O fosfato de cálcio é definido como um sal de cálcio do ácido fosfórico. Consiste em um sólido branco, inodoro, encontrado em ossos e dentes humanos. Por esse motivo, esse composto químico tem ampla aplicação como componente de enxertos ósseos artificiais. Adicionalmente, é utilizado na formulação de fertilizantes e na indústria alimentícia, como aditivos alimentares. Sua fórmula química é Ca(PO), sendo também conhecido como fosfato de cálcio tribásico ou fosfato tricálcico. Industrialmente, pode ser sintetizado por reações químicas que envolvam íons cálcio e íons fosfato, geralmente em fase líquida e sob condições controladas de pH. Dentre os possíveis precursores da síntese de Ca(PO), destacamos o ácido fosfórico (ou ortofosfórico), HPO, e o hidróxido de cálcio, Ca(OH). Trata-se de uma reação entre um ácido e uma base moderados, resultando em um sal pouco solúvel em água, que se precipita em solução. Nesta atividade, vamos estudar a reação de síntese do fosfato de cálcio (Ca(PO)), a partir do ácido fosfórico (HPO) e do hidróxido de cálcio (Ca(OH)). Em seguida, consideraremos uma situação hipotética, utilizando a reação citada para resolvê-la. Na resolução desta atividade, todas as considerações eos cálculos deverão ser detalhados, para que se verifique o raciocínio utilizado em cada uma das questões. a) Considere a reação industrial de produção de fosfato de cálcio. Realize o balanceamento da reação química entre HPO e Ca(OH), que produz Ca(PO) e HO. Em seguida, escreva a equação química balanceada. b) A reação química obtida pode ser considerada uma reação de oxirredução? Justifique sua resposta. c) Situação hipotética: Considere uma produção industrial de 12,4 ton/dia (ou 12400 kg/dia) de fosfato de cálcio. Sabendo que todo fosfato da indústria é produzido a partir da reação química entre ácido fosfórico e hidróxido de cálcio, determine as quantidades (em kg) diárias necessárias dos dois precursores para se obter a produção desejada de fosfato.
Dados (Massas molares): H = 1g/mol; O = 16g/mol; P = 31g/mol; Ca = 40g/mol. d) A indústria química compra ácido fosfórico (HPO) na forma líquida. Os dados do rótulo do fornecedor indicam composição 80% (p/p) e densidade de 1,6kg/L. Com base nas especificações da matéria-prima, qual volume (em L) de ácido fosfórico é consumido diariamente no processo industrial?
Soluções para a tarefa
Resposta:
A) Formulação química hipotética : HPO + Ca(OH) → CaPO + HO. Onde a equação balanceada tem a seguinte reação quimica:
HPO + Ca(OH) → CaPO + H2O
B) É uma reação de oxirredução pois houve variação de nox. O fosforo saiu de Nox =+0 para Nox= +3 . Logo ele sofreu oxidação. Desta forma o fosforo é agente redutor e elemento hidrogênio saiu de nox = +0 ; nox= -1 para nox = +1 , sofrendo redução sendo portanto o agente oxidante da reação.
C) São necessários 3420,68 litros de HPO por dia para produzir 12,4 ton/dia de fosfato de cálcio.
Explicação:
A reação de síntese hipotética do fosfato de cálcio pode ser descrita da seguinte forma:
HPO + Ca(OH) → CaPO + HO
Onde há reação de ácido-base e dupla troca. A equação já esta balanceada.
HPO + Ca(OH) → CaPO + H2O
B) Para identificarmos se a reação é de oxirredução deveremos calcular o Nox ( número de oxidação) dos elementos, e verificar se houve variação, logo:
Vamos calcular o oxidação para o cálcio.
+2 -2 +0
Ca (O H)
+2 +0 -2
Ca P O
Vimos que o cálcio não sofreu redução e nem oxidação após a reação nox = +2. Calcularemos para o Fosforo (P).
-1 +3 -2
H P O
Vimos que o fosforo saiu de Nox =+0 para Nox= +3 . Logo ele sofreu oxidação. Desta forma o fosforo é agente redutor.
Para o hidrogênio :
+1 -2
H2 O
O elemento hidrogênio saiu de nox = +0 ; nox= -1 para nox = +1 , sofrendo redução sendo portanto o agente oxidante da reação . Desta forma a reação é de oxirredução.
C) Para calcularmos o volume de HPO ao dia vamos efetuar o seguinte calculo:
São necessários 3420,68 litros de HPO por dia para produzir 12,4 ton/dia de fosfato de cálcio.