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C) INTRODUÇÃO À QUÍMICA AGRÍCOLA AUTOR VÍTOR JOSÉ REPOLHO REBELO Introdução O estudo da química voltada para a agricultura tem contribuído significativamente no sentido da melhora da qualidade de vida do ser humano. A partir disto a obra aqui desenvolvida versará sobre a disciplina de Introdução à Química Agrícola, seus aspectos fundamentais e objetivos. Portanto, a presente obra será constituída de sete unidades envolvendo aspectos teóricos e atividades. Apresentando um entendimento específico sobre a química aplicada na agricultura, o autor desenvolve uma ampla revisão sobre conceitos básicos, compostos minerais e orgânicos, as reações químicas envolvendo as principais substâncias, cálculos e preparo das soluções, os princípios básicos dos métodos analíticos. Para um melhor entendimento sobre os conceitos foram propostas atividades práticas com fins agrícolas. A disciplina Introdução à Química Agrícola será de grande importância pela abrangência e praticidade dos conteúdos descritos que foram analisados e desenvolvidos visando um conhecimento mais profundo dos conteúdos por parte do discente. Introdução à Química Agrícola Introdução 135 Palavras do professor autor Caro aluno, Sabe-se que o estudo da química de uma forma geral tem contribuído significativamente para a manutenção da vida do ser humano, e sua importância é fato comprovado. E muitas vezes o aluno fica se perguntando para que serve a química e qual sua real importância para a vida do ser humano, o questionamento se abrange quando falamos no estudo da química direcionado para a agricultura. Pensando nessas situações se fará um primeiro estudo sobre a evolução da química agrícola e sua parcela de contribuição na manutenção da vida humana, principalmente no que diz respeito à melhora da qualidade de vida, uma vez que gira em torno do desenvolvimento de técnicas que propiciem uma melhora na qualidade de produção de alimentos. É importante salientar que os conteúdos foram analisados e desenvolvidos de forma que possa propiciar a você aluno(a) uma abordagem de fácil acesso e entendimento. Portanto, registra-se que é de fundamental importância uma interação constante entre aluno e professor para que as dúvidas possam ser discutidas e respondidas. O destaque se dá por ser um método de ensino à distância, onde a informática em conjunto com a internet são elementos cruciais para a transmissão de conteúdos e atividades. Espera-se portanto, que seu aprendizado de Química Agrícola seja absorvido com eficácia com essa nova abordagem e que você possa utilizar os conhecimentos aqui adquiridos na construção de um mundo melhor, com atitudes que venham preservar o ambiente de nosso planeta. Orientações para o estudo do caderno Como se trata de ensino a distancia envolvendo a rede de informática, como já foi mencionada, a importância da interação entre aluno e professor é ponto chave para o desenvolvimento da disciplina e das atividades. Quando se usa o método tradicional de contato direto entre aluno e professor, percebe-se que o retorno é imediato, cabe, portanto, ao educador solucionar dúvidas e questionamentos. E logo após a Introdução à Química Agrícola Palavras do professor autor Orientações para estudo 136 realização de uma atividade escrita é diagnosticado que ponto foi mais ou menos absorvido pela turma. Portanto, como o foco é Ensino à Distancia, cabe destacar que para se ter um retorno dos conteúdos ministrados e das atividades propostas pelo professor, é importante haver debates, fóruns, atividades escritas e impressas, uma constante troca de e-mails entre os envolvidos para que assim o educador possa também avaliar seu método de ensino e sua atuação como professor ministrante do curso. Ementa Conceitos fundamentais da química agrícola. compostos minerais de solos, plantas, corretivos, fertilizantes e defensivos agrícola. Reações inorgânicas com ênfase em solos e plantas. Preparo das soluções para fins agrícola. Equilíbrio químico de ácido-base. Principais funções orgânicas com abordagem dirigida para as ciências agrárias. Métodos analíticos: titulometria, potenciometria, colorimetria e fotometria de chama. Objetivos de ensino-aprendizagem 1. Possibilitar aos discentes um entendimento da química aplicada à agricultura. 2. Conhecer os compostos minerais e orgânicos encontrados nos solos, plantas, corretivos, fertilizantes e defensivos agrícolas. 3. Entender as reações químicas envolvendo as principais substâncias minerais e orgânicas da biosfera. 4. Calcular e preparar as soluções para os procedimentos analíticos e aplicações no campo agrícola; 5. Conhecer os princípios básicos dos métodos analíticos. Introdução à Química Agrícola Orientações para estudo Ementa Objetivos de ensino-aprensizagem 137 Unidade 1 Composição da matéria Esta unidade aborda o átomo como unidade básica da matéria, os elementos químicos essenciais. A grande diversidade de substâncias que existe na natureza deve-se à capacidade de combinação dos átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes. Para cuidar da terra foi preciso criar técnicas e instrumentos de trabalho. Assim, surgiu a agricultura. A princípio, havia apenas a agricultura familiar: pequenas propriedades, com famílias que aravam e semeavam a terra artesanalmente. Contava-se apenas com ferramentas rudimentares e, às vezes, com ajuda de animais. A urbanização trouxe a tecnologia, que mudou o aspecto das fazendas, (FIG. 1). Nos países mais ricos, as máquinas passaram a representar cerca de noventa por cento da força utilizada na agricultura. A evolução dos instrumentos agrícolas determinou uma nova forma de organização do trabalho. A agricultura familiar cedeu lugar à agroindústria, na qual a mão-de-obra é contratada temporariamente para realizar tarefas específicas de preparo da terra, plantio e colheita. Para aumentar a produção, as grandes fazendas passaram a se dedicar a apenas um tipo de produto – é o que nós chamamos de monocultura. Hoje, a produção agrícola não serve apenas para alimentar a população de um país. Ela é um investimento de grande rentabilidade, controlado por poderosas empresas de grupos industriais e financeiros. Nesse empreendimento não se recorre somente à mecanização, mas à Química. Fig. 1 Fazenda, Fonte: www.senado.gov.br/ DEBATA E ANALISE 1. As mudanças tecnológicas provenientes da indústria química contribuíram para o desenvolvimento da agricultura. 2. Como você poderia explicar o fato de que, apesar de todo o avanço tecnológico da agricultura, tantas pessoas ainda morrem de fome no mundo? 3. Qual a importância da química no desenvolvimento da agricultura. Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria 138 Átomos De acordo com a teoria atômica, toda matéria sólida,líquida ou gasosa, é formada por partículas chamadas de átomo. A química é o estudo destes átomos, como eles se combinam e como as substâncias, formadas por átomos, são transformadas em outras substâncias. Fig. 2 Atomo, Fonte: www.las.inpe.br/~cesar/I nfrared/materiais.htm Os átomos (FIG.2) consistem de combinações de partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. Na parte central do átomo existe uma região, denso chamado de núcleo onde estão localizados os prótons e nêutrons. Cargas Uma propriedade fundamental das partículas subatômicas é a sua carga elétrica. A carga existe em duas formas: positiva (+) e negativa (-). Cargas iguais, positivas ou negativas se repelem e cargas opostasse atraem. O próton está carregado positivamente, o elétron negativamente e o nêutron é neutro. O número de prótons num átomo é exatamente igual ao número de elétrons quando ele está no estado neutro. Número atômico e número de massa O número atômico (Z) é o número de prótons no núcleo de um átomo. Todo átomo possui o número de prótons igual ao número de elétrons. Número atômico = número de prótons = número de elétrons A massa de um próton é aproximadamente igual à massa de um nêutron. O elétron tem uma massa cerca de 2000 vezes menor do que a do próton ou do nêutron. O número de massa (A) de um átomo é a soma de prótons mais nêutrons do seu núcleo. O número de nêutrons no núcleo é igual ao número de massa menos número atômico. 1. Dê o número de prótons e nêutrons que estão presentes no núcleo dos seguintes átomos: 14 15 233 N, N, U. 2. O lítio tem dois isótopos, um com massa 6,015u que é 7,42% abundante, e outro com massa 7,016u que é 92,58% abundante. Qual é o peso atômico do lítio? 