o calor necessário para que o alumínio realmente derreta. Vamos fazer isso em etapas. Qual é o calor necessário para aumentar a temperatura a ponto de derretê-lo? Se nós fizermos uma subtração de 933 K por 298, vamos ver que é necessário aumentar a temperatura em 635 K. Vamos calcular o calor necessário para aumentar a temperatura em 635 K. Nós temos 1 mol de Al vezes a capacidade térmica molar, que é de 24 J/(k.mol). Esta seria a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura em 1 K. Isto, agora, nos permite multiplicar pela temperatura que queremos aumentar, ou seja, multiplicar por 635 K. Podemos cortar mol com mol e kelvin com kelvin. Agora, podemos calcular. Utilizando uma calculadora, temos que 24 vezes 635 é igual a 15.240. Considerando 2 algarismos significativos, podemos arredondar nosso resultado para 15.000 J. Portanto, são necessários 15.000 J para alcançar a temperatura de 933 k. Agora, vamos calcular o calor necessário para alcançar o ponto de fusão. Este valor será o calor necessário para derreter o Al no ponto de derretimento. Nós iremos multiplicar 1 mol pelo calor de fusão, que é equivalente a 10,7 KJ/mol. Podemos cortar mol com mol e teremos o resultado de 10,7 KJ. Ou, se preferir, 10.700 J. A quantidade de calor necessária para derreter e purificar o Al vai ser a soma destes 2 valores, ou seja, no total serão 25.700 J. Mas podemos arredondar para 26.000. Ou, se preferir, 26 KJ. Agora vamos à letra "b". A equação para o processo global de extração do Al, a partir do óxido de alumínio (Al₂O₃), é apresentada abaixo. O que requer menos energia, reciclar o Al já existente ou extraí-lo do Al₂O₃? Justifique sua resposta com um cálculo. Vamos entender esta reação. Este é o calor necessário para que 1 mol da reação ocorra. Assim, se você tiver 1 mol de Al₂O₃ e colocar neste calor, você vai obter 2 mols de Al e 1,5 de oxigênio molecular. Assim, a equação geral para extrair o Al a partir do Al₂O₃ exige muito calor e irá produzir 2 mols. Assim, para você ter 1 mol de alumínio, você precisa de metade deste valor, requer 1.675 dividido por 2, que é igual a 837,5 KJ. Para extrair 1 mol de Al do Al₂O₃, requer 837,5 KJ. Retomando a pergunta, o que requer menos calor, reciclar ou extrair o alumínio? Reciclar 1 mol de Al requer 26 KJ. Para extrair 1 mol de Al, requer 837,5 KJ. Assim, reciclar requer menos energia.