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ConheCimentos espeCífiCos Didatismo e Conhecimento 1 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Prof. Wagner Bertolini Olá. É com grande satisfação que apresento a você este curso de QUímiCA, projetado especialmente para atender às necessidades daquele que se prepara para este concurso de do MAPA, para o car- go de TÉCNICO DE LABORATÓRIO. São 184 vagas e uma mul- tidão buscando a aprovação. Afinal, o salario INICIAL é de mais de R$ 5.800,00, para nível MÉDIO. Um salário que se consegue em raros lugares e, ainda, ser funcionário público. Por isto, sua prepa- ração com afinco e dedicação pode ser seu diferencial. E aqui estou, junto a você, nesta batalha. Eu e o pessoal da NOVA procuraremos a sua melhor preparação. Permitam-me fazer uma breve apresentação de minha trajetória acadêmica e profissional: - graduado pela Faculdade de Ciências Farmacêuticas pela USP-RP, em 1990; - Mestre em síntese de complexos bioinorgânicos de Rutênio, com liberação de óxido nítrico, pela Faculdade de Ciências Farma- cêuticas USP-RP; - Doutor em farmacotécnica, estudando o efeito de promotores de absorção cutânea visando a terapia fotodinâmica para o câncer de pele, Faculdade de Ciências Farmacêuticas pela USP-RP; - Especialista em espectrometria de massas, pela Faculdade de Química, USP-RP; - professor de Química em ensino Médio e pré-vestibulares (Anglo, Objetivo, COC) desde 1992. - professor de Química (Orgânica, Geral, Analítica, Físico-Quí- mica e Inorgânica) em cursos de graduação; - Professor de Química Farmacêutica, em curso de graduação em Farmácia;- Professor de Pós-Graduação em Biotecnologia (controle de produtos e processos biotecnológicos); - Analista Químico em indústria farmacêutica, AKZO do Bra- sil, em São Paulo-SP. - Consultor de pesquisa entre empresa-Universidade, em Ribei- rão Preto, onde resido atualmente. Este material foi projetado de acordo com a sequência e nume- ração constantes no Edital, para sua maior segurança e organização. Lembre-se que como concursando muitas vezes você se sente sozinho, desacreditado e sem muita confiança. Mas saiba que o tra- balho do estudo é duro, solitário, cansativo e requer muita vontade. Mas, quando vier sua aprovação, sua vitória você verá que o seu sucesso pertence a todos (inclusive àqueles que nunca te apoiaram; mas assim é a vida). Força e pense sempre em você, nos seus fami- liares, naqueles por quem você tem amor. Desejo um excelente estudo e ótimos resultados nesta jornada. Muito boa sorte, dedicação e boa prova!!!! Prof. Débora Aparecida da Silva Queiroz Bacharel em Fisioterapia. Licenciatura em Biologia Docente na Rede Estadual de Ensino QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA: LIGAÇÕES QUÍMICAS. LiGAÇÕes QUímiCAs Verifica-se, na natureza, que a maioria dos elementos quími- cos encontram-se ligados a outros, e que somente alguns (os gases nobres) estão isolados. Isso levou os cientistas a concluírem que os átomos de gases nobres possuem uma configuração eletrônica que lhes assegura estabilidade. Os gases nobres apresentam 8 elétrons na última camada eletrô- nica, com exceção do hélio, que possui 2 elétrons, já que a camada K comporta no máximo 2 elétrons. Essa análise levou os cientistas Lewis e Kossel a criarem a chamada Teoria ou Regra do Octeto. preste bastante atenção: As propriedades das substâncias quimicas decorrem funda- mentalmente do tipo de ligação entre seus átomos. em função do conhecimento do tipo de ligação, os compostos terão proprie- dades semelhantes. ou seja: se você sabe que um composto é iô- nico, mesmo sem conhecê-lo você poderá atribuir propriedades a ele, pois estas são propriedades comuns a todos os compostos que fazem tal tipo de ligação quimica. por exemplo: todos os compostos iônicos são sólidos à temperatura ambiente, apresen- tam alto ponto de fusão e alto ponto de ebulição. Os tipos de ligações quimicas também influenciam direta- mente as interações entre as moléculas. E isto se refletirá em suas forças intermoleculares, o que nos permite inferir se uma substância será sólida, líquida ou gasosa em uma dada situação; se ela terá baixos ou altos pontos de fusão e ebulição; se será volátil ou não, etc. por isto, considero de suma importância se entender o assunto ligações químicas. Ligação iônica (ou eletrovalente) Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a for- mação de íons Ocorre com transferência de elétrons do metal para o ametal, formando cátions (íons positivos) e ânions (íons negativos), respectivamente. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e Hidrogênio. A forte força de atração entre os íons dos átomos que formam o composto é de origem eletrostática. Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto o outro recebe. O átomo mais eletronegativo ar- ranca os elétrons do de menor eletronegatividade. Exemplo: 1o) A ligação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característico de ligação iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos: Na 2 - 8 - 1 Cl 2 - 8 - 7 Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última cama- da, completando a quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio inte- ressa perder o elétron de sua camada M, assim a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Didatismo e Conhecimento 2 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Antes da ligação: átomos instáveis Após a ligação: íons estáveis Na representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última camada de cada átomo. Esta notação recebe o nome de Fór- mula Eletrônica de Lewis. Observe que o sódio possuía inicialmente 11 prótons e 11 elé- trons. Após a ligação, a quantidade de prótons não se altera e a de elétrons passa a ser 10. O cloro que inicialmente possuía 17 prótons e 17 elétrons tem sua quantidade de elétrons aumentada de uma uni- dade após a ligação. Com isso o sódio se torna um íon de carga 1+ e o cloro 1-. A força que mantém os dois átomos unidos é de atração elétrica, ou seja, uma ligação muito forte. Como foram utilizados um átomo de cada tipo, a fórmula do composto será NaCl. Ligação Covalente Como foi definida por Lewis, a ligação covalente consiste no compartilhamento de um par de elétrons entre dois átomos vizinhos. Lewis propôs diagramas (ou estruturas) simples para represen- tar os elétrons num determinado átomo e a ligação química entre dois átomos numa molécula. Um dado elemento tende a se combi- nar com outros para adotar uma configuração com oito elétrons (ou dois elétrons, no caso do Hidrogênio) em sua camada de valência (Regra do Octeto). É importante chamar sua atenção para o fato de que toda liga- ção covalente tem um caráter eletrostático pronunciado: os elétrons compartilhados sentem simultaneamente a atração eletrostática dos dois núcleos (Figura abaixo). Esta hipótese sugere que a formação e a estabilidade das liga- ções covalentes podem, de maneira superficial, ser explicadas por um modelo eletrostático simples. Figura: Visão simplificada das interações eletrostáticas entre os átomos de hidrogênio na molécula de H2. Considere: linha simples: atração elétron-núcleo; linha tracejada: repulsão elétron-elétron e núcleo-núcleo. A ligação covalente tem importância única na Química e é, sem duvida, o tipo predominante de união entre átomos, já que está presente em muitas moléculas, sejam elas orgânicas ou inorgânicas (é comum um composto de natureza iônica apresentar também li- gações covalentes). O caráter iônico prevalece nestes compostos. Exemplo: KNO3. Entender a natureza da ligação covalente dará a você oportu- nidade de interpretar e compreender em tamanho microscópico os fenômenos que envolvem reações químicas entre moléculas. Nes- ses casos, as ligações covalentes é que estão sendo quebradas e/ou formadas produzindo novas substâncias, ou seja, transformando a matéria. Quais elétrons estão envolvidos na formação de uma ligação química? Lewis procurou responder a esta perguntaevocando o mo- delo atômico de Bohr (1913). Os elétrons envolvidos numa ligação química