139 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Um átomo específico é identificado pelo símbolo do elemento com número atômico como índice inferior e o número de massa A como índice superior. Um átomo tem 12 prótons e 13 nêutrons. Qual o seu número de massa? nº de massa = nº de prótons + nº de nêutrons nº de massa = 12 + 13 = 25 Elemento É uma substância simples fundamental e elementar. Um elemento não pode ser separado ou decomposto em substância mais simples, como o hidrogênio (H), oxigênio (O), carbono (C) e alumínio (Al). Isótopos e peso atômico Os isótopos são átomos do mesmo elemento que possuem diferentes números de massa. O elemento carbono possui três isótopos 12 13 14 de ocorrência natural, C , C , C cada um destes tem 6 prótons no seu 6 6 6 núcleo. O elemento cloro consiste de dois isótopos, um com massa atômica de 34,969u e abundância natural de 75,53%, e o outro com a massa de 36,947u e uma abundância de 24,47%. 75,53(34,969u) + 24,47(36,947u) = 35,453u de cloro 100 O átomo moderno A teoria quântica baseia-se na idéia que a energia de um objeto pode ter somente valores definidos. Diz-se que as energias dos elétrons num átomo estão quantizadas, ou restritas a valores definidos. Os elementos consistem de isótopos que possuem várias massas, portanto, não podemos usar o número de massa para descrever a massa dos átomos de um elemento. A média das massas atômicas dos isótopos de um elemento relativa a sua abundância natural é chamada de peso atômico, expressas em unidade de massa atômica (u). Compare os modelos atômicos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. 140 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Elétrons que estão restritos ao mesmo valor permitido de energia, dizemos que ocupam o mesmo nível de energia. Todos os níveis de energia, exceto o primeiro, são divididos em partes chamadas de subníveis. Os mais abundantes subníveis são: s, p, d e f. Usaremos o termo nível energético principal para descrever o nível energético do qual o subnível é uma parte. Dentro de um nível energético principal, o subnível s tem menor energia, seguido do p, posteriormente o d e finalmente o subnível f. Tabela Periódica A tabela moderna (FIG. 3) é baseada na lei periódica: “As propriedades dos elementos se repetem de uma maneira regular quando os elementos são arranjados em função de seus números atômicos crescentes”. A estrutura eletrônica dos átomos varia de forma regular com o número atômico, portanto as propriedades dos elementos que dependem da estrutura eletrônica tendem também a variar periodicamente com o número atômico. As filas horizontais são chamadas de períodos, e as colunas verticais são chamadas de grupos ou famílias. Quando os elementos são arranjados por número atômico, suas propriedades se repetem de uma maneira regular. Os elementos de um grupo são aqueles que têm propriedades semelhantes. O número e arranjo dos elétrons periféricos dos átomos de um elemento determinam em grande parte as propriedades daquele elemento. Os elementos de um mesmo grupo são quimicamente semelhantes porque eles têm o mesmo arranjo de elétrons periféricos. Escreva as distribuições eletrônicas e dê o número total de elétrons presentes nos seguintes átomos ou íons: N, 2- + 3- O, P, Fé, O , K , P , 2+ 3+ 4+ Ba , Al , Ti Fig. 3 Tabela Periódica Fonte: www.dayah.com/periodic/link.php?lang=pt 141 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Metais - A maioria dos elementos químicos são metais e estão posicionados à esquerda da tabela periódica. Eles possuem características como baixas energias de ionização e afinidade eletrônica + - e tendem a formar íons carregados positivamente. M → M + e Os íons positivos são chamados cátions. A carga do íon metálico depende do número de elétrons perdidos pelo átomo. Um + átomo de sódio perde um elétron formando um íon sódio, Na , um átomo 2+ de magnésio, perde dois elétrons formando um íon Mg , e um átomo de 3+ alumínio, três elétrons formando um íon Al . Átomos de alguns metais podem perder vários números de elétrons, formando íons com várias 2+ cargas. Ex: o ferro perde dois elétrons formando o Fe , e pode perder um 3+ terceiro elétrons formando o Fe . Não – metais - Os elementos não-metálicos estão localizados na porção superior direita da tabela. Os gases nobres são encontrados na forma monoatômica, com cada átomo (exceto o hélio) apresentando o octeto completo em sua camada de valência (oito elétrons na última camada). Os halogênios são encontrados na forma de moléculas diatômicas: F , Cl , Br , I e o At . À 2 2 2 2 2 temperatura e à pressão ambientes, o flúor e o cloro são gases, o bromo é líquido, o iodo e o astato são sólidos.Nas mesmas condições o hidrogênio, H , o oxigênio, O , e o nitrogênio, N , também ocorrem na forma de 2 2 2 moléculas gasosas diatômicas. O enxofre é encontrado como um composto sólido de moléculas octatômicas, S , e uma das formas do 8 fósforo existe na forma de moléculas tetratômica, P , no estado sólido. 4 Com exceção dos gases nobres, os não metais são caracterizados pela alta afinidade eletrônica e alta energia de ionização. Conseqüentemente, os não-metais ganham elétrons formando íons negativos, denominados de ânions. Os átomos de cloro ganham, cada - - um, um elétron, formando íons cloreto: Cl + e → Cl . O átomo de cloro completou o octeto na sua camada de valência.Um átomo de oxigênio pode ganhar dois elétrons, para completar o octeto na sua camada de - 2+ valência e formar o íon óxido: O + 2e → O . 142 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Elementos químicos essenciais Os elementos e os vegetais Os vegetais são constituídos de substâncias formadas por átomos de vários elementos químicos retirados do solo. Os átomos desses elementos são indispensáveis para o crescimento e desenvolvimento dos vegetais. Por essa razão, é fundamental que conheçamos a função e a disponibilidade desses elementos químicos em relação aos vegetais, a fim de que possamos interferir de maneira positiva no desenvolvimento de novas tecnologias. Existem dezesseis elementos químicos cujos átomos são considerados essenciais para o crescimento dos vegetais. Os átomos de carbono (C), de hidrogênio (H) e de oxigênio (O) constituem a maior parte dos tecidos vivos e são obtidos por meio de gás carbônico e da águaabsorvidos. Os átomos dos elementos químicos que constituem os tecidos dos vegetais são classificados em macronutrientes e micronutrientes, sendo os primeiros consumidos pelos vegetais em larga escala e os segundos em pequenas quantidades. Conhecendo a função de cada elemento na nutrição vegetal, podemos determinar as necessidades de adubação de cada cultura. Para isso, precisamos conhecer como os elementos químicos estão presentes no solo ou na atmosfera, de forma que possam ser absorvidos pelos vegetais. Para ser considerado essencial, o elemento deve atender alguns critérios: (1) na sua ausência a planta não completa o seu ciclo de vida; (2) o elemento deve fazer parte de uma substância ou reação bioquímica essencial para a vida da planta (Fig. 4); (3) a carência desse elemento só pode ser suprida mediante o fornecimento dele próprio. Fig. 4 Planta desenvolvida Fonte: www.paraiba.pb.gov.br Os elementos essenciais se classificam em macronutrientes: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg) e enxofre (S); e micronutrientes: ferro (Fe), cobre (Cu), manganês (Mn), zinco (Zn), cloro (Cl), boro (B) e molibdênio (Mo). 1. Defina ou explique os seguintes termos: período, grupo, grupo B, elemento representativo, elemento de transição. 2. Em qual grupo da tabela periódica está: um halogênio, um metal alcalino, um metal alcalino- terroso, um calcogênio e um gás nobre. Exemplifique. 3. Descreva as propriedades periódicas dos elementos 143 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Não há diferença quanto à importância do elemento para o metabolismo vegetal e para produtividade das culturas. Todos são igualmente necessários, pois a produtividade será limitada pelo nutriente que estiver em menor disponibilidade, mesmo que todos os demais estejam presentes em quantidades adequadas. O carbono vem do ar atmosférico na forma de gás carbônico, CO ; o hidrogênio vem da água; o oxigênio vem em parte do ar e em parte 2 da água. Os elementos minerais essenciais: Nitrogênio (N) – ocorre na forma orgânica (húmus); absorvido + - + como: NH e NO ; e encontrados nas plantas na forma de minerais NH e 4 3 4 - NO e compostos orgânicos 3 Fósforo (P) – ocorre na forma orgânica, fosfato de Fe, Al e Ca - no solo; absorvido como: H PO ; e encontrado nas plantas na forma de 2 4 minerais (orto, piro e polifosfatos), ésteres de carboidratos. Potássio (K) – ocorre na rede cristalina, (feldspatos, micas) + trocável nas argilas e humus; absorvido como K ; e encontrado nas plantas na forma iônica (suco celular) e adsorvido a proteínas. Cálcio (Ca) – ocorre na forma de carbonatos, silicatos (feldspatos, augita), fosfatos, gesso, trocável e matéria orgânica; 2+ absorvido como Ca ; e encontrado nas plantas na forma iônica, sais com ácidos orgânicos, quelados e adsorvido a proteínas. Magnésio (Mg) – ocorre na forma de carbonato (margas, 2+ dolomita), silicatos, sulfatos e matéria orgânica; absorvido como Mg ; e encontrado nas plantas na forma iônica (livre ou adsorvido), preso em complexos e quelados. Enxofre (S) – ocorre na forma orgânica e minerais de Ca, Mg e 2- Na; absorvidos como: SO (do solo), S de aminoácido SO do ar; 4 2 encontrados nas plantas na forma iônica, como ester em aminoácidos, proteínas, coenzimas, vitaminas e glicosídeos. Boro (B) – ocorre na forma de boratos e turmalina; absorvidos como H BO ; encontrados nas plantas presos a carboidratos e como 3 3 ésteres. Cloro (Cl) – ocorre na forma de sais e silicatos; absorvido como Faça a estrutura eletrônica dos íons derivados dos elementos químicos essenciais. 