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ANHANGUERA EDUCACIONAL Faculdade Anhanguera de Indaiatuba ENGENHARIA MECÂNICA FUNÇÕES INORGÂNICAS E APLICAÇÃO NA INSDUSTRIA Indaiatuba 2024 ENGENHARIA MECÂNICA FUNÇÕES INORGÂNICAS E APLICAÇÃO NA INSDUSTRIA Felipe Moragriega Pacheco Engenharia Mecânica RA 410380711820 1º Semestre Indaiatuba 2024 RESUMO Este trabalho tem como objetivo apresentar as características dos grupos químicos inorgânicos. Que se diferenciam dos compostos orgânicos pela ausência de átomos de carbono em sua composição. Suas principais funções são os ácidos, bases, sais e óxidos, que são classificados em diferentes grupos de acordo com suas propriedades químicas. Veremos também a aplicações práticas dessas funções em diferentes ramos da indústria brasileira e sua importância no processo produtivo. ABSTRACT The aim of this work is to present the characteristics of inorganic chemical groups. These are differentiated from organic compounds by the absence of carbon atoms in their composition. Their main functions are acids, bases, salts and oxides, which are classified into different groups according to their chemical properties. We will also see the practical applications of these functions in different branches of Brazilian industry and their importance in the production process. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 7 2. Ácidos ...................................................................................................................... 8 3. BASES ..................................................................................................................... 9 4. SAIS ....................................................................................................................... 11 5. ÓXIDOS ................................................................................................................. 12 6. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 14 7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 14 7 1. INTRODUÇÃO As Funções inorgânicas são grupos químicos de compostos divididos por suas similaridades entre suas propriedades e reatividades. O principal elemento que diferencia esse grupo é o carbono, pois é justamente a falta dele na composição química das funções inorgânicas que os diferencia da classe dos compostos orgânicos, sendo as funções inorgânicas formadas por todos os outros elementos químicos da tabela periódica. Como sempre existem algumas exceções a essa regra, como o CO2 (Dióxido de Carbono) e o NA2CO3 (Carbonato de Sódio), que possuem o átomo de carbono em sua composição e mesmo assim são classificados como substâncias inorgânicas baseado em suas características. As 4 principais funções são ácidos, bases, sais e óxidos que serão o foco desse trabalho e que foram definidas pelo químico Arrhenius, que identificou íons nos ácidos, nas bases e nos sais. Serão estudadas as principais características dos elementos que fazem parte dessas famílias de funções, bem como suas aplicações nas indústrias e explanado sobre seus processos produtivos. Além dos 4 grupos principais existem alguns outros grupos de menor relevância que também são classificados como funções inorgânicas, são eles Peróxidos, Superóxidos e Carbetos. Baseado em nossos principais grupos, existem algumas propriedades químicas dos ácidos por exemplo que liberam íons H+ em contato com a água, já as bases em contato com a água liberam íons OH-. Os sais por sua vez são formados da reação entre um ácido e uma base, os óxidos são os únicos compostos binários formados por oxigênio e um outro cátion. 