são os elétrons da camada de valência, ou seja: os mais externos. Portanto, a ligação covalente ocorre quando os átomos ligados possuem tendência de ganhar elétrons. Não há transferência de elétrons de um átomo para outro, e sim um compartilhamento de elétrons entre eles. A ligação covalente ocorre entre: – hidrogênio – hidrogênio – hidrogênio – não-metal – não-metal – não-metal Obs.: Os semimetais também podem ser incluídos. Didatismo e Conhecimento 3 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Ligação Covalente normal Ocorre entre dois átomos que compartilham pares de elétrons. Os átomos participantes da ligação devem contribuir com um elétron cada, para a formação de cada par eletrônico. Assim, na molécula de hidrogênio (H2), cuja distribuição eletrônica é: 1H = 1s 1 falta um elétron para cada átomo de hidrogênio para ficar com a camada K completa (dois elétrons). Os dois átomos de hidrogênio se unem for- mando um par eletrônico comum a eles (compartilhamento). Desta forma, cada átomo de hidrogênio adquire a estrutura eletrônica do gás nobre Hélio (He). Veja abaixo: Quando o par compartilhado é representado por um traço (—), temos a chamada fórmula estrutural. H — H (fórmula estrutural) H2 (fórmula molecular) fórmula eletrônica ou de Lewis Exemplo 2: formação do Cl2 (fórmula molecular do gás cloro) tendência: ganhar 1e– Resumindo temos: Exemplo 3: HCl (fórmula molecular do cloreto de hidrogênio) ganhar 1e– ganhar 1e– Quando encontramos um único par de elétrons compartilhado entre dois átomos, a ligação é denominada de ligação covalente sim- ples. Para dois pares de elétrons compartilhados entre dois átomos, a ligação é denominada de ligação covalente dupla. Finalmente, para três pares de elétrons compartilhados entre dois elementos, a ligação é denominada de tripla. Vale lembrar que esta denominação não depende de os átomos serem do mesmo ou de diferentes elementos químicos. Ligação Covalente Dativa ou Coordenada Na ligação covalente normal, o par de elétrons compartilhado é proveniente um de cada átomo. Ou seja: cada átomo participa com um elétron para a formação do par. Mas, para explicar certas estru- turas das substâncias, foi necessário admitir a formação de pares de elétrons provenientes de um só átomo; assim, temos a chamada ligação covalente dativa ou ligação coordenada. Exemplo: Formação do dióxido de enxofre Ligação metálica É a força que mantém unidos os átomos e cátions dos metais. Didatismo e Conhecimento 4 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório teoria do “mar de elétrons” ou teoria da “nuvem eletrônica” A principal característica dos metais é a eletropositividade (ten- dência de doar elétrons), assim os elétrons da camada de valência saem facilmente do átomo e ficam “passeando” pelo metal, o átomo que perde elétrons se transforma num cátion, que, em seguida, pode recapturar esses elétrons, voltando a ser átomo neutro. O metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, imersos num “mar de elétrons livres” que estaria funcionando como ligação metálica, mantendo unidos os átomos e cátions de metais. Os metais exibem uma série de propriedades em comum: todos são sólidos nas condições ambientes (exceto Hg), têm brilho metáli- co, maleabilidade (possibilidade de se moldar em chapas), ductilida- de (capacidade de formar fios), boa condutividade térmica e elétrica. Para haver condutividade elétrica, é necessário o movimento de elétrons através do meio. A boa condutividade dos metais sugere que existam elétrons semilivres, fracamente ligados, nas estruturas metálicas, que possam ser forçados a se mover ao longo de todo retículo. Como na estrutura metálica, segundo o modelo do “gás de elétrons”, todos os íons compartilham elétrons, a repulsão entre os cátions é compensada pela atração eletrostática entre os elétrons li- vres e os íons positivos. Os elétrons livres funcionam como uma “cola” eletrostática, ligando os cátions metálicos. Modelo do “gás de elétrons”. Os elétrons de valência não estão ligados aos átomos, mas deslocalizados por todo o cristal, moven- do-se livremente em todas as direções e sendo compartilhados por todos os cátions com igual probabilidade. No caso dos metais maleáveis (facilmente deformáveis), como sódio, chumbo, mercúrio e outros, os elétrons livres podem se ajus- tar rapidamente às mudanças na estrutura metálica provocadas por perturbações externas. QUestÕes pRopostAs Questão 01) Sabe-se que a interação entre átomos que se ligam, na formação de novas substâncias, é feita através de seus elétrons mais externos. Uma combinação possível entre o elemento A com a configuração eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 e outro B (Z = 17) terá fórmula e ligação, respectivamente: a) AB e ligação iônica. b) A2B e ligação iônica. c) A2B3 e ligação covalente. d) AB2 e ligação iônica. e) A2B e ligação covalente. ResoLUÇÃo: A ⇒ 2 elétrons na camada de valência tendência a doar 2 e– ⇒ A2+ B ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 7 elétrons na camada de valência tendência a receber 1 e– ⇒ B1– Ligação é iônica pois ocorre com transferência de elétrons. Resposta: D Questão 02) Os elementos H, O, Cl e Na (ver Tabela Periódica) podem formar compostos entre si. a) Que compostos podem-se formar entre: H e O, H e Cl, Na e Cl? b) Qual o tipo de ligação formada em cada caso? Gab: a) h2o, h2o2, hCl, naCl. b) h2o, covalente; h2o2, covalente; hCl, covalente; naCl, iônica. Questão 03) Cite tês características físicas que permitem iden- tificar um elemento metálico. Gab: Condutividade elétrica, condutividade térmica, bri- lho, maleabilidade, ductibilidade, tenacidade (resistência a tra- ção). Questão 04) Considere o elemento cloro formando compostos com, respectivamente, Hidrogênio, carbono, sódio e cálcio. a) Com quais desses elementos o cloro forma compostos co- valentes? b) Qual a fórmula de um dos compostos covalentes forma- dos? Gab: a) com o hidrogênio e o carbono b) h – Cl Questão 05) Os elementos químicos que apresentam a última camada eletrônica incompleta podem alcançar uma estrutura mais estável unindo-se uns aos outros. a) De que forma se podem ligar dois átomos que precisem ganhar elétrons? b) Dois elementos situam-se: um no segundo período e sub- grupo 4A; e o outro, no terceiro período e subgrupo 7A da Tabela Periódica. Qual será a fórmula provável do composto por eles for- mado? Gab: a) por ligação covalente b) CCl4 Questão 06) Observe o esboço da tabela periódica: Didatismo e Conhecimento 5 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório A C D B a) Qual a fórmula molecular da substância resultante da liga- ção de A com C? b) Identifique o tipo de ligação química presente na molécula do composto formado por D e B. Justifique sua resposta. Gab: a) Al2o3 b) Iônica, visto que a diferença de eletronegatividade entre os elementos indicados é maior que 1,7. Questão 07) Considerando os elementos sódio, magnésio, en- xofre e cloro, escreva as fórmulas dos compostos iônicos que podem ser formados entre eles. Gab: na2s; naCl; mgs; mgCl2 Questão 08) Explicar por que o íon sódio (Na+) é mais estável que o átomo de sódio (Nao)? Gab: ao se transformar em íon, o átomo de sódio adquire configuração eletrônica de um gás nobre. Questão 09) Analise as afirmativas abaixo e indique se as mes- mas são falsas ou verdadeiras, justificando cada caso. a) Sólidos iônicos são bons condutores de eletricidade. b) Compostos apolares são solúveis em água. Gab: a) falsa. os compostos orgânicos são bons condutores de eletricidade quando fundidos. b) falsa. Compostos apolares são insolúveis em água, pois esta é um solvente polar. fUnÇÕes DA QUímiCA inoRGÂniCA. As funções químicas são um conjunto de substâncias com pro- priedades químicas semelhantes, que podem ser divididas em orgâ- nicas e inorgânicas. funções inorgânicas: são aquelas constituídas por todos os demaiselementos químicos que constituem os ácidos, bases, sais e óxidos, estudados pela Química Inorgânica. Atualmente o conceito de substâncias inorgânicas e orgânicas pode seguir a seguinte defi- nição: Com isso, por questões didáticas puramente, estudaremos estes dois ramos importantes de estudo da Química, a Química Inorgânica e a Química Orgânica, que também são subdivididas em outros gru- pos. As principais funções químicas inorgânicas – ácidos, bases, sais e óxidos – são encontradas em nosso cotidiano e também em nosso organismo. Por exemplo: o ácido clorídrico é um dos constituintes do suco gástrico, encontrado no estômago; a soda cáustica é consti- tuinte de produto de uso doméstico para desentupir pias e utilizado para fabricar o sabão; o sal de cozinha é constituído pelo cloreto de sódio e a cal viva, utilizado na construção civil e também na culiná- ria, é constituída pelo óxido de cálcio. Para definir estas substâncias existem vários critérios de clas- sificação. Nós utilizaremos os critérios da condutividade elétrica, segundo Arrhenius, e o teste com indicadores ácido-base para carac- terizar semelhança nas propriedades químicas dessas substâncias. Vale lembrar que o edital só prevê as funções ácidos e bases. ÁCIDOS E BASES. Ácidos introdução Desde os tempos dos alquimistas, observou-se que certas subs- tâncias apresentavam comportamentos peculiares quando dissolvi- dos na água. Entre tais propriedades destacavam-se: - o sabor azedo facilmente identificado em frutas cítricas, como limão, laranja e maçã (a palavra ácido é proveniente do latim acidus - azedo, picante); - formar soluções aquosas condutoras de eletricidade; - provocar efervescência, quando em contato com o calcário; - produzir mudança de cor nos indicadores ácido-base. Essas substâncias foram denominadas ácidos. AnotAÇÕes ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— ————————————————————————— Didatismo e Conhecimento 6 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Os ácidos estão presentes em nosso dia-a-dia, como por exem- plo: a laranja, o limão e as demais frutas cítricas contém ácido cí- trico, a bateria de um automóvel contém ácido sulfúrico, o vinagre contém ácido acético, o ácido clorídrico é constituinte do suco gás- trico no estômago, o ácido nítrico é utilizado para produzir explosi- vos como o TNT (dinamite). De um modo geral os ácidos são tóxicos e corrosivos, portanto, deve-se evitar o contato com a pele, ingerí-los ou inalá-los. O estudo da função ácido é a parte mais complexa das funções inorgânicas, mas de extrema importância que voce domine os prin- cipais tópicos como: formulação e Nomenclatura. As demais fun- ções são bem mais simples, se comparadas a acidos. Definição Segundo Arrhenius Ácido é todo composto molecular que, em solução aquosa, se ioniza, produzindo exclusivamente como cátion o H3O + (hidroxô- nio). HCl + H2O → H3O + + Cl– HCN + H2O → H3O + + CN– Simplificadamente, o cátion Hidroxônio (H3O +) pode ser re- presentado por H+ e a presença da água está representada pelo (aq) ao lado direito da fórmula do composto (ou mesmo nem aparecer, subentendendo-se a presença de meio aquoso, por definição): HCl(aq) → H + + Cl– HCN → H+ + CN– Resumindo: Classificação dos Ácidos Quanto à natureza do ácido orgânicos - são compostos que contêm em sua estrutura o gru- pamento carboxila, composto por um átomo de carbono ligado a um átomo de oxigênio por ligação dupla ( C= O) e a um grupo hidroxila (-OH), por ligação simples: carboxila O grupo carboxila também pode ser representado apenas por: -COOH O hidrogênio ligado ao átomo de oxigênio do grupo carboxila é considerado o hidrogênio ionizável do ácido, desta forma na sua ionização, teremos: R-COOH → H+ + R-COO- Entre os milhares de ácidos orgânicos conhecidos, alguns são de enorme importância para o homem, como por exemplo: HCOOH é o ácido fórmico (fórmico pois foi descoberto nas formigas, mas sintético atualmente) CH3COOH = ácido acético (presente no vinagre, acetum – aze- do) inorgânicos ou minerais - são de origem mineral e dividem-se em hidrácidos e oxiácidos. Ex.: HCl, HF, HCN, H2SO4, H3PO4, etc Quanto à presença de oxigênio na molécula hidrácidos – não possuem oxigênio em suas moléculas Exemplos: HCl, HCN, HF, HI, HBr, H2S, etc. oxiácidos – possuem oxigênio em suas moléculas Exemplos: HNO3 , HClO3 , H2SO4, H3PO4, etc. Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis monoácidos (ou monopróticos) – apresentam um hidrogênio ionizável. Exemplos: HCl, HBr, HNO3 , h3po2 (exceção). Diácidos (ou dipróticos) – apresentam dois hidrogênios ioni- záveis. Exemplos: H2S, H2SO4 , h3po3 (exceção). triácidos – apresentam três hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H3PO4 , H3BO3. tetrácidos – apresentam quatro hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H4SiO4 , H4P2O7. Quanto ao número de elementos químicos Binário: dois elementos químicos diferentes. Exemplos: HCl, H2S, HBr. ternário – três elementos químicos diferentes. Exemplos: HCN, HNO3 , H2SO4 Quaternário – quatro elementos químicos diferentes.Exem- plos: HCNO, HSCN Quanto à volatilidade (baixo ponto de ebulição, facilidade em formar vapores) Observação: Por que se deixarmos um recipiente aberto conten- do éter, em pouco tempo, observa-se que o éter desaparecerá? O éter é um líquido que possui baixo ponto de ebulição e evapo- ra com facilidade à temperatura ambiente. Dizemos neste caso que o éter é uma substância volátil. Um outro exemplo comum ocorre com o vinagre, o qual possui um odor bastante pronunciado devido à volatilidade do ácido acéti- co, seu principal constituinte. Ácidos voláteis - ácidos com baixo ponto de ebulição (PE). Ex.: todos os hidrácidos (HCl, HF, HI, HBr, HCN, H2S), HNO3, HCOOH e CH3COOH. Ácidos fixos - ácidos com elevado ponto de ebulição (PE). Ex.: H2SO4 (PE = 340ºC), H3PO4 (PE = 213ºC) e H3BO3 (PE = 185ºC). Quanto ao grau de ionização (força de um ácido) oBs: tal cálculo não exige que você conheça a fórmula do áci- do e nem a sua estrutura química. Ácidos fortes: possuem α > 50% Ácidos moderados: 5% α 50% Ácidos fracos: α < 5% Como se calcula o valor de α (alfa)? Didatismo e Conhecimento 7 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Regra Prática para Determinação da Força de um Ácido (co- nhecendo-se a fórmula molecular do ácido e, se necessário, sua es- trutura molecular): hidrácidos Ácidos fortes: HI > HBr > HCl. Ácido moderado: HF. Ácidos fracos: demais. - oxiácidos Sendo HxEzOy a fórmula de um ácido de um elemento E qual- quer, temos m = y em que: y = numero de átomos de oxigênio x = número de átomos de hidrogênios se: m = 3 ácido muito forte Exemplos: HClO4 , HMnO4... m = 2 ácido forte Exemplos: HNO3 , H2SO4... m = 1 ácido moderadoExemplos: H3PO4 , H2SO3 , H3PO3(2 H+), H3PO2(1 H +) m = 0 ácido fraco Exemplos: HClO, H3BO3 observação: 1º) O ácido carbônico (H2CO3) é uma exceção, pois é um ácido fraco (α=0,18%), embora o valor de m = 1 2º) Todos os ácidos carboxílicos são fracos. fórmula estrutural - hidrácidos ( HxE) Cada hidrogênio está ligado ao elemento por um traço (–) que representa a ligação covalente simples. exemplos Oxiácidos (HxEzOy) Para escrever a fórmula estrutural dos oxiácidos, devemos pro- ceder da seguinte maneira: 1) escrever o símbolo do elemento central; 2) distribuir ao redor deste elemento todos os oxigênios da fór- mula mencionada. 3) distribuir ao redor dos oxigênios os átomos de hidrogênio que sejam ionizáveis. Se tiver H não ionizável (o que ocorre com ácidos do elemento fósforo), os hidrogênios não ionizáveis devem ser colocados ao lado do elemento central. 4) Ligar os hidrogênios ionizáveis aos átomos de oxigênio vizi- nhos, formando grupinhos H-O) e ligar o elemento central a tantos grupos – OH quantos forem os hidrogênios ionizáveis. Caso haja H sem ligar, fazer uma ligação simples deste(s) H com o átomo central. 