Aula_01

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Química Ambiental
Ana Cecília 
Bulhões Figueira
Aula 1
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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Plano de Ensino
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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Plano de Ensino
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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Plano de Ensino
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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Plano de Ensino
Sumário
	Matéria e Teoria Atômica
	Tabela Periódica dos Elementos
	Ligações Químicas
	Compostos Iônicos e Moleculares
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O Estudo da Matéria
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.
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Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002 
SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
O Estudo da Matéria
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Classificação da Matéria
Pode ser reduzida a substância mais simples?
Composto
Matéria
Mistura heterogênea
Homogênea
É uniforme?
Substância pura
Mistura homogênea
(solução)
Tem composição variável?
Elemento
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
SIM
	Entender a estrutura atômica (evolução dos modelos atômicos)
 É FUNDAMENTAL 
	para entender como a mesma influencia nas propriedades da matéria.
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Matéria e Teoria Atômica
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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.
Modelos atômicos e estrutura atômica
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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);
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 
	Relação carga/massa do elétron = 1,76.108 C.g-1
O Coulomb (C) é a unidade de carga elétrica no SI. 
Figura 3: Modelo “pudim de ameixa” do átomo de J. J. Thomson.
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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.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 
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 
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
	Tabela 1 – Comparação entre partículas subatômicas
	Partículas	Carga
	Prótons	Positiva (1+)
	Nêutrons	Nenhuma (neutra)
	Elétrons	Negativa (1-)
*
	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
A
Z
X
16
8
O
 
átomo de Oxigênio
Isótopos
São elementos que possuem o mesmo número atômico (Z), porém com massa atômica (A) diferentes (n° neutrons ≠).
Exemplos:
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12
C
11
C
14
C
13
C
6
6
6
6
2
H
1
H
3
H
1
1
1
37
Cl
35
Cl
17
17
nuclídeos
nuclídeos
nuclídeos
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 
A escala de massa atômica
*
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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A escala de massa atômica
Organização dos Elementos:
A Tabela Periódica
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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Tabela periódica
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Figura 5: Classificação dos elementos – Tabela Periódica.
http://tabelaperiodicacompleta.com.br
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19
K
39,0983
Número atômico (Z)
Símbolo atômico
Peso atômico
Tabela periódica
As colunas na tabela periódica chamam-se grupos (numeradas de 1A a 8A ou de 1 a 18).
As linhas na tabela periódica chamam-se períodos.
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Tabela periódica
	Tabela 2: Grupos da tabela periódica
	Grupo	Nome	Elementos
	1A	Metais alcalinos	Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
	2A	Metais alcalinos terrosos	Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
	6A	Calcogênios	O, S, Se, Te, Po
	7A	Halogênios	F, Cl, Br, I, At
	8A	Gases nobres	He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Alguns dos grupos na tabela periódica recebem nomes especiais e indicam as similaridades entre os membros de um grupo.
Propriedades Periódicas
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Figura 6: Propriedades periódicas dos elementos.
A posição do elemento revela suas propriedades
Figura 7: Níveis e subníveis de energia.
*
Fonte: Usberco, J.; Salvador, E. Química, 5ª.ed.reform., São Paulo:Saraiva, 2002, p.64-67
	Modelo atômico de Niels Böhr
Níveis e subníveis energéticos
	Níveis de Energia	Nome da Camada	n° máximo elétrons
	1°	K	2
	2°	L	8
	3°	M	18
	4°	N	32
	5°	O	32
	6°	P	18
	7°	Q	8
	Subnível	s	p	d	f
	n° máx. de e-	2	6	10	14
núcleo
Camadas
ou níveis
Distribuição eletrônica de 26Fe e 26Fe2+
26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 
4s2 3d6
26Fe2+ (- 2e-) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
*
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
Íons e compostos iônicos
*
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-
*
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-
Íons e compostos iônicos
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
*
Íon sódio
Íon cloro
Composto iônico
(cloreto de sódio)
Íons e compostos iônicos
Na+ + Cl- NaCl
*
Compostos iônicos
 São ELETRICAMENTE NEUTROS
(cargas positivas = cargas negativas)
Portanto: 
	existe um Na+ para cada Cl- gerando NaCl
	existe um Ba2+ para dois Cl- gerando BaCl2
Em geral, a carga de um íon torna-se o índice do outro (sem sinal): Mg2+ + N3- Mg3N2 
íon magnésio
íon nitrogênio
Composto iônico
(nitreto de magnésio)
Ligação covalente
Ligação covalente coordenada
Moléculas e Compostos Moleculares
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	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.
H• + H• H H
ou H H
O
O
C
ou O C O
Compostos: Iônicos x Moleculares
IÔNICOS
	Formado por íons
	Combinam metais e não-metais
	Exemplos: NaCl, CaCl2	
MOLECULARES
	Formado por moléculas
	Em geral, somente não-metais
	Exemplos: H2O; CH4
*
Fechamento
	Matéria e Teoria Atômica
	Tabela Periódica
	Ligações Químicas
	Compostos Iônicos e Moleculares
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Química Ambiental
Ana Cecília 
Bulhões Figueira
Atividade 1
Evolução nos modelos atômicos
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	J. Dalton	J.J. Thomson	E. Rutherford/N. Bohr
	Átomos indivisíveis
Átomos de um mesmo elemento são iguais 
Átomos combinam-se entre si para formar novos compostos	Descoberta dos elétrons (-) 
Átomos formados por uma esfera maciça positiva com elétrons incrustrados
“pudim de passas”	Descoberta dos prótons (+) e do átomo nuclear
Elétrons existiam ao redor do núcleo (eletrosfera)
Eletrosfera : dividida em camadas e subcamadas (por ordem de energia)
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	Lítio (Li)	Flúor (F)
	Metal	Não Metal
	Família 1 ou 1A: Metais Alcalinos	Família 17 ou 7A: Halogênios
	Número atômico = n° e- = 3	Número atômico = n° e- = 9
	Distribuição eletrônica
	1s2 2s1  C.V. = 2s1	1s2 2s2 2p5 C.V. = 2s2 2p5
	Li perde 1e-  cátion Li+	F ganha 1e-  ânion F-
	Composto Iônico LiF (fluoreto de lítio)