144 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria - Cl ; encontrados nas plantas na forma de íon livre principalmente no suco celular. Cobre (Cu) – ocorre na forma de sulfetos, sulfatos, carbonatos 2+ e complexo com matéria orgânica; absorvidos como Cu e quelados-Cu; encontrados nas plantas preso como complexos componente de enzimas. Ferro (Fe) – ocorre na forma de óxidos, hidróxidos, sulfetos, fosfatos, silicatos (augita e biotita) e quelados com matéria orgânica; 2+ 3+ absorvido como Fe , Fe e Fe-quelados; encontrados nas plantas como compostos-organo-Fe e enzimas. Manganês (Mn) – ocorre na forma de carbonatos, silicatos e 2+ óxidos; absorvidos como Mn e Mn-quelado; encontrados nas plantas na forma de componentes organo-Mn e enzimas. Molibdênio (Mo) – ocorre na forma de molibdatos, em silicatos e adsorvidos a ferro; absorvidos com HMoO ; encontrados nas plantas na 4 forma de compostos orgânicos e enzimas. Zinco (Zn) – ocorre na forma de fosfatos, carbonatos, sulfetos, 2+ óxidos e em silicatos; absorvidos como Zn e Zn-quelados; encontrados nas plantas na forma de complexo. A reposição dos elementos químicos nos solos – As plantas retiram do solo os nutrientes de que precisam para sobreviver. Depois, quando morrem, se decompõe e devolvem ao solo esses nutrientes. Numa plantação pela interferência humana, esse ciclo se rompe. Com o passar do tempo, o solo perde nutrientes e empobrece. Para repor esses nutrientes aplicamos adubos inorgânicos e adubos orgânicos. Os adubos inorgânicos são obtidos a partir de extração mineral ou refino do petróleo. É o caso de fosfatos, cloretos, carbonatos, sulfatos e salitre-do-chile. Essas substâncias produzem um efeito rápido, disponibilizando os nutrientes de forma iônica, Fig. 5 Plnatio em solo adubado Fonte: www.maenatureza.org.br que podem ser facilmente absorvidos pelas raízes das plantas (FIG. 5). Como possuem uma composição química definida, ao contrario dos orgânicos, permitem a realização de cálculos mais precisos para determinar a quantidade necessária para cada caso, o que é fundamental para evitar desastres ambientais. 145 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria O uso excessivo desse tipo de adubação pode mudar a composição química desse solo tornando-o menos produtivo a longo prazo e provocando danos ao ecossistema. Os adubos orgânicos são formados por matéria de origem animal e vegetal decomposta ou em estado de decomposição, como, por exemplo, estercos farinhas e bagaços. Eles são ricos em alguns macronutrientes e incorporam, em doses mínimas, micronutrientes. Além disso, aumentam a flora bacteriana e a microfauna, essenciais na formação de húmus. Ligações químicas Os materiais naturais que constituem a crosta terrestre são denominados minerais. Da água ao petróleo, existe uma imensa gama de materiais que podem receber essa denominação. A terra possui cerca de 4000 minerais conhecidos. Eles podem ser constituídos por substâncias simples, ouro (Au), diamante (C), grafite (C), enxofre (S ) e outros ou por 8 substâncias compostas, pirita (FeS ), quatzo (SiO ), água (H O) e outros. A 2 2 2 maior parte dos minerais é classificada como silicatos, substâncias constituídas por átomos de silício, oxigênio e um ou mais metais. É pela combinação dos átomos desses elementos químicos, em diferentes proporções, que se forma grande quantidade de minerais da crosta terrestre, os quais são constituídos principalmente por átomos de oxigênio (O), silício (Si), alumínio (Al), ferro (Fe), cálcio (Ca), potássio (K), sódio (Na), magnésio (Mg), titânio (Ti), hidrogênio (H). Quando dois átomos se combinam, formam uma ligação química. Ligação é uma força que mantém os átomos unidos formando moléculas,agrupamentos de átomos ou sólidos iônicos. Para formar uma ligação química, os átomos compartilham, perdem ou ganham elétrons dos níveis mais externos. É por esta razão que os elétrons mais externos determinam o comportamento químico de um átomo. Na teoria do octeto os átomos se ligam com a finalidade de adquirir uma configuração estável, ou seja, 2 ou 8 elétrons na última camada (configurações de gases nobres). De que forma a Química pode contribuir para conhecimento sobre a fertilidade do solo? 146 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Ligação iônica ou eletrovalente Ligação entre íons por fortes forças eletrostáticas em que um metal doa elétrons para um não-metal, formando cátion (íon positivo) e ânions (íon negativo), respectivamente. Os compostos iônicos (aqueles que apresentam ligação iônica) são eletricamente neutros. Exemplo: ligação entre alumínio e oxigênio 2 2 6 2 1 perde 3e- 3+ 2 2 6 Al – 1s 2s 2p 3s 3p Al – 1s 2s 2p 13 3 elétrons 8 elétrons – – 6 elétrons 8 elétrons Note que o número de átomos do metal pode ser diferente do não-metal, pois o total das cargas dos cátions deve ser igual a dos ânions. Características dos compostos iônicos - em condições ambientes, são sólidos, cristalinos, duros, com elevados pontos de fusão e ebulição. No estado sólido, não conduzem eletricidade, mas quando fundidos ou em solução aquosa, são bons condutores, pois os íons ficam livres para se moverem. Ligação covalente normal A ligação covalente normal é constituída por um par de elétrons, um de cada átomo e podem ser representada por fórmula estrutural através de um traço e por fórmula molecular indica o número de átomos de um elemento em um composto através de um índice. As ligações covalentes da molécula de água estão representadas abaixo. 1 H – 1s : precisa ganhar 1 elétron 1 2 2 4 O – 1s 2s 2p : precisa ganhar 2 elétrons 8 2 2 4 ganha 2e- 2- 2 2 6 O 1s 2s 2p O 1s 2s 2p 8 Al O é o composto 2 3 iônico formado por Al e O. O índice indica o número de átomos do elemento do composto. 1. Escreva a estrutura de Lewis para: C H Cl, 2 3 CS , HCN.e NH Cl 2 4 3- 2. O íon fosfato é PO 4 . Utilizando uma tabela periódica, faça uma previsão das fórmulas dos seguintes fosfatos iônicos: de potássio, de alumínio, e de magnésio. 3. Através da tabela periódica escreva as fórmulas do fluoreto de bário, sulfeto de potássio e fosfeto de cálcio. Mostre que cada uma das seguintes espécies contém uma ligação covalente + 2- dativa: NH , S e 4 2 H PO 3 4 4. 147 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Ligação covalente dativa Cada ligação covalente dativa é constituída por um par de elétrons, ambos de um único átomo. As ligações do dióxido de enxofre seguem a seguinte configuração. 2 2 6 2 4 S – 1s 2s 2p 3s 3p : precisa ganhar 2 elétrons 16 2 2 4 O – 1s 2s 2p : precisa ganhar 2 elétrons 8 Polaridade das ligações Ligação covalente apolar: ocorre quando não há diferença de eletronegatividade entre os átomos da ligação. Ligação covalente polar - ocorre quando há diferença de eletronegatividade entre os átomos da ligação. Neste caso há a formação de um dipolo representado por um vetor m, orientado no sentido do átomo de menor eletronegatividade para o de maior, chamado momento de dipolo. ligação covalente apolar ligação covalente polar com momento de dipolo µ Polaridade das moléculas - Molécula Apolar: ocorre quando todas as ligações são apolares ou quando a soma dos momentos de dipolo for nula. Molécula Polar - ocorre quando a molécula tiver ligações polares e a soma dos momentos de dipolo não for nula. molecular apolar (µ total = 0) molécula polar (µ total ≠ 0) 148 Introdução à Química Agrícola Unidade 1 Composição da matéria Unidade 2 As substâncias são divididas em grupos, chamados funções químicas que apresentam propriedades químicas semelhantes. As principais funções químicas inorgânicas: ácidos, bases, sais e óxidos. Apresentamos nesta unidade transformações químicas envolvendo os compostos inorgânicos. Função química constitui um conjunto de substâncias dotadas de propriedades químicas semelhantes (propriedades funcionais). Grupo funcional é um átomo ou um agrupamento de átomos responsável pelas propriedades semelhantes apresentadas pelos + + compostos da função. Assim, o cátion H ou H O é o responsável pelas 3 - propriedades dos ácidos, e o íon OH é o responsável pelas propriedades das bases. Ácidos de Arrhenius É todo composto que em solução aquosa se ioniza, produzindo + exclusivamente como cátion o H . Classificação dos ácidos Quanto à presença de oxigênio: Hidrácidos – não possuem oxigênio Oxiácidos – possuem oxigênio Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis: Monoácidos – apresentam um hidrogênio ionizável (HCl, HBr, HNO ). 