5) (passo circunstancial, pois, depende de ter ou não oxigêniosem ligar): ligar o elemento central ao(s) oxigênio(s) restante(s) atra- vés de ligação dativa (geralmente) ou de uma dupla ligação (ocorre tal dupla com os elementos carbono e nitrogênio). exemplos - formulação e nomenclatura formulação O ácido é formado pelo cátion H+ e um ânion qualquer (Ax-). Portanto, podemos representar sua fórmula da seguinte maneira: H+Ax- HxA nomenclatura hidrácidos (hxe) O nome de um ácido é feito basicamente da seguinte forma: 1o) escreve-se a palavra ácido; 2o) nome do elemento,com origem em latim; 3o) terminação ídrico exemplos HCl ácido clorídrico HBr ácido bromídrico HCN ácido cianídrico H2S ácido sulfídrico HI ácido iodídrico oxiácidos (hxezoy) Neste caso, como o mesmo elemento pode formar vários oxiá- cidos, estabelecemos um oxiácido padrão a partir do qual daremos nomes aos demais.• Oxiácido padrão ácido nome de E ico Didatismo e Conhecimento 8 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Regra geral para elementos que formam 2 ou mais oxiácidos: Como vemos na tabela acima, todo oxiácido padrão tem termi- nação ico. Se tivermos um ácido com: a) um oxigênio a mais que o padrão, acrescentamos o prefixo per; b) um oxigênio a menos que o padrão, a terminação muda para oso; c) dois oxigênios a menos que o padrão, a terminação continua oso e acrescentamos o prefixo hipo. ionização dos Ácidos A ionização de um ácido, como já vimos anteriormente, na própria definição de ácido de Arrhenius, é a reação do ácido com a molécula de água, produzindo o cátion H3O +. Se um ácido possui dois ou mais hidrogênios ionizáveis (poliá- cido), a ionização ocorre em etapas. exemplos a) b) nomenclatura dos Ânions Podemos considerar que os ânions são provenientes dos ácidos. Assim, temos as seguintes terminações (sufixos) a serem em- pregados: HF = ácido fluorídrico → F- = fluoreto HCl = ácido clorídrico → Cl- = ânion cloreto HBr = ácido bromídrico → Br- = ânion brometo HI = ácido iodídrico → I- = ânion iodeto HCN = ácido cianídrico → CN- = ânion cianeto HNO3 = ácido nítrico → NO3 - = ânion nitrato HNO2 = ácido nitroso → NO2 - = ânion nitrito HClO3 = ácido clórico → ClO3 - = ânion clorato HClO4 = ácido perclórico → ClO4 - = ânion perclorato HClO2 = ácido cloroso → ClO2 - = ânion clorito HClO = ácido hipocloroso → ClO- = ânion hipoclorito CH3COOH = ácido acético → CH3COO - = ânion acetato Aplicações dos principais ácidos do cotidiano Ácido clorídrico (hCl) - O ácido impuro (técnico) é vendido no comércio com o nome de ácido muriático; - É encontrado no suco gástrico, produzido pelas células parie- tais, responsável pela acidez estomacal; - É um reagente muito usado na indústria e no laboratório; - É usado na limpeza de pisos após a caiação das paredes (cal hidratada Ca(OH)2), para remover os respingos de cal; HCl(aq) + Ca(OH)2(s) → CaCl2(aq) + 2 H2O - É usado na limpeza de superfícies metálicas antes da solda- gem dos respectivos metais. Ácido fluorídrico (HF) -Tem a particularidade de corroer o vidro, devendo ser guarda- do em frascos de plástico, por esta razão é usado para fazer grava- ções sobre o vidro. Ácido cianídrico (hCn) - O HCN é o gás de ação venenosa mais rápida que se conhece: uma concentração de 0,3 mg por litro de ar é imediatamente mortal; - É o gás usado nos estados americanos do Norte que adotam a pena de morte por câmara de gás; -A primeira vítima do HCN foi seu descobridor, Carl Wihelm Scheele, que morreu ao deixar cair um vidro contendo solução de HCN. Ácido sulfídrico (h2s) O H2S é um gás incolor, mais pesado do que o ar e inflamável com um forte odor desagradável de ovos podres. Esse gás é algu- mas vezes referido como “gás de cano de esgoto”. Em pequenas concentrações ele pode irritar os olhos e atuar como depressivo; em elevadas concentrações ele pode provocar irritação do sistema res- piratório superior e, durante longas exposições, edema pulmonar. Sendo mais denso que o ar, o H2S pode acumular-se em depressões e cavernas. Didatismo e Conhecimento 9 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Ácido sulfúrico (h2so4) -É o ácido mais utilizado e importante nas indústrias e nos la- boratórios, conhecido como “burro de carga”. O poder econômico de um país pode ser avaliado pela quantidade de ácido sulfúrico que ele fabrica e consome; - O maior consumo de ácido sulfúrico é na fabricação de fertili- zantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio; - É o ácido dos acumuladores de chumbo (baterias) usados nos automóveis; - É consumido em enormes quantidades em inúmeros processos industriais, como processos da indústria petroquímica, fabricação de papel, corantes, etc; - O ácido sulfúrico concentrado é um dos desidratantes mais enérgicos. Assim, ele carboniza os hidratos de carbono como os açúcares, amido e celulose; a carbonização é devido à desidratação desses materiais; - O ácido sulfúrico “destrói” o papel, o tecido de algodão, a madeira, o açúcar e outros materiais devido à sua enérgica ação de- sidratante; - O ácido sulfúrico concentrado tem ação corrosiva sobre os te- cidos dos organismos vivos também devido à sua ação desidratante. Produz sérias queimaduras na pele. Por isso, é necessário extremo cuidado ao manusear esse ácido; - As chuvas ácidas em ambiente poluídos com dióxido de enxo- fre contêm H2SO4 e causam grande impacto ambiental. S + O2(g) → SO2(g) + 1/2 O2(g) → SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) Ácido nítrico (hno3) -Depois do sulfúrico, é o ácido mais fabricado e mais consumi- do na indústria. Seu maior consumo é na fabricação de explosivos, como nitroglicerina (dinamite), trinitrotolueno (TNT), trinitrocelu- lose (algodão pólvora) e ácido pícrico e picrato de amônio; -É usado na fabricação do salitre (NaNO3, KNO3) e da pólvora negra (salitre + carvão + enxofre); Pólvora negra: (Salitre - KNO3 + Carvão - C + Enxofre - S) -As chuvas ácidas em ambientes poluídos com óxidos do nitro- gênio contém HNO3 e causam sério impacto ambiental. Em ambien- tes não poluídos, mas na presença de raios e relâmpagos, a chuva também contém HNO3, mas em proporção mínima; N2(g) + O2(g) → 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) + H2O(l) → HNO2 + HNO3 - O ácido nítrico concentrado é um líquido muito volátil; seus vapores são muito tóxicos. É um ácido muito corrosivo e, assim como o ácido sulfúrico, é necessário muito cuidado para manuseá- lo. Ácido fosfórico (h3po4) - Os seus sais (fosfatos) têm grande aplicação como fertilizantes na agricultura; - É usado como aditivo (acidulante) em refrigerantes como Coca-Cola. Ácido carbônico (h2Co3) -É o ácido das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes. Forma-se na reação do gás carbônico com a água: CO2 + H2O à H2CO3 - Responsável pelo processo de formação da chuva ácida em ambientes não poluídos na ausência de descargas elétricas. Ácido acético (h3C-Cooh) - É o ácido constituinte do vinagre, utilizado com condimento na culinária; - O vinagre é uma solução aquosa contendo de 3 a 7% de ácido acético. Bases Os antigos dividiam as substâncias em dois grandes grupos: as que se assemelhavam ao vinagre, denominadas ácidos, e as seme- lhantes às cinzas de plantas, chamadas álcalis. Os álcalis eram subs- tâncias detergentes ou, segundo o farmacêutico e químico francês Guillaume François Rouelle, bases. Existem muitas bases fracas e inofensivas no nosso cotidiano, dentre as muitas podemos citar o sabonete que faz muita espuma e desliza facilmente pela pele, pois, transforma alguns tipos de óleos de nossa pele em substâncias parecidas com as usadas para fazer sabão até compostos utilizados como medicamentos, como o hidró- xido de magnésio e o hidróxido de alumínio. Por outro lado, existem também bases fortes e corrosivas tanto quanto os ácidos, como por exemplo: hidróxido de sódio utilizado em produtos para desentupir encanamentos. Podemos listar aqui algumas das propriedades funcionais das bases, como: -Possuem sabor amargo ou cáustico (adstringente – que “amar- ra” a boca); - Modificam a cordos indicadores ácido-base; - Conduzem a corrente elétrica quando fundidos ou em solução aquosa; - Reagem com ácidos produzindo sal e água; Na maioria das vezes são corrosivas e reagem com metais. Conceito de base segundo arrhenius Ex.: NaOH Na+(aq) + OH-(aq) Ca(OH)2 Ca 2+(aq) + 2 OH-(aq) Al(OH)3 Al 3+(aq) + 3 OH-(aq) Como pudemos observar, a principal característica das bases é a presença do íon OH- (hidroxila ou hidróxido) ligado ao cátion, que