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QUÍMICA APLICADA À FARMÁCIA Icimone B. Oliveira , 2 SUMÁRIO 1 Introdução à química geral ...................................................................... 3 2 Composição da materia ......................................................................... 16 3 Ligações quimicas .................................................................................. 27 4 Funções inorganicas .............................................................................. 39 5 Reações quimicas .................................................................................. 50 6 Cálculos estequiométricos ..................................................................... 64 , 3 1 INTRODUÇÃO À QUÍMICA GERAL Apresentação Seja muito bem-vindo à disciplina de Química Aplicada à Farmácia. Aqui você aprenderá as bases da química. Saiba que, durante todo o dia, está acontecendo, em você e ao seu redor, várias reações e processos químicos. Seu próprio corpo é composto de inúmeros reatores químicos, as células. Os medicamentos são produzidos naturalmente ou sintetizados a partir de elementos e compostos químicos. Assim, é importante para sua formação profissional aprender e associar conceitos que serão apresentados nesta disciplina. Então, bons estudos! 1.1 Método cientifico. Os ramos da química A Química surgiu quando os filósofos, a partir das suas curiosidades, começaram a tentar compreender qual a composição das coisas que os rodeavam e quais transformações ocorriam com estas matérias. A química, como Ciência, é uma organização de fatos e ideias que estuda do que a matéria é composta e quais energias estão envolvidas nas suas transformações. No início, a química não era vista como ciência, mas como algo utilitarista, isto é, desenvolvia o conhecimento para resolver problemas sociais (DREKENER, 2017). A química, como é conhecida atualmente, vem sendo estudada e experimentada há pouco mais de 200 anos. Para explicar observações experimentais e planejar novos experimentos, os cientistas levantam hipóteses que são a base para organizar fatos. A partir de hipóteses que foram testadas e confirmadas com base nas mais variadas condições, como temperatura, pressão, meios reacionais, entre outros, chegam-se às teorias. Não existe nenhum método cientifico único para todos os fins. A ciência é um processo complexo e criativo baseado na interação entre teoria e experimento (UCKO, 1992). , 4 Desta forma, todo método científico é um estudo detalhado que serve como ferramenta para uma pesquisa específica de modo a comprovar a veracidade e a reprodutibilidade de algum processo (MIRA, 2018). A Figura 1.1 ilustra as etapas de um método cientifico. Fonte: MIRA, 2018. Figura 1.1 - Esquema das etapas de um método cientifico Segundo BORGES e ALVES, 2017, a Química está em todos os momentos do seu dia e, sem ela, não teríamos o conforto da sociedade moderna. A produção do pão; a digestão dos alimentos; os medicamentos; os combustíveis; as tintas; o cimento; a borracha de seu tênis; os tecidos de seu vestuário; a atmosfera de Marte; a natureza animada e inanimada; e até a vida e a morte são processos que estão ligados direta ou indiretamente ao grande universo químico. Neste exato momento, o ato de ler só é possível pois inúmeras substâncias químicas de seu cérebro estão atuando, transmitindo as respostas sensório-motoras. Os cinco principais ramos da química são orgânicos, inorgânicos, analíticos, físicos e bioquímicos. Estes se dividem em muitas subáreas. Nos cursos de Farmácia, comumente são estudados conceitos de Química Geral e Inorgânica; Físico Química; Química Analítica; Química Orgânica; e Química Farmacêutica ou Medicinal. , 5 Química Geral e Inorgânica - Estuda as propriedades da matéria e os compostos de todos os outros elementos. Físico-Química - Estuda os fenômenos que são observados nas reações químicas, considerando a energia necessária para romper e formar ligações; a termodinâmica; e velocidade das reações químicas. Química Analítica e Instrumental - Estuda as técnicas utilizadas para conhecer a composição como, por exemplo, como analisar a dose de um medicamento. É importantíssima no controle de qualidade nas indústrias. Química Orgânica - Estuda os compostos do carbono, além da composição de seres vivos, medicamentos e de uma infinidade de compostos e suas reações. Química Farmacêutica - Estuda os princípios básicos utilizados no design e desenvolvimento de fármacos. 1.2 Propriedades da matéria, misturas e representações químicas Desde a Antiguidade, o homem já se intrigava com a constituição da matéria. Cientistas se preocupavam com a estrutura da matéria e com a eletricidade e não imaginavam que ambas estão intimamente relacionadas. Matéria significa “aquilo de que uma coisa é feita”. 1.2.1 Propriedades da Matéria Sabe-se, há muito tempo, que a matéria é todo sistema que possui massa e ocupa lugar no espaço, podendo ser um gás, um líquido ou um sólido. Outros estados incomuns e pouco divulgados da matéria incluem o plasma, condensado de Bose- Einstein, supercondutor, superfluido, entre outros. A organização (forma) dos átomos e moléculas, o espaçamento entre estas partículas e a energia cinética (movimento) das mesmas é que determinará os estados físicos mais comuns. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/fisico-quimica.htm , 6 O que determina o estado físico da matéria é como os átomos e moléculas que a compõem se organizam e a energia cinética envolvida, conforme características apresentadas na Tabela 1.1. Cada elemento ou substancia possui uma temperatura de fusão e ebulição que definem o seu estado físico ou como ele pode sofrer transformação física, como mostrado na Figura 1.2. Além disso, para cada elemento, temos diferentes forças intermoleculares, o que também influencia o estado físico. Tabela 1.1 Características micro e macroscópicas dos estados físicos. SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO FORMA Própria A do recipiente A do recipiente VOLUME Constante Constante A do recipiente ARRANJO Ordenada, partículas muito próximas Desordenada, partículas muito próximas Muito desordenado, partículas muito distantes MOVIMENTO Baixo Relativo Alto Fonte: Elaborada pela autora. Fonte: BORGES e ALVES, 2017. Figura 1.2 - Influência da Temperatura na mudança de estado físico da matéria https://brasilescola.uol.com.br/videos/ponto-fusao-ponto-ebulicao.htm https://brasilescola.uol.com.br/videos/ponto-fusao-ponto-ebulicao.htm , 7 As propriedades que nos permitem distinguir uma espécie de matéria de outra são denominadas propriedades específicas da matéria e são classificadas como: a) Propriedades físicas - são aquelas que caracterizam uma substância, não havendo alteração na sua composição. Exemplos: Temperatura de fusão, temperatura de ebulição, densidade, solubilidade, calor específico, entre outras. b) Propriedades químicas: são aquelas que caracterizam uma substância, havendo alteração na sua composição, formando novas substancias. Exemplos: decomposição térmica, oxidação, combustão, azedamento, digestão, entre outras. c) Propriedades organolépticas: são aquelas identificadas por um ou mais dos cinco sentidos (olfato, visão, tato, audição e paladar). Exemplos: cor, sabor, odor, brilho, entre outras (BORGES e ALVES, 2017). 1.2.2 Substancias Puras e Misturas A matéria é constituída por substâncias e essas, por sua vez, são constituídas por elementos químicos. As substâncias puras apresentam propriedades físicas bem definidas onde, por exemplo, as temperaturas de fusão e ebulição permanecem fixas durante todo o processo. Elas podem ser classificadas como substâncias simples (formadas por átomos de um mesmo elemento químico) e substâncias compostas (formadasda Química Inorgânica para a Química Medicinal. Disponível em: . Acesso em 24 mar. 2021. Conclusão Praticamente tudo que está ao nosso redor é formado por algum tipo de substancia química e, assim, podemos definir as funções inorgânicas como uma função exercida pela combinação desses compostos na qual possuem propriedades químicas comuns. É de fundamental importância compreender as funções inorgânicas porque elas estão presentes no desenvolvimento de diversas tecnologias, produtos, compostos naturais, reações nos seres vivos, estudos ambientais e uma gama infinita de situações no nosso cotidiano. Os ácidos e bases, por exemplo, são importantes em inúmeros processos químicos que ocorrem ao nosso redor, desde processos industriais até processos biológicos. A escala de pH é usada para descrever a acidez e basicidade de uma solução. Assim, o pH fornece uma forma de expressar o grau de atividade de um ácido ou de uma base em termos da atividade iônica do seu hidrogênio. O valor do pH de uma substância é diretamente relacionado pela relação das concentrações de íons de hidrogênio [H+] e de íons de hidroxila [OH-]. https://www.youtube.com/watch?v=i1oTWCBSed0%3e http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc13/v13a04.pdf http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/06/a03.pdf , 49 A solução chamada de tampão tem por finalidade evitar que ocorram variações muito grandes no pH ou no pOH e sua eficácia pode ser vista no sangue, onde, mesmo com a adição de ácido ou base em pequenas quantidades ao plasma sanguíneo, praticamente não haverá alteração no pH, reestruturando o equilíbrio dinâmico necessário à saúde. REFERÊNCIAS ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2012. BATISTA, C. O que é PH? Toda Matéria, S.D. Disponível em: . Acesso em: 22 mar. 2021. BERALDO, H. Química Inorgânica para a Química Medicinal. QNESC, 2005. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2021. BROWN, T. L. Química: A ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. FIORUCCI, A. R.; SOARES, M. H. F. B.; CAVELHEIRO, E. T. G. O Conceito de solução tampão. QNESC, 2001. Disponível em: . Acesso em: 23 mar. 2021. PROFESSOR GABRIEL CABRAL. Cálculo do pH e do pOH - Aprenda de uma vez por todas! 2019. (11m08s). Disponível em: . Acesso em: 23 mar. 2021. RUSSELL, J. B. Química Geral. São Paulo, Ed. Makron Books, 1994. SACKHEIM, G. I.; Lehman, D. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8 ed. Barueri: Editora Manole, 2001. SKOOG, D. A. Fundamentos de Química Analítica. São Paulo: Cengage Learning, 9. Ed. 2014. UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde: uma introdução a química geral, orgânica e biológica. São Paulo: Manole, 1992. , 50 5 REAÇÕES QUIMICAS Apresentação A obtenção de álcool, corrosão de metais, enferrujamento de ferro, crescimento de unhas e cabelos, reconstrução celular, desenvolvimento ósseo, cicatrização de ferimentos, degradação dos alimentos, entre tantos outros exemplos são reações químicas que ocorrem a nossa volta. As substancias que interagem são chamadas de reagentes e as formadas são chamadas de produtos. Neste bloco, serão estudados os tipos de reações, as leis que as regem e como simbolizá-las por meio de equações químicas balanceadas. 