3 Diácidos – apresentam dois hidrogênios ionizáveis (H S, H SO ). 2 2 4 Triácidos – apresentam três hidrogênios ionizáveis (H PO , 3 4 H BO ). 3 3 Tetrácidos – apresentam quatro hidrogênios ionizáveis (H SiO , 4 4 H P O ). 4 2 7 Compostos minerais 149 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Quanto à volatilidade: Voláteis – possuem baixo ponto de ebulição (HCl, H S, HCN, HNO ) 2 3 Fixos – possuem alto ponto de ebulição (H SO , H PO , H BO ) 2 4 3 4 3 3 Quanto ao grau de ionização: Ácidos Fortes: a > 50 % Ácidos Moderados: 5 % £ a £ 50 % Ácidos Fracos: a < 5 % Hidrácidos: ácidos fortes: HI, HBr, Hcl ácidos moderados: HF ácidos fracos: demais Oxiácidos: F = (n° de átomos de oxigênio) – (n° de átomos de hidrogênio ionizáveis) F = 3 : ácido muito forte (HClO , HMnO ) 4 4 F = 2 : ácido forte (HNO , H SO ) 3 2 4 F = 1 : ácido moderado (H PO , H SO , H PO (apenas 2 hidrogênios 3 4 2 3 3 3 são ionizáveis)) F = 0 : ácido fraco (HClO, H BO ) 3 3 Fórmula de um ácido H A , onde A é um ânion e x a sua valência sem sinal. x Nomenclatura Hidrácidos ( H A ): x Exemplo: H S – ácido sulfídrico 2 Oxiácidos: é possível formar vários oxiácidos com o mesmo elemento assim, estabelece-se um óxiácido padrão a partir do qual nomeamos os demais. Oxiácido Padrão: Classifique as seguintes substâncias como ácidos ou bases de Bronsted-Lowry: - 2- NH3, H PO , SO , 2 4 4 - - OCl , NH . 2 Escreva as equações que justifiquem a sua classificação. 150 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Elementos Exemplos Nome Cl, Br, I HClO3 Ácido cloríco S, Se, Te H2SO4 Ácido sulfúrico P, As, Sb H3PO4 Ácido fosfórico Si, Ge H4SiO4 Ácido silícico B H3BO3 Ácido bórico C H2CO3 Ácido carbônico N HNO3 Ácido nítrico 1. Que partícula é responsável pelas características comuns dos ácidos e das bases? 2. Para os ácidos: HNO3, H2CO3, H3PO4, H3CCOOH, escreva: a) a fórmula estrutural b) a equação de ionização em água c) o nome do ácido e do ânion formado na ionização. 3. Todas as bases são substâncias iônicas? 4. Represente por equações o que ocorre quando se dissolvem as seguintes bases: NaOH,Ca(OH) 2 , NH3, KOH. 5. Escreva as equações das reações de neutralizaçãoentre os ácidos e as bases a seguir: a) KOH+ HNO 3 b) Ca(OH)2 + H2SO4 Oxiácido com 1 oxigênio a mais que o padrão: acrescenta-se o prefixo per. Oxiácido com 1 oxigênio a menos que o padrão: a terminação muda para oso. Oxiácido com 2 oxigênios a menos que o padrão: a terminação continua oso e acrescenta-se o prefixo hipo. Ionização dos ácidos A ionização de um ácido é a reação desse com a molécula de água. Para ácidos com mais de 1 hidrogênio ionizável, a ionização ocorre em etapas. Bases de Arrhenius É todo composto que em solução aquosa produz exclusivamente – como ânion o OH (hidroxila). Classificação das bases: Quanto ao número de hidroxilas: Monobases: possuem 1 hidroxila – NaOH, NH OH, AgOH 4 Dibases: possuem 2 hidroxilas – Ca(OH) , Cu(OH) , Mg(OH) 2 2 2 Tribases: possuem 3 hidroxilas – Al(OH) , Fe(OH) 3 3 Tetrabases: possuem 4 hidroxilas – Sn(OH) , Pb(OH) 4 4 151 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Quanto ao grau de ionização: Bases Fortes: a < 100 % - hidróxidos de metais alcalinos e metais alcalinos terrosos. Bases fracas: a < 5 % – hidróxidos dos demais metais e hidróxido de amônio Quanto à solubilidade em água: Solúveis: hidróxidos de metais alcalinos e amônio; Pouco solúveis: hidróxidos de metais alcalinos terrosos; Insolúveis: os demais hidróxidos. Fórmula de uma base + B (OH) , onde B é um cátion (metal ou NH ) e y sua valência sem y 4 sinal. Nomenclatura Quando B forma uma única base: Hidróxido de nome de B Quando B forma mais de uma base: 152 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Sais de Arrhenius São compostos iônicos formados a partir da reação de ácido com uma base de Arrhenius. Numa reação ácido – base ocorre a formação de moléculas de água além do sal (Reação de Neutralização). Hcl + NaOH NaCl + H O 2 Nomenclatura dos sais Sal normal: formado a partir da reação de neutralização total do ácido e da base: Hbr + KOH KBr + H O 2 ______________ de ______________ KBr – brometo de potássio Sal hidratado: cristaliza com uma ou mais moléculas de água. CuSO · 5H O – sulfato cúprico penta hidratado 4 2 CaCl · 2H O – cloreto de cálcio di-hidratado 2 2 Óxidos São compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Nomenclatura Quando o elemento forma apenas um óxido Óxido de nome do elemento Exemplo: Al O – óxido de alumínio 2 3 Quando o elemento forma 2 óxidos: Nome do ânion Nome do cátion 153 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Óxido de _________________ __________ ICO – Nox maior Óxido de _________________ OSO – Nox Menor Óxido de ferro II Exemplo: FeO ou Óxido ferroso Quando o elemento forma 2 ou mais óxidos: Prefixo Óxido de prefixo Nome do elemento Exemplo: Fe O – trióxido de diferro 2 3 Reações químicas envolvendo compostos inorgânicos Uma reação química, processo de transformação química, é causada pela produção ou quebra de ligações químicas. As reações ocorrem quando átomos ou moléculas se chocam entre si na maneira certa e com suficiente energia para possibilitar as ligações químicas existentes de se quebrarem ou novas ligações de se formarem. Durante uma reação química, os átomos se rearranjam em novas combinações. Equação química é uma representação abreviada de uma reação química. Usando as fórmulas das substâncias envolvidas na reação, a equação química representa a transformação química que ocorre. Fe + O → Fe O onde o ferro e o oxigênio são substâncias que 2 2 3 reagem (1º membro da equação), transformando-se na ferrugem que é a substância produzida (2º membro da equação). Classificação das reações químicas Reação de síntese ou adição: são reações nas quais dois ou mais reagentes se combinam para formar um produto. 2 H + O → 2 H O 2 2 2 Nome do elemento Nome de B Nome do elemento 154 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Reação de análise ou decomposição São reações que consistem na quebra de um composto em compostos mais simples ou elementos. 2 H O 2 H + O (eletrólise) 2 2 2 2 AgCl 2 Ag + Cl (fotólise) 2 CaCO 2 CaO + CO (pirólise) 3 2 Reação de deslocamento ou simples-troca: são reações nas quais um elemento desloca outro elemento de um composto. A reação somente ocorre se a substância simples reagente for mais eletropositiva que o cátion ou mais eletronegativa que o ânion da substância composta: Na + AgCl → NaCl + Ag Cl + CaBr → CaCl + Br 2 2 2 2 Reação de dupla – troca: são reações nas quais dois reagentes trocam íons para formar dois novos compostos. A reação somente ocorre se um dos produtos for menos solúvel que os reagentes, mais fraco ou menos ionizado que os reagentes, ou mais volátil que os reagentes: NaCl + AgNO NaNO + AgCl 3 3 insolúvel H SO + 2 NaNO Na SO + 2 HNO 2 4 2 2 4 2 ácido fraco 2 NaCl + H SO Na SO + 2 HCl 2 4 2 4 volátil Reação de oxi-redução Reação de Oxi – Redução: é aquela em que há transferência de elétrons. Oxidação - é a perda de elétrons. Redução - é o ganho de elétrons. Agente oxidante - é o elemento ou substância que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo). Agente redutor - é o elemento ou substância que provoca reduções (ele próprio se oxidando). Δ luz i 1. Descreva cada tipo de reações químicas. 2. Escreva os produtos de cada uma das reações, e faça o balanceamento quando necessário. MgCO → 3 NaOH + HCl → CaCO + HCl→ 3 CaCO +H SO → 3 2 4 AgNO +KCl → 3 CaO + CO → 2 NH +H SO → 3 2 4 HNO +KOH→ 3 BaCl +Na2SO → 2 4 FeCl +AgNO → 3 3 Na CO +HCl→ 2 3 Al (SO ) + 2 4 3 Ba(NO ) → 3 2 Fe(OH) +HCl→ 3 CaO+H O → 2 155 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Oxidação + - Na + Cl < Na + Cl > NaCl Redução Número de oxidação - para compostos iônicos, é a própria carga do íon, para compostos moleculares, é a carga elétrica teórica que o átomo adquiriria se houvesse quebra da ligação covalente, ficando os elétrons com o átomo mais eletronegativo. A soma dos N de todos os ox átomos, numa molécula, é zero. Cada oxigênio “fica” com o par eletrônico caso rompa a ligação, pois o oxigênio é mais eletronegativo que o carbono. Obs: o N de um elemento ou substância simples é sempre ox zero. O N do hidrogênio é sempre +1, exceto nos hidretos metálicos ox (NaH, CaH ,...) nos quais é –1. O N do oxigênio é sempre –2, exceto nos 2 ox peróxidos (H O ,Na O , ...) nos quais é –1. 