8 2. Ácidos O composto inorgânico ácido é um composto covalente que quando sofre ionização em água gera o íon H+, sendo ele o único cátion do composto. Podemos usar como exemplo o HCl (ácido clorídrico), que gera cárion H+ quando ionizado em água. Uma experiencia muito usada por estudantes e que comprova essa afirmação é o uso do limão para acender um led, pois a presença de íons na solução do limão é um indicativo que em soluções aquosas ácidas conduzem eletricidade proporcionalmente à concentração de íons na solução. Algumas das principais caracteristicas das funções inorgânicas ácidas são: • Sabor azedo na solução. • Boa condutibilidade elétrica. • Geração de gás hidrogênio quando reagem com metais, como magnésio e zinco. • Geração de gás carbônico quando reagem com o carbonato de cálcio. • Alteram para vermelho o papel de tornassol, indicando pH ácido. Para reconhecermos um ácido existem duas regras, a primeira é a fórmula HX, onde H é o hidrogênio ionizado e o X é um aníon qualquer, a única exessão é o oxigenio. Temos como exemplos dessa regra o HCl, H2SO4 e o H3PO4. A segunda maneira é sua nomenclatura que sempre vai se iniciar com a palavra ácido. Os ácidos são substâncias solúveis em água e alteram o pH entre 0 e 7 da escala de pH. Outra característica dos ácidos é sua força de ionização, que pode ser medida pela quantidade de hidrogênio ionizáveis e a presença de oxigênio. A razão entre a quantidade de moléculas ionizadas e a quantidade de moléculas totais da solução dão origem a escala de força dos ácidos e são classificados entre ácidos fracos, moderados e fortes. α = numerodemoleculasionizadas / numerodemoleculasdissolvidas • Ácidos fracos: α é inferior a 5% • Ácidos moderados: α entre 5% e 50% • Ácidos fortes: α é superior a 50% 9 Os principais ácidos nos processos produtivos industriais são o HCl (ácido clorídrico), H2SO4 (ácido sulfúrico), CH3COOH (ácido acético), H2CO3 (ácido carbônico) e HNO3 (ácido nítrico). Com esses ácidos são produzidos desde alimentos a explosivos mostrando a grande gama de utilização dos ácidos, abaixo serão listados alguns exemplos de produtos. ✓ HCl é usado em limpeza de metais antes de seu processamento, limpeza doméstica sendo vendido impuro como ácido muriático, tratamento de couros, produção de tintas, corantes e pigmentos. ✓ H2SO3 é comumente usado para refino de açúcar, produção de fertilizantes, baterias automotivas, borracha sintética, sabão e detergentes. ✓ CH3COOH adicionado ao vinagre em concentrações abaixo de 7%, revelações fotográficas, produção de náilon e filmes sintéticos como celofane. ✓ H2CO3 amplamente utilizado na indústria de bebidas para produção de refrigerantes e água gaseificada, utilizado também com acidulante e conservante em comidas enlatadas. ✓ HNO3 fabricação de explosivos, utilizado no processo de fabricação de fertilizantes, refinamento de metais preciosos, purificação de semicondutores na indústria eletrônica. 3. BASES O composto inorgânico base são compostos iônicos formados por cátions que em sua grande maioria são de metais e sofrem dissociação em água, gerando assim íon OH- (hidroxila) como único ânion. Assim como os ácidos, as bases são boas condutoras de corrente elétrica, de acordo com a proporção de íons contido na solução, formando soluções eletrolíticas. As bases são substâncias que possuem sabor adstringente e algumas de suas aplicações são na produção de produtos de limpeza, fertilizantes e cosméticos. • Em sua maioria as bases são insolúveis em água. • Boa condutibilidade elétrica. 10 • Escorregadias. • Formam sal e água quando reagem com ácidos. • Alteram paraazul o papel de tornassol, indicando pH básico. Para reconhecermos uma função básica temos duas regras, através da fórmula padrão YOH, onde Y pode ser um metal qualquer ou um cátion amônio classificado como grupo NH4. Como exemplo podemos citar NH4OH e com o metal o KOH. A segunda forma para reconhecermos as bases não sua nomenclatura padrão iniciada em Hidróxido seguida da preposição (de), como o NaOH (hidróxido de sódio) ou KOH (hidróxido de potássio). As bases apresentam diferentes solubilidades em água, existem bases solúveis, parcialmente solúveis e pouco solúveis, outra característica é o valor de pH superior a 7. A força das bases é estimada com base na dissociação. α = numerodemoleculasdissociadas / numerodemoleculasdissolvidas • Bases fracas: α é inferior a 5% • Bases fortes: α é superior a 5% Na indústria alguns exemplos