Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
FUNÇÕES INORGÂNICAS E CONDUTIVIDADE OBJETIVOS • Relembrar as principais funções químicas; • Diferenciar as funções químicas; • Conhecer as principais aplicações destas funções na engenharia. BIBLIOGRAFIA • Brown et al. Química: a ciência central. São Paulo: Pearson. • Capítulos: 16.1, 16.2, 16.5, 16.6 e 16.9 FUNÇÕES QUÍMICAS AS FUNÇÕES QUÍMICAS AGRUPAM SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS COM PROPRIEDADES COMUNS. TEORIA DE ARRHENIUS. EXEMPLOS: - ÁCIDOS - BASES - SAIS - ÓXIDOS TEORIA DE ARRHENIUS Teoria da dissociação eletrolítica de Arrhenius Quando uma substância dissolve-se em água, divide-se em partículas cada vez menores. A divisão pode parar nas moléculas (combinações de átomos) e a solução não conduz corrente elétrica. Quando a divisão chega a partículas, menores que as moléculas, com carga elétrica (íons) a solução conduz corrente elétrica. Padrões de dissolução Dissociação iônica - é a separação dos íons de uma substância iônica, quando solúvel em água. Ionização - é a formação de íons na reação de uma substância molecular com a água, quando esta for solúvel em água. CONDUTIVIDADE • Soluções eletrolíticas são as que conduzem a corrente elétrica. São soluções iônicas. Ácidos, bases e sais dão soluções eletrolíticas. • Eletrólitos são as substâncias que dão soluções eletrolíticas ou iônicas. Ácidos, bases e sais são eletrólitos. • Soluções não-eletrolíticas não conduzem a corrente elétrica. São soluções moleculares. • Não-eletrólitos são as substâncias que dão soluções não- eletrolíticas ou moleculares. A INFLUENCIA DA PUREZA DA SUBSTANCIA SOBRE A CONDUTIVIDADE Condutividade elétrica (substâncias puras) Composto iônico: somente quando fundido. Composto molecular: não conduz. Condutividade elétrica ( solução aquosa) Composto iônico: conduz. Composto molecular: conduz se ocorrer reação de ionização. EXERCITE • Sobre a teoria de Arrenhius, assinale V ou F para cada alternativa: (__) Soluções eletrolíticas são as que conduzem a corrente elétrica. (__) Eletrólitos são as substâncias que dão soluções eletrolíticas ou iônicas. (__) Ácidos, bases e sais não são eletrólitos. (__) Soluções não-eletrolíticas não conduzem a corrente elétrica. Ao contrário das soluções moleculares. (__) Não-eletrólitos são as substâncias que dão soluções não-eletrolíticas. (__) Composto iônico (substâncias puras) apresenta condutividade elétrica em qualquer estado. (__) Os compostos iônicos são formados por elementos distantes entre si na tabela periódica. (__) Composto molecular (substâncias puras): não apresenta condutividade elétrica. (__) Composto iônico (solução aquosa) conduz eletricidade. ÁCIDOS Os ácidos são compostos moleculares polares que se ionizam em água, produzindo íons positivos (cátions) e negativos (ânions), com capacidade de conduzir corrente elétrica. • Os ácidos de Arrhenius apresentam H+ como radical funcional e ao ionizar em água: HCl + H2O = Cl - + H3O + (H+ + H2O) H2SO4 + 2H2O = SO4 2- + 2H3O + Ou: HCl = Cl- + H+ H2SO4 = SO4 2- + 2H+ Possuem sabor azedo, como o ácido cítrico (limão) e acético (vinagre). Reagem com os indicadores de pH: o papel tornassol vira para o vermelho e a solução de fenolftaleína fica incolor. Reagem com bases formando água e sal . CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS • Hidrácidos: não possuem oxigênio na sua composição e levam a terminação ÍDRICO. Ex: HCl (ácido clorídrico) H2S (ácido sulfídrico) • Oxiácidos: possuem oxigênio na sua composição e levam a terminação ICO ou OSO (dependente do número de átomos de O). Ex: HNO3 = ácido nítrico HNO2 = ácido nitroso FORÇA DE UM ÁCIDO É dependente da quantidade de íons que o ácido libera em solução (grau de ionização – α). α = número de mols de íons formados X 100 número de mols de ácidos dissolvidos em