geralmente é um metal, sendo sua fórmula representada por: C (OH)x Onde: C é um cátion (metal) X = corresponde ao número de hidroxilas (que invertido de bai- xo para cima à esquerda, corresponderá à carga do metal). Com isso na dissociação da base genérica C(OH)x ficaremos com: C(OH)x → C x+ + x OH- Didatismo e Conhecimento 10 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Exemplos: NaOH Na+(aq) + OH-(aq) Ca(OH)2 Ca 2+(aq) + 2 OH-(aq) Al(OH)3 Al 3+(aq) + 3 OH-(aq) Sn(OH)4 Sn 4+(aq) + 4 OH-(aq) Observação: O hidróxido de amônio (NH4OH) é a única base que não apre- senta metal em sua fórmula sendo proveniente do borbulhamento da amônia (NH3) em água. È volátil, de natureza molecular, cheiro muito forte (amoníaco) e base muito solúvel e fraca (forma poucos íons em água). Classificação das bases - Quanto ao número de hidroxilas na fórmula da base monobase → uma hidroxila na fórmula da base. Ex.: NaOH, KOH, AgOH, etc. Dibase → duas hidroxilas na fórmula da base. Ex.: Ca(OH)2, Mg(OH)2, Zn(OH)2, etc. tribase → três hidroxilas na fórmula da base. Ex.: Al(OH)3, Fe(OH)3, Mn(OH)3, etc. tetrabase → quatro hidroxilas na fórmula da base. Ex.: Mn(OH)4, Sn(OH)4, Pb(OH)24, etc. - Quanto a solubilidade das bases em água totalmente solúveis → bases de metais alcalinos (1A) e o hi- dróxido de amônio (NH4OH). parcialmente solúveis → bases de metais alcalinos terrosos (2A). praticamente insolúveis → bases dos demais metais. exceção: O Be(OH)2 e Mg(OH)2 (bases da família 2A) são pra- ticamente insolúveis. - Quanto ao grau de dissociação (força das bases) Para que uma base se dissocie é necessário que esta base esteja dissolvida em água, com isso teremos: Exceção: O hidróxido de amônio (NH4OH) é uma base solúvel, mas que apresenta um pequeno grau de ionização, desta forma, esta base é classificada como solúvel e fraca. Resumindo teremos: Bases fortes → bases dos metais da família 1A e 2A. Bases fracas → bases dos demais metais, Be(OH)2, Mg(OH)2 e NH4OH. - Quanto a volatilidade das bases Base volátil → o hidróxido de amônio (NH4OH) é a única base volátil (baixo ponto de ebulição). Bases fixas → todas as demais bases são consideradas não vo- láteis ou fixas (alto ponto de ebulição). nomenclatura das bases para cátions que formam uma única base: Os cátions que formam uma única base são: metais da família 1A e 2A, Ag+, Zn2+, Al3+ e NH4 + (amônio). exemplos: NaOH → hidróxido de sódio AgOH → hidróxido de prata Ca(OH)2 → hidróxido de cálcio Zn(OH)2 → hidróxido de zinco Al(OH)3 → hidróxido de alumínio NH4OH → hidróxido de amônio Para montar a fórmula da base a partir dos nomes, é necessário sabermos que na formulação das base C(OH)x, o número de hidro- xilas da base (X) dependerá da carga do cátion (C). Desta forma, te- remos: cátions com carga +1 à 1 OH na fórmula; cátions com carga +2 à 2 OH na fórmula e cátions com carga +3 à 3 OH na fórmula. Exemplos: Hidróxido de potássio → K+ = KOH Hidróxido de magnésio → Mg2+ = Mg(OH)2 Hidróxido de alumínio → Al3+ = Al(OH)3 Hidróxido de amônio → NH4 + = NH4OH Hidróxido de zinco → Zn2+ = Zn(OH)2 Hidróxido de prata → Ag+ = AgOH para cátions que formam mais de uma base: Os cátions, mais importantes, que formam duas bases são: Ouro (Au1+ e Au3+) Cobre (Cu1+ e Cu2+) Ferro (Fe2+ e Fe3+) Chumbo (Pb2+ e Pb4+) Exemplos: AuOH → hidróxido de ouro-I ou auroso Didatismo e Conhecimento 11 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Au(OH)3 → hidróxido de ouro-III ou aúrico CuOH → hidróxido de cobre-I ou cuproso Cu(OH)2 → hidróxido de cobre-II ou cúprico Fe(OH)2 → hidróxido de ferro-II ou ferroso Fe(OH)3 → hidróxido de ferro-III ou férrico Aplicações das principais bases do cotidiano hidróxido de sódio – naoh Base conhecida como “soda cáustica” ou “lixívia” ou “diabo verde”. É a base mais importante da indústria e do laboratório. É fabricado e consumido em grandes quantidades; Utilizado em produtos para desentupir ralos, pias e limpa forno; É usada na fabricação do sabão. Atualmente, o sabão é obti- do de gorduras (de boi, de porco, de carneiro, etc) ou de óleos (de algodão, de vários tipo de palmeiras, etc.). A hidrólise alcalina de glicerídeos (óleos ou gorduras) é denominada, genericamente, de reação de saponificação porque, numa reação desse tipo, quando é utilizado um éster proveniente de um ácido graxo, o sal formado re- cebe o nome de sabão. A equação abaixo representa genericamente a hidrólise alcalina de um óleo ou de uma gordura: É usada em inúmeros processos industriais na petroquímica e na fabricação de papel, celulose, corantes, etc. É muito corrosivo e exige muito cuidado ao ser manuseado. Não existe soda cáustica livre na natureza. Esta é fabricada por eletrólise (decomposição por corrente elétrica) de solução aquosa de sal de cozinha (NaCl). hidróxido de cálcio – Ca(oh)2 Conhecido como cal hidratada ou cal extinta ou cal apagada; É utilizado na construção civil no preparo da argamassa, usada na alvenaria, e na caiação (pintura a cal) o que fazem os pedreiros ao preparar a argamassa. hidróxido de magnésio – mg(oh)2 É um sólido branco pouco solúvel em água; Quando disperso em água, origina um líquido espesso, deno- minado de suspensão, que contém partículas sólidas misturadas à água denominado de leite de magnésia e é utilizada como laxante e antiácido. 2 HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) → MgCl2(aq) + 2 H2O(l) hidróxido de alumínio – Al(oh)3 É um sólido gelatinoso insolúvel na água; Utilizado no tratamento da água e de água de piscinas. O hi- dróxido de alumínio formado na superfície, como um precipitado gelatinoso, arrasta as impurezas sólidas para o fundo do tanque, no processo denominado decantação; Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 Utilizado como medicamento com ação de antiácido estomacal (Pepsamar, Natusgel, Gelmax, etc) pois neutraliza o excesso de HCl no suco gástrico. 3 HCl(aq) + Al(OH)3(aq) → AlCl3(aq) + 3 H2O(l) hidróxido de amônio – nh4oh É obtido através do borbulhamento de amônia(NH3) em água, originando uma solução conhecida comercialmente como amoní- aco; NH3(g) + H2O(l) ↔ NH4OH(aq) ↔ NH4 +(aq) + OH-(aq) É utilizado em produtos de limpeza doméstica tais como: ajax, fúria, patopurific, veja, etc. É utilizado na fabricação de sais de amônio, empregados na agricultura e como explosivos. QUestÕes pRopostAs Questão 01) O ácido clórico é um ácido forte, utilizado como catalisador em reações de polimerização e como agente oxidante. Soluções aquosas desse ácido pode causar grande irritação na pele e nas mucosas. a) Represente a fórmula estrutural do ácido clórico. b) Qual o nome do sal formado pela reação de neutralização do ácido clórico pelo hidróxido de alumínio? GAB Questão 02) Escreva : a) as fórmulas moleculares do ácido hipoiodoso e do ácido perbrômico. b) os nomes dos compostos de fórmulas H2SO3 e H3PO4. Gab: a) hio e hBro4 b) ácido sulfuroso e ácido fosfórico Questão 03) A queima do enxofre presente na gasolina e no óleo diesel gera dois anidridos que, combinados com a água da chu- va, formam seus ácidos correspondentes. Escreva a fórmula desses ácidos e indique o ácido mais forte. Justifique sua indicação. ResoLUÇÃo: h2so3 e h2so4 o ácido mais forte é o h2so4, pois a diferença entre o núme- ro de átomos de oxigênio e o número de átomos de hidrogênio ácido é igual a 2, enquanto no h2so3 essa diferença é igual a 1. Questão 04) Sabe-se que a chuva ácida é formada pela disso- lução, na água da chuva, de óxidos ácidos presentes na atmosfera. Entre os pares de óxidos relacionados,qual é constituído apenas por óxidos que provocam a chuva ácida? a) Na2O e NO2 b) CO2 e MgO c) CO2 e SO3 d) CO e NO2 e) CO e NO Alternativa ‘C’. o Co2 reage com a água formando solução ácida e é res- ponsável pela acidez natural da chuva em ambientes não polu- ídos. o so3 reage com a água formando ácido sulfúrico e é um dos principais responsáveis por diminuir o ph da chuva a níveis perigosos para o ambiente. Questão 05) Ao se dissolverem 5 moléculas-grama de um áci- do HX, em quantidade suficiente de água, constatou-se que 4 molé- culas-grama do soluto se ionizaram. Pedem-se: a) o grau de ionização de HX; b) o número de íons existentes na solução obtida. Didatismo e Conhecimento 12 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório ResoLUÇÃo: a) 80% b) 4,8 . 