2 2 2 2 Balanceamento de equações químicas Balancear uma equação química é igualar o número total de o o átomos de cada elemento, no 1 e no 2 membro da equação. Método das tentativas: Regra 1: escolha o elemento que aparece apenas uma vez em cada membro da equação. Regra 2: prefira o elemento que possua índices maiores. 1. O que é uma reação redox? 2. Escrever a fórmula e o número de oxidação dos íons: cloreto, cálcio, fosfato, sulfato, alumínio, hidrogênio, sódio, nitrato, magnésio, brometo, férrico, sulfito,amônio, carbonato, acetato e hidróxido. 3. Qual o número de oxidação do elemento indicado, nos compostos: KMnO SO4 3 2- CrO H SO 4 2 4 3- PO 4 2- K Cr O O 2 2 7 3 H O 2 156 Introdução à Química Agrícola Unidade 2 Compostos minerais Regra 3: transponha os índices do elemento escolhido de um membro para o outro,usando-os como coeficientes. Regra 4: raciocine de modo análogo para os outros elementos. Exemplo: Balancear a equação: CaO + P O → Ca (PO ) 2 5 3 4 2 Regra 1: deve-se escolher o Ca ou o P. Regra 2: o Ca é preferível, pois apresenta índices 1 e 3. Regra 3: 3Ca O + P O 1Ca (PO ) 1 2 5 3 4 2 Regra 4: acerta-se o P. 3Ca O + 1 P O 1Ca (PO ) 1 2 5 3 4 2 Unidade 3 Cálculo estequiométrico Nesta unidade destacamos o cálculo das quantidades de reagentes que serão consumidos numa determinada reação química e dos produtos a serem obtidos por meio dessa reação. Esses cálculos são chamados estequiométricos. Por meio deles, é possível, por exemplo, indicar com precisão a quantidade de calcário que deve ser adicionado a um solo ácido para se neutralizar sua acidez. Massa atômica e massa molecular Unidade de massa atômica (u): ficou determinado que 1 unidade atômica equivale a 1/12 da massa de um átomo de isótopo 12 do 12 carbono (C ). Massa atômica (M.A.): indica quantas vezes a massa de um átomo de um elemento é mais pesada que 1u. Massa atômica de um elemento: é a média ponderada das massas atômicas dos isótopos de um elemento (unidade 01) Massa molecular; Massa molecular: é a soma das massas atômicas dos átomos que constituem a molécula. Exemplo: Atividades 1. Nas reações abaixo identificar o agente redutor e o agente oxidante: 2+ 3+ a) Fe + Br → Fe + 2 - Br 2- + b) C O + MnO + H → 2 4 4 2+ Mn + CO + H O 2 2 - + 2+ c) Cu + NO +H → Cu 3 + NO + H O 2 2- - 2- d) I + S O → I + S O 2 2 3 4 6 2+ 2- e) 6Fe + Cr O → 2 7 3+ 3+ 2Cr + 6Fe + 7H O 2 157 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Massa Molecular = 2 . 1 + 1 . 16 = 18u Leis ponderais Lei da conservação de massa (ou Lei de Lavoisier) – a soma das massas totais dos reagentes é igual a soma das massas totais dos produtos. Ex: O calcário (carbonato de cálcio) quando aquecido, se decompõe formando cal viva (óxido de cálcio) e no gás dióxido de carbono. Sabendo que 20,0g de calcário é decomposto, restando 11,2g de cal viva, quanto de dióxido de carbono é formado? CaCO → CaO + CO 3 2 40,0g 22,4g + xg x = 40,0g - 22,4g x = 17,6g de Co 2 Lei das proporções constantes – cada componente de um composto tem sua composição em massa , definida e característica. A proporção entre as massas dos reagentes e dos produtos é constante. Ex: Em um experimento 5,3g de magnésio foram misturados com 35g de bromo formando o composto brometo de magnésio. Qual é a composição percentual, em massa, do brometo de magnésio. magnésio + bromo → brometo de magnésio 5,3g 35,0g 40,3g % de Mg = 5,3g/40,32g x 100 = 13,2% % de Br = 35,0g/40,3g x 100 = 86,8% 1. Calcular o volume de solo 2 correspondente a 10m e 25 cm de profundidade, 3 expressando-o em m e 3 cm . 2. Efetuar as transformações: - 1250mg de B em microgramas - 1,78 litros de ácido sulfúrico em mililitros - 0,039 g de NaCl em miligramas - 79 Kg de calcário em toneladas - 39 microgramas de potássio em gramas - 2600 miligramas de KCl em quilogramas - 45 Kg de solo em toneladas 2 - 6,8 ha em m 2 - 1360 m em centímetro quadrado 2 - 2500 m em hectares 3. Aplicando 4 toneladas de calcário em 1 hectare, quantos gramas do produto 2 estarão em 1 cm ? 158 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Experiência Carbono + Oxigênio Gás Carbônico 1º 3g 8g 11g 2º 6g 16g 22g 3º 9g 24g 33g Na reação de queima do carvão, observamos que: O que comprova a Lei de conservação das massas, e a Lei das proporções constantes. Mol - Quando se considera uma reação química: N + 3H → 2 2 2NH , inferimos dessa equação que: 1 molécula de nitrogênio reagindo 3 com 3 moléculas de hidrogênio, produz 2 moléculas de amônia. Por outro lado, a mesma substância nitrogênio reage com oxigênio:N + O → 2NO, sendo que essa reação nos indica que: 1 2 2 molécula de nitrogênio reage com uma molécula de oxigênio para produzir 2 moléculas de óxido nitroso. 23 Nº de Avogadro corresponde a 6,02 x 10 unidades. A essa quantidade dá-se também o nome de mol, portanto: 1 mol de moléculas 23 de nitrogênio corresponde a 6,02 x 10 moléculas de nitrogênio. Essa quantidade corresponde ainda a 28 gramas de nitrogênio. Temos ainda uma outra forma de se exprimir quantidade de matéria: uma quantidade de 245 gramas de nitrogênio pode ser expressa também com 8,75 mols de nitrogênio, pois: 1 mol de moléculas de nitrogênio corresponde a 28 gramas x mols de moléculas de nitrogênio correspondem a 245 gramas x = 8,75 mols O número de Avogadro é usado para se definir 1 mol de partículas quaisquer; átomos, íons, elétrons, moléculas, etc. Assim o átomo de sódio perdendo 1 elétron resulta em 1 íon sódio carregado + - positivamente: Na → Na + 1e 1 átomo de sódio produz 1 íon sódio e 1 elétron 1 mol de átomos de sódio produzem 1 mol de íon sódio e 1 mol de elétron. A massa de um mol de átomos do elemento corresponde à quantidade em gramas numericamente igual a sua massa atômica. Assim, como nas tabelas a massa atômica do sódio é 22,9898, deduzimos 159 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico que a massa de um mol de átomos de sódio é igual a 22,9898 gramas, ou 23 gramas como usualmente empregamos de modo aproximado. Conhecendo-se então a fórmula de um composto e a massa atômica dos elementos que o constituem, podemos calcular a massa de 1 mol de moléculas. Ex: água massa molecular de H O = 2 x 1u + 1 x 16u = 18 2 massa de 1 mol de moléculas = 18 gramas Na prática, o termo mol torna-se sinônimo de quantidade de substância, expressa em termos de massa. Essa impropriedade de certo modo se justifica pelo fato da massa dos átomos ser constante. Assim, como 1 mol de moléculas sempre se refere ao mesmo número de moléculas e as moléculas de HCl sempre terão o mesmo peso, 1 mol de HCl sempre corresponderá à mesma massa , ou seja 36,5 g. Ainda dentro desse contexto, adota-se o termo milimol como submúltiplo de mol, ou seja 1 milésimo do mol, por ex: 1 mol de HCl = 36,5 g 1 milimol de HCl = 36,5 g/1000 = 0,0365 g = 36,5 mg 1 mol = 1000 milimol Do mesmo modo, ainda podem ser encontrados os termos íon- miligrama, átomo-miligrama. O modelo atômico da matéria permite-nos entender a constituição dos compostos ao nível mais elementar: 1 molécula de tetracloreto de carbono, CCl , é formada por 4 átomos de cloro e 1 átomo 4 de carbono. Quando nos referimos a 1 mol de moléculas as mesmas relações continuam válidas: 1 mol (de moléculas) de tetracloreto de carbono corresponde a 1 mol (de átomos) de carbono e a 4 mols (de átomos) de cloro. Quando nos referimos a substância iônicas o processo é similar, apenas considerando íons no lugar de átomos: 1 “molécula” de Ca (PO ) dissocia-se em 3 íons cálcio e 2 íons fosfato ou 1 mol (de 3 4 2 “moléculas”) de Ca (PO ) dissocia-se em 3 mols de íons cálcio e 2 mols de 3 4 2 íons fosfato.Sabendo que a massa de 1 mol de moléculas de Ca (PO ) é 310 g 3 4 2 e lembrando que a massa de 1 mol de íons pode ser designada como íon- grama, também podemos escrever: 310 g de Ca (PO ) dissociam-se, 3 4 2 resultando em 3 íons-grama de cálcio e 2 íons-grama de fosfato. Em resumo, para saber quantos mols de átomos ou íons podem 1. Quantos moles e milimoles de cada substância existem em: -1000g de sacarose (C H O ) 12 22 11 - 137g de CuSO .5H O 4 2 - 1,2 g de NaCl - 170mg de NH 3 2. Quantos moles de nitrogênio existem em 5,6 moles de sulfato de amônio? 3. Para se obter 2,5 milimoles de cálcio quantos gramas de Ca (PO ) são 3 4 2 necessários? 4. Determine o número de moles em: - 1,28 moles de CaCl . 