água Ácidos fortes: α > 50% Ácidos moderados: 5% < α < 50% Ácidos fracos: α < 5% FORÇA DE UM ÁCIDO Exemplo prático: Se HxEOy for a fórmula de um ácido. A força do ácido é dada pela relação: F = Y – X Onde: Y = número de oxigênios X = número de hidrogênios ionizáveis Quando: F = 0, o ácido é fraco F = 1, o ácido é moderado F = 2, o ácido é forte F = 3, o ácido é muito forte Exceção: H2CO3 – ácido fraco (ácido carbônico). EXERCITE • Sobre a teoria de Arrenhius, assinale V ou F para cada alternativa: (__) Segundo Arrhenius, os ácidos são compostos que em solução aquosa se ionizam, produzindo como íon positivo apenas o cátion hidrogênio (H+). (__) O cátion hidrogênio (H+) difere do cátion hidrônio (H3O +) APLICAÇÕES E IMPORTÂNCIA ECONÔMICA DOS ÁCIDOS Corrosão • Plataformas e dutos petrolíferos (presença de H2S) • Testes de corrosão (HCl) • Amostras (corpos de prova em aço carbono) antes e após contato com o ácido. (KAPPS et al., 2012) Corrosão em transformadores: a importância da escolha do óleo (mineral ou vegetal) Processos catalíticos • Etanol de segunda geração • Biodiesel • Neutralizar resíduos de catálise básica • Decapagem química • Finalidades: • Produzir superfícies puras requisito essencial para a aplicação posterior de revestimentos • Reconhecer defeitos estruturais Metal Tipo de ácido Vantagens Desvantagens Aço carbono HCl ou H2SO4 (10 a 20%) O H2SO4 é o mais barato e mais usado. Pode agredir em demasia. Ferro fundido HCl ( 7 a 10%) ou H2SO4 com aditivos Pode corroer depois Necessita de um tratamento posterior com ácido fosfórico diluído. Cobre e Suas Ligas ácido sulfúrico (10 a 15%) aquecido ácido nítrico Decapagem leve Gera brilho Sem brilho. Zinco ácido clorídrico ou sulfúrico (3 a 10%) usado à temperatura ambiente, com aditivos. Dependendo da liga faz-se uso de uma decapagem preliminar com ácido crômico. Estanho e chumbo ácido clorídrico 2 a 3% ou ácido nítrico diluido. A decapagem deve ser seguida de uma lavagem eficiente e secagem imediata, evitando assim uma limpeza mecânica Alumínio e Suas Ligas ácidos nítrico e fluorídrico Deve ser precedida por uma decapagem com NaOH LIXIVIAÇÃO DE METAIS DE PLACAS DE CIRCUITOS OUTRAS APLICAÇÕES • Pilhas; • Baterias; • Eletrodeposição; • Catalizadores; • Usinagem química; • Descontaminação radioativa (para-raios). EXERCITE • Quais processos vocês fazem com ácidos? DETALHANDO OS RISCOS COM ÁCIDOS • Ação corrosiva sobre a pele, mucosas, olhos, tecidos do trato respiratório e digestivo. Esta depende da: natureza do ácido concentração tempo de contato • Extremamente perigoso no contato com os olhos • - Reatividade: com metais, produtos alcalinos tipo cimento, cal etc. ALGUNS ÁCIDOS FREQUENTEMENTE UTILIZADOS • Ácido Clorídrico (ácido muriático) Liberação do gás clorídrico quando borbulhado em água destilada. Os vapores são irritantes das vias respiratórias. • Ácido Sulfúrico Os vapores irritantes das mucosas, provocam corrosão dos dentes, dificuldade para respirar, bronquite, edema na laringe e pulmões, perda dos sentidos. Na pele soluções diluídas causam dermatites irritativas. Soluções concentradas causam alterações e destruição dos tecidos. • Ácido Nítrico Vapores são irritantes das vias respiratórias. Ação sobre os pulmões pode até causar edema pulmonar. Na pele causa queimaduras graves Em vazamento, quando muito aquecido produz gases tóxicos e inflamáveis. EXERCITE • Quais os cuidados ao trabalhar com ácidos? BASES OU HIDRÓXIDOS • São uma função química mineral com grupo funcional hidroxila ou hidróxido (OH-).