5.1 Reações Químicas: Leis No final do século XVIII, estudos experimentais levaram os cientistas a concluir que as reações químicas obedecem a certas leis: ponderais (tratam da relação entre as massas de reagentes e produtos que participam de uma reação) e volumétricas (tratam da relação entre volumes que reagem e são formados em uma reação). Reações químicas são transformações onde são formadas (produzidas) substâncias com propriedades diferentes das substâncias que reagiram. As reações são expressas por meio de equações químicas. Para escrever essa equação é necessário saber quais substancias são os reagentes (que serão consumidas) e quais produtos (substancias formadas): Reagentes Produtos Quando mais de um reagente, ou mais de um produto participarem da reação, as formulas são separadas pelo sinal +. Também podem ser incluídos números antes das formulas dos compostos. Estes números são chamados de coeficientes estequiométricos e indicam a conservação dos átomos em ambos os lados da equação. Exemplos: H2(g) + O2(g) H2O (l) HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H2O (l) , 51 Veja que alguns símbolos estão aparecendo nos exemplos acima: g, l, aq. Estes representam os estados físicos dos compostos a temperatura ambiente. Outros símbolos utilizados para representar a reação química são apresentados na Tabela 5.1. Tabela 5.1 - Representação de alguns símbolos utilizados na escrita de equações químicas SIMBOLO SIGNIFICADO SIMBOLO SIGNIFICADO s Sólido cat Catalisador l Liquido Reação é irreversível g Gasoso Reação é reversível aq aq – aquoso (em água) ↓ Formação de um precipitado (sólido) v Vapor ↑ Formação de um composto volátil ∆ Calor i Corrente elétrica λ Energia luminosa Ressonância Fonte: Elaborado pela autora. Segundo Fabrega, 2016, um modo de classificar as reações químicas é conforme a sua reversibilidade. As reações chamadas irreversíveis são aquelas em que pelo menos um dos reagentes e consumido totalmente até o final da reação. Assim, a reação ocorre em um único sentido, ou seja, os produtos não voltarão a formar os reagentes da reação e são representadas por uma seta simples (→). Já as reações reversíveis são aquelas que se deslocam para os dois sentidos, ou seja, os reagentes são consumidos, formando os produtos e os produtos também são consumidos, formando os reagentes novamente, até que a reação atinja um equilíbrio químico. As reações reversíveis são representadas por uma seta dupla ( →←), sendo que a seta para a direita (→) corresponde a reação direta e a seta para a esquerda (←) corresponde a reação inversa (FABREGA, 2016). , 52 Em relação à conservação de átomos na reação química, vamos analisar as Leis que regem as reações: Lei da Conservação da Massa (Lei de Lavoisier): na reação química, a massa se conserva porque os átomos se mantem mesmo na formação de novos produtos. Lei das proporções constantes (Lei de Proust): em uma reação química, já que a massa dos átomos é constante, também haverá uma proporção constante entre os reagentes e produtos. Lei das Proporções Múltiplas (Lei de Dalton): em uma reação química, já que a massa dos átomos é constante, quando a massa de um for mantida constante, a massa do outro irá variar segundo valores múltiplos ou submúltiplos. , 53 Leis Volumétricas: São as leis relativas aos volumes das substâncias que participam de uma reação. As relações entre os volumes dos gases que reagem foram determinadas por Gay-Lussac. Os volumes dos gases que participam de uma reação química, medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, guardam entre si uma relação constante que pode ser expressa por números inteiros. Na reação entre os gases hidrogênio e cloro, por exemplo, se foram medidos os seguintes volumes, teremos a seguintes relação 1 : 1 : 2, que é uma relação de números inteiros e pequenos (ATKINS e JONES, 2012). 5.2 Ocorrência de Reações Químicas Uma reação química é causada pela produção ou quebra de ligações químicas. As reações ocorrem quando átomos ou moléculas se chocam entre si na maneira (geometria) certa e com suficiente energia para possibilitar que as ligações químicas existentes se quebrem ou que novas ligações se formem (UCKO, 1992). Como essas ligaçõespodem ser muito fortes, geralmente é necessária energia na forma de calor para iniciar a reação. As evidências visuais mais comuns da ocorrência de reações são as mudanças de cor, liberação de gás, exalação de cheiro, liberação de luz, liberação de calor, alteração da textura do material, precipitação de sólidos e explosões. Todas essas evidências são decorrentes da produção de novos elementos por meio do rearranjo das ligações químicas dos reagentes. As reações químicas não acontecem apenas ao nosso redor, no meio externo. Elas estão acontecendo em todo o seu metabolismo, por exemplo, durante a alimentação, a respiração e até mesmo na ação de um remédio (SOUZA, 2005). , 54 Independentemente do tipo de reação química, são necessárias quatro condições para a ocorrência de qualquer uma delas, apresentadas em seguida. 5.2.1 Afinidade química entre os reagentes Para que uma reação química aconteça, é preciso que os reagentes apresentem a chamada afinidade entre eles. Para isso, é preciso analisar cada componente porque substâncias diferentes possuem diferentes afinidades químicas entre si, ou então, podem também não possuir afinidade nenhuma. Quanto maior for a afinidade química, mais rápida será a reação (FOGAÇA, 2021). Ácidos e bases sempre têm afinidade entre si, produzindo sais e água. 5.2.2 Contato entre os reagentes Além da afinidade entre os reagentes, é importante que eles entrem em contato para que suas partículas possam colidir, rompendo as ligações dos reagentes e formando as ligações dos produtos. Essa é a condição mais evidente para a ocorrência de uma reação. Ácidos e bases, por exemplo, mesmo que apresentem afinidade, não irão reagir se estiverem contidos em frascos separados. O contato entre os reagentes permite que ocorram interações entre os mesmos, originando os produtos (FOGAÇA, 2021). 5.2.3 Colisões efetivas entre as partículas dos reagentes A ideia central do modelo de colisão é que as moléculas devem colidir para reagir. Mesmo em compostos que possuem afinidade química, para que a reação se processe, é necessário que suas partículas, átomos ou moléculas, colidam de forma eficaz. Nem todas as partículas que se chocam fazem isso de forma eficaz, mas os choques que resultam em quebra das ligações dos reagentes e formação de novas ligações são aqueles que ocorrem na orientação correta e com a energia suficiente (BROWN, 2007). , 55 Os choques que resultam em uma reação são denominados choques eficazes ou efetivos, figura 5.1. Para que eles existam, é necessário que a colisão ocorra em uma posição (geometria) privilegiada, favorável à quebra de ligações e à formação de outras (ATKINS e JONES, 2012). No momento em que ocorre o choque em uma posição favorável, forma-se uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos, denominada complexo ativado. Para que ocorra a formação do complexo ativado, as moléculas dos reagentes devem apresentar energia suficiente, além da colisão em geometria favorável. Essa energia é chamada de energia de ativação. Fonte: FOGAÇA, S.D. Figura 5.1 - Representação de orientações com colisões não efetivas e efetivas (proporcionando a ocorrência da reação). 5.2.4 Energia de ativação A energia de ativação (Ea) é a menor quantidade de energia necessária que deve ser fornecida aos reagentes para a formação do complexo ativado e, consequentemente, para a ocorrência da reação. Se os reagentes tiverem uma energia igual ou superior à energia de ativação, durante o choque bem orientado, se formará um complexo ativado (estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos). No complexo ativado, existem as ligações dos reagentes enfraquecidas e as novas ligações de produto se formando. , 56 Assim, a energia de ativação funciona como uma espécie de barreira para que a reação ocorra, pois, quanto maior ela for, mais difícil será para a reação ocorrer. Em alguns casos, é preciso fornecer energia para os reagentes. Por exemplo, o gás de cozinha tem afinidade para interagir com o oxigênio do ar, mas precisamos fornecer energia quando aproximamos o palito de fósforo, senão a reação não ocorre. Mas, depois de uma vez iniciada, a própria reação libera energia suficiente para ativar as outras moléculas e manter a reação ocorrendo (FOGAÇA, 2021). Fonte: CHANG, 2013. Figura 5.2 - Energia de ativação em duas reações genéricas com absorção de calor (a) e liberação de calor (b) 5.3 Balanceamento de Equações Toda reação química deve estar escrita obedecendo as Leis já estudadas. Desta forma, o balanceamento das equações deve ser realizado para que se identifique a quantidade de matéria de cada reagente e produto formado e envolvido na reação. O balanceamento pelo método das tentativas, permite obter os coeficientes estequiométricos nas equações. Para que esse método possa ser executado, uma sequência de passos deve ser seguida (FABREGA, 2016): , 57 1. Ajustar os átomos dos metais. 2. Ajustar os átomos dos ametais. 3. Ajustar os átomos de carbono. 4. Ajustar os átomos de hidrogênio. 5. Ajustar os átomos de oxigênio Veja alguns exemplos de balanceamento de equações. Iniciaremos com a equação da formação da água. H₂ + O₂ H₂O Os reagentes, mostrados no lado esquerdo da equação, são o gás hidrogênio (H₂) e o gás oxigênio (O₂). Eles reagem e formam a água (H₂O) que corresponde ao produto, no lado direito. Esse exemplo se refere a uma equação não balanceada, uma vez que ela não respeita a Lei da Conservação de Massas, pois existem dois átomos de oxigênio no reagente e um átomo no produto, sendo necessário fazer o balanceamento dela (FABREGA, 2016). A equação balanceada deve conter duas moléculas de hidrogênio que reagem com uma molécula de oxigênio e geram duas moléculas de água. Veja abaixo a forma correta: 2H₂ + O2 2H₂O Ou ainda pode-se usar frações no balanceamento: H₂ + ½ O2 H₂O Vamos balancear outra equação: C2H6O + O2 CO2 + H2O Veja que a quantidade de carbono nos reagentes e no produto difere uma da outra. Então, igualamos isso, colocando o índice de um como coeficiente do outro: https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/quimica/hidrogenio https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/quimica/oxigenio https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/geografia/agua , 58 C2H6O + O2 –> 2CO2 + H2O Agora partimos para a quantidade de hidrogênio. Nos reagentes temos 6 e, no produto, 2 hidrogênios. Multiplicando o H2O por 3, é fácil chegar aos 6 necessários para o balanceamento: C2H6O + O2 –> 2CO2 + 3H2O Por fim, o oxigênio. Enquanto temos 3 átomos do elemento nos reagentes, agora no produto são 7 átomos de oxigênio. Então, é necessário acertar o coeficiente de O2 nos reagentes para que a equação esteja, finalmente, balanceada. Assim, atribuindo um coeficiente 3 para O2, temos 7 átomos de oxigênio. Somado ao átomo já existente em C2H6O, chegamos aos mesmos 7 átomos de oxigênio presentes no produto. Dessa forma, a equação balanceada fica assim: C2H6O + 3O2 –> 2CO2 + 3H2O *Lembre-se de que o coeficiente 1 não é escrito antes das substâncias, uma vez que sua presença já está subentendida (STOODI, 2020). 5.4 Sistema e vizinhanças; trabalho e calor; entalpia. O calor e trabalho são formas equivalentes de transformações de energia de um sistema para sua vizinhança. A região na qual estamos interessados em estudar é chamada de sistema. Um sistema pode ser o corpo humano, um recipiente contendo um gás, um béquer com ácido, entre tantos outros (ATKINS e JONES, 2012). Tudo que estiver externo a este sistema é chamado de vizinhança. A vizinhança inclui a área onde fazemos observações sobre a energia transferida de um sistema ou retirada dele. Um sistema pode ser aberto (troca matéria e energia com a vizinhança), fechado (só troca energia) e isolado (não há quaisquer trocas). O sistema ea vizinhança formam o que chamamos de universo. , 59 A energia está na base da civilização. Usamos energia em várias formas e para sustentar a vida, para ficar suficientemente quente ou frio, para nos movermos e para pensar (ATKINS e JONES, 2012). Na hora de suprir nosso corpo com alimentos, contamos com reações onde ocorre a liberação de energia, essa reação permite manter nosso corpo aquecido. O metabolismo, por exemplo, são transformações de matéria e energia presentes em seres vivos. E é graças ao metabolismo que as células crescem e se reproduzem. A energia é a capacidade de um sistema executar trabalho. Os químicos definem trabalho como a variação orientada de energia que resulta de um processo. Todas as formas de energia podem ser interconvertidas. Sentimo-nos quentes quando ficamos ao Sol porque sua energia radiante se transforma em energia térmica na nossa pele. Quando praticamos exercícios físicos, a energia química armazenada nos nossos corpos é usada para produzir energia cinética. Quando uma bola começa a rolar ladeira abaixo, a sua energia potencial é convertida em energia cinética. Os cientistas chegaram à conclusão de que, embora assuma formas diferentes e interconversíveis, a energia não pode ser destruída nem criada. Quando uma forma de energia desaparece, outra forma (de igual grandeza) deve aparecer, e vice-versa. Este princípio é conhecido como lei da conservação da energia: a quantidade total de energia no Universo permanece constante (CHANG, 2013). Quase todas as reações químicas absorvem ou produzem (liberam) energia, geralmente na forma de calor. É importante compreender a distinção entre energia térmica e calor. Calor é a transferência de energia térmica entre dois corpos que estão a temperaturas diferentes. Ou seja, falamos frequentemente em “fluxo de calor” de um objeto quente para um frio. Embora o termo “calor” implique transferência de energia, fala-se normalmente em “calor absorvido” ou “calor liberado” quando se descrevem as variações de energia que ocorrem em um processo. Estas variações são chamadas de Entalpia e estudadas por uma área chamada Termoquímica que, por sua vez, é estudada pela Termodinâmica. , 60 A Figura 5.2, já apresentada, ilustra reações química que ocorrem com absorção e liberação de calor. Se o calor é liberado durante a reação, esta e chamada exotérmica. Se o calor é absorvido, a reação e chamada de endotérmica. 