2 2H O 2 - 125 milimoles de CaSO 4 - 495g de CaCO 3 5. Quantos moles de cada íon constituintes existem em: - 1 mol de MnBr 2 - 13,6g de ZnCl 2 - 108g de NH NO 4 3 160 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico ser obtidos de 1 mol de moléculas de uma substância, basta considerar a sua fórmula: 1 mol de Al (SO ) corresponde a 2 mols de íons de alumínio e 2 4 3 a 3 mols de íons sulfato. Equivalente-grama Equivalente-grama de ácidos e bases - A reação fundamental entre + - ácidos e bases é: H + OH → H O, assim o equivalente-grama de um 2 + ácido é a massa do mesmo que contém, ou pode fornecer 1 mol de íons H : 1 mol de ácido perclórico, HClO , contém 1 mol de H ou pode 4 + fornecer 1 mol de íons de H , portanto o equivalente-grama é o próprio mol do ácido. Assim, eq-g do HClO é igual a 100,5/1 ou 100,5 g. 4 + 1 mol de H SO pode fornecer 2 mols de íons H , portanto para 2 4 + fornecer 1 mol de íons H , basta 0,5 mol de H SO Desta forma o eq-g do 2 4. H SO corresponde ao mol/2 ou a 49g. 2 Quando um ácido contém mais de 1 átomo de hidrogênio em + sua fórmula, necessitamos saber se todos eles resultarão em íons H , que participarão de reações de neutralização. O ácido sulfúrico, por exemplo, pode ter apenas 1 ou ambos hidrogênio de sua molécula reagindo: NaOH + H.HSO → NaHSO + H O eq-g H SO = mol/1=98g 4 4 2 2 4 2 NaOH + H SO → Na SO + 2 H O eq-g H SO = mol/2=49g 2 4 2 4 2 2 4 Em geral, quando não se indica a reação química, + considera-se que todos os íons H , que podem resultar do ácido, estejam efetivamente reagindo. Eq-g do H PO = mol/3 = 98/3 = 32,7 g 3 4 Mas considerando as reações: NH + H.H PO → NH PO eq-g do H PO = mol/1 3 2 4 4 4 3 4 2 NH + H .HPO → (NH ) 2HPO eq-g do H PO = mol/2 3 2 4 4 4 3 4 + Vemos que o ácido fosfórico pode fornecer 1,2 ou 3 íons H , dependendo da reação, isto é, todos os hidrogênios de sua molécula são passíveis de serem neutralizados. No caso do ácido bórico, H BO , apenas 3 3 1 de seus 3 hidrogênios pode efetivamente participar de uma reação de neutralização, pois os demais, não tem condições de serem liberados. Atividades 1. Calcular o equivalente grama das substâncias: CaCl , HClO , 2 4 Ba(OH) , Li SO , 2 2 4 (NH ) SO4, CaO, 4 2 LaCl , HF, H S, 3 2 Cu(OH) , Al(OH) , 2 3 NaBr, NH NO e 4 3 Mg(OH) 2 2. Quantos equivalentes- grama de cada substância existem em: -2 moles de H SO 2 4 -0,5 mol de HNO 3 -13,8g de Na SO 2 4 -570mg de KOH -138g de Mg(OH) 2 -570mg de HCl 3. Quantos equivalentes- miligrama de cada substância existem em : -2,1 moles de HCl -2,1 milimoles de de HCl -109 mg de AgNO 3 -1,35g de NaBr - 85mg de CaCL 2 -0,95g de HgCl 2 4. Calcular o equivalente- grama dos íons: 3- PO , bário, 4 3+ amônio, Al , 4+ carbonato, Sn , + - K , nitrato, ClO , 4 - 2- 2+ Cl ,SO , Ca . 4 161 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Então: eq-g do H BO = mol/1. Para as bases, ou hidróxidos, a situação é 3 3 análoga à dos ácidos. O equivalente-grama de uma base é a massa dessa substância - que contém ou pode fornecer 1 mol de íons OH ou ainda, que pode reagir + com 1 mol de íons de H . Ca(OH) + 2 HNO → Ca(NO ) + 2 H O eq-g do Ca(OH) = mol/2 2 3 3 2 2 2 2Fe(OH) + 3 H SO → Fe (SO ) + 6 H O eq-g do Fe(OH) = mol/3 3 2 4 2 4 3 2 3 KOH + HCl → KCl + H O eq-g do KOH = mol/1 2 + - NH + H O → NH + OH eq-g do NH = mol/1 3 2 4 3 Neste último exemplo, nota-se que 1 mol de amônia reage com - água, recebendo 1 mol de prótons e produzindo 1 mol de íons OH , por isso, o cálculo do equivalente-grama é feito dividindo-se o mol por 1 Como regra geral, calcula-se o equivalente-grama de ácidos e bases, dividindo-se a massa de 1 mol dessas substâncias pelo número de - hidrogênios ou hidroxilas (OH ) existentes na molécula e que efetivamente participem de reações de neutralização. Equivalente-grama dos sais - Para se calcular o equivalente- grama, dos sais, podemos nos basear no fato de serem produtos da reação entre ácidos e bases. O sulfato de potássio, por exemplo, pode ser obtidos através da reação: 2 KOH + 1 H SO → 1 K SO + 2H O 2 4 2 4 2 + Relacionando essa reação com a reação de 1 mol de H com 1 - mol de OH , temos: 1 KOH + ½ H SO → ½ K SO + 1 H O 2 4 2 4 2 A massa do sal correspondente à reação ácido/base fundamental será igual à massa de 1 mol dividida por 2. Esse fator 2 corresponde à eletrovalência total do ânion sulfato (- 2) ou do cátion potássio ( 2 x +1 = +2 ). Generalizando, podemos dizer que o equivalente-grama de um sal corresponde à massa de mol do sal, dividida pela eletrovalência, ou número de oxidação total, do cátion ou do ânion. 162 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Na SO número de oxidação total do cátion = 2 x (+1) = + 2 2 4 - - número de oxidação total do ânion = 1 x (-2 ) = - 2 eq-g do Na SO = mol/2 2 4 Al (SO ) - número de oxidação total do cátion = 2 x (+3) = + 6 2 4 3 - número de oxidação total do ânion = 3 x (-2) = - 6 eq-g do Al (SO ) = mol/6 2 4 3 NH Cl - número de oxidação do cátion = +1 4 - número de oxidação do ânion = -1 eq-g do NH Cl = mol/1 4 Agentes oxidantes e redutores - Reações de oxiredução são aquelas nas quais ocorre transferência de elétrons, sendo que, em geral, um dos regentes funciona como doador e outro como receptor de elétrons. Como conseqüência, átomos constituintes dos reagentes têm seu número de oxidação alterado quando aparecem nos produtos. Seja a reação: - 2 +5 +6 +2 3 CuS + 8HNO → 3 CuSO + 8NO + 4H O 3 4 2 Como se trata de um processo de oxiredução deve-se encontrar elementos ''dispostos'' a doar elétrons e outros ''dispostos'' a receber. No exemplo anterior, vê-se que o número de oxidação do enxofre se torna mais positivo, passando de -2 para +6, indicando a perda de: (+6) - (-2) = 8 elétrons. Por outro lado, o nitrogênio tornou-se menos positivo, passando de número de oxidação +5 para +2. Isso denuncia um ganho de (+5) - (+2) = 3 elétrons. Como a reação está balanceada corretamente, o numero total de elétrons cedidos deve ser igual ao número total de elétrons ganhos: 8 moléculas de HNO contém 8 átomos de N, que receberam 8 x3 3 – + 24 e 3 moléculas de CuS contém 3 átomos de S, que doaram 3 x 8 + 24 – e o átomo de nitrogênio recebe elétrons e se reduz. A substância que contém um elemento que se reduz é denominada oxidante. No caso, o HNO atua como oxidante. O enxofre cede elétrons e se oxida. A 3 substância CuS que o contém é denominada redutor. Consideremos os processos de oxidação e de redução separadamente: 163 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico -2 +6 a) Oxidação: S → S + 8 elétrons – 3 moles de CuS (redutor) → 3 moles CuSO + 24 moles de e 4 – 1 mol de CuS → 1 mol CuSO + 8 moles de e 4 – 1/8 mol CuS → 1/8 de CuSO + 1 mol de e 4 +5 +2 b) Redução: N + 3 elétrons → N – 8 moles de HNO (oxidante) + 24 moles de e → 8 moles NO 3 – 1 mol de HNO + 3 moles de e → 1 mol NO 3 – 1/3 mol de HNO + 1 mol de e → 1/3 mol NO 3 Portanto a massa corresponde a 1/8 mol de CuS pode doar 1 mol de elétrons para a massa referente a 1/3 de mol de HNO . Conseguimos assim 3 encontrar as massas de reagentes, oxidante e redutor, envolvidos no processo de receber e doar 1 mol de elétrons. Por que procedemos desta forma? No caso de reações entre ácidos + – e bases nos apoiávamos na reação envolvendo 1 mol de H e 1 mol de OH . No caso de uma reação de oxiredução, nosso termo de referência é 1 mol de elétrons, pois o aspecto mais importante desse tipo de reação é a transferência de elétrons. Observamos que o fator 8, referente ao CuS, corresponde ao número total de elétrons cedidos por moléculas do redutor e o fator 3, corresponde ao número total de elétrons recebidos por moléculas de oxidante. No caso do oxidante K Cr O , serão dois átomos de cromo 2 2 7 recebendo cada um 3 elétrons, portanto a massa de sal relacionada como o ganho de 1 mol de elétrons será a massa de 1/6 de mol. Com base no exposto podemos estabelecer que: O equivalente-grama de um oxidante corresponde à massa do mesmo, que pode receber 1 mol de elétrons. Essa massa corresponde também à massa de 1 mol, dividida pelo número total de elétrons ganhos pela molécula no processo de oxidação. O equivalente-grama de um redutor corresponde à massa do mesmo capaz de doar 1 mol de elétrons,isto é, corresponde à massa de 1 mol dividida pelo número total de elétrons doados por molécula. Analogamente ao que ocorria com ácidos e bases é 164 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico fundamental que se considere cada reação de oxidação em particular. Quando dizemos que o equivalente-grama do K Cr O como oxidante é a 2 2 7 massa de 1 mol dividida por 6, estamos considerando o caso mais comum, em que o cromo passa de número de oxidação +6 para +3. O recebimento ou a doação de um certo número de elétrons depende inclusive das condições do meio em que a substância reage. O exemplo clássico é o do permanganato de potássio, KMnO , atuando como 4 oxidante: +7 +2 – a) em meio ácido: Mn → Mn + 5 e eq-g do KMnO = mol/5 4 +7 +4 – b) em meio alcalino: Mn + 3 e → Mn eq-g do KMnO = mol/3 4 Os exemplos discutidos a seguir servirão para firmar os conceitos apresentados: a) reação entre permanganato de potássio e ácido clorídrico +7 - 1 +2 0 KMnO + HCl → MnCl + Cl + KCl + H O 4 2 2 2 O permanganato de potássio é o agente oxidante; o átomo de manganês de sua molécula passa de número de oxidação +7 para +2 indicando o ganho de 5 elétrons. Assim: Eq-g do KMnO = mol/5 4 O acido clorídrico no caso como redutor; o