• De acordo com Arrhenius, as bases se dissociam em água produzindo o ânion OH-. NaOH = Na+ + OH- Mg(OH)2 = Mg 2+ + 2OH- • Possuem sabor adstringente (NaOH em alimentos). • Deixam o papel tornassol azul e a solução de fenolftaleína vermelha. • Reagem com ácidos formando água e sal. CLASSIFICAÇÃO DAS BASES Numero de hidroxilas (OH–) • Monobases: uma hidroxila (OH–). Ex: NaOH, LiOH. • Dibases: duas hidroxilas. Ex: Ca(OH)2, Fe(OH)2. • Tribases: três hidroxilas.Ex: Al(OH)3, Ni(OH)3. • Tetrabases: quatro hidroxilas. Ex: Sn(OH)4, Pb(OH)4 Grau de ionização • Bases fortes: o grau de ionização próximo a 100% (metais alcalino e alcalinoterrosos). Ex: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2. • Bases fracas: o grau de ionização inferior a 5%. Todas as demais bases. Solubilidade em água • Solúveis: hidróxidos de metais alcalinos e amônio. • Pouco solúveis: hidróxidos de metais alcalino-terrosos. • Insolúveis: os demais hidróxidos. EXERCITE • Sobre a teoria de Arrenhius, assinale V ou F para cada alternativa: (__) As bases de Arrhenius são compostos que em solução aquosa sofrem dissociação iônica, liberando como único íon negativo o ânion hidróxido (OH-), ou oxidrila ou hidroxila. (__) Só existem hidroxilas nas bases. (__) Toda base é solúvel em água. (__) A força de uma base está diretamente relacionada a sua dissociação. APLICAÇÕES DAS BASES • Biodiesel • Neutralização de ácidos; • Catalizadores de polimerização; • Espelhamento • Processamento do alumínio; • Realcalinização do concreto; • Produção de papel; • Controle de pH; • Produção de nanopartículas; • Outros. EXERCITE • É possível fazer decapagem química com bases? • Explique. BASES DE USO COMUM E SEUS RISCOS • Hidróxido de Sódio A inalação provoca danos no trato respiratório, até mesmo uma pneumonite grave. Corrosivo de todos os tecidos. Nos olhos causa opacidade da córnea, edema pronunciado, ulcerações e até cegueira. • Hidróxido de Amônio Inalação produz irritações das vias respiratórias. Exposição intensa produz broncopneumopatias e morte. Em contato com a pele, produz irritação e queimaduras. Nos olhos produz opacidade da córnea e cristalino. EXERCITE • Quais os cuidados ao se trabalhar com bases? SAIS • Os sais são formados por reações ácido–base (salificação ou neutralização ácido-base). HCl + KOH = KCl + H2O Reação de neutralização total (nº H + = nº OH-) LiOH + H2CO3 = LiHCO3 + H2O Reação de neutralização parcial de ácido (nº H+ # nº OH-) Mg(OH)2 + HClO3 = MgOHClO3 + H2O Reação de neutralização parcial de base (nº H+ # nº OH-) • Em solução aquosa, os sais liberam cátions diferentes de H+ e ânions diferentes de OH- • Possuem sabor salgado. CLASSIFICAÇÃO DOS SAIS Presença de íons H+ e OH Sais normais ou neutros – proveniente de uma reação de neutralização total. EX.: NaCl, CaCO3, CaHPO3. Sais ácidos – proveniente de uma reação de neutralização parcial (ainda apresenta H+ ionizável). EX.: NaHCO3 Sais Básicos - sal oriundo de uma reação de neutralização parcial (ainda apresenta OH-). EX.: AlOHSO4 Solubilidade dos sais. Os sais formados por metais alcalinos (1A), cátion NH4 +, ânions NO3 -, ClO3 - e CH3 - COO- são solúveis em água. APLICAÇÕES DOS SAIS • Síntese de cerâmicas avançadas • Eletrólitos; • Decapagem química; • Termoelétricas solares; • Outros. EXERCITE • Quais os cuidados ao se trabalhar com sais? ÓXIDOS Os óxidos são compostos binários onde o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. CaO = óxido de cálcio CO = monóxido de carbono CO2 = dióxido de carbono SO2 = dióxido de enxofre CLASSIFICAÇÃO DOS ÓXIDOS Ácidos (anidridos) - são óxidos ametálicos que em contato com a água geram ácidos. Apresentam um ametal com nox igual ou superior a +4. Estes podem reagir com bases produzindo sal e água. Cl2O5, Cl2O7, SO2, SO3, N2O5, P2O5, CO2 SO3 + H2O = H2SO4 H2CO3 = H2O + CO2 SO3 + Ca(OH)2 = CaSO4 + H2O Básicos - são óxidos formados por metais (nox do metal é igual ou inferior a +3). Estes reagem com ácidos produzindo sais. Li2O, Na2O, MgO, CaO, Cu2O, CuO, Ag2O, FeO K2O + H2O = 2KOH CaO + H2CO3 = CaCO3 + H2O Anfóteros - são óxidos formados por elementos de eletronegatividade intermediária (elementos da região central da Tabela Periódica) e podem reagir tanto com ácidos como com bases. ZnO, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, SnO, SnO2, PbO, PbO2, MnO2. ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O ZnO + 2KOH = K2ZnO2 + H2O CLASSIFICAÇÃO DOS ÓXIDOS - CONTINUAÇÃO Óxidos duplos, mistos e salinos - óxidos formados pela união de óxidos de metais com nox variável. FeO + Fe2O3 = Fe3O4 (magnetita) Os óxidos mistos apresentam nox fracionário +8/3. Óxidos neutros – óxidos ametálicos que não reagem com, ácidos, bases e água. CO, NO, SO Peróxidos - compostos binários nos quais o oxigênio apresenta nox unitário igual a –1 (presença do grupo O2 2-). Na2O2, CaO2, H2O2. Superóxidos - compostos binários nos quais o oxigênio apresenta nox unitário igual a –1/2 (presença do grupo O4 2-). Li2O4, Na2O4, CaO4 Curiosidade: o superóxido de lítio é usado para obtenção de gás oxigênio em atmosferas ricas em gás carbônico: Li2O4 + CO2 = Li2CO3 + 3/2O2 APLICAÇÕES DOS ÓXIDOS • Metalurgia; • Iniciadores de polimerização; • Síntese de cerâmicas. ANEXOS CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS Número de hidrogênios ionizáveis: • Monoácidos– um hidrogênio ionizável. Ex: HCl, HBr, HClO3 , H3PO2 (um H está ligado covalentemente). • Diácidos – dois hidrogênios ionizáveis. Ex: H2SO4 , H3PO3 (um H está ligado covalentemente). • Triácidos – três hidrogênios ionizáveis. Ex: H3PO4 , H3BO3 . • Tetrácidos – quatro hidrogênios ionizáveis. Ex: H4SiO4 , H4[Fe(CN)6] CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS Número de elementos químicos: Binário – dois elementos químicos distintos. Ex: HBr, HI. Ternário – três elementos químicos distintos. Ex: HNC, HBrO3 , H2SO3 . Quaternário – quatro elementos químicos distintos. Ex: HCNO, H4[Fe(CN)6]. Volatilidade (ponto de ebulição): Voláteis – baixo ponto de ebulição. Ex: HCl (110 oC), HCN (26 oC), HNO3 (88,9 oC). Fixos – alto ponto de ebulição. Ex: H2SO4 (290 oC), H3PO4 (158 oC). NOMENCLATURA DAS BASES • Acrescenta-se “ hidróxido de “ ao nome do cátion presente da base . NaOH = hidróxido de sódio KOH = hidróxido de potássio Para elementos de NOX variável (Fe = +2, +3 Cu = +1, +2 Pb = +2, +4 Ní = +2, +3 Au = +1, +3), atribuir em algarismo romano o número de oxidação utilizado, ou o sufixo ico para o maior estado de oxidação e oso para o menor estado de oxidação. Fe(OH)2 – Hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso Fe(OH)3 - Hidróxido de ferro III ou hidróxido férrico NOMENCLATURA DOS SAIS Baseia-se no nome do ácido que originou o sal. terminação do ácido terminação do sal ÍDRICO ETO ICO ATO OSO ITO Principais ânions: Cl-, Br-, I-, F-, CN- eto SO4 2-, CO3 2-, NO3 -, PO4 3-, BO3 3-, ClO3 -,BrO3 -, IO3 - ato Derivando os sufixos: ato – 1 oxigênio Ito ato – 2 oxigênios hipo___ito ato + 1 oxigênio per___ato Exemplos: Na2SO4 – sulfato de sódio Na2SO3 – sulfito de sódio Na2SO2 – hiposulfito de sódio NaClO3 – clorato de sódio NaClO2 – clorito de sódio NaClO – hipoclorito de sódio Deve-se citar na nomenclatura de sais o seu caráter ácido ou básico: NaHCO3 – carbonato ácido de sódio ou hidrogeno carbonato de sódio (bicarbonato de sódio) CaOHCl – cloreto básico de cálcio ou hidroxi cloreto de cálcio NOMENCLATURADOS ÓXIDOS Óxidos metálicos – nome [óxido de + nome do metal] Metal com nox variável, determinar o valor do nox através de algarismo romano, ou adicionar ao nome do metal a terminação oso ou ico. CaO – óxido da cálcio Na2O – óxido de sódio MgO – óxido de magnésio Al2O3 – óxido de alumínio FeO – óxido de ferro II ou óxido ferroso Fe2O3 - óxido de ferro III ou óxido férrico Óxidos ametálicos – a nomenclaturas é feita através de prefixos: CO – monóxido de carbono SO2 – dióxido de enxofre SO3 – trióxido de enxofre N2O5 – pentóxido de dinitrogênio. Cl2O7 – heptóxido de dicloro.
Compartilhar