PARTE 1_QFL2143_2013

Prévia do material em texto

9/4/2013 
1 
Química dos Elementos 
A I N D Ú S T R I A Q U Í M I C A 
Setor de base da economia 
 de um país 
demais setores da economia 
INSUMOS PRODUTOS 
Alimentos 
e bebidas 
Agrícola Aeronáutica 
Aeroespacial 
A I N D Ú S T R I A Q U Í M I C A 
SEGMENTOS 
Higiene pessoal, 
perfumaria 
 e cosméticos 
Produtos químicos 
de uso industrial 
Produtos 
 farmacêuticos 
Adubos e 
fertilizantes 
Sabões e 
 detergentes 
Defensivos 
agrícolas 
Outros 
Tintas, esmaltes 
 e vernizes 
Química dos Elementos 
Química dos Elementos 
A I N D Ú S T R I A Q U Í M I C A 
Matéria-prima 
Transformações 
 químicas 
Operações físicas 
PRODUTOS SUBPRODUTOS 
NaCl 
Indústria Cloro-Álcali 
PVC 
Papel 
Processo: Eletrólise da salmoura 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
Cl2 
NaOH 
 Fontes de 
matéria-prima 
A NATUREZA 
Química dos Elementos 
 Terra inteira 
Crosta terrestre 
Universo 
Fe 
35 % 
Si 
15 % 
O 
29 % 
H 
60 % 
He 
36 % 
Si 
25,7 % 
O 
49,5 % 
9/4/2013 
2 
Gases nobres 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
ÁGUA DO MAR 
Química dos Elementos 
NaCl 
minério 
de Fe 
 Fontes de matéria-prima na natureza 
 Atmosfera 
 Oxigênio (O2) 
 Nitrogênio (N2) 
 Gases Nobres 
 Hidrosfera 
 Água (H2O) 
 NaBr, NaI 
 MgCl2, NaCl 
Litosfera 
 Sílica (SiO2) 
 Calcário (CaCO3) 
 NaCl 
 KCl, Na2CO3, Na2SO4 
 minérios – metais 
 Biosfera 
 Carvão, Petróleo, 
 Gás Natural 
 Enxofre 
 Rocha fosfática – Ca5(PO4)3F 
 Produtos orgânicos naturais 
Química dos Elementos 
A I N D Ú S T R I A Q U Í M I C A 
Matéria-prima 
Transformações 
 químicas 
Operações físicas 
PRODUTOS SUBPRODUTOS 
Química dos Elementos 
ar enxofre água petróleo Gás natural 
 água 
ar 
ar 
sal eletricidade 
cloro 
hidrogênio 
Sulfato de 
sódio 
Ácido 
acetilasalicílico 
ASPIRINA 
Ácido sulfúrico 
benzeno 
cumeno 
Hidroperóxido de 
cumeno 
Fenolato de sódio 
Anidrido 
acético Salicilato de sódio 
Ácido 
salicílico 
 água 
propileno etileno 
acetaldeído 
acetona 
ar 
Hidróxido de sódio 
fenol 
 CO2 
9/4/2013 
3 
DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS E 
PRODUTOS EM LABORATÓRIOS DE PESQUISA 
PLANTAS QUÍMICAS 
PLANTA-PILOTO 
ESCALA INDUSTRIAL 
Química dos Elementos 
Química dos Elementos 
Reduzir as perdas e a 
formação de subprodutos 
(descarte; toxicidade; etc.) 
Minimizar os custos 
(matéria-prima; energia; 
uso de catalisadores; etc.) 
A I N D Ú S T R I A Q U Í M I C A 
Melhorar o rendimento 
(condições ideais: rend. 100%; 
T e P ambiente; etc) 
Química dos Elementos 
 Energia - Processo empregado: 
 
Ideal: rendimento de 100% a Temperatura 
 e Pressão ambientes; 
 
 velocidade adequada e controlável; 
 
 geração de produtos puros 
 ou que permitam fácil separação. 
 