cloro passa de número de oxidação – 1 para zero indicando a perda de 1 elétron. Desta forma: Eq-g do HCl = mol/1 (como agente redutor) b) reação entre ácido nítrico e sulfato ferroso +5 +2 +3 +2 HNO + FeSO + H SO → Fe (SO ) + NO + H O 3 4 2 4 2 4 3 2 Nesta reação, o ácido nítrico atua como oxidante. O número de oxidação do nitrogênio passa de +5 no ácido nítrico para +2 no NO, indicando o ganho de 3 elétrons: Eq-g do HNO + mol/3 (como agenteoxidante) 3 É interessante notar que, considerando o ácido nítrico na 165 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico reação de neutralização de uma base, o valor do equivalente-grama seria mol/1, conforme visto anteriormente. Contudo, atuando como oxidante o valor do equivalente-grama é bastante diferente, ou seja, três vezes menor. c) reação entre dicromato de potássio e sulfato ferroso +6 +2 +3 +3 K Cr O + FeSO + H SO Fe (SO ) + Cr (SO ) + H O 2 2 7 4 2 4 2 4 3 2 4 3 2 O dicromato de potássio é o agente oxidante, pois cada átomo de cromo passa de número de oxidação +6 para +3, indicando o ganho de 3 elétrons. Como são dois átomos de cromo, o total de elétrons ganhos é 6, portanto: eq-g do K Cr O = mol/6 2 2 7 O sulfato ferroso é o agente redutor. O átomo de ferro, passando de número de oxidação +2 para +3, indica a perda de 1 elétron: eq-g do FeSO + mol/1 4 Íons - Os cátions e os ânions reagem entre si para formar os sais em função de sua eletrovalência, ou número de oxidação. Deste modo, podemos fazer uso desse parâmetro para calcular o equivalente-grama dos íons. Seja a reação: 3+ 3 NO + 1 Al → Al(NO ) 3 3 3 3+ 1 NO + 1/3 Al → 1/3 Al (NO ) 3 3 3 3+ 1 (mol/1) de NO reage com 1 (mol/3) de Al 3 Deste modo, o equivalente-grama de um íon, cátion ou ânion, corresponde à massa de 1 mol do íon, dividida pelo número de oxidação total do mesmo. 3+ íon Fe eq-g = mol/3 2+ íon Ca eq-g = mol/2 2- íon SO eq-g = mol/2 4 3- íon PO eq-g = mol/3 4 A mesma regra é válida ao considerarmos o íon participando de um processo de oxiredução. Ao calcularmos a massa do íon que pode fornecer ou receber 1 mol de elétrons: 3+ - 0 1 mol de Fe + 3 moles de e → 1 mol Fe 166 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico 3+ - 0 1/3 mol Fe + 1 mol de e → 1/3 mol Fe 3+ Portanto, o equivalente-grama do íon Fe será igual à massa de 1 mol dividida por 3, fator esse que corresponde à variação do número de oxidação do ferro. Mais uma vez, o processo específico que está ocorrendo deve ser considerado pois: 3+ - 2+ 1 mol de Fe + 1 mol de e → 1 mol de Fe 3+ e neste caso: eq-g do Fe = mol/1 A vantagem do emprego de equivalente-grama, para se expressar quantidades de reagentes e produtos em reações químicas, é que estas sempre ocorrerão em igualdade de número de equivalentes. Desta forma, a resolução de muitos problemas que envolvem estequiometria poderá ser simplificada. Também a relação entre uma substância e seus constituintes pode ser expressa de forma mais simples: - + 1 eq-g de NH OH corresponde a 1 eq-g de OH e a 1 eq-g de NH 4 4 - 1 eq-g de HNO corresponde a 1 eq-g de NO 3 3 3+ 2- 1 eq-g de Al (SO ) correponde a 1 eq-g de Al e 1 eq-g de SO 2 4 3 4 É bastante empregado um sub-múltiplo do equivalente-grama, que é o equivalente-miligrama,abreviado por eq-mg. O equivalente- miligrama corresponde à milésima parte do equivalente-grama, assim: Equivalente-grama + 1000 equivalentes miligramas 2+ eq-g de Ca = 40/2 = 20 gramas. 2+ 1000 eq-mg Ca = 20 gramas 2+ 1 eq-mg Ca = 20/1000 = 0,020 gramas = 20 mg Em termos práticos, o equivalente-miligrama corresponde ao mesmo valor numérico do equivalente-grama, expresso em miligramas: 1 eq-g de H SO = 49 gramas 2 4 1 eq-mg de H SO = 49 miligramas 2 4 Vimos nos itens anteriores, diferentes formas de se expressar quantidades de substâncias. Estamos mais habituados a considerá-las em termo de massa como: 100 mg de carbonato de sódio, 2 Kg de sacarose, 4 t de uréia, 10 Kg de sulfato de cálcio, mas em Química é necessário que saibamos 167 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico expressá-las de diversas outras formas como: número de mols ou milimols, número de equivalentes-grama ou de equivalentes-miligrama. Para isso, basta conhecer as massas atômicas dos elementos envolvidos e a fórmula química correta das substâncias, para poder calcular a massa de 1 mol. 1 mol de Na CO equivale a 106 gramas ou 2 3 1 milimol de Na CO equivale a 106 mg 2 3 x milimol equivalerão a 100 mg x = 0,94 milimols Sabendo-se que o equivalente-grama do Na CO = mol/2 = 106/2 = 2 3 53 g 1 eq-g corresponde a 53 gramas ou 1 eq-mg corresponde a 53 mg x eq-mg corresponde a 100 mg x = 1,88 eq-mg Portanto, os cálculos precedentes permitem concluir que os valores: 100 miligramas ou 0,1 gramas 0,94 milimols ou 0,00094 mols 1,88 eq-mg ou 0,00188 eq-g correspondem à mesma quantidade de carbonato de sódio, isto é, representam diferentes modos de se expressar a mesma quantidade de carbonato de sódio. Estequiometria Conhecendo-se as fórmulas químicas das substâncias, sabendo escrever reações químicas corretamente balanceadas e dispondo das massas atômicas dos elementos químicos envolvidos, podemos estabelecer uma série de relações entre as massas dos compostos químicos as quais são intensamente utilizadas em Química. Esse conjunto de cálculos recebe o nome de ESTEQUIOMETRIA. Considerando as seguintes informações de uma substância comum à água: fórmula- H O, massas atômicas – H=1e O=16, massa de 1 mol = 18 2 gramas. 168 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Calcular a composição percentual da água: 18 g de água 2 g de hidrogênio 100 g de água x x = 11,1 A água, portanto é constituída por 11,1% de hidrogênio e, evidentemente, 88,9% de oxigênio. Por outro lado, sabendo que a água pode ser decomposta nos dois elementos que a constituem, vamos calcular quantos quilogramas de oxigênio podem ser obtidos de 200 quilogramas de água: 18 gramas de água se decompondo, fornecem 16 gramas de oxigênio. 18 Kg de água ____________ 16 Kg de oxigênio 200 Kg de água ___________ x x = 177,8 Deste modo, 200 Kg de água podem fornecer 177,8 Kg de oxigênio. Agora um exemplo envolvendo uma reação química; o óxido de cálcio, ou cal virgem reage com a água para formar o hidróxido de cálcio, denominada cal extinta ou apagada. Qual a quantidade de água necessária para reagir com 3 toneladas de cal virgem? CaO + H O → Ca(OH) 2 2 56 g de CaO reagem com 18 g de água 56 t de CaO reagem com 18 t de água 3 t de CaO reagirão com x => x = 0,96 t Seria possível ainda pelo cálculo estequiométrico se obter a massa de hidróxido de cálcio produzida: 56 t de CaO produzem 74 t de Ca(OH) 2 3 t de CaO produzirão x => x = 3,96 t de hidróxido de cálcio Então, 0,96 toneladas de água será a quantidade de água teoricamente necessária para transformar 3 toneladas de cal virgem em 3,96 toneladas de hidróxido de cálcio. Fatores de transformação - Do ponto de vista agronômico, uma das aplicações de cálculo estequiométrico que mais nos interessa é a expressão de elementos sob diferentes formas químicas. O potássio está presente nos fertilizantes na forma do sal cloreto de potássio, KCL. O teor expresso na forma de K O. Supondo-se então, que 2 em l00 g de um adubo existem 16 gramas de potássio, devemos expressar 169 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico essa quantidade de potássio em termos de K O. Calculemos inicialmente 2 a massa de l mol de K O: 2 2x K + 0 = 2x39 + 16 = 94 gramas Podemos estabelecer então com base nesses valores e na fórmula do óxido de potássio, que: 1 mol de K O corresponde a 2 moles de 2 K, então: 94 gramas de K O correspondem a 78 gramas de K 2 x gramas de K O corresponderão a 16 gramas de K 2 x = 19,6 gramas Deste modo, 16 de gramas de potássio são equivalentes a 19,6 gramas de K O. É importante salientar que na realidade não existe óxido 2 de potássio no fertilizante KCL; trata-se apenas de uma forma de expressão, que pode ser obtida teoricamente por cálculo estequiométrico. Outro ponto importante a ser destacado é que apenas com os valores dos pesos atômicos do potássio e do oxigênio, obtivemos a relação seguinte: 94 gramas de K O correspondem a 78 gramas de potássio as 2 quais servirão para transformar massa de K O em massa de K, ou vice- 2 versa. São muito empregadas as transformações envolvendo o elemento fósforo, o qual pode ser apresentado na forma de elemento P, 3- de íon PO ou com óxido, P O . Para expressar 15 mg de P nas formas de 4 2 5 3- PO e P O , são necessários os seguintes cálculos: 4 2 5 3- Mol de PO = 95 gramas 4 Mol de P O = 142 gramas 2 5 1 mol de P O corresponde a 2 moles de P ou: 2 5 142 g de P O correspondem a 62 g de P ou ainda: 2 5 142 mg de P O correspondem a 62 mg de P então: 2 5 x mg de P O corresponderão a 15 mg de P 2 5 x = 34,4 mg 3- Da mesma forma: 1 mol de PO corresponde a 1 mol de P ou 4 3- 95 g de PO correspondem a 31 g de P ou ainda 4 3- 95 mg de PO correspondem a 31 mg de P então: 4 3- x mg de PO corresponderão a 15 mg de P 4 x = 46 mg 170 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Conclui-se assim, que uma mesma massa de fósforo poderá ser 3- expressa como: 15 mg de P, 34,4 mg de P O ou ainda como 46 mg de PO A 2 5 4 . 