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 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?

Answer 1

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:

$\frac{Volume HPO}{dia} = \frac{12400kg CaPO}{dia} .\frac{1mol CaPO}{87g CaPO}.\frac{1000g}{1Kg} .\frac{48g HPO}{1mol HPO} .\frac{1L}{1,6Kg} .\frac{1Kg}{1000g} .0,8.\frac{1molHPO}{1molCaPO} \\\frac{Volume HPO}{dia} = 3420,68 L/dia de HPO$

São necessários 3420,68 litros de HPO por dia para produzir 12,4 ton/dia de fosfato de cálcio.