O CRESCIMENTO DE UM CRISTAL DE ALÚMEN A PARTIR DE UMA SOLUÇÃO SUPERSATURADA

O CRESCIMENTO DE UM CRISTAL DE ALÚMEN A PARTIR DE UMA SOLUÇÃO SUPERSATURADA

Neste artigo é descrito o crescimento de um cristal de alúmen a partir de uma solução super saturada de KAl(SO4)2.12H2O. Para a realização desse experimento, usou-se apenas sulfato de alumínio e potássio e água destilada. Esse método se mostrou eficaz e simples, com poucos materiais e de baixo custo e uma metodologia fácil de replicar em qualquer laboratório. Foi apresentado alguns erros nas escolhas durante o experimento, levando a um baixo rendimento e à formação de um cristal um pouco deformado. O experimento permite assimilar alguns conceitos sobre sólidos iônicos.

Keywords: alúmen, sólido iônico, inorgânica.  

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INTRODUÇÃO

Alúmens são compostos iônicos que cristalizam a partir de soluções que contém o ânion sulfato, um cátion trivalente, normalmente Al3+, Cr3+ ou Fe3+ e um cátion monovalente, geralmente K+, Na+ ou NH4+.5 Os egípcios já empregavam o alúmen como mordente e os gregos e os romanos também o usavam para fins medicinais, como adstringente, na Antigüidade.2,7

Sulfato duplo de alumínio e potássio, KAl(SO4)2.12H2O, na forma do mineral é denominado Calinita e encontra-se disponível na natureza.5 Caracteriza-se por ser octaédrico (hexagonal), fibroso, maciço. Apresenta-se em coloração branca ou incolor. Na natureza ele é formado pelo intemperismo de rochas xistosas e folhelhos aluminosos. Pode se formar também a partir de da ação de águas vulcânicas que contenham ácidos sulfúricos ou oxidação de sulfetos que contenham alumínio e potássio. O alúmen se aplica principalmente na indústria têxtil, obtenção de sulfato, fabricação de corantes, na medicina como anticoagulante, entre outros.3

Podemos obter o mesmo composto na forma de cristais no laboratório quando se misturam duas soluções aquosas, quentes, de sulfato de alumínio e de sulfato de potássio e resfria-se a solução resultante.5 Esse processo é denominado cristalização.

Quando a temperatura de uma solução é abaixada, o excesso de sólido se separa da solução constituindo formas geométricas regulares chamadas cristais. Estes, por sua vez, são resultado do agrupamento provocado pela aproximação de moléculas, resultante das condições termodinâmicas que propicia o processo de purificação dos compostos.

O ato de agrupar é conhecido por nucleação e pode ocorrer espontaneamente quando partículas de uma substância pura colidem com orientação apropriada e energia cinética suficientemente baixa para permitir o estabelecimento de atrações interparticulares “permanentes”, ao invés de colisões mais fortes com separação posterior. Uma vez que os cristais começam a se formar em uma solução, sua área superficial aumenta à medida que crescem, atraindo mais moléculas e promovendo o crescimento a uma taxa cada vez maior, até que a solução se estabilize e não mais se formem cristais.6

Soluções supersaturadas

Um sal como o cloreto de sódio dissolve bem em água. Mas, se adicionarmos sal em quantidade muito grande, ultrapassando um certo valor dito "de saturação", a solução fica turva e o excesso de sal se deposita no fundo do vidro. Uma solução nesse estado é dita "supersaturada".4 

O valor de saturação depende da temperatura da solução. Água quente dissolve melhor que água fria. Uma solução supersaturada na temperatura ambiente pode voltar a ficar transparente se aquecida a 50ºC, por exemplo. Deixando esta mesma solução resfriar lentamente, sem nenhuma agitação, ela pode voltar à temperatura ambiente e continuar transparente, sem precipitado. Nesse caso, a solução está a ponto de precipitar, em equilíbrio instável. Qualquer perturbação pode quebrar esse equilíbrio e a solução se turvar novamente. É exatamente essa instabilidade que se aproveita para o crescimento de cristais.4

Colocando um pequeno cristalzinho do mesmo sal nessa solução supersaturada, partículas do sal que estão prestes a se precipitar podem aderir às paredes do cristal, fazendo-o crescer. Esse cristalzinho é a "semente" de crescimento do cristal.4

PARTE EXPERIMENTAL

Esse experimento foi montado em uma manhã, mas foi sendo observado durante um mês.

Inicialmente, pesou-se 10,0030 ± 0,0001 g de alúmen e o transferiu par um béquer de 250 mL. Para cada grama de alúmen adicionou-se 7 mL de água destilada, ou seja, foram usados 70 mL do líquido. Aqueceu-se a mistura (~60ºC) e agitou-se até obter uma solução clara. Filtrou-a quente para um recipiente de vidro de 250 mL utilizando um papel de filtro.

Foi amarrada uma linha de costura branca em um bastão de vidro de tal modo que, quando apoiado no topo da vidraria, ±1 cm da linha ficava submerso. Anotou-se a massa do conjunto linha + pipeta de pasteur e depois colocou a pipeta no topo do recipiente, cobrindo com uma toalha de papel e prendendo com fita adesiva. Fizeram-se alguns furos no papel e guardou o pote em um armário seguro.

[pic 1]

Figura 1. Filtração da solução de alúmen

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Figura 2. Recipiente de vidro já pronto e guardado em um lugar seguro

Foi necessário acompanhar de semana em semana o experimento para analisar se havia formado ou não algum cristal. Quando formado, pela primeira vez, escolheu-se o maior cristal (semente) no fundo do recipiente (visto que não formou na linha), amarrou-o na linha, pesou-se o conjunto linha + cristal + pipeta de pasteur e suspendeu-o na solução de alúmen fria, a qual, antes do processo de suspensão,  foi aquecida para diluir os outros cristais formados.

O cristal, agora amarrado na linha, foi observado por mais duas semanas, anotando sua massa e aquecendo a solução novamente quando havia a formação de novos cristais.