5.5 Tipos de reações químicas: neutralização, combustão, precipitação e oxi-redução. As reações químicas podem ser classificadas perante a sua velocidade, aquecimento, reversibilidade, mas, principalmente, pelas suas substancias participantes, ou seja, pelos reagentes e produtos envolvidos na reação. Dentro dessa classificação temos quatro tipos de reações (FABREGA, 2016). Vejam exemplos abaixo: Reação de Síntese ou Adição: H2 + O2 H2O Reação de Decomposição ou Análise: CaCO3 CaO + CO2 Reação de Simples Troca ou Deslocamento: Fe + 2HCl FeCl2 + H2 Reação de Dupla Troca: NaOH + HCl NaCl + H2O Nas reações de simples troca, a substância simples é um metal que promove o deslocamento de outro metal (cátion) presente na substância composta. Para que isso ocorra, o metal da substância simples tem que ser mais reativo que o cátion da substância composta. É necessário que o elemento livre seja mais reativo, portanto, segue a fila de reatividade. REATIVIDADE DOS METAIS: Grupo 1A > grupo 2A > Al > Mn >Zn > Cr > Fe > Ni > Pb > H > Cu >Ag > Pt > Au REATIVIDADE DOS AMETAIS: F > O > Cl > Br > I > S > N > P > C As reações de dupla troca ocorrem entre duas substâncias compostas que trocam elementos entre si, formando duas novas substâncias compostas. Ocorrem quando pelo menos uma das condições aparecem: um precipitado (substância insolúvel); ou um gás (substância volátil = baixo ponto de ebulição); ou um produto não-ionizado (fraco). , 61 Muitas das reações químicas acontecem em soluções aquosas, portanto, podemos classificar as reações em de neutralização, precipitação e oxi-redução. Um dos mais clássicos exemplos de dupla troca é a reação de neutralização entre um ácido e uma base, O ânion do ácido troca de lugar com a hidroxila da base, ao mesmo tempo em que o cátion da base troca de lugar com o hidrogênio do ácido. Dessa reação, formam-se sal e água. Observe o exemplo a seguir: H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O. A reação de precipitação é uma reação de dupla troca entre reagentes solúveis em que ocorre a formação de um precipitado (produto insolúvel). O nitrato de prata (AgNO3) e o cloreto de sódio (NaCl) são solúveis em água; entretanto, quando colocados juntos, reagem formando um precipitado insolúvel chamado de cloreto de prata, conforme a reação a seguir: AgNO3 (aq) + NaCl (aq) → NaNO3 (aq) + AgCl (s). Algumas reações de dupla troca não necessariamente acontecem com a formação de precipitado. Elas podem ocorrer a partir de reagentes não voláteis formando pelo menos um produto volátil. Os medicamentos efervescentes contêm, entre outros componentes, NaHCO3 e também um ácido em pó. Ao ser jogado na água ocorre a formação do gás carbônico, conforme a reação a seguir, onde X representa o ânion de um ácido qualquer: HX + NaHCO3 → NaX + H2CO3 O ácido carbônico, H2CO3, é um ácido fraco que se decompõe facilmente formando água e gás carbônico (produto volátil). Dessa forma, a reação completa é: HX(aq) + NaHCO3(aq) → NaX(aq) + H2(g) + CO2 (g) As reações de oxidação-redução, ou redox, são consideradas reações de transferência de elétrons. Elas também são muito comuns no mundo que nos rodeia. É o caso da queima de combustíveis fosseis, bem como da ação dos alvejantes domésticos. Grande parte dos processos redox ocorre na água, mas nem todas as reações redox acontecem em solução aquosa. A semirreação que envolve perda de elétrons é chamada de reação de oxidação. A semirreação que envolve ganho de elétrons é chamada de reação de redução. , 62 Considere a formação do óxido de magnésio (MgO) a partir de magnésio e oxigênio: 2Mg(s) à O2(g) + 2MgO(s) O oxido de magnésio (MgO) é um composto iônico formado pelos íons Mg2+ e O2-. Nesta reação, dois átomos de Mg dão ou transferem quatro elétrons a dois átomos de O (em O2). Para simplificar, podemos pensar neste processo em duas etapas, uma envolvendo a perda de quatro elétrons pelos dois átomos de Mg, e a outra envolvendo o ganho de quatro elétrons por uma molécula de O2: Já as reações de combustão são exotérmicas, ou seja, liberam calor para o ambiente. Para que ocorram, é necessário ter como reagentes materiais combustíveis (contendo C e H) e o oxigênio como comburente, além de calor. Exemplo de reação de combustão: queima de gás de cozinha, gasolina, óleos e outros combustíveis. Saiba Mais Esse artigo auxiliara você a assimilar os fatores que favorecem a ocorrência das reações químicas: . Acesso em: 24 mar. 2021. Esse artigo traz dez exercícios para que você pratique os conhecimentos adquiridos sobre o balanceamento de equações químicas. Disponível em: . Acesso em: 25 mar. 2021. https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/fatores-que-influenciam-velocidade-das-reacoes.htm%3e https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/fatores-que-influenciam-velocidade-das-reacoes.htm%3e https://beduka.com/blog/exercicios/exercicios-sobre-balanceamento-de-equacoes-quimicas/.%3e https://beduka.com/blog/exercicios/exercicios-sobre-balanceamento-de-equacoes-quimicas/.%3e , 63 Conclusão Estudamos que as reações químicas são transformações na qual ligações químicas de reagentes são rompidas enovas ligações são formadas e que existem fatores que propiciam a ocorrência das reações químicas e formação de produtos. As reações são escritas em formas de equações que devem ser balanceadas por meio de coeficientes estequiométricos. Também vimos que as reações químicas envolvem transformações de energia e podem ser classificadas em vários tipos. REFERÊNCIAS ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2012. BEDUKA. Exercícios sobre balanceamento de equações químicas com gabarito. 2020. Disponível em: . Acesso em: 25 mar. 2021. BLOG STOODI. Balanceamento químico: entenda tudo sobre este tema. S.D. Disponível em: . Acesso em: 26 mar. 2020. BROWN, T. L. Química: A ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007. CHANG, R. Química. Porto Alegre: Grupo A, 2013. FABREGA, F. M. Química Geral e Experimental. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional. 2016. FOGAÇA, J. Fatores que influenciam a velocidade das reações. Manual da Química, S.D. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2021. FOGAÇA, J. R. V. Condições para Ocorrência de Reações Químicas. Brasil Escola, S.D. Disponível em: . Acesso em: 24 mar. 2021. SOUZA, G. P. V. A. Química para o Ensino de Ciências. Natal: EDUFRN. 2005. UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde: uma introdução a química geral, orgânica e biológica. São Paulo: Manole, 1992. https://www.stoodi.com.br/blog/quimica/balanceamento-quimico/%3e , 64 6 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Apresentação A partir de uma equação química balanceada e das leis de conservação das massas e proporção, você pode realizar vários cálculos, que são chamados de cálculos estequiométricos. As grandezas químicas são agrupamentos de categorias (átomos, elementos, mol). Desta forma, há unidades de medida e relações de proporção entre essas grandezas: massa atômica, massa molar, número de Avogadro, mol e volume molar. O cálculo estequiométrico, ou estequiometria, estuda as relações de massa, mol, partículas volume entre reagentes e produtos nas reações químicas. Neste último bloco iremos estudar os cálculos envolvidos para compreender rendimentos de reações. Bons estudos! 6.1 Grandezas químicas: massa molar O conceito de massa atômica aplica-se a átomos de um elemento. As massas atômicas dos elementos são encontradas na Tabela Periódica. Para os agregados atômicos de uma substância, utiliza-se o conceito de massa molar (anteriormente chamada de massa molecular ou peso molecular). A massa molar de qualquer composto é a soma das massas atômicas de todos os átomos que fazem parte de uma molécula desse composto. A molécula de H2O, por exemplo, tem 2 átomos do elemento hidrogênio e 1 átomo do elemento oxigênio. A substancia iônica Fe(OH)3, tem 1 átomo de ferro, 3 átomos de oxigênio e 3 átomos de hidrogênio. Sabe-se qual a massa de cada átomo, mas como calcular a massa final dos compostos? Para encontrar a massa molar de um composto, adicione as massas atômicas de todos os átomos que estão presentes nesse composto. Veja como calcular a massa molar (em g/mol) dos compostos água, glicose e fosfato de cálcio, respectivamente (SACKHEIM e LEHMAN, 2001). , 65 H2O: 18 g/mol C6H12O6: 180 g/mol Ca3(PO4)2: 310 g/mol A composição percentual de um composto pode ser calculada a partir dos valores relativos das massas atômicas dos elementos presentes nesse composto. Considere o composto Ca3(PO4)2, fosfato de cálcio, cuja massa molar, encontrada anteriormente, é de 310. Desta massa, 120 correspondem ao cálcio, 62 ao fósforo e 128 ao oxigênio. Então temos (SACKHEIM e LEHMAN, 2001): 6.2 Grandezas químicas: mol e constante de Avogadro Como os átomos possuem massas pequenas, não é possível inventar uma balança para pesá-lós em unidades definidas de massa atômica. Em situações concretas, lidamos com amostras constituídas por inúmeros átomos, daí ́a utilização conveniente de uma unidade especial para exprimir essas grandes quantidades. , 66 A ideia de uma unidade para representar muitos objetos não é nova. Por exemplo, um par (2 unidades), uma dúzia (12 unidades) e uma centena (100 unidades) são unidades familiares. Os químicos medem átomos e moléculas em mols (CHANG, 2013; SACKHEIM; LEHMAN, 2001), com o objetivo de tornar o trabalho numérico com partículas, massa e volume de uma determinada matéria mais próximo do mundo macroscópico. No sistema SI de unidades, o mol é a quantidade de substância que contém tantas entidades elementares (átomos, moléculas ou outras partículas) quantas existem em, exatamente, 12 g (ou 0,012 kg) do isótopo carbono-12. O número de átomos existente em 12 g de carbono-12 é determinado experimentalmente. Este número é chamado de número de Avogadro (NA), em homenagem ao cientista italiano Amedeo Avogadro. Em geral arredondamos o número de Avogadro para 6,022 x 1023. Assim, tal como uma dúzia de laranjas contém 12 laranjas, também 1 mol de átomos de hidrogênio contém 6,022 x 1023 átomos de hidrogênio (CHANG, 2013). Um mol de qualquer substância tem uma massa, em gramas, igual à sua massa molar (ou atômica). O mol também pode indicar o volume em litros ocupado por 6,022 x 1023 moléculas de um gás: 1 mol de CO2: ocupa 22,4 L, que corresponde ao espaço ocupado por 6,02x1023 moléculas de CO2. Para relacionar todos os conceitos que você precisará para cálculos estequiométricos lembre-se de: 1 mol = 6,02x1023 “entidades” = massa molar (g/mol) = volume molar (22,4 L) , 67 6.3 Reagentes limitantes e em excesso Em uma reação química, a quantidade utilizada de reagentes pode limitar a quantidade de produtos formada pela reação. Quando isso acontece, refere-se ao reagente como reagente limitante (ou reativo limitante). Assim, o reagente limitante define a extensão da reação, ou seja, quanto de produto irá ser formado. O reagente limitante é aquele que está em proporção estequiométrica insuficiente. Ele é o reagente que será inteiramente consumido se o rendimento da reação for máximo. Segundo Drekener, em 2017, um reagente em excesso é aquele que está em uma quantidade estequiométrica superior à dos demais reagentes. Então, ele é chamado de reagente em excesso porque não vai ser inteiramente consumido na reação, porque os demais reagentes não existem na reação em quantidades suficientes para consumi-lo. Você deve estar se perguntando por que colocar um dos reagentes em excesso em relação ao outro, a resposta pode envolver diversos fatores como o preço de um dos reagentes ser muito elevado com relação ao outro, portanto, não podemos ter nenhum tipo de perda. Outra razão é a purificação do produto, o reagente em excesso pode ser facilmente removido do meio reacional, facilitando a obtenção do produto em sua forma pura (DREKENER, 2017). Para fazer cálculos estequiométricos nas reações químicas deve-se seguir alguns passos. De maneira geral, estas são as etapas: 1. Escrever a equação química corretamente apontando os reagentes e produtos formados. 2. Verificar se a equação precisa ser balanceada. 3. Identificar as proporções entre reagentes e produtos. 4. Converter as unidades para mol, massa ou volume, conforme for necessário , 68 5. Fazer uma regra de três com as quantidades estequiométricas ideais dos reagentes. 