Real: TENTAR OBTER ALTA EFICIÊNCIA 
Subprodutos : problemas de descarte , toxicidade 
Q U Í M I C A 
V E R D E 
Desenvolvimento de processos 
 e produtos mais benéficos para 
o meio ambiente (environmentally 
friendly) e para a sociedade 
9/4/2013 
4 
Matéria-prima: fácil obtenção e transporte 
 
uso de fontes renováveis de matéria-prima 
Energia: 
busca da eficiência (tentar T e P ambientes) 
Subprodutos: problemas de descarte, toxicidade 
economia de átomos, catalisador altamente 
seletivo 
Geração de produto degradável ou reciclável, 
seguro 
Uso de solventes mais seguros 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
 Termodinâmica 
REAÇÕES QUÍMICAS 
 Cinética 
 Termodinâmica e Cinética 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
reagentes 
produtos 
complexo ativado 
energia 
liberada 
na reação 
energia 
de ativação 
e
n
e
rg
ia
 
caminho da reação 
CO (g) + NO2 (g) 
CO2 (g) + NO (g) 
Termodinâmica 
Química dos Elementos 
G = H - T S 
Reações termodinamicamente 
 favorecidas 
 
 ou espontâneas: 
 
 G < 0 
Química dos Elementos 
Reação dirigida por entalpia e entropia 
 
 14 KNO3 (s) + 18 C (s) + 5 S (s)  
 
 
 5 K2CO3 (s) + K2SO4 (s) + K2S (s) + 3 S (s) + 
 
 
 10 CO2(g) + 3 CO (g) + 7 N2 (g) 
 
 
 
 
 Ho = - 4948 kJ So = + 3260 J/K 
PÓLVORA NEGRA 
sólidos 
sólidos 
ligações fortes gases 
Química dos Elementos 
NITROGLICERINA 
Reação dirigida por entalpia e entropia 
 
H2C(ONO2)CH(ONO2)CH2(ONO2) (l)  
 
 
5/2 H2O (g) + 3/2 N2 (g) + 3 CO2 (g) + 1/4 O2 (g) 
 
 
 
 
 
 Ho = - 1809 kJ So = + 920 J/K 
ligações fortes 
líquido 
gases 
9/4/2013 
5 
Cinética 
Q
u
ím
ic
a
 
d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
Como aumentar 
a velocidade da reação? 
Catalisadores 
Como você define um catalisador? 
O catalisador participa da reação? 
k = A e 
–Ea/RT
 
Velocidade da reação 
Química dos Elementos 
Catalisadores Diminuir a 
energia 
 de ativação 
A + B C + D 
Reação Exotérmica Reação Endotérmica 
A energia de ativação (Ea) é a quantidade mínima de 
energia necessária para dar início à reação química. 
Química dos Elementos Química dos Elementos 
O catalisador é a substânica que faz aumentar a 
velocidade de uma reação química sem ser consumida . 
k = A • exp (- Ea / RT ) k 
uncatalyzed catalyzed 
Veloc catalisada > Veloc não-catalisada 
Ea
 < Ea ‘ 
Ea 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
9/4/2013 
6 
CATÁLISE HETEROGÊNEA 
- facilidade de separação 
 
- maior robustez à alta T 
CATÁLISE HOMOGÊNEA 
 - maior seletividade 
 
- vantajosa para processos 
 exotérmicos 
catalisador 
produto reagente 
solvente 
Química dos Elementos 
ETAPAS: 
 
1- Interação do catalisador com o substrato. 
 
2- Ativação do substrato: 
 
efeitos eletrônicos (mudança na ordem da ligação); 
 
deslocamento de carga (ácido/base). 
 
3- Liberação do produto e regeneração do catalisador 
 Catálise 
 
 homogênea 
 heterogênea 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
HIDROGENAÇÃO DE ALCENOS 
CATÁLISE HOMOGÊNEA 
= Rh 
Hidrogenação com o catalisador de Wilkinson 
Q
u
ím
ic
a
 d
o
s
 E
le
m
e
n
to
s
 
HIDROGENAÇÃO DE ALCENOS 
CATÁLISE HETEROGÊNEA 
9/4/2013 
7 
Química dos Elementos Química dos Elementos 
Catalisador 
automotivo 
escapamento 
N2, H2O, CO2