de bases usadas em processos são as bases NaOH (hidróxido de sódio), Mg(OH)2 (hidróxido de magnésio, NH4(OH) (hidróxio de amônio, Al(OH)3 (hidróxido de alumínio) e Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio). ✓ NaOH também conhecida como soda cáustica, sólido branco muito corrosivo, muito solúvel em água e essa dissolução é extremamente exotérmica. Usado na fabricação de sabão e na indústria de corantes. ✓ Mg(OH)2 em concentrações aproximadas a 7% é conhecido como leite de magnésia na indústria farmacêutica e funciona como laxante para problemas de prisão de ventre. ✓ NH4(OH) conhecido como amoníaco, o hidróxido de amônio é utilizado na fabricação de fertilizantes e gás para refrigeração. ✓ Al(OH)3 utilizado nas industrias químicas, farmacéuticas e médicas, também compoem a produção de vacinas. 11 ✓ Ca(OH)2 usado no refinamento do açúcar para separação da cana, produção de refrigerante e bebidas alcoólicas. 4. SAIS A função inorgânica sal se dá por um composto formado por pelo menos um cátion diferente de H+ e um ânion diferente de OH-. Essa formação se dá através de uma reação entre um ácido e uma base que pode ser chamada de neutralização ou salificação. Sais são substâncias sólidas, geralmente higroscópicas (absorvem água), que possuem elevadas temperaturas de fusão e de ebulição porque têm estrutura cristalina e são classificadas em neutros, ácidos ou básicos, conforme a reação de neutralização que os originou. • Sais neutros: é formado a partir de uma reação de neutralização total, ou seja, todos os íons H3O+ são neutralizados pelas hidroxilas (OH-) presentes na solução. Ocorrem entre um ácido forte e uma base forte e a solução aquosa do sal formado tem um pH neutro. • Sais ácidos ou hidrogenossais: é formado a partir de uma reação de neutralização parcial, onde nem todos os íons H3O+ são neutralizados pelas hidroxilas (OH-) presentes na solução. Ocorrem entre um ácido forte e uma base fraca e a solução aquosa do sal formado tem um pH menor que 7. São conhecidos também como sal hidrogenado ou hidrogeno-sal. • Sais básicos ou hidroxissais: é formado a partir de uma reação de neutralização parcial, onde nem todos os íons OH- são neutralizados pelos H3O+ presentes na solução. Ocorrem entre um ácido fraco e uma base forte e a solução aquosa do sal formado tem um pH maior que 7. São conhecidos também como sal hidroxilado. A indústria química faz uso extensivo de sais inorgânicos como catalisadores, agentes de secagem, reagentes e modificadores de pH em várias reações químicas. Sendo assim, os compostos inorgânicos são fundamentais para a fabricação de produtos químicos, plásticos, vidros e muitos outros materiais. https://www.infoescola.com/quimica/hidroxila/ 12 Uma aplicação industrial que podemos citar é a utlização do Carbonato de sódio - Na2CO3. Tal material pode ser encontrado com o nome de soda ou barrilha, segundo a seguinte reação: barrilha + calcário + areia → vidro comum + gás carbônico Na2CO3 + CaCO3 + SiO2 → silicatos de sódio e cálcio + gás carbônico x Na2CO3 + y CaCO3 + z SiO2 → (Na2O)x . (CaCO)y . (SiO2)z + (x + y) CO2 É comum encontrar essa reação na produção de detergentes, especificamente em detergentes em pó para lavagem de roupas. Outras aplicações desse sal são: na produção de corantes, no tratamento de piscinas, na produção de papel e celulose, nas indústrias têxteis e siderúrgicas. 5. ÓXIDOS Óxidos são substâncias inorgânicas binárias que apresentam o oxigênio como elemento mais eletronegativo. São classificados em anfóteros, ácidos, básicos, neutros ou duplos. São formados pela união do oxigênio com um metal, já em um óxido molecular, o oxigênio junta-se à um não metal. O dióxido de carbono (CO2) é um exemplo de óxido. Os oxidos são classificados em seis grupos, são eles: • Óxidos ácidos (ametal + oxigênio): Formados por ametais, os óxidos ácidos possuem caráter covalente, sendo que na presença de água esses compostos produzem ácidos e, por outro lado, na presença de bases formam sal e água. Exemplo de óxidos ácidos: CO2 (dióxido de carbono ou gás carbônico) • Óxidos básicos (metal + oxigênio): Formados por metais, os óxidos básicos possuem caráter iônico e ao reagirem com os ácidos formam sal e água. Exemplo de óxidos básicos: Na2O (óxido de sódio) • Óxidos neutros (ametal+oxigenio): Formados por ametais, os óxidos neutros, chamados também de “óxidos inertes”, possuem caráter covalente e recebem esse nome porque não reagem na presença de água, ácidos ou bases. Exemplo de óxidos neutros: CO (monóxido de carbono) • Óxidos anfóteros (anidridos ou óxidos básicos): Nesse caso, os óxidos apresentam uma peculiaridade, ora comportam-se como anidridos (óxidos https://www.todamateria.com.br/acidos/ https://www.todamateria.com.br/caracteristicas-e-principais-tipos-de-sais/ 13 ácidos), ora como óxidos básicos.Em outras palavras, esses compostos na presença de um ácido se comportam como óxidos básicos e, por outro lado, na presença de uma base, reagem como óxidos ácidos. Exemplo de óxidos anfóteros: ZnO (óxido de zinco) • Óxidos mistos (óxido + óxido): Nesse caso, os óxidos mistos, duplos ou salinos, são derivados da combinação de dois óxidos. Exemplo de óxidos mistos: Pb3O4 (tetraóxido de trichumbo) • Peróxidos (oxigênio + oxigênio): São formados, em maior parte, pelo hidrogênio, metais alcalinos e metais alcalino-terrosos. Os peróxidos são substâncias compostas por dois átomos de oxigênio que se ligam entre si e, por isso, possuem em sua fórmula o grupo (O2)2-. Exemplo de peroxido: H2O2 (peróxido de hidrogênio ou água oxigenada). Quando falamos da aplicação dos óxidos em um ambiente industrial podemos destacar alguns processos produtivos que utilizam esse composto inorgânico. Um desses processos é o de fabricação de refrigerantes ou água com gás. A utilização de Dióxido de carbono (CO2) cria uma reação com água fazendo com que o meio fique ácido e o processo de gaseificação aconteça. Outro exemplo de aplicação no meio é a utilização do Óxido de Cálcio (CaO) obtido a partir da decomposição do calcário que é usado na agricultura para diminuir a acidez do solo e também na preparação de argamassa na construção civil. https://www.todamateria.com.br/bases/ https://www.todamateria.com.br/peroxido-de-hidrogenio/ 14 6. CONCLUSÃO O objetivo deste trabalho foi discorrer sobre os compostos inorgânicos, ácidos, bases, sais e óxidos e demonstrar suas principais características e aplicabilidade no em ambientes industriais. As substâncias inorgânicas estão abundantemente presentes em nosso cotidiano, desde a água que ingerimos, o ar que respiramos entre outros exemplos. Os compostos inorgânicos e as reações inorgânicas são fundamentais ao funcionamento de diversos processos industriais nos mais variados setores, como as indústrias farmacêutica, alimentícia, agricultura e demais seguimentos. Através do discorrido do texto é possível observar que cada um desses compostosapresenta características e composições distantes, porém cada uma delas quando aplicadas a processos produtivos específicos gerem benefícios para a população quando analisamos a cadeia de bens e serviços como um todo. Por tanto, se pode concluir que cada vez mais tais compostos devem ser estudados e analisados dentro do espectro da engenharia para que as aplicações industriais continuem se expandindo gerando mais valor agregado a cadeia de produção, trazendo mais beneficios e facilidade a vida do consumidor e tornando os processos produtivos mais eficientes e sustentáveis. 7. BIBLIOGRAFIA 15 QUIMICA. InfoEscola. Disponível em: https://www.infoescola.com/quimica/. Acesso em 20 de abril de 2024. FUNÇÕES INORGANICAS. Toda matéria. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/funcoes-inorganicas/. Acesso em 20 de abril de 2024. AS FUNÇÕES INORGANICAS. Mundo Educação. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/as-funcoes-inorganicas.htm. acesso a em 20 de abril de 2024. ANHANGUERA EDUCACIONAL 1. INTRODUÇÃO 2. Ácidos 3. BASES 4. SAIS 5. ÓXIDOS 6. CONCLUSÃO 7. BIBLIOGRAFIA
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