6. Comparar as quantidades fornecidas com a quantidade estequiométrica, determinando os reagentes limitante e em excesso. Exemplo (FOGAÇA, 2021): Uma massa de 138 g álcooletílico (C2H6O) foi posta para queimar com 320g de oxigênio (O2), em condições normais de temperatura e pressão. Qual é a massa de gás carbônico liberado e o excesso de reagente, se houver? Como estão sendo pedidos valores de massa, será necessário calcular inicialmente as massas molares das substancias para usar no cálculo da regra de 3. A reação balanceada é dada por: Só de analisarmos os dados, vemos que a massa de oxigênio é proporcionalmente maior que a do álcool, assim o oxigênio é o reagente em excesso nesta reação e o álcool etílico é o reagente limitante. Calculando a massa de gás carbônico formado a partir da quantidade do reagente limitante: A massa de oxigênio em excesso é determinada de forma análoga: , 69 A massa em excesso é a diferença da massa que foi colocada para reagir e a que efetivamente reagiu: 320g - 288g= 32g 6.4 Rendimentos Teóricos e Percentuais A quantidade de produto que é formada quando o reagente limitante é totalmente consumido em uma reação é conhecida como rendimento teórico. Estes cálculos são amplamente utilizados em indústrias farmacêuticas nas etapas de produção. Entretanto, ao realizarmos uma reação na bancada, observamos que nem todo regente se transforma em produto, ou seja, a quantidade de produto realmente obtida é quase sempre menor do que o rendimento teórico. Então tem o que chamamos de rendimento real da reação. Os rendimentos teóricos e reais podem ser calculados utilizando a massa, o mol ou o volume do produto obtido. O rendimento percentual é obtido quando dividimos o rendimento real pelo teórico, multiplicando por 100. Lembre-se de que esta fórmula pode ser substituída por uma regra de três simples (DREKENER, 2017). Com base nessa definição, podemos esperar que um rendimento percentual tenha um valor entre 0% e 100%. Se nosso rendimento percentual for maior que 100%, isso significa que provavelmente calculamos algo de maneira incorreta ou que cometemos um erro experimental (KHAN ACADEMY, 2021). , 70 Utilizando um exemplo dado por MAHAN e MYERS (2002), uma dada reação química de precipitação entre 1g de nitrato de prata (AgNO3) e 0,34g de cloreto de sódio (NaCl) formou 0,6 g de cloreto de prata (AgCl). Os valores apresentados são da Massa molares dos compostos: Veja que essa reação formou AgCl e NaNO3. O AgCl é o precipitado de cloreto de prata (AgCl) e usando a estequiometria na reação de 1g de AgNO3 ou 0,34g de NaCl, obteria 0,84g de AgCl, conforme calculo demonstrado abaixo. A partir do cálculo estequiométrico, verificamos que realmente deveria ser produzido 0,84g de AgCl. Entretanto, isso é esperado quando consideramos um rendimento teórico de 100%. Vamos lembrar que, no enunciado, é informado que foi obtido 0,60g de AgCl. Então, qual foi o rendimento real da reação? Desta forma, identifica-se que, nas reações químicas, nem sempre teremos 100% de rendimento. Neste caso, o rendimento real reacional foi de 71,42%. Isso pode ocorrer por erros analíticos durante o processo experimental. Outro calculo importante na indústria se baseia no grau de pureza dos reagentes. Este é dado pela divisão entre a massa da substancia pura e a massa total da amostra. , 71 6.5 Cálculos Farmacêuticos Considerando o grande número de intervenções às quais o paciente é submetido durante a internação hospitalar, uma alta taxa de erros é uma possibilidade de conhecer e aplicar adequadamente os fundamentos da aritmética e da matemática para auxiliar o profissional de saúde na prevenção de erros relacionados ao preparo, a dosagem e ou à administração de medicamentos (COREN, 2011). Os cálculos são essenciais para a prática farmacêutica tanto para o preparo ou fracionamento de formulações para pacientes quanto para a determinação das quantidades de ingredientes para adicionar às misturas intravenosas e outras formulações manipuladas (THOMPSON,2013). Para fornecer doses corretas dos medicamentos aos pacientes, deve-se ter uma boa compreensão das unidades de medida para os fármacos; expressões de quantidade e de concentração aceitas para medicamentos; e preparações, conhecimentos e habilidades em usar tais informações ao executar os cálculos necessários para o fornecimento correto da terapia medicamentosa (BOYER, 2010; COREN, 2011). Segundo ANSEL e STOKLOSA (2008), o escopo dos cálculos farmacêuticos inclui o cálculo de: • Dosagem de fármacos, regimes de dosagem, taxas de administração de medicamentos e adesão do paciente ao tratamento prescrito; • Taxas de absorção dos fármacos, distribuição corporal, metabolismo e excreção; • Formulações farmacêuticas e produções de lotes de várias quantidades; • Prescrições e ordens de medicação que requerem manipulação; • Dados de testes físicos e químicos e ensaios para o controle de qualidade de formas de dosagem e sistemas de liberação de fármacos; , 72 • Pureza química, características físicas e atividade biológica de fármacos e substâncias farmacêuticas. Alguns exemplos (ANSEL, 2008; COREN, 2011; THOMPSON,2013) serão dados para compreensão da importância de grandezas relacionadas a matéria, e abordadas em química, no dia a dia de um farmacêutico. Exemplo 1 - Se 3 comprimidos de aspirina contêm 975 miligramas, quantos miligramas existem em 12 comprimidos? Exemplo 2 - Se 30 mililitros (mL) representam 1/6 do volume de uma prescrição, quantos mililitros representarão 1/4 do volume? Exemplo 3 - Se o estudo clínico de um novo fármaco demonstrasse que ele atendeu aos critérios de efetividade em 646 dos 942 pacientes testados no estudo, como seriam os resultados expressos como uma fração decimal e como uma porcentagem? , 73 Exemplo 4 - Para uma suspensão de amoxicilina 5 mg/mL, considerando posologia de 5 mL, 3 vezes ao dia, pergunta-se: a) quantos miligramas o paciente está tomando em cada dose? b) Se for necessário preparar 200 mL desta suspensão, quanto será utilizado de ativo? Resposta: a) Em cada dose 5 mg amoxicilina – 1 mL suspensão x mg amoxicilina – 5 mL x = 25 mg amoxicilina em cada dose b) Preparar 200 mL suspensão 5 mg amoxicilina – 1 mL suspensão y mg amoxicilina – 200 mL suspensão y = 1.000 mg amoxicilina (ativo) , 74 Exemplo 5. Um elixir de sulfato ferroso contém 220 mg de sulfato ferroso (FeSO4. 7H20) por dose de uma colher de chá. Quantos miligramas de ferro elementar estão representados na dose? Saiba Mais Veja este vídeo que aborda resumidamente os Cálculos Estequiométricos. Disponível em: . Acesso em: 27 mar. 2021. Veja este outro vídeo sobre Cálculos farmacêuticos para dispensação de medicamentos. Disponível em: . Acesso em: 27 mar. 2021. Conclusão Estudamos, neste bloco, a importância das reações químicas e que elas ocorrem quando substancias reagentes formam novos produtos e que toda reação segue as leis de massa ou volume. A partir das reações e suas leis, utilizamos cálculos estequiométricos para identificar a quantidade dos componentes em mols, massa, número de partículas (moléculas ou átomos) ou volume. Para realizar estes cálculos estequiométricos lembrem-se de escrever corretamente a equação química; balancear; verificar o objetivo do cálculo; transformar unidades caso sejam necessárias; montar e resolver a regra de três; e por fim encontrar a informação desejada. https://www.youtube.com/watch?v=VV6_UuhbSxU%3e https://www.youtube.com/watch?v=B7eT6ghI7Bo%3e , 75 É importante ressaltar que são atribuições dos farmacêuticos o preparo e administração de medicamentos; leitura e diagnóstico de exames laboratoriais; dentre várias outras que demandam conhecimentos matemáticos para realizar seu trabalho de modo correto na administração e dispensação de medicamentos.REFERÊNCIAS ANSEL, H. C.; STOKLOSA, M. J. Cálculos Farmacêuticos. 12. Ed. Porto Alegre: Artmed, 2008. BOYER, M. J. Calculo de dosagem e preparação de medicamentos. Rio de janeiro: Guanaba Koogan, 2010. CHANG, R. Química. Porto Alegre: Grupo A, 2013. CONSELHO REGIONAL DE ENFERMAGEM - COREN. Boas Práticas: Cálculo Seguro. São Paulo, 2011. DESCOMPLICA. Estequiometria: O que cai no vestibular? 2017. (7m31s). Disponível em: . Acesso em: 27 mar. 2021. DREKENER, R. L. Química. São Paulo: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. FOGAÇA, J. R. V. Reagente em excesso e reagente limitante. Brasil Escola, S.D. Disponível em: . Acesso em: 27 de março de 2021. KHAN ACADEMY. Reagente limitante e rendimento das reações. S.D. Disponível em: . Acesso em: 26 mar. 2021. MAHAN, B.; MYERS, R. Química: um curso universitário. São Paulo: Ed. Edgard Blucher LTDA. 2002. SACKHEIM, G. I.; Lehman, D. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 8 ed. Barueri: Editora Manole, 2001. THOMPSON, J. E. A prática farmacêutica na manipulação de medicamentos. 3. ed., Porto Alegre: Artmed, 2013. VIDA DE FARMÁCIA. Cálculos farmacêuticos para Dispenção de medicamentos. 2021. (12m56s). Disponível em: . Acesso em: 27 mar. 2021.por átomos de elementos químicos diferentes). Veja exemplos na Tabela 1.2. Tabela 1.2 - Exemplos de substancias simples e compostas Substancias Simples Substancias Compostas Hidrogênio, H2 Água, H2O Oxigênio, O2 Gás Carbônico, CO2 Ozônio, O3 Glicose, C6H12O6 Fosforo, P4 Hidróxido de Sódio, NaOH Ferro, Fe Ácido Clorídrico, HCl Fonte: Elaborado pela própria autora. , 8 As misturas são formadas com a junção de duas ou mais substâncias simples ou compostas. Elas não apresentaram propriedades fixas, portanto, suas temperaturas, densidade e solubilidades serão variáveis em comparação as substâncias que as compõem. Como exemplo, a água tem uma temperatura de fusão de 00C e temperatura de ebulição de 100oC. Quando misturamos a água com qualquer outra substância, já não serão mais estas temperaturas. Assim, a temperatura nos estados de transição entre sólido-líquido ou líquido-vapor varia com tempo, diferentemente para uma substância pura onde a temperatura permanece constante. As misturas são classificadas em homogêneas (quando apresentam uma única fase mesmo tendo vários componentes) e heterogêneas (em que se visualiza 2 ou mais fases). Existem processos bem conhecidos para realizar separação de misturas tanto homogêneas quanto heterogêneas. Verifique no “saiba mais” indicações de leituras para revisão destes processos de separação. 1.2.3 Representação Química A química utiliza de representações para explicar as transformações que uma matéria pode sofrer. Os elementos que constituem nosso mundo combinam-se para produzir a matéria em uma infinidade de formas. As fórmulas químicas, por exemplo, representam o número e o tipo de átomos que constituem uma substancia. As fórmulas podem ser do tipo iônica, molecular, eletrônica e estrutural plana. Isso será abordado mais profundamente no tópico sobre ligações químicas. Quando houver uma transformação química, esta poderá vir representada por uma equação química. Uma equação química é a representação qualitativa e quantitativa de uma reação química. Essas equações sempre apresentam uma estrutura em que as fórmulas moleculares ou unitárias das substâncias iniciais (reagentes) são escritas do lado esquerdo da seta e as fórmulas das substâncias finais (produtos) são escritas do lado direito da seta. Reagentes → Produtos Exemplo: H2 + O2 → H2O , 9 A equação química mostra o aspecto qualitativo da reação, ou seja, quais foram as substâncias que reagiram e que foram produzidas. Existem símbolos que podem ser acrescentados na equação que indicam outros aspectos qualitativos. Veja alguns deles: gás (g); vapor (v); líquido (l); moléculas ou íons em solução aquosa (aq); sólido (s); cristal (c); precipitado (ppt). 