1024íons Questão 06) Os ácidos podem ser classificados quanto ao nú- mero de hidrogênios ionizáveis. O ácido hipofosforoso, H3PO2, uti- lizado na fabricação de medicamentos, apresenta fórmula estrutural: O P H O H H a) Quantos hidrogênios são ionizáveis no ácido hipofosforo- so? Justifique sua resposta. b) Escreva a equação de neutralização desse ácido com o hi- dróxido de sódio. ResoLUÇÃo: a) apenas um (01) hidrogênio ionizável. b) h3po2 + naoh ® nah2po2 + h2o Questão 07) O cloro é um gás irritante e sufocante. Misturado à água, reage produzindo os ácidos clorídrico e hipocloroso – que age como desinfetante, destruindo ou inativando os microorganismos. a) Identifique os reagentes e os produtos desta reação e for- neça suas fórmulas químicas. b) A água de lavadeira é uma solução aquosa de hipoclorito e o ácido muriático é uma solução concentrada de ácido clorídrico. Ambos podem ser utilizados separadamente na limpeza de alguns tipos de piso. Explique a inconveniência, para a pessoa que faz a limpeza, de utilizar uma mistura destes dois produtos. ResoLUÇÃo: a) Cl2(g) + h2o → ← hCl(aq) + hClo(aq) b) h+(aq) + Clo–(aq) + 2 Cl–(aq) → ← Cl2(g) + h2o como na reação há produção de gás cloro, o incoveniente é que a água de lavadeira é irritante aos olhos, devido a presença do cloro. QUestÕes pRopostAs Questão 01) Na reação entre os gases N2 e H2 , obtém-se uni- camente gás amônia. A solução aquosa de amônia recebe o nome de amoníaco (hidróxido de amônio), que é o componente ativo de produtos de limpeza usados para remoção de gorduras. A partir dessas informações, considere as seguintes afirmações: I. O hidróxido de amônio tem fórmula NH3 . II. Na formação do gás amônia, a reação ocorrida é de sínte- se. III. O amoníaco tem fórmula NH4OH . IV. A amônia tem fórmula NH4OH . V. O cheiro irritante e forte, que se sente quando se usa amo- níaco, é proveniente do gás nitrogênio. Estão corretas, somente: a) I e IV . b) II e V . c) II e III . d) I e II . e) III e V. Gab: C A reação de síntese da amônia pode ser representada por: N2(g) + 3H2(g) ® 2NH3(g) O amoníaco é o nome popular do hidróxido de amônio (NH4OH ). Logo, as afirmações II e III são corretas. Questão 02) A fórmula do hidróxido ferroso é: a) Fe(OH)2 b) Fe(OH)3 c) FeO d) Fe2O3 e) n.d.a Gab: A Questão 03) A equação que representa corretamente a dissocia- ção iônica de uma base pouco solúvel, de fórmula M(OH)x, é: a) M(OH)x ® M x+ + OH- b) M(OH)x ® xM + + xOH- c) M(OH)x ® M x+ + xOH- d) M(OH)x ® M x+ + OHx - e) M(OH)x ® xM + + OH- Gab: C Questão 04) Explique porque é praticamente impossível medir a condutividade elétrica de um hidróxido que não seja de um metal alcalino. Gab: Porque é praticamente insolúvel em água. Questão 05) Uma base forte deve ter ligado ao grupo OH-: a) um elemento muito eletropositivo b) um elemento muito eletronegativo c) um semimetal d) um metal que dê 3 elétrons e) um ametal Gab: A Questão 06) Na embalagem de um produto usado para desen- tupir pias e ralos, à base de soda cáustica (hidróxido de sódio – NaOH), são encontradas, entre outras, as instruções: “Cuidado: Em caso de contato, lavar imediatamente os olhos ou a pele com água em abundância durante quinze minutos. Se ingeri- do, não provocar vômito. Dar grande quantidade e também vinagre diluído em um copo de água. A seguir, dar uma colher de óleo co- mestível.” “Não reaproveitar a embalagem vazia. Lavar a colher utilizada como medida com bastante água corrente antes de reutilizá-la. Não adicionar água à embalagem do produto.” O quadro abaixo relaciona algumas dessas instruções com as justificativas para o uso desses procedimentos, com base nas pro- priedades da soda cáustica e das outras espécies envolvidas. Assi- nale a alternativa que contém uma justificativa INCORRETA para a instrução relacionada. a) Instrução : Dar vinagre diluído em um copo de água. Jus- tificativa : O vinagre diluído neutraliza a soda cáustica através de reação ácido-base. b) Instrução : Lavar a colher utilizada como medida com bas- tante água corrente antes de reutilizá-la. Justificativa : A utilização de grande quantidade de água deve-se ao fato de a soda cáustica ser insolúvel na água. c) Instrução : Não adicionar água à embalagem com o produ- to. Justificativa : A adição de água à embalagem com produto provo- ca forte aquecimento Didatismo e Conhecimento 13 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório d) Instrução : Não reaproveitar a embalagem vazia. Justifica- tiva : A embalagem pode estar contaminada com resíduos de soda cáustica Gab: B Questão 07) Os halogênios pertencem a uma classe de elemen- tos com acentuada reatividade. Estão presentes na composição quí- mica de muitos ácidos como o HF, HCl, HBr e HI. Considerando os dados mostrados na tabela a seguir: 9 32 9 32 7 32 4 32 o 103,0)aq(I)(OH)(OHHI(aq) 100,1)aq(Br)(OH)(OHHBr(aq) 100,1)aq(C)(OH)(OH(aq)HC 103,5)aq(F)(OH)(OHHF(aq) C25 a acidez de Constante prótons de ncia transferêde Equilíbrio −−+→ ← −−+→ ← −+→ ← −−+→ ← ×≈++ ×≈++ ×≈++ ×++ é correto afirmar que: a) o ácido com maior capacidade de liberar H3O + é o HBr. b) o ácido clorídrico, ao sofrer ionização, apresenta mais es- pécies não ionizadas. c) a ordem de acidez crescente é: HCl < HBr < HI <HF. d) o ácido iodídrico é mais fraco que o ácido bromídrico. e) o ácido fluorídrico é o ácido mais fraco. Gab: E Questão 08) Observe o esquema abaixo: A força de um ácido é medida pelo seu grau de ionização (a), ou seja, pela relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas. Em qual das soluções – de mesma concentração e na mesma temperatura- a lâmpada (L) do esquema apresenta maior brilho? a) HF b) HNO3 c) H3PO4 d) H2S e) H4SiO4 Gab: B Questão 09) O ácido sulfúrico é um líquido incolor, denso, muito corrosivo e largamente utilizado na fabricação de matéria- -prima para o setor industrial. Sobre o ácido sulfúrico, é CORRETO afirmar: a) pode ser obtido pela reação de SO3 e água. b) sua dissolução em água consome calor. c) trata-se de um composto iônico. d) é um ácido monoprótico. Gab: A Questão 10) Ácido bórico, H3BO3, tem a seguinte fórmula es- trutural. Gab: C Questão 11) Para distinguir uma solução aquosa de HF (ácido fraco) de outra de HCl (ácido forte), de mesma concentração, foram efetuados os seguintes procedimentos independentes com cada uma das soluções. I. Determinação da temperatura de congelamento do solven- te. II. Medida de pH. III. Teste com uma tira de papel tornassol azul. IV. Medida de condutibilidade elétrica das soluções. Os procedimentos que permitem distinguir entre essas soluções são: a) I, II e IV, apenas. b) II, III e IV, apenas. c) II e IV, apenas. d) III e IV, apenas. e) IV, apenas. Gab: A Questão 12) Qual dos ácidos abaixo é o menos volátil? a) HCl. b) HI. c) H2SO3. d) H2SO4. e) CH3CH2COOH. Gab: D inDiCADoRes ÁCiDos BAses medida da acidez ou alcalinidade A medida de acidez ou alcalinidade de uma solução pode ser realizada através do uso de indicadores ácido-base e também através da medida do pH da solução, denominado de potencial hidrogeni- ônico. O pH é uma escalaque vai de 0 a 14 e fundamenta-se na quanti- dade de íons hidrogênio que estão contidos numa solução. Didatismo e Conhecimento 14 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório indicadores ácido-base Você já observou como a cor do chá muda ligeiramente quando se junta algumas gotas de um limão? O chá está agindo como um indicador, mostrando que o limão aumentou a acidez. Alguns pro- dutos químicos coloridos são usados para mostrar se uma solução é ácida ou básica (alcalina). Um indicador ácido-base é uma substância que apresenta uma determinada coloração em meio ácido e outra em meio básico ou alcalino. Há diversos indicadores que podem nos dizer sobre a acidez ou sobre a alcalinidade de uma solução. Um indicador muito útil é uma mistura de corantes, conhecida como indicador Universal. Embalagem de