3- relação de massas entre PO e P O será estabelecida com base no 4 2 5 número de átomos de fósforo: 3- 1 mol de P O corresponde a 2 moles de PO ou 2 5 4 3- 142 g de P O correspondem a 190 g de PO 2 5 4 Outras transformações usualmente efetuadas são: Fe/Fe O , 2 3 Ca/CaO, Mg/Mg0, Si/SiO , Al/Al O , etc. 2 2 3 Cálculo de porcentagem de pureza - Os cálculos estequiométricos são efetuados assumindo que os materiais são totalmente puros. Quando se indica, a partir dos pesos moleculares, que 56 mg de CaO contém 40 mg de cálcio, essa relação só é válida para óxido de cálcio 100% puro. Os cálculos estequiométricos são a base para se determinar a pureza dos compostos químicos. Sabendo-se, por exemplo, que 200 mg de uma amostra de óxido de cálcio contêm 131 mg de cálcio, desejamos calcular a pureza desse material. Neste caso, aceitamos como correta a informação sobre a quantidade de 131 mg de cálcio determinada experimentalmente, e questionamos se os 200 mg de amostra correspondem totalmente a 200 mg de CaO. Sabemos que: 56 mg de CaO (puro!) contém 40 mg de Ca x mg de CaO (puro) conterão 131 mg de Ca x = 183,4 mg de CaO (puro) se 131 mg de cálcio estão contidos em 183,4 mg de CaO e também em 200 mg de nossa amostra de óxido de cálcio, só podemos concluirque nossa amostra não é composta apenas por CaO: 183,4 mg de CaO 131 mg de Ca 200 mg de amostra 16,6 mg de impureza então: 200 mg de amostra contém 183,4 mg de CaO puro 100 mg de amostra conterão x = 91,7 Conclui-se que a amostra apresenta 91,7% de pureza, indicando que cada 100 partes do material, 91,7 partes correspondem ao composto previsto. 171 Introdução à Química Agrícola Unidade 3 Cálculo estequiométrico Unidade 4 Soluções O mundo é constituído por sistemas formados por mais de uma substância: as misturas. As misturas homogêneas são denominadas soluções, alguns de seus aspectos importantes: tipo de solução, expressões de concentração de solução e unidades de concentração. Tipos de solução Uma mistura constituída de pequenas partículas (soluto) distribuídas em uma substância (solvente) é denominada de dispersão. Classificação das dispersões; A – Soluções verdadeiras: possuem partículas com diâmetro médio menor que 1 nm. São misturas homogêneas. As partículas dispersas não são visíveis nem mesmo com o uso de aparelhos. Como por exemplo: sal + água. B – Soluções coloidais: possuem partículas com diâmetro médio entre 1 nm e 1.000 nm. São misturas heterogêneas.As partículas dispersas são visíveis através de ultramicroscópios. Como por exemplo: gelatina. C – Suspensões: possuem partículas com diâmetro médio maior que 1.000 nm. São misturas heterogêneas. As partículas dispersas são visíveis através de microscópios ou até mesmo a olho nu. Como por exemplo: terra + água. Classificação das soluções A – Soluções moleculares: as partículas dispersas são moleculares. Essas soluções não conduzem eletricidade. B – Soluções iônicas: as partículas dispersas são íons. Essas soluções conduzem eletricidade. C – Soluções diluídas: ocorre quando é dissolvido pouco soluto no solvente. D – Soluções concentradas: ocorre quando é dissolvido muito soluto no solvente. 172 Introdução à Química Agrícola Unidade 4 Soluções Concentrações das soluções Na sua forma mais geral, o parâmetro concentração traduz a relação entre quantidade de um componente de interesse e a quantidade de material onde ele ocorre: Concentração = Quantidade de componente Quantidade de material As quantidades de componente e de material podem, em princípio, ser utilizadas em termos de massa ou de volume, em diferentes unidades, definindo então os mais diferentes modos de se expressar concentração. Na prática, porém, é conveniente se restringir a umas poucas opções, podendo ser empregadas diferentes tipos de relações como: massa/massa, massa/volume ou volume/volume. Parece facilmente aceitável que quantidades de líquidos e de gases sejam apresentadas em unidades de volume, enquanto que para substâncias sólidas, seja mais conveniente empregar unidades de massa. Suponha-se, por exemplo, que em 200 gramas do material solo existem 28 gramas do componente água. Como poderíamos expressar a concentração de água no solo? Concentração = 28 g de água = 0,14 g água/g de solo 200 g de solo Concentração = 28000 mg de água = 140 mg água/g de solo 200 g de solo Concentração = 28 g de água = 140 g água/kg de solo 0,2 kg de solo Concentração = 28 g de água = 14 g água/100 g de solo 2 x 100 g de solo 3 Desde que a densidade de água é igual a 1 g/cm , 28 gramas de 3 água correspondem a 28 cm ou 28 mL, então: Concentração = 28 ml de água = 0,14 mL de água/g de solo 200 g de solo 3 Por outro lado, sabendo-se que a densidade do solo é 1,3 g/cm , 3 deduzimos facilmente que 200 g de solo corresponde a 153,8 cm portanto: 3 Concentração = 28 g de água = 0,182 g de água/cm de solo 3 153,8 cm de solo Todas as formas citadas anteriormente servem para indicar a proporção com que a água ocorre no solo em questão. 173 Introdução à Química Agrícola Unidade 4 Soluções É importante destacar que a concentração é um parâmetro intensivo, ou seja, independe da quantidade de material considerada: se a concentração de água no solo for 0,14 g/g de solo, esse valor se aplica quer se tenha 1 grama ou 1 tonelada de solo. Formas de se expressar concentração em materiais diversos - Até este ponto, não destacamos nenhuma forma particular de expressar concentração. Entretanto, por conveniência, facilidade ou por tradição, certas formas são mais empregadas. Porcentagem (partes por cem partes) - Porcentagem, em termos de concentração, significa ''partes de componentes por 100 partes de material''. Por ''parte'' entende-se aqui, quantidade de material e de componente expressa em massa ou volume. Pela definição, portanto, deveria ser quantidade de componente e material, ambas expressas em massa ou ambas expressas em volume. Exemplos: - Se em 100 kg de um fertilizante existem 25 kg de nitrogênio, diz-se que o mesmo contém 25% de N. - O ar atmosférico contém 78% de nitrogênio. Então, 1000 1 de ar conterão 780 1 de nitrogênio. - Em 30 gramas de solo existe 0,5 grama de matéria orgânica; portanto esse solo apresenta 1,67 % de matéria orgânica pois: 30 g de solo contêm 0,5 g de matéria orgânica 100 g de solo conterão 1,67 g de matéria orgânica. - Para se preparar uma solução aquosa de um herbicida a 0,5%, deverão ser diluídos 0,05 1 (ou 50 ml) de herbicida em água suficiente para perfazer um volume de 100 1 de solução. Os exemplos citados anteriormente incluem indicações de porcentagem através de relações entre massa (pesos) e volumes; isso é indicado, em geral, na forma de % (p/p) e % (v/v), respectivamente. Assim indicaríamos: solução hidroalcoólica 20% (v/v), ou seja, 20 1 de álcool em 100 1 de solução. Cabe destacar que, quando se deseja preparar um material a uma certa concentração, não se trata apenas de se juntar duas quantidades, principalmente quando se trabalha com líquidos. Assim, preparar uma solução hidroalcoólica a 20%, não significa juntar 20 1 de álcool e 80 1 de água, mas sim, juntar a 20 l de álcool uma quantidade de água suficiente para se obter 100 l de solução. 174 Introdução à Química Agrícola Unidade 4 Soluções Na definição de porcentagem destacou-se que tanto componente como material deveriam ser expressos ambos em unidades de volume ou de massa. O preparo de soluções consiste, em geral, em dissolver um componente sólido em um líquido; nota-se, que é mais se expressar a quantidade de sólido dissolvido em unidades de massa e a quantidade de solução obtida em unidades de volume. Suponha-se que 2 g de NaCl são dissolvidos em água suficiente para se obter 100 g de solução. Tal solução seria então 2% (p/p) em NaCl, isto é: 2% (p/p) = 2 g de NaCl 100 g de solução Considerando soluções diluídas, a densidade das mesmas não 3 será muito diferente de 1 g/cm , ou seja, 100 g correspondem 3 praticamente a 100 cm ou 100 ml. Deste modo podemos admitir que : 2 g de NaCl = 2 g de NaCl 100 g de solução 100 ml de solução Podemos então expressar porcentagem através de uma relação massa/volume: se em 100 ml de solução existirem 2 g de NaCl dizemos que tal solução é 2% (p/v). Essa forma de expressar porcentagem, como g/100 ml, acabou sendo aplicada a materiais cuja densidade se afasta do valor 1, como no caso de solo. Partes por milhão (ppm) - É uma forma de se expressar concentração, similar à porcentagem,
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