1.3 Unidades de Medidas: massa, volume, densidade e temperatura O Sistema Internacional de Unidades (sigla SI) é um conjunto sistematizado e padronizado de definições para unidades de medida, utilizado em quase todo o mundo moderno, que visa a uniformizar e facilitar as medições e as relações internacionais. Ele define sete grandezas (e suas unidades básicas) que são usadas para expressar todas as quantidades físicas: comprimento (m), massa (Kg), tempo (s), corrente elétrica (A), temperatura (K), intensidade luminosa (cd) e quantidade de matéria (mol). As unidades podem ser combinadas para formar unidades derivadas que expressam propriedades mais complexas do que massa, comprimento e tempo. Por exemplo, o Volume, V, que expressa a quantidade de espaço ocupada por uma substancia é o produto de três comprimentos, por isso, sua unidade é m3. Do mesmo modo, a Densidade, d, é a razão da massa da substancia por seu volume e sua unidade é kg.m-3 ou g.cm-3 (ATKINS E JONES, 2012). A temperatura é o grau de agitação médio das partículas, medida em Kelvin. Uma temperatura em graus Celsius deve ter acrescido o valor de 273 para ser convertida em Kelvin. Em muitas atividades cotidianas, podemos nos deparar com estas grandezas em outras unidades e, portanto, será necessário fazer conversões. Os prefixos do SI permitem escrever quantidades de maneira mais clara para quem trabalha em uma determinada faixa de valores. Os prefixos oficiais são demonstrados na Tabela 1.3: , 10 Tabela 1.3. Prefixos mais comuns do Sistema Internacional de unidades Fonte: MUNIZ, S.D. 1.4. Transformações químicas e físicas. Energia e Calor A matéria pode sofrer tanto transformações físicas quanto químicas. As transformações físicas são aquelas que não alteram a estrutura interna da matéria, isto é, não mudam a identidade química das substâncias nem dos átomos. A matéria muda seu estado físico, sua forma, mas não deixa de ser a matéria de origem. Exemplos: evaporação da água, sublimação do gelo seco, dissolução do açúcar na água, condução da corrente elétrica em um fio de cobre, dentre vários outros. Nas transformações químicas ocorrem alterações na identidade química das substâncias, mas a identidade dos átomos se conserva, formando os produtos (novas substancias). As evidências que identificam uma transformação química são: mudança de cor; mudança de cheiro; liberação e gás ou efervescência; liberação de energia na forma de calor ou luz; formação de precipitado (sólido) e produção de fumaça. Podemos mencionar como exemplos: amadurecimento e apodrecimento de frutas; combustão de substancias; comprimido efervescente adicionado à água; produção de etanol a partir da cana-de-açúcar; formação da ferrugem em um portão de aço; dentre vários outros. Muitas das transformações químicas acontecem por meio de energias. Energia é um conceito cientifico básico relacionado com a matéria e existe em diferentes formas. É simplesmente a capacidade de realizar trabalho, de fazer a matéria se mover. Os químicos têm interesse especial em uma forma de energia chamada energia interna que é a energia presente dentro da matéria. , 11 A energia pode ser transformada de uma forma para outra, embora a quantidade permaneça a mesma (Lei da Conservação da Energia) e sua unidade internacional é o Joule (J). Você está familiarizado com outra unidade de energia, a caloria, simbolizada por cal. 1 caloria tem 4,18J (UCKO, 1992). É comum usar a unidade maiúscula Cal para designar Kcal (1000cal). A energia pode ser transferida por meio de trabalho ou calor. Trabalho envolve movimento de objeto, já o calor é a energia transferida de um objeto mais quente para outro mais frio. Por exemplo, se você tocar num forno quente, a energia do forno é transferida para seu dedo. A energia sempre é transferida de um objeto com temperatura mais alta para outro de temperatura mais baixa. Calor também pode ser medido por J ou cal. Alguns materiais metálicos necessitam de pouco calor para aumentar sua temperatura. Já a água necessita de muito mais calor para sofrer a mesma variação de temperatura. A relação entre calor absorvido por variação de temperatura é chamada capacidade calorifica. A água é usada em bolsas de água quente porque muda de temperatura relativamente devagar, fornecendo calor por longo tempo enquanto gradualmente esfria (UCKO, 1992). 1.5 Laboratório Químico Toda vez que se entra em um laboratório para realizar uma análise química, precisa-se estar preparado sabendo o que irá fazer, qual o propósito, qual equipamentos de proteção individual devem ser utilizados, pesquisar sobre o grau de toxicidade de reagentes, quais conceitos teóricos estão envolvidos nas possíveis técnicas a serem utilizadas, por exemplo. Todo laboratório é um local de trabalho e que, portanto, deve-se trabalhar com seriedade e atenção para evitar acidentes. A seguir, seguem algumas normas bastante comuns para sua segurança em qualquer laboratório de análises químicas. Algumas delas são descritas, por exemplo, pela Sociedade Brasileira de Farmacognisia (SBFgnosia, 2009): ,12 A presença em um laboratório só é permitida com o EPI (Equipamento de Proteção Individual) próprio, ou seja, um avental (jaleco) de mangas e devidamente fechados. Outros EPI’s (luvas, óculos de proteção, máscara e outros), eventualmente necessários, também deverão ser utilizados conforme orientações. Não é permitida a prática de laboratório com trajes curtos como shorts, bermudas, ou saias curtas, também é vedado, o uso de sandálias, chinelos, bonés ou sapatos abertos, que coloquem em risco a sua segurança. É proibido usar braceletes, anéis, colares, correntes, entre outros que possam atrapalhar e causar acidentes. Não usar cabelo solto. Caso o usuário tenha alguma ferida exposta, esta deve estar devidamente protegida. Não é permitido beber, comer ou fumar dentro do Laboratório, em decorrência do alto risco de contaminação. Os pertences pessoais devem ser guardados em local adequado e não nas bancadas de trabalho. Consultar os dados de segurança existentes antes de utilizar reagentes químicos com os quais não esteja familiarizado e seguir os procedimentos apropriados ao manusear ou manipular agentes perigosos. Não cheire, toque ou prove qualquer reagente. Lembre-se que a contaminação ocorre por inalação, ingestão e/ou absorção pela pele. Leia com atenção o rótulo do frasco de reagente antes de usá-lo para certificar- se que é o frasco certo. Todo frasco contendo reagentes, amostras e soluções deve ser devidamente etiquetado (identificação do material e do responsável e data). Não contamine os reagentes, voltando o reagente não utilizado ao frasco original ou usando espátulas e pipetas sujas ou molhadas. Nunca deixe o bico de Bunsen aceso quando não estiver usando. Não use substâncias inflamáveis próximo a chama. , 13 Trabalhe com cuidado com substâncias tóxicas e corrosivas, como ácidos, álcalis e solventes. Todo material tóxico e/ou que exale vapor deve ser usado na capela. Manter o local de trabalho limpo e organizado antes, durante e após o uso. Ao final dos experimentos, todo o material deve ser deixado no lugar em que foram encontrados de início e devidamente limpos. Usar os equipamentos do laboratório apenas para seu propósito designado. Em caso de acidente, com ou sem vítimas, manter a calma e não criar pânico! Parar imediatamente o trabalho, isolar a área atingida, comunicar os colegas e alertar o responsável. Corrigir o problema ou socorrer uma vítima só se tiver certeza do procedimento adequado. Sentindo-se mal, avisar o supervisor e colegas e sair imediatamente do Laboratório. Durante a realização de uma análise se fazem necessárias anotações de tudo que é observado, de valores de massa e volumetria, tempo de experimento, enfim das condições iniciais e finais do sistema, portanto um caderno organizado deve ser usado especialmente para o laboratório. Fique atento e siga normas especificas adotadas nos seus ambientes de estudos e trabalho para evitar riscos. Os riscos representam possíveis danos ou efeitos adversos, ou seja, condições que podem ameaçar a saúde ou a integridade física, o meio ambiente ou a propriedade. Saiba que os riscos podem ser classificados como físico (que abrange umidade, temperatura, radiação, vibração, ruído, entre outros), químico (vapor, gás, poeira, substâncias químicas, entre outros) e biológico (fungos, bactérias, vírus, entre outros), situacional (abrange equipamentos, instalações, ferramentas, operações, materiais, entre outros), humano e comportamental (decorre de ação ou omissão humana). Desta forma, é importante que se saiba e busque as melhores condições de trabalho com o objetivo de redução de riscos. Faça sua parte! , 14 Saiba Mais Assista este vídeo sobre “Separação de Misturas – tudo o que você precisa saber”. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. Pesquise mais sobre a destilação fracionada do petróleo e veja como é a fabricação de vários itens que você usa no seu dia a dia. Disponível em: . Acesso em: 14 mar. 2021. Conclusão A química é parte da ciência, fatos e ideias organizados que descrevem nosso mundo. É definida como estudo da composição, estrutura e propriedades das substancias. A matéria tem três estados físicos e a energia influencia sua mudança de estado, bem como outras propriedades. Energia interna também influencia as transformações químicas que ocorrem nas matérias. Para verificar evidencias destas transformações é importante realizar experimentos e saber como utilizar e se comportar em um laboratório. REFERÊNCIAS ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2012. BORGES, G. B. C.; ALVES, J. A. Apostila de Química Pro técnico. Varginha: Centro Federal De Educação Tecnológica De Minas Gerais, 2017. CAFÉ COM QUÍMICA - PROF. MICHEL. Separação de misturas: tudo o que você precisa saber. (23m53s). 2018. Disponível em: . Acesso em: 14 mar. 2021. DREKENER, R. L. Química. São Paulo: Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. https://www.youtube.com/watch?v=oCI-07oGg_s https://brasilescola.uol.com.br/quimica/refinamento-petroleo.htm%3e https://www.youtube.com/watch?v=oCI-07oGg_s https://www.youtube.com/watch?v=oCI-07oGg_s , 15 FOGAÇA, J. R. V. Refinamento do petróleo. Brasil Escola, S.D. Disponível em: . Acesso em: 14 abr. 2021. MIRA, W. Método Cientifico. Quero Bolsa, 2018. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2021. MUNIZ, S. R. Prefixos SI: Notação Cientifica. USP/UNIVESP, S.D. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2021. SOCIEDADE BRASILEIRA DE FARMACOGNOSIA - SBFgnosia. Normas de Segurança de Laboratório. 2009. Disponível em: . Acesso em: 9 maio 2021. UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde: uma introdução a química geral, orgânica e biológica. São Paulo: Manole, 1992. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/refinamento-petroleo.htm https://querobolsa.com.br/enem/biologia/metodo-cientifico%3e https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1118013/mod_resource/content/0/PrefixosSI%2BNotacaoCientifica.pdf%3e https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1118013/mod_resource/content/0/PrefixosSI%2BNotacaoCientifica.pdf%3e https://bit.ly/35GttHF%3e , 16 2 COMPOSIÇÃO DA MATERIA Apresentação Este bloco introduz o átomo que é a unidade básica de qual toda matéria é feita. Para entender como nosso corpo funciona, como sintetizar medicamentos, por exemplo, precisamos entender o que é um átomo. Também serão abordados os modelos atômicos; a composição de um átomo; os conceitos de número atômico e massa atômica; distribuição eletrônica; e classificação periódica dos elementos químicos. 2.1 Evolução atômica Toda a matéria existente no universo é formada por átomos e pela sua natureza microscópica, o átomo não pode ser diretamente visualizado, sendo então imaginado um modelo para a sua descrição. O conceito de que a matéria é composta por pequenas porções de matéria surgiu há mais de 2000 anos com os filósofos gregos Leucipo e Demócrito. Eles propuseram uma teoria de que o universo é formado por espaço vazio e por um número (quase) infinito de partículas invisíveis, que se diferenciam umas das outras em sua forma, posição e disposição. Esta teoria postula que toda matéria é feita das partículas indivisíveis chamadas átomos (BORGES e ALVES, 2017; UCKO, 1992). A partir do reconhecimento de que toda a matéria é formada por átomos, podemos conhecer a evolução dos modelosatômicos. Os modelos atômicos surgiram a partir da necessidade de explicar a estrutura dos átomos. Quando novas evidências sobre a constituição dos átomos eram apresentadas um novo modelo atômico tentava esclarecer as descobertas. A Figura 2.1 ilustra, de modo simplificado, os cientistas responsáveis pela descrição de cada novo modelo atômico em uma linha do tempo. , 17 Fonte: Batista, S.D. Figura 2.1 - Linha do tempo com a evolução dos modelos atômicos 2.2 Número Atômico e Numero de Massa. Isótopos A estrutura de um átomo, comprovada pelo modelo de Rutherford-Bohr, é composta de um núcleo e uma eletrosfera. No núcleo estão os prótons que apresentam cargas positivas e os nêutrons que não apresentam carga e “blindam” os prótons para não ocorrer aniquilação pelas partículas da eletrosfera. Na eletrosfera ficam os elétrons, partículas com cargas negativas, muito rápidas, que giram em torno do núcleo de acordo com órbitas bem determinadas. O átomo é uma entidade neutra, ou seja, o número de cargas positivas é igual ao número de cargas negativas, logo o número de prótons é igual ao número de elétrons (p+ = e-). Todos os átomos podem ser identificados pela quantidade de prótons e de nêutrons que possui. O número atômico (Z) é o número de prótons no núcleo (Z=p), de cada átomo de um elemento. O número de massa (A) é o número total de prótons e de nêutrons presentes no núcleo de um átomo de um elemento (A = p + n = Z + n). Para simbolizar os elementos químicos utilizamos a notação apresentada na Figura 2.2, utilizando como exemplo o elemento químico sódio. Vale relembrar que elemento químico é a junção de átomos iguais. , 18 Figura 2.2 Representação simbólica do átomo de sódio. Entretanto, nem todos os átomos de um mesmo elemento químico tem a mesma massa. Desta forma, estuda-se os isótopos (que são elementos com mesmo número atômico, mas diferente número de massa). A maior parte dos elementos tem dois ou mais isótopos. Por exemplo, há três isótopos de hidrogênio (Figura 2.3). Conhecido simplesmente como hidrogênio, tem um próton e nenhum nêutron, que também é conhecido como prótio, o isótopo deutério contém um próton e um nêutron chamado de deutério, e o trítio que possui um próton e dois nêutrons. Fonte: SILVA, S.D. Figura 2.3 - Isótopos do