Indicador Universal. As tiras do indicador são imersas na solução na qual se quer determinar o pH, o que é feito comparando-se a cor obtida na tira com a escala de cores que apa- rece impressa na embalagem do indicador fenolftaleína A Fenolftaleína é um composto orgânico usado como indicador ácido-base. O composto é incolor em solução ácida e rósea em solu- ção básica (com a transição de cores ocorrendo por volta de pH 9). A fenolftaleína foi muito usada como principio ativo de muitos laxantes, por exemplo, o Lacto-Purga. Todavia por ser suspeito de possuir um grande poder carcinogênico foi substituído por outras substâncias. ! Fenolftaleína em solução de NaOH (meio básico) apresenta coloração avermelhada. Fenolftaleína (conta-gotas) em presença de vinagre que con- tém ácido acético (meio ácido) permanecerá incolor. indicadores naturais Os corantes obtidos das frutas e vegetais, como pêras, amora, hortênsias, cebolas e repolho roxo, podem também ser indicadores. Eles mudam de cor conforme o pH. O círculo interior é uma escala colorida de um indicador uni- versal: cor-de-rosa no ácido forte (pH = 0), azul na base forte (pH = 14). Os círculos externos mostram como a cor dos sucos de repo- lho roxo, pêra, rabanete e beterraba mudam com o pH. Alguns jardineiros têm que se preocupar com o pH do solo. Há plantas que só crescem em um valor determinado de pH. Solos em regiões calcárias geralmente são alcalinos (pH de 7 a 7,5). Solos de arenito, argila, pântano e turfa são ácidos (pH de 6,5 a 7). Didatismo e Conhecimento 15 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório ! O suco de repolho roxo pode constituir um bom indicador uni- versal de pH, podendo substituir os papéis indicadores universais, que são encontrados apenas em lojas especializadas. O repolho roxo é cortado em pequenos pedaços, colocado em um recipiente com água e depois será fervido até obter uma solução roxa que mudará de cor tanto em presença de uma solução ácida como em uma solução básica ou alcalina. Obtenção do extrato de repolho roxo O suco do repolho roxo vai do vermelho (meio ácido), ao rosa, roxo, azul e verde (meio básico). Soluções contendo extrato de repolho roxo funcionando como indicador de pH. O papel de tornassol é obtido a partir de uma espécie de lí- quen (organismo de estrutura simples formada pela associação de um fungo com uma alga), que fica vermelho em meio ácido e azul em meio básico. O papel de tornassol vermelho não muda de cor em meio ácido (esquerda) e fica azul em meio básico (direita). Dos indicadores citados, utilizaremos o papel de tornassol e fenolftaleína para definir soluções ácidas e básicas, segundo a co- loração obtida. Com isso teremos: solução tornassol fenolftaleína Ácida Vermelho Incolor Básica Azul Vermelho QUÍMICA DESCRITIVA DOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS; Na Química Descritiva estudaremos a ocorrência dos elementos na natureza, os locais onde podem ser encontrados, o estado físico em que se apresentam e suas combinações químicas mais comuns. É de grande interesse estudarmos os processos usados para ob- tenção dos elementos, a partir de fontes naturais e como são fabrica- das algumas substâncias de grande interesse industrial e comercial. Constituição da terra O planeta Terra, para efeitos de estudos, é dividido basicamente em três partes: litosfera, hidrosfera e atmosfera. Atmosfera Atmosfera é a camada gasosa ao redor da Terra. Sete elementos gasosos podem ser encontrados comumente na atmosfera, entre eles nitrogênio, oxigênio e gases nobres. Todos esses elementos são obtidos industrialmente a partir do ar atmosférico, com exceção do gás hélio (He) que é extraído do gás natural de certos poços no Kansas, Oklahoma e Texas, onde sua concentração é bem superior à encontrada no ar atmosférico. Didatismo e Conhecimento 16 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Dependendo do local, clima e altitude, a composição da atmos- fera pode variar; mas, em geral, temos em ordem decrescente de porcentagem em volume: hidrosfera Hidrosfera é a parte líquida da Terra que corresponde a cerca de 80% da superfície. A água dos oceanos apresenta uma grande variedade de sais dissolvidos, constituindo-se em fonte principal de obtenção de vá- rios elementos, como bromo, magnésio, sódio, cloro, etc. Os sais dissolvidos correspondem a 3,3% da água dos oceanos. Os elementos que podem ser obtidos da água dos oceanos apre- sentam a seguinte abundância: Litosfera Litosfera é a parte sólida da Terra com cerca de 6.500 km de raio. A parte mais externa, que corresponde a uma espessura de aproximadamente 30 km, é chamada de crosta terrestre. É dela que extraímos alguns principais elementos, os quais, em ordem decres- cente de abundância, são: O oxigênio e o silício são os elementos mais abundantes da crosta terrestre, seguidos do alumínio e do ferro. Esses e os demais elementos encontrados na crosta terrestre compõem os chamados minerais. Minerais são substâncias presentes na crosta terrestre que se encontram em determinados depósitos. São provenientes da con- centração de vários elementos que ocorreram com o passar das eras geológicas, devido a vários processos como fusão, cristalização, dis- solução e precipitação, formando compostos estáveis. Resumindo temos: “mineral é uma substância simples ou composta que se for- ma naturalmente na crosta terrestre.” Grande parte dos minerais apresentam, na sua formação, ele- mentos metálicos, cuja extração é desejada. Se o mineral apresenta facilidade de extração, condições de transporte, baixo custo de mercado, ele passa a ser chamado de mi- nério. Portanto: “minério é todo material do qual se pode extrair um elemento quimico de forma economicamente viável.” Os principais minérios e os elementos químicos extraídos en- contram-se no quadro a seguir: Didatismo e Conhecimento 17 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório O minério é encontrado na natureza em locais que são chama- dos minas ou jazidas. O processo de extração do minério das minas é chamado de mineração. Os processos utilizados para obtenção dos metais, a partir dos seus minérios, é a metalurgia. Esses processos consistem, de um modo geral, em: - Purificação (ou concentração) do minério Geralmente o minério obtido da jazida apresenta uma quantida- de muito grande de impurezas, material rochoso inútil. Portanto, as impurezas devem ser removidas. - Redução do cátion metálico ao átomo metálico Os elementos metálicos encontram-se nos minerais na forma de cátions metálicos, e, para que se possa obter o metal, tem-se que fazer a redução do cátion. - Purificação do Metal O metal obtido pelas etapas 1 e 2 contém geralmente pequenas quantidades de outros metais e/ou não-metais, que devem ser remo- vidos ou não, dependendo da aplicação do metal. substâncias simples e Compostas importantes halogênios Os elementos da família VIIA (atual 17) são conhecidos como halogênios (“formadores de sal”). Os halogênios, por serem altamente reativos, não são encon- trados livres na natureza e ocorrem como íons halogenetos: F–, Cl–, Br– e I–. - flúor (f2) É um gás amarelo pálido queocorre em minerais, como fluorita (CaF2), criolita (Na3AlF6) e flúor apatita [Ca5F(PO4)3]. A molécula de flúor F2 é, em princípio, o mais forte dos agentes oxidantes. Na prática, o flúor raramente é utilizado como agente oxidante, pois o seu manuseio é extremamente perigoso. A molécula de F2 retira elétrons de praticamente todas as espécies, incluindo a água, geralmente com explosão violenta. O flúor (F2) é obtido pela eletrólise de uma mistura fundida de HF e KF usando ânodo de carbono, no qual se produz F2, e um cá- todo de prata ou aço inoxidável no qual se forma o H2. Os produtos devem ser mantidos separados, pois reagem explosivamente. O F2 pode ser armazenado em recipiente de aço, cobre ou certas ligas, somente porque ele forma rapidamente, uma película fluoreto na superfície do metal, e impede o prosseguimento da reação. O flúor reage violentamente com o hidrogênio, formando o flu- oreto de hidrogênio (HF). HF, apesar de ser um ácido fraco, possui propriedades que o tornam difícil de manusear. O HF(g), ou em solução aquosa ataca o vidro. As soluções de HF devem ser guardadas em recipientes de po- lietileno ou de parafina. O HF tem uma outra propriedade que o torna extremamente perigoso, que é causar queimaduras extremamente dolorosas e que levam vários meses para cicatrizar. Os íons fluoretos (F–) são usados em prevenção de cárie den- tária. A fonte de íons fluoreto pode ser SnF2 (fluoreto estanoso) en- contrado no creme dental, ou NaF, adicionado à água potável, na proporção de 1 p.p.m. - Cloro (Cl2) É um gás amarelo-esverdeado, venenoso, pouco solúvel em água, reagindo com ela, dando íons cloreto e hipoclorito. Didatismo e Conhecimento 18 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório O cloro encontra-se combinado como cloreto, como os mine- rais habita (NaCl) e siluita (KCl) em depósitos subterrâneos e tam- bém, nos oceanos. O cloro é um germicida poderoso, usado na purificação da água de beber. É obtido industrialmente pela eletrólise de solução aquosa de cloreto de sódio. 