Question

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 Ca3(PO4)2, 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 Ca3(PO4)2, destacamos o ácido fosfórico (ou ortofosfórico), H3PO4, e o hidróxido de cálcio, Ca(OH)2. 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 (Ca3(PO4)2), a partir do ácido fosfórico (H3PO4) e do hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Em seguida, consideraremos uma situação hipotética, utilizando a reação citada para resolvê-la. Na resolução desta atividade, todas as considerações e os 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 H3PO4 e Ca(OH)2, que produz Ca3(PO4)2 e H2O. 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 (H3PO4) 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?

Answer 1

a) A reação referente à produção industrial de Ca3(PO4)2 é dada por:

H3PO4 + Ca(OH2) ⇒ Ca3(PO4)2 + H2O

Na forma balanceada, essa equação é dada por:

2H3PO4 + 3Ca(OH)2 ⇒ Ca3(PO4)2 + 6H2O

b) Não, essa reação é considerada de neutralização.

c) Serão necessários 7840kg de H3PO4 e 8800kg Ca(OH)2.

Considere: 1kg = 1000g

A massa molar do Ca3(PO4)2 é de 310g/mol

Massa molar de H3PO4: 98g/mol

Massa molar de Ca(OH)2: 74g/mol

A reação de obtenção do fosfato de cálcio é dada por:

2H3PO4 + 3Ca(OH2) ⇒ Ca3(PO4)2 + 6H2O

1 mol de Ca3(PO4)2 - 310g

x mol de Ca3(PO4)2 - 12.400.000g

x mol de Ca3(PO4)2 = 40.000

Seguindo-se os coeficientes estequiométricos, H3PO4 deverá utilizar o dobro da quantidade de mols de Ca3(PO4)2.

1 mol de H3PO4 - 98g

80000 mol de H3PO4 - 7.840.000g de H3PO4 ou 7840kg.

A quantidade de mols de Ca(OH)2 será, seguindo os coeficientes estequiométricos, o triplo de Ca3(PO4)2.

1 mol de Ca(OH)2 - 74g

120000 mol de Ca(OH2) - 8.880.000g ou 8800kg.

d)  Serão consumidos 3920L de ácido fosfórico.

H3PO4: densidade 1,6kg/L

80% de pureza: 7840 x 0,8 = 6.272kg

1,6kg de H3PO4 - 1L

6.272kg de H3PO4 - x L

x = 3920L