elemento Hidrogênio As propriedades químicas e físicas de moléculas substituídas isotopicamente são em geral muito similares. Como os elementos consistem de isótopos que tem massas diferentes, deve-se levar em consideração a média das massas em relação a abundancia natural de cada isótopo. A média das massas atômicas de um elemento será a massa atômica incluída na Tabela Periódica para aquele elemento químico. , 19 2.3 Estrutura eletrônica dos átomos. Distribuição eletrônica Erwin Schrodinger iniciou o estudo da mecânica quântica quando formulou equações ou funções de onda para os elétrons baseando-se no princípio da dualidade de Broglie e no princípio da incerteza de Heisenberg e, com esses estudos, verificaram como os elétrons estão dispostos na eletrosfera do átomo (FABREGA, 2016). Os elétrons estão dispostos em sete níveis (ou camadas) de energia na eletrosfera. Os elétrons mais próximos do núcleo do átomo têm a mais baixa energia e estão mais fortemente ligados ao núcleo. Cada nível pode comportar um número máximo de elétrons, no primeiro nível, por exemplo, só podem estar até 2 elétrons. Todos os níveis de energia são divididos em subníveis: s, p, d, f. Cada um destes subníveis comportam um número máximo de elétrons a saber: s (2 elétrons), p (6 elétrons), d (10 elétrons), f (14 elétrons). De acordo com Heizenberg, nunca se sabe a posição exata de um elétron em um dado instante. Entretanto, prediz-se que eles podem ser encontrados em uma região chamada orbital, portanto, orbital é uma região na qual há maior probabilidade de encontrar o elétron, sendo que cada orbital pode comportar no máximo 2 elétrons. Com base nestes estudos, desenvolvido o Diagrama de Linus Pauling, Figura 2.4, que é um método para distribuir os elétrons de forma pratica em níveis e subníveis. A distribuição eletrônica é bastante importante para sabermos o número de elétrons que o elemento possui em cada nível eletrônico, assim, iremos saber como o átomo vai reagir com um átomo igual a ele ou diferente. A distribuição eletrônica é necessária para compreender como os elementos se ligam uns aos outros na formação de novas substâncias. Os elétrons pertencentes ao último nível na distribuição eletrônica (também chamada de camada de valência) são os que participam de algum tipo de ligação química por serem os mais distantes do núcleo. Por meio da distribuição eletrônica, sabe-se quais átomos precisarão receber ou doar elétrons para garantir estabilidade. , 20 Fonte: ARENA, S.D. Figura 2.4 - Diagrama de Linus Pauling. Atualmente não se usa mais os termos camadas de K a Q e sim, níveis. Como ocorre o preenchimento pelo Diagrama de Linus Pauling, por exemplo, do elemento cloro que contém 17 elétrons e qual sua camada de valência? Devemos seguir o diagrama em ordem crescente de energia, assim ficará: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Verifique que o ultimo nível ocupado foi o 3º, portanto, a soma dos números sobrescritos (elétrons) é 5+2 = 7, logo há 7 elétrons na camada de valência do átomo de Cloro. O átomo de Ferro em seu estado neutro possui 26 elétrons e a seguinte distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Verifique que o ultimo nível ocupado (o nível mais externo) foi o 4º, portanto, há 2 elétrons na camada de valência do átomo de Ferro. 2.4 Tabela Periódica A Tabela Periódica foi proposta por Mendeleev em 1869. Naquela época, os estudos extremamente precisos dele posicionavam os elementos químicos descobertos por ordem de massa atômica. Posteriormente, a Tabela foi reformulada em ordem crescente de números atômicos (número de prótons). A Tabela Periódica, figura 2.5, mais atual possui 118 elementos químicos sendo 92 naturais e 26 artificiais. , 21 Os elementos químicos são posicionados na Tabela Periódica em linhas e colunas. As linhas são chamadas de períodos e as colunas de Grupos (1 a 18) ou Famílias (I a VIII). As Famílias chamadas A contém os elementos representativos, enquanto as Famílias chamadas B contém os elementos de transição (ficam no centro da Tabela). Os períodos são os níveis eletrônicos presentes em cada átomo (1 a 7). Já os Grupos correspondem aos elétrons presentes na camada de valência e trazem elementos com características semelhantes. A Tabela também orienta para outras características tais como, quais elementos são considerados metais ou não metais, estados físicos a temperatura ambiente e propriedades como raio atômico, eletronegatividade, entre outras. Fonte: LUIZ, 2020. Figura 2.5 - Tabela Periódica Atualizada , 22 No Grupo 1 (ou Família I A) estão os metais alcalinos. Estes metais são extremamente reativos e formam muitos compostos iônicos com os não metais. Já os elementos do Grupo 2 (Família II A) são chamados metais alcalino terrosos e um pouco menos reativos que os metais alcalinos. O Grupo 13 (ou Família III A) é chamado de família do Boro, os elementos deste grupo possuem caráter metálico menos intenso que os metais alcalinos terrosos. O boro é considerado um não metal, o que contrasta com os outros elementos deste grupo, que são classificados como metais (FABREGA, 2016). O Grupo 14 (ou Família IV A) é a família do carbono. Nesta família o carbono é de extrema importância porque está na composição de todos os seres vivos além da grande maioria de fármacos. O Grupo do Nitrogênio é o 15 (ou Família V A). Trata-se da família do nitrogênio que é outro elemento importante tanto na composição da atmosfera quanto de seres vivos. O Grupo 16 (ou FamíliaVI A) é o dos calcogênios, onde está presente outro elemento de suma importância para os seres vivos, o oxigênio! O Grupo 17 (ou Família VII A) é a família dos halogênios. Os halogênios formam vários compostos salinos muito utilizados no nosso dia a dia. São elementos com muita semelhança e apresentam alta eletronegatividade, que veremos a seguir. O Grupo 18 (ou Família VIII A) apresenta os gases nobres. Gases devido ao estado físico dos elementos a temperatura ambiente e nobres porque são estáveis, não apresentam reatividade com outros elementos químicos. Entre os Grupos 2 e 13 estão os elementos de transição, os quais todos são metais e 13 deles estão entre os 30 elementos mais abundantes da crosta terrestre. Duas linhas na parte inferior da tabela acomodam os lantanídeos e os actinídeos. Muitas vezes nos referimos aos lantanídeos como terras raras. Na verdade, eles não são tão raros, mas são geologicamente muito dispersos, são usados em imas, em telas de LCD, em baterias de carros híbridos, no polimento de vidros, dentre outras aplicações (FABREGA, 2016). , 23 2.5 Propriedades da Tabela Periódica A tabela periódica pode ser usada na previsão de um grande número de propriedades, muitas das quais são cruciais para a compreensão da química. As propriedades periódicas são características que aumentam ou diminuem conforme o número atômico do elemento químico, ou seja, são propriedades que variam de acordo com os períodos e os grupos da tabela periódica. As principais propriedades periódicas são: energia de ionização, afinidade eletrônica, eletronegatividade, densidade atômica, volume atômico, eletropositividade, raio atômico, temperatura de fusão e temperatura de ebulição (ATKINS e JONES, 2012; FABREGA, 2016). Resumidamente temos que o Raio Atômico (RA) aumenta conforme há mais níveis eletrônicos no átomo. Quanto maior o número atômico, mais atração terá do elétron pelo núcleo, portanto, menor será o raio atômico. A Energia de Ionização (EI) é a energia necessária para retirar um elétron do átomo (forma cátions). Quanto mais próximo o elétron estiver do núcleo, maior será a EI para retirá-lo. Aumentando o raio atômico diminui a energia de ionização porque fica mais fácil retirar elétrons de átomos com raios maiores. A Afinidade Eletrônica (AE) é a energia liberada para atrair elétrons (forma ânions). A AE aumenta conforme diminui o número atômico e a quantidade de níveis eletrônicos. A menor quantidade de níveis favorece maior força de atração do núcleo em relação aos elétrons periféricos. Não tem para gases nobres. As Temperatura de Fusão e de Ebulição (TF e TE): para os elementos pertencentes a uma mesma família do lado esquerdo da Tabela, os pontos de fusão e ebulição diminuem conforme o número atômico do elemento aumenta, ou seja, de baixo para cima. Já do lado direito da Tabela Periódica ocorre o contrário, o sentido do crescimento do ponto de fusão e de ebulição dos elementos pertencentes a uma mesma família aumenta de cima para baixo. Nos períodos, aumenta das extremidades para o centro. O tungstênio (W) é o metal com maior TF, 3422°C, sendo utilizado em filamentos de lâmpadas incandescentes. , 24 Densidade: Nas famílias (grupos), a densidade dos elementos aumenta juntamente com as massas atômicas: de cima para baixo. Já nos períodos (linhas horizontais da tabela), a densidade aumenta das extremidades para o centro. Desta forma, pode-se notar que os elementos mais densos estão no centro e na parte de baixo da tabela periódica. Uma das propriedades mais importantes para compreensão de conceitos na área da saúde é a Eletronegatividade que é a capacidade que um átomo possui de atrair os elétrons para si. Os valores de eletronegatividade são baseados em outras propriedades dos átomos, inclusive a energia de ionização, portanto, elementos com baixa energia de ionização exibirão baixa eletronegatividade. Os halogênios são os elementos mais eletronegativos, pois, pelo mesmo motivo de apresentarem maior afinidade eletrônica, necessitam de apenas 1 (um) elétron para completarem a regra do octeto. Com respeito aos gases nobres, não se define eletronegatividade, uma vez que tais elementos não participam de ligações químicas em condições normais. Na tabela periódica, a eletronegatividade possui o mesmo comportamento apresentado pela energia de ionização e afinidade eletrônica, aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima. Saiba Mais Uma boa referência para saber mais sobre evolução do modelo atômico, acesse a página: . Acesso em 14 mar. 2021. Estude mais sobre a camada de valência. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. Veja a Tabela Periódica atual. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. Sobre eletronegatividade, leia o artigo Modificação Estrutural De Fármacos: Uma Estratégia Para O Ensino De Química Farmacêutica, Disponível em: . Acesso em 15 mar. 2021. https://www.todamateria.com.br/tabela-periodica/%3e , 25 Conclusão A Química é o estudo dos átomos e como estas unidades básicas se combinam. Além disso, estuda como estas substancias, feitas de átomos, são transformadas em outras substancias. Aprendemos que os átomos são compostos por prótons, nêutrons e elétrons. Vimos que a tabela periódica está organizada considerando as características dos elementos químicos e as propriedades periódicas. Foi possível compreender a importância da distribuição eletrônica dos elétrons de um átomo e como isso resultará no posicionamento destes átomos na Tabela Periódica e da ligação de um átomo com o outro na formação de compostos. REFERÊNCIAS Arena. Diagrama de Linus Pauling: Como Funciona - Exercícios e Exemplos. S.D. Disponível em: . Acesso em: 17 jun. 2021. ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2012. BATISTA, C. Evolução dos Modelos Atômicos. Toda Matéria, S.D. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2021. BATISTA, C. Tabela Periódica. Toda Matéria, S.D. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. BENÍCIO, D. Camada de valência. Todo Estudo, S.D. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. BORGES, G. B. C.; ALVES, J. A. Apostila de Química Pro técnico. Varginha: Centro Federal De Educação Tecnológica De Minas Gerais, 2017. FABREGA, F. M. Química Geral e Experimental. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional, 2016. https://www.todamateria.com.br/evolucao-dos-modelos-atomicos/%3e , 26 FOGAÇA, R. V. Evolução dos Modelos Atômicos. Mundo Educação, S.D. Disponível em: 17 jun. 2021. Disponível em: . Acesso em 14 mar. 2021. LUIZ, M. A. Tabela Periódica de 2020. Wikimedia Commons, 2020. Disponível em: . Acesso em: 17 jun. 2021. SILVA G. D. B.; VIEIRA, J. C.; MOMESSO, L. S. Modificação Estrutural de Fármacos: Uma estratégia para o ensino de Química Farmacêutica. FIO, S.D. Disponível em: . Acesso em: 17 jun. 2021. SILVA, M. Química dos Elementos. UFJF, S.D. Disponível em: . Acesso em: 17 jun. 2021. UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde: uma introdução a química geral, orgânica e biológica.São Paulo: Manole, 1992. , 27 3 LIGAÇÕES QUIMICAS Apresentação A maioria dos átomos são considerados estáveis quando seu nível mais energético possui oito elétrons e encontra-se, portanto, preenchido – chamada regra do octeto. Uma exceção a esta regra de oito é o mais leve de todos os gases nobres, o hélio, o qual é estável, muito embora tenha apenas dois elétrons em seu nível de maior energia. Assim, átomos que não possuem oito elétrons no seu nível, ou camada, de valência podem perder, ganhar ou compartilhar seus elétrons com outros átomos de maneira a alcançar uma estrutura de maior estabilidade com menor energia. Esse processo de rearranjo dos elétrons ocorre por meio de ligações químicas. Os compostos formados podem ser moléculas ou substâncias iônicas feitas de íons positivos (cátions) e negativos (ânions). 