Questão 9 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2011
Uma maneira de se produzir ferro metálico de uma forma “mais amigável ao meio ambiente” foi desenvolvida por dois cientistas, um norte-americano e um chinês, que constataram a surpreendente solubilidade dos minérios de ferro em carbonato de lítio líquido, em temperaturas ao redor de 800 °C. No processo, a eletrólise dessa solução, realizada com uma corrente elétrica de alta intensidade, leva à separação dos elementos que compõem os minérios e à produção do produto desejado.
a) O artigo que relata a descoberta informa que os elementos que formam o minério são produzidos separadamente em dois compartimentos, na forma de substâncias elementares. Que substâncias são essas? Dê os nomes e as fórmulas correspondentes.
b) O processo atual de obtenção de ferro consiste na utilização de alto forno, que funciona a uma temperatura entre 1300 e 1500 °C, com adição de carbono para a reação de transformação do minério. Considerando todas as informações dadas, apresente duas diferenças entre o processo atual e o novo. Explique, separadamente, como essas diferenças justificam que o novo processo seja caracterizado como “mais amigável ao meio ambiente”.
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) O minério de ferro é um óxido (por exemplo, \ce{Fe2O3}), então os elementos que o formam são ferro e oxigênio. Dissolvido no carbonato de lítio fundido, o óxido é eletrolisado, e as substâncias elementares saem em compartimentos separados.
- No cátodo (polo negativo) ocorre redução do ferro: \ce{Fe^{3+} + 3 e^- -> Fe}. Forma-se ferro metálico, \ce{Fe}.
- No ânodo (polo positivo) ocorre oxidação do íon óxido: \ce{2 O^{2-} -> O2 + 4 e^-}Forma-se gás oxigênio, \ce{O2}.
Ferro metálico, \ce{Fe}, e gás oxigênio, \ce{O2}.
b) Duas diferenças entre os processos:
- Temperatura. O alto forno opera entre 1300 e 1500 °C, e o novo processo, em torno de 800 °C. Temperatura menor significa menos energia gasta para aquecer. Se essa energia vem da queima de combustíveis, há menor consumo deles e menor emissão de poluentes e de \ce{CO2}.
- Agente redutor. No alto forno adiciona-se carbono (coque), que reduz o óxido: \ce{2 Fe2O3 + 3 C -> 4 Fe + 3 CO2}Essa reação libera \ce{CO2} (e também \ce{CO}), gás do efeito estufa. No novo processo a redução é feita pela corrente elétrica, sem carbono, e o subproduto é \ce{O2}, que não é poluente. Assim, deixa de haver emissão de \ce{CO2} pela reação do minério.
O novo processo usa temperatura menor (menos energia e menos emissões) e dispensa o carbono, produzindo \ce{O2} em vez de \ce{CO2}.
Assuntos: eletrólise ígnea, metalurgia do ferro, impacto ambiental.
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