Química Ambiental: Matéria, Energia e Poluentes

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Aula 1
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Ementa
Matéria e Energia, Estrutura atômica, Tabela periódica, Ligações químicas. Ácidos e bases. Química do ar, água e solo. 
Química dos poluentes e seus efeitos sobre o meio ambiente e a saúde pública.
Objetivos
Oferecer uma visão geral da Química Ambiental para que sejam capazes de relacionar questões dessa ciência aos impactos ambientais mais recorrentes e assim, propor soluções e medidas mitigadoras e de remediação. 
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Conteúdo
Capítulo 1 - Matéria e energia.
Capítulo 2 - Ácidos, bases e reações em meio aquoso.
Capítulo 3 - A química da Atmosfera.
Capítulo 4 - A química da Hidrosfera.
Capítulo 5 - A química da Litosfera.
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Bibliografia Básica
BAIRD, C. Química Ambiental, 2 ed. Porto Alegre, Bookman, 2008. 
SPIRO, T. G., STIGLIANI, W, M., Química Ambiental. 2 ed. São Paulo, Pearson, 2009. 
BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005. 
JERÔNIMO, C.E.M; MELO, H.N.S. Caracterização dos resíduos químicos de um laboratório de análises físico-químicas e microbiológicas de águas e efluentes. Rev. Elet. Em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v.7, n.7, p.1520-1526, mar-ago 2012.
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Bibliografia Complementar
ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química - Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Bookman, 3ª Ed. Porto Alegre, 2005. 
ROCHA, J. C., ROSA, A. H., CARDOSO, A. A. Introdução à química ambiental. Porto Alegre, Bookman, 2004. 
MANOM E. B., PACHECO, E. B. A. V., BONELLI, C. M. C., Meio ambiente poluição e reciclagem. 1ªed., São Paulo, Edgard Blucher, 2005. 
KOTZ, J. C., TREICHEL, P. Química e Reações Químicas. 4ªed., Rio de Janeiro, LTC, 2002. 
BRUICE, P. Y., Química orgânica. Vol.1, 4ªed., São Paulo, Pearson, 2006.
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Matéria e Teoria Atômica
Tabela Periódica dos Elementos
Ligações Químicas
Compostos Iônicos e Moleculares
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MATÉRIA é todo o material físico do universo
Três estados: sólido, líquido e gasoso
Os comportamentos físico-químicos da matéria dependem da estrutura dos átomos que a compõem e de como interagem entre si.
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Figura 1: Diferentes exemplos dos estados da matéria.
Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002 
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SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
O Estudo da Matéria
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Classificação da Matéria
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Entender a estrutura atômica (evolução dos modelos atômicos)
 É FUNDAMENTAL 
para entender como a mesma influencia nas propriedades da matéria.
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John Dalton (1803): Postulados
Toda matéria é composta por partículas menores (átomos).
Os átomos são indivisíveis, não podem ser criados e nem destruídos – “lei de conservação das massas”.
Todos os átomos de um elemento são idênticos.
Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam.
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Modelos atômicos e estrutura atômica
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Figura 2: Esquematização de um tubo de raios catódicos modificado.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 
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J. J. Thomson (1897) – Descoberta do elétron
O átomo é subdivisível: experimentos (raio catódico) revelaram que o átomo tem partículas carregadas negativamente (elétrons);
Relação carga/massa do elétron = 1,76.108 C.g-1
O Coulomb (C) é a unidade de carga elétrica no SI. 
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Figura 3: Modelo “pudim de ameixa” do átomo de J. J. Thomson.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 
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Modelo atômico de J.J.Thomson
- Sugeriu que o átomo poderia ser uma esfera carregada positivamente na qual alguns elétrons estão incrustados.
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Modelo atômico de Ernest Rutherford
1914: E. Rutherford demonstrou a existência de uma partícula com massa muito superior a massa do elétron, porém de mesma carga e de sinal oposto. 
1919: Carga positiva no núcleo atômico: descoberta dos prótons (+).
1932: J. Chadwick descoberta dos nêutrons (partícula nuclear eletricamente neutra).