3.1 Ligações químicas: Iônica e metálica Quando um átomo metálico perde elétron situado na camada mais externa, ele passará a ter uma estrutura eletrônica de gás nobre, contendo oito elétrons no seu nível mais externo de energia. Veja o caso do átomo de sódio com 11 elétrons (Z=11 onde: 1s2 2s2 2p6 3s1). Ele tem uma distribuição eletrônica em 3 níveis: 2e- 8e- 1e-, respectivamente. Quando um átomo de sódio perde seu elétron do último nível, ele se torna uma partícula positivamente carregada chamada de íon sódio ou cátion sódio. A reação pode ser escrita da seguinte maneira onde o sinal positivo indica carga +1 para o íon sódio: A carga no íon sódio é positiva, uma vez que esse íon apresenta 11 prótons em seu núcleo, mas apenas dez elétrons fora do núcleo (SACKHEIM, 2001, ATKINS, 2018). , 28 Agora, veja o caso de elementos não metálicos como, por exemplo, o cloro com 17 elétrons (Z=17). O cloro tem a seguinte distribuição eletrônica (1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) em níveis: 2e- 8e- 7e-. Para alcançar oito elétrons, o átomo de cloro tende a ganhar um elétron, o que levaria seu nível mais alto de energia e, portanto, atingir uma estrutura estável (gás nobre). O cloro vai, portanto, formar um íon com uma carga de -1, chamado ânion cloreto: Cl-. O átomo de oxigênio, como outro exemplo, tem sua distribuição em níveis de 2e- 6e-, portanto, pode ganhar dois elétrons para formar um íon de carga O2-. Um exemplo de transferência de elétrons de um metal para um não-metal ocorre na reação entre magnésio (Mg) e dois átomos de cloro, na qual o íon positivo de magnésio e os íons negativos de cloro são unidos através de ligações iônicas. Uma ligação iônica é o resultado da transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro, com a consequente formação de íons que se atraem mutuamente. Fonte: SACKHEIM, 2001. Figura 3.1 - Ligação iônica ocorrida entre átomos de Mg e Cl formando a substância MgCl2 A ligação metálica, por sua vez, é uma ligação que ocorre entre metais formando as chamadas ligas metálicas. O metal pode ser considerado um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados em uma nuvem ou "mar" de elétrons livres. Esta nuvem de elétrons funcionaria como a ligação metálica, que mantém os átomos unidos. A movimentação dos elétrons livres explica por que os metais são bons condutores elétricos e térmicos. Exemplos de ligas metálicas são o aço inox, o bronze, o ouro 18k, a amalgama, o latão, a solda, entre outras. , 29 3.2 Nomenclatura de íons Compostos que contêm íons, cátions ou ânions, são chamados compostos iônicos ou eletrólitos. Compostos iônicos que contêm apenas dois tipos de elementos são chamados de compostos binários. Para dar nome aos compostos binários, usa-se o sufixo -eto. Veja o caso do NaCl, cloreto de sódio. Normalmente a nomenclatura segue a regra: iniciais do íon negativo + eto seguido do nome do íon positivo. O MgBr2 será brometo de magnésio. Entretanto, podemos ter compostos finalizados com oxigênio, então o ânion recebe o nome de óxido. Por exemplo: Al2O3: óxido de alumínio, K2O: óxido de potássio, entre outros. Para dar nome aos compostos iônicos contendo íons poliatômicos, o seguinte sistema é utilizado: nome do íon poliatômico seguido do nome do íon positivo. Para o NH4Cl, o íon poliatômico NH4 + é tratado como se fosse um íon positivo simples. Assim, o composto NH4Cl é tratado como se fosse um composto binário, chamado de cloreto de amônio. O mesmo acontece com o íon CN-, chamado de cianeto, então KCN será cianeto de potássio. Ânions poliatômicos bastante comuns são listadas na Tabela 3.1. Tabela 3.1 - Exemplos de nomes de Íons poliatômicos Nome Do Ânion Fórmula e Carga Sulfato SO4 2- Nitrato NO3 - Fosfato PO4 3- Carbonato CO3 2- Hidróxido OH- Bicarbonato HCO3 - Fonte: Elaborado pela autora. , 30 3.3 Ligações químicas: covalente Há uma outra maneira pela qual os átomos podem ser unidos: pelo compartilhamento de elétrons formando moléculas. A ligação que une dois ou mais átomos por meio de compartilhamento é chamada de ligação covalente. As moléculas podem ser formadas de um só elemento, como no caso da molécula de oxigênio (O2), ou de diferentes elementos, como no caso da molécula de cloreto de hidrogênio (HCl) ou de glicose (C6H12O6). Como exemplo podemos analisar o caso do Cloro que, como já vimos, tem 7 elétrons na sua camada mais externa. Se dois átomos de Cl se ligarem, ambos compartilharão elétrons (fórmula eletrônica), de maneira que cada um complete seu mais alto nível de energia com oito elétrons, atingindo a configuração de um gás nobre: Cada um dos átomos de cloro compartilha um elétron com seu vizinho. Observe que, na molécula de cloro, Cl2, não ocorre perda ou ganho de elétrons, de modo que nenhum íon cloreto está presente. Esta é uma das diferenças fundamentais entre ligações iônicas e covalentes. Em compostos nos quais ocorrem ligações iônicas, íons estão presentes, ao passo que em compostos com ligações covalentes nenhum íon está presente. A ligação covalente entre dois átomos de cloro pode ser indicada por uma curta linha de junção entre os átomos, Cl—Cl (fórmula estrutural), com os elétrons subentendidos e não explícitos, formando a molécula de gás cloro, Cl2 (fórmula molecular). Na ligação covalente, podem ser formadas ligações simples, duplas ou triplas. Vejam exemplos de formulas eletrônicas para formar as moléculas de Cl2, O2, N2, H2O, CO2 e NH3: , 31 Fonte: FOGAÇA, S.D. Figura 3.2 - Exemplos de ligações covalentes Os compostos citados como exemplos recebem os seguintes nomes: gás cloro, gás oxigênio, gás nitrogênio, água, dióxido de carbono e amônia. Muitos compostos moleculares usam prefixos mono, di, tri para identificar a atomicidade. Aqui, vale ressaltar que, quando se estuda a nomenclatura química, há uma distinção entre compostos inorgânicos e compostos orgânicos. Os compostos orgânicos que contêm carbono geralmente estão combinados com elementos como o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio e o enxofre. Todos os outros compostos são classificados como compostos inorgânicos. Por conveniência, alguns compostos contendo carbono, como o monóxido de carbono (CO); o dióxido de carbono (CO2); o dissulfeto de carbono (CS2); os compostos contendo o grupo cianeto (CN-); e os grupos carbonato e o bicarbonato (HCO3 -), são considerados compostos inorgânicos (CHANG, 2013). Os outros compostos de carbono são orgânicos e recebem nomenclaturas próprias. 3.4 Polaridade das moléculas Compostos moleculares são classificados de acordo com a polaridade. A polaridade está relacionada, dentre outros fatores, a propriedade chamada eletronegatividade. Relembrando que a eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair elétrons. , 32 Em uma ligação covalente analisa-se a polaridade presente na molécula. Por exemplo, no composto Cl2 (Cl—Cl) existe uma ligação simples representando um par de elétrons compartilhados entreos dois átomos de cloro. Sendo átomos iguais, estes elétrons compartilhados estão distribuídos igualmente entre eles, ou seja, não existe diferença de eletronegatividade entre os átomos. No caso da molécula de metano, CH4, verifica-se que também praticamente não há diferença de eletronegatividade entre os átomos de C e H, assim os elétrons compartilhados entre estes átomos estarão distribuídos igualmente entre eles. Quando isso acontece, chama-se esta ligação de covalente APOLAR. Agora considere a molécula de HCl, onde o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio. Assim, o par de elétrons compartilhado ficará mais próximo do cloro que do hidrogênio, ou onde a letra grega delta indica a presença de uma carga parcial (SACKHEIM, 2001). Desta maneira, uma das extremidades da molécula de HCl possui uma carga parcial positiva e a outra extremidade apresenta uma carga parcial negativa, ou seja, existe diferença de eletronegatividade entre os átomos, apresentando um polo positivo e outro polo negativo. Esse tipo de ligação é chamado de ligação covalente POLAR. Outro exemplo de composto contendo ligação covalente polar é a água, H2O. Sua estrutura é . A polaridade de uma ligação e de uma molécula também está relacionada à distribuição dos elétrons ao redor dos átomos, portanto, a geometria adquirida para aquela molécula. Se essa distribuição for simétrica, a molécula será apolar, mas se for assimétrica, sendo que uma das partes da molécula possui maior densidade eletrônica, então se trata de uma molécula polar. , 33 3.5 Forças Intermoleculares O tipo de interação presente na molécula dependerá diretamente da sua polaridade, ou seja, moléculas polares se atraem com mais intensidade, formando interações mais fortes, e moléculas apolares se atraem com uma intensidade menor formando interações mais fracas (FABREGA, 2016). As forças atrativas entre as moléculas são chamadas de forças (ou ligações) intermoleculares. Elas explicam porque compostos se solubilizam ou não entre si, como ocorrem as mudanças dos estados físicos, entre outros conceitos. As forças intramoleculares (iônica, covalente e metálica) mantém os átomos de uma substancia ou molécula unidos. Já as forças intermoleculares são, em geral, muito mais fracas do que as forças intramoleculares, figura 3.3. Assim, a evaporação de um liquido, por exemplo, requer muito menos energia do que a necessária para quebrar as ligações dentro das moléculas do liquido. Para compostos covalentes, existem dois tipos de forças que são mais importantes: dipolo-dipolo e dispersão de London (dipolo instantâneo – dipolo induzido). Figura 3.3 - Forças intra e intermoleculares (dipolo-dipolo). , 34 3.5.1 Dipolo induzido A dispersão de London, ou dipolo induzido, é o único tipo de forca intermolecular aplicada em moléculas apolares. É uma ligação de fraca intensidade, razão pela qual as moléculas apolares de baixas massas moleculares são gasosas a temperatura ambiente. As substancias que apresentam esse tipo de interação possuem baixos pontos de fusão e ebulição e necessitam de pouca energia para que a ligação se quebre (FABREGA, 2016, UCKO, 1992). Os elétrons estão distribuídos de forma uniforme e não há formação de dipolo elétrico, não há diferença de eletronegatividade. Porém, quando as moléculas apolares se aproximam, induzem a formação de dipolos temporários. Nos estados físicos sólido e líquido, as moléculas estão tão próximas que se forma uma deformação instantânea das nuvens eletrônicas e originam-se polos positivo e negativo. A Figura 3.4 apresenta a dispersão de London para molécula de iodo. Fonte: FABREGA, 2016. Figura 3.4 - Dipolo induzido na molécula de iodo (I2) 3.5.2 Dipolo – dipolo É o tipo de força que ocorre entre moléculas polares, isto é, entre moléculas que possuem diferença de eletronegatividade ou momento de dipolo, tais como HCl, HBr, H2S, entre outras. Nelas os elétrons estão distribuídos de forma assimétrica e assim o elemento mais eletronegativo atrai os elétrons para si. Nas ligações dipolo-dipolo, as moléculas polares interagem de maneira que os polos opostos sejam preservados. É considerada uma interação de força intermediária. https://www.todamateria.com.br/estados-fisicos-da-materia/ https://www.todamateria.com.br/eletron/ , 35 No caso de moléculas diatômicas, o elemento mais eletronegativo atrai os elétrons da ligação e força um dipolo elétrico, como ocorre com o cloreto de hidrogênio conforme Figura 3.5. Fonte: Dias, S.D. Figura 3.5 - Representação de dipolo-dipolo entre moléculas de HCl 3.5.3 Ligação de hidrogênio É uma atração que ocorre entre moléculas polares. A diferença da ligação dipolo- dipolo é que as ligações de hidrogênio, ou pontes de hidrogênio, ocorrem quando o hidrogênio interage com elementos muito eletronegativos, como, por exemplo, o flúor, o oxigênio e o nitrogênio, formando ligações extremamente polares. As ligações de hidrogênio são mais fracas do que as ligações iônicas e covalentes, porém são o tipo mais forte de interação entre moléculas (forças intermoleculares). É esse tipo de força intermolecular que ocorre, por exemplo, entre as moléculas de água, figura 3.6. A conformação do DNA, por exemplo, também é mantida graças às estas interações intermoleculares. Fonte: FABREGA, 2016. Figura 3.6 - A linha pontilhada representa a ligação de hidrogênio entre as moléculas de água , 36 Substancias como temperatura de fusão e ebulição mais elevadas são características de suas moléculas apresentarem ligação de hidrogênio entre si. Outra característica importante é sobre a solubilidade de muitos compostos em água em qualquer proporção. O etanol, molécula polar com átomo de oxigênio é solúvel em água graças as ligações de hidrogênio entre as moléculas. Já óleo (molécula apolar), por exemplo, não fará ligações de Hidrogênio com a água, portanto, não haverá solubilidade entre essas moléculas. 3.5.4. Íon dipolo Um outro tipo de força intermolecular, mas que acontece entre uma substancia iônica e uma molécula polar é chamada de forças íon-dipolo. Esta é a mais forte de todas as forças intermoleculares. A lei de Coulomb explica as forças íon-dipolo, que ocorrem entre um íon (um cátion ou um ânion) e uma molécula polar (Figura 3.7). Fonte: DEPARTAMENTO DE QUÍMICA, S.D. Figura 3.7. Interação entre cátion sódio e molécula de água Saiba Mais Uma boa referência para compreender a relação entre Forças Intermoleculares e Fármacos é o artigo da Química Nova na Escola: “Razoes da Atividade Biológica: Interações Micro e Biomacro moléculas. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2021. Sobre ligações e polaridade de ligações moleculares veja o vídeo disponível em: . Acesso em 19 mar. 2021. http://qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/atividde.pdf%3e https://www.youtube.com/watch?v=pwnZOVINFoU%3e , 37 Conclusão As substancias existentes podem ser combinações de dois ou mais átomos. Os átomos são unidos por ligações covalentes, metálicas ou iônicas. Uma fórmula consiste em um grupo de símbolos que representam os elementos presentes em uma substância. O número de elétrons presentes na camada mais externa determina as propriedades químicas do átomo. Os átomos são mais estáveis quando possuem oito elétrons no seu nível mais alto (camada mais externa) de energia. Compostos covalentes nos quais os pares eletrônicos são compartilhados entre dois átomos idênticos ou dois átomos de igual eletronegatividade apresentam ligações covalentes apolares. Compostos covalentes nos quais os pares eletrônicos são compartilhados entre dois átomos de diferente eletronegatividade apresentam ligações covalentes polares. Há diferentes tipos de forças intermolecularesentre moléculas e entre íons e moléculas. Estas forças serão responsáveis por propriedades das substancias, como temperatura de fusão e ebulição, bem como pela solubilidade. A intensidade das forças intermoleculares vai da mais fraca para a mais forte na seguinte ordem: dipolo induzido, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, íon-dipolo, sendo que as forças intramoleculares são mais fortes que as intermoleculares. REFERÊNCIAS ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. CHANG, R. Química. Porto Alegre: Grupo A, 2013. DEPARTAMENTO DE QUÍMICA. Forças Intermoleculares. UFMG, S.D. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2021 DIAS, D. L. O que são forças intermoleculares. Brasil Escola, S.D. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2021 , 38 FABREGA, F. M. Química Geral e Experimental. Londrina: Editora e Distribuidora Educacional, 2016. FRAGA, C. A. M. Razões da Atividade Biológica: Interações Micro e Biomacro- moléculas. Química Nova na Escola, 2001. Disponível em: . Acesso em: 19 mar. 2021. FOGAÇA, J. R. V. Ligação Covalente. Mundo Educação, S.D. Disponível em: . Acesso em: 17 jun. 2021. PROFESSOR IGOR DE QUÍMICA. Polaridades de Ligações e Moléculas - Revisão. (16m17s). 2020. Disponível em: . Acesso em: 19 mar. 2021. SACKHEIM, G. I.; Lehman, D. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas 8 ed. Barueri: Editora Manole, 2001. Disponível em: . Acesso em: 15 Mar 2021. UFJF. Interações Intermoleculares. S.D. Disponível em: . Acesso em 19 mar. 2021. UCKO, D. A. Química para as Ciências da Saúde: uma introdução a química geral, orgânica e biológica. São Paulo: Manole, 1992. , 39 4 FUNÇÕES INORGANICAS Apresentação As funções inorgânicas correspondem a um conjunto de substâncias que apresentam propriedades químicas semelhantes. Elas podem ser classificadas em 5 funções, a saber: ácidos, bases, sais, óxidos e hidretos. Neste bloco você irá aprender a identificar e nomear cada uma delas, bem como compreender acidez e basicidade de compostos inorgânicos. No caso de ácidos e bases existem 3 Teorias para explicar o comportamento destas substancias: Arrhenius, Bronsted Lowry e Lewis. Na Teoria de Arrhenius, as reações ácido base ocorrem em solução aquosa e envolvem transferências de íons H+ de uma substância para outra. A Teoria de Brosnted Lowry também pode ser aplicada em reações que ocorrem em soluções aquosas, mas neste caso ocorre transferência de prótons, por exemplo, na reação de HCl com NH3, o HCl transfere seu próton (H+) para o NH3, formando pares ácido-base conjugados. Na Teoria de Lewis, as espécies transferem pares de elétrons, sendo bases quem transfere e ácido quem recebe; é a teoria mais abrangente. Neste bloco daremos ênfase a Teoria de Arrhenius que, apesar de ser restrita a soluções aquosas, atende bem os conceitos fundamentais para área da saúde. 4.1 Ácidos: Identificação e nomenclatura Ácidos, segundo a Teoria de Arrhenius, são todas as substâncias compostas que, em solução aquosa, liberam como único e exclusivo cátion, o Hidroxônio (H3O+ ou H+). Algumas substâncias moleculares podem sofrer ionização em água formando ions H+ e, então, ocorre a ionização de ácidos: HCl + H2O H3O+ + Cl- H2SO4 (aq) 2H+ (aq) + SO4 2- (aq) , 40 Os ácidos apresentam como características gerais sabor azedo, desidratam a matéria orgânica, deixam incolor a solução alcoólica de fenolftaleína e neutralizam bases formando sal e água. A força de um ácido depende da sua tendência em doar prótons (H+). Um ácido forte reage prontamente com a água. Quanto mais forte for um ácido em uma dada concentração, maior será a concentração de íons H+ na solução (UCKO, 1992). Os hidrácidos (ácidos sem oxigênio) derivados dos halogênios (HCl, HBr, HI, HF) são considerados ácidos fortes. Os demais são fracos (H2S, HCN). No caso os oxiácidos, pode-se subtrair a quantidade de átomos de oxigênio por hidrogênio e, então, ter ideia da força deste ácido. Valores acima de 1 já caracterizam como moderados para fortes. Ex: HClO (1-1=0: fraco), H3PO4 (4-3=1, moderado), H2SO4 (4-2=2, forte), HMnO4 (4-1=3, muito forte). Quando um ácido cede um próton (H+), um aníon se forma. Os nomes dos ácidos são designados com base no aníon resultante. A Figura 4.1 ilustra como ocorre a nomenclatura de ácidos a partir dos nomes dos íons. Fonte: BROWN, 2007. Figura 4.1 - Nomenclatura de ácidos. , 41 Exemplos: Ânion NO3 - (nitrato) = HNO3 ácido nítrico Ânion CO3 2- (carbonato) = H2CO3 ácido carbônico Ânion PO4 3- (fosfato) = H3PO4 ácido fosfórico Ânion NO2 – (nitrito) = HNO2 ácido nitroso Ânion ClO - (hipoclorito) = HClO ácido hipocloroso 4.2 Bases: Identificação e nomenclatura De acordo com Arrhenius, base ou hidróxido é toda substância que, dissolvida em água, dissocia-se fornecendo como ânion exclusivamente OH- (hidroxila ou oxidrila): KOH (aq) K+ (aq) + OH- (aq) Ca(OH)2 (aq) Ca2+ (aq) + 2OH- (aq) Na definição de Bronsted Lowry base é um receptor de prótons e na de Lewis um doador de pares de elétrons. A força das bases basicamente se identifica pelos metais que as compõem. Bases originadas de metais alcalinos (NaOH, por exemplo) são bases fortes, seguidas dos metais alcalinos terrosos. Em geral, as bases têm sabor amargo e são escorregadias ao tato, sendo que bases fortes são causticas, destruindo o tecido vivo. A nomenclatura das bases é bastante simples e segue o seguinte padrão: Hidróxido de (nome do elemento) Exemplos: NaOH = hidróxido de sódio Mg(OH)2 = hidróxido de magnésio Fe(OH)2 = hidróxido de ferro II Fe(OH)3 = hidróxido de ferro III , 42 4.3 Sais: Identificação e nomenclatura Sais são todos compostos que dissociam em água, liberando um cátion diferente de H+ e um ânion diferente de OH-. Podem ser produzidos a partir da reação de um ácido e uma base e essa reação é chamada de neutralização ou salificação. Os sais são compostos iônicos, têm sabor salgado, são sólidos em temperatura ambiente, conduzem corrente elétrica em soluções aquosas, reagem com ácidos, hidróxidos, outros sais e metais. A nomenclatura de sais obedece a expressão (nome do ânion) de (nome do cátion). Exemplos: NaCl = cloreto de sódio K3PO4 = fosfato de potássio ou ortofosfato de potássio Fe2(SO4)3 = sulfato de ferro (III) FeSO4 = sulfato de ferro (II) NH4NO3 = nitrato de amônio Alguns sais são hidratados, ou sejam, apresentam moléculas de água em sua estrutura, as quais são denominadas de água de cristalização ou água de hidratação (RUSSELL, 1994). Exemplos: CuSO4.5H2O = sulfato de cobre(II) pentaidratado, NiCl2.6H2O = cloreto de níquel(II) hexaidratado, ZnSO4.7H2O = sulfato de zinco heptaidratado, K2C2O4.H2O = oxalato de potássio monoidratado , 43 4.4 Óxidos e Hidretos: Identificação e nomenclatura Óxido é todo composto binário oxigenado, no qual o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Eles apresentam fórmula geral: ExOy onde, E - símbolo do elemento menos eletronegativo; O - oxigênio; x – carga do íon O; y – carga do íon E. A nomenclatura normalmente é (oxido) de (nome do elemento). Entretanto, a nomenclatura dos óxidos deve levar em consideração o tipo de óxido: iônico ou molecular. Se for iônico, o oxigênio, com carga 2- liga-se a ummetal. Exemplos: Na2O = óxido de sódio CrO3 = óxido de cromo (VI) Al2O3 = óxido de alumínio Se for um óxido molecular, é formado com ametais e formam mais de um óxido. Em razão disso, é necessário indicar a quantidade de oxigênios e dos elementos ligados a ele, por meio de prefixos como mono, di, tri, entre outros. Exemplos: CO = monóxido de carbono CO2 = dióxido de carbono N2O5 = pentóxido de dinitrogênio Outros óxidos importantes são os chamados peróxidos, onde a carga (número de oxidação) do oxigênio é –1. A nomenclatura é feita da seguinte maneira: (peróxido) de (nome do elemento). Exemplos: Na2O2 = peróxido de sódio. H2O2 = peróxido de hidrogênio (água oxigenada). , 44 As funções inorgânicas chamadas HIDRETOS são compostos onde o hidrogênio é o elemento mais eletronegativo. Eles apresentam fórmula geral: EHx onde, E - símbolo do elemento; H - hidrogênio; x – carga do elemento (Russell, 1994). Alguns hidretos são bem importantes em reações de redução de compostos orgânicos. A nomenclatura é feita da seguinte maneira: (hidreto) de (nome do elemento). Exemplos: NaH = hidreto de sódio AlH3 = hidreto de alumínio NaBH4 = hidreto de boro sódio (também chamado de boro hidreto de sódio). 4.5 Acidez e Basicidade: pH e pOH. Solução Tampão Uma das mais importantes propriedades da água é a sua habilidade em agir tanto como ácido quanto como base (Teoria de Bronsted Lowry), ou seja, na presença de um ácido, a agua age como um receptor de prótons; na presença de base, age como doador de prótons (BROWN, 2007). Este processo é chamado de auto-ionização da água e é um processo em equilíbrio em que a concentração de H+, [H3O+] é igual à concentração de OH-. Usa-se o símbolo Kw para expressar esta constante: Kw = [H3O+] [OH-] A 25oC, o valor do Kw é de 1,0 x 10-14. Esta expressão é de extrema importância e deve ser lembrada. Desta forma, a concentração de cada um dos íons é de 1,0 x 10-7 mol/L. Se a concentração de ambos os íons for igual ([H+] = [OH-]), diz-se que a solução em estudo é neutra. Na maioria das soluções, as concentrações destes íons não são iguais. Se tiver maior concentração de íons [H+], diminui a concentração de [OH-] e, portanto, a solução é considerada ácida. Se aumenta [OH-], a solução é considerada básica. Como as concentrações molares das soluções são geralmente pequenas, usa-se, por conveniência, uma escala logarítmica e identificamos o pH ou pOH das soluções. pH significa potencial hidrogeniônico e pOH potencial hidroxiliônico. , 45 pH = -log [H+] e pOH = -log [OH-] pH + pOH = 14 O pH de uma solução neutra com concentração de 10-7 mol/L é de 7. A escala de pH, figura 4.2, serve para medir o grau de acidez, neutralidade ou basicidade (alcalinidade) de determinada solução. Ela nos indica que uma solução acida é aquela onde o pH é menor que 7 e uma solução básica onde o pH é maior que 7. Fonte: BATISTA, S.D. Figura 4.2 - Representação da escala de pH. Exemplo: Se a saliva tem uma concentração de íons H+ de 10-6 mol/L, quanto será seu pH e pOH? [H+] = 10-6 mol/L pH = -log [10-6] pH = 6 pH + pOH = 14, portanto, o pOH = 14-6 = 8 Como a solução tem pH=6 significa que a saliva terá caráter ácido (pH . Acesso em 23 mar. 2021. Sobre o conceito de solução tampão, leia o artigo de mesmo nome disponível em: . Acesso em 23 mar. 2021. Uma boa referência para contextualizar os conceitos vistos neste bloco é sobre a Contribuições