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Figura 4: Representação do átomo nuclear.
Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002 
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Partículas subatômicas: prótons (+), nêutrons e elétrons (-);
Carga de um elétron = - 1,602.10-19 C
Carga de um próton = + 1,602.10-19 C
(1,602.10-19 C  carga eletrônica)
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O átomo nuclear
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Átomo é neutro: número de prótons = número de elétrons
A massa do elétron é desprezível em relação à massa do próton e do nêutron.
Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo
Número de massa (A) = número de prótons + número de nêutrons no núcleo
O átomo nuclear
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Isótopos
São elementos que possuem o mesmo número atômico (Z), porém com massa atômica (A) diferentes (n° neutrons ≠).
Exemplos:
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A massa (em gramas) do 1H é 1,6735.10-24 g e do 16O é 2,6560.10-23 g.
	Usando (u)  unidade de massa atômica:										
1 u = 1,66054.10-24 g
1 g = 6,02214.1023 u
Por convenção: a massa de 12C = exatamente 12 u
Portanto, a massa atômica do 1H=1u e do 16O=16u 
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Massas atômicas médias
A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos:
O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C.
	
A massa média do C: 
(0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u
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1871: Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev (ordem crescente de nº de massa)
Atualmente: 116 elementos
Ordem crescente de número atômico (Z) - horizontal.
Propriedades físicas e químicas similares - vertical.
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http://tabelaperiodicacompleta.com.br
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Figura 5: Classificação dos elementos – Tabela Periódica.
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19
K
39,0983
Número atômico (Z)
Símbolo atômico
Peso atômico
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Figura 6: Propriedades periódicas dos elementos.
A posição do elemento revela suas propriedades
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Figura 7: Níveis e subníveis de energia.
Fonte: Usberco, J.; Salvador, E. Química, 5ª.ed.reform., São Paulo:Saraiva, 2002, p.64-67
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Modelo atômico de Niels Böhr
Níveis e subníveis energéticos
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Distribuição eletrônica de 26Fe e 26Fe2+
26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 
4s2 3d6
26Fe2+ (- 2e-) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
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Diagrama de 
Linus Pauling
Transferência de e-  camada mais externa do átomo:
CAMADA DE VALÊNCIA
Energia crescente:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d
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Átomos podem perder ou ganhar elétrons  ÍONS
Íon (+)  CÁTION
Íon (-)  ÂNION
Átomos podem perder ou ganhar mais de um elétron
Cargas iônicas, representadas por índice superior
Nos CÁTIONS: +, 2+, 3+ 	Nos ÂNIONS: -, 2-, 3-
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Previsão das cargas iônicas
Posição do elemento na Tabela Periódica
Figura 8: Cargas de alguns íons encontrados em compostos comuns.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 
CÁTIONS
ÂNIONS
METAIS tendem a perder e- e NÃO METAIS 
tendem a ganhar e-
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Ligações químicas:
 transferência ou compartilhamento de e- 
Elementos buscam a estabilidade (regra do octeto)
COMPOSTOS IÔNICOS: formados pela combinação de íons  LIGAÇÃO IÔNICA (transferência de e-)
 Geralmente entre METAL + NÃO METAL
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Íon sódio
Íon cloro
Composto iônico
(cloreto de sódio)
Íons e compostos iônicos
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Ligação covalente
Ligação covalente coordenada
Moléculas são reuniões de dois ou mais átomos ligados entre si (NÃO METAIS): 
Compartilhamento de e-Suas fórmulas químicas indicam quais átomos compõem a molécula e em qual proporção são encontrados.
Exemplos: H2O, CO2, CO, CH4, H2O2, O2, O3 e C2H4.
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IÔNICOS
Formado por íons
Combinam metais e não-metais
Exemplos: NaCl, CaCl2	
MOLECULARES
Formado por moléculas
Em geral, somente não-metais
Exemplos: H2O; CH4
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Matéria e Teoria Atômica
Tabela Periódica
Ligações Químicas
Compostos Iônicos e Moleculares
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