2NaCI + 2H2O 2NaOH + H2+ CI2 Em laboratório, pela reação do ácido clorídrico com dióxido de manganês: MnO2 + 4 HCI MnCI2+2H2O+CI2 O cloro é usado como alvejante industrial no tratamento da ce- lulose para a fabricação de papel, na obtenção de compostos como o ácido clorídrico, o inseticida BHC (bezeno hexaclorado), etc. Quando o cloro é borbulhado em uma solução de hidróxido de sódio à temperatura ambiente, ocorre a reação: Cl2(g) + 2OH -(aq) ClO-(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) A solução resultante é comercializada como água sanitária para uso doméstico e como desinfetante. - Bromo (Br2) É um líquido castanho-avermelhado, de cheiro repugnante, tó- xico, venenoso. Parcialmente solúvel em água, reagindo com ela e produzindo água de bromo. É obtido industrialmente pela oxidação em meio ácido do Br– das águas do mar, usando cloro como agente oxidante. Cl2(g) + 2Br -(aq) 2Cl-(aq) + Br2(aq) O bromo gasoso é arrastado por uma corrente de ar e, em segui- da, condensado ao estado líquido. No laboratório, o bromo pode ser obtido pele oxidação de Br– por MnO2 em meio ácido ou outro agente oxidante. O bromo produz queimaduras dolorosas na pele que dificilmen- te cicatrizam, por isso deve ser manuseado com extremo cuidado. É usado na fabricação de bromofórmio (CHBr3), de desinfetan- tes, corantes e na indústria fotográfica, principalmente na forma de brometo de prata (AgBr). - iodo (i2) É um sólido cinza-escuro, com um brilho semimetálico. Su- blima a 184 oC, dando vapor violeta. É praticamente insolúvel em água. É solúvel em etanol, formando a tintura de iodo que era utili- zada como desinfetante e antisséptico. É produzido industrialmente pela oxidação de I– com gás Cl2: CI2(g) + 2I – 2CI–+ I2 ou pela redução do a I– : seguido de oxidação pelo próprio iodato: Em laboratório, é obtido pelo tratamento de uma mistura de io- deto de potássio e dióxido de manganês com ácido sulfúrico: 2KI + MnO2 + 3H2SO4 2KHSO4 + MnSO4 + 2H2O + I2 O iodo é usado na produção do iodofórmio (CHI3), na fabrica- ção de remédios, desinfetantes, corantes e na indústria fotográfica (KI e AgI). O sal de cozinha iodado (NaCl + NaI) tem a finalidade de com- bater o hipertireoidismo (doença do bócio). hidrogênio (h2) É um gás incolor, inodoro, combustível (chamado combustível do futuro). Na Terra, o hidrogênio raramente se encontra livre, mas combinado, geralmente com o oxigênio, formando água. A molécula de hidrogênio é tão leve que, ao ser libertada, rapi- damente sobe aos níveis mais altos da atmosfera de onde, aos pou- cos, se perde no espaço. É obtido industrialmente: a) a partir do carvão b) processo Lane 3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 c) eletrólise 2H2O 2H2 + O2 2NaCI + 2H2O 2NaOH + H2 + CI2 d) em laboratório Pela reação de ácidos com metais mais reativos que o hidro- gênio. Zn(S) + 2HCI(aq) ZnCI2(aq) O hidrogênio é usado na hidrogenação de óleos vegetais para a produção de margarina, como combustível, na formação de vários compostos, como NH3 e HCl. oxigênio (o2) É um gás incolor, inodoro e, no estado líquido, é azul pálido. É o elemento mais abundante na Terra, quer em porcentagem de átomos, em massa. Ocorre livre na atmosfera, combinado com hi- drogênio na hidrosfera e combinado como silício, ferro, alumínio e outros elementos na crosta terrestre (litosfera). Didatismo e Conhecimento 19 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório É usado como “comburente”, substância que alimenta as com- bustões. É obtido industrialmente por liquefação e posterior destilação fracionada do ar atmosférico. Inicialmente, o ar atmosférico é submetido a sucessivas com- pressões e resfriamentos até atingir uma temperatura de aproxima- damente – 200 °C. O ar torna-se líquido e, então, faz-se a destilação fracionada. Inicialmente, destila o componente mais leve que é o nitrogênio (PE = –195 °C), depois argônio (PE –190 °C) e, por ultimo, o oxigênio (PE –185 °C). É obtido também pela eletrólise da água: 2H2O 2H2+O2 Na Medicina, é aplicado em inalações e em aparelhos de respi- ração artificial contra envenenamentos provocados por certos gases como o monóxido de carbono (CO). É usado na fabricação do aço e em equipamentos de mergulho. - nitrogênio (n2) A vitrificação difere das técnicas de refrigeração e de arma- zenagem tradicionais que permite a solidificação “transparente” instantânea dos ovos e dos embriões sem a formação de cristais de gelo. Durante a vitrificação o embrião é mergulhado no nitrogênio líquido de -196C. É um gás, incolor, inodoro e insípido. É um gás inerte. Ocorre na Terra como o principal constituinte do ar atmosférico (~ 78% em volume) onde se encontra livre (N2). É difícil encontrar compostos inorgânicos do nitrogênio como minerais, pois a maioria é solúvel em água. O nitrogênio é encontrado em compostos orgânicos em todos os seres vivos, animais e plantas. Certas bactérias no solo e raízes de algumas plantas, especial- mente os legumes, convertem o nitrogênio atmosférico em nitro- gênio orgânico, que é então transformado por outras bactérias em nitrato, a forma de nitrogênio mais usada pelas plantas na síntese de proteínas. O nitrogênio é obtido industrialmente por liquefação e posterior destilação fracionada do ar atmosférico. Em laboratório, é obtido pela decomposição do nitrito de amô- nio (NH4NO2): Por ser inerte, é usado na forma gasosa no empacotamento de alimentos e no interior de lâmpadas incandescentes. Na forma líquida, é usado na conservação de alimentos, na de sêmen para inseminação artificial. É usado também na síntese da amônia e na do ácido nítrico. Amônia ou Gás Amoníaco (nh3) É um gás incolor (ponto de ebulição normal - 33,4 °C), com odor característico, sufocante, e sua inalação, em altas concentra- ções, causa problemas respiratórios. A amônia é extremamente solúvel em água, produzindo o hi- dróxido de amônio, o qual não existe isolado. NH3 + H2O NH4OH NH4OH NH + OH – É obtida industrialmentepela síntese catalítica: I. Processo Haber-Bosch Neste processo, a temperatura fica entre 500 a 600 °C, a pressão é de 200 atmosferas e o catalisador é o ósmio ou o urânio. O resultado é uma solução amoníaca com rendimento de 15%. II. Processo de Claude Neste processo, a temperatura é também de 500 a 600 °C, só que a pressão é de 1000 atmosferas e o catalisador é o ferro. Resulta o gás amoníaco liquefeito, com rendimento de 40%. Em laboratório a) Processo Solvay Ação da cal viva quente sobre o cloreto de amônio. 2NH4CI + CaO CaCI2 + 2NH3 + H2O b) Sal de amônio com base solúvel. A amônia é utilizada em refrigeração, na produção de fertilizan- tes, na preparação de ácido nítrico. Ácido nítrico (hno3) Puro, é um líquido incolor, volátil (PE = 86 °C) e solúvel em água. Em solução aquosa, dá origem a um ácido forte, (aqua fortis), de cheiro irritante, muito venenoso se inalado ou ingerido, e forte agente oxidante. É obtido industrialmente pela oxidação da amônia, pelo pro- cesso Ostwald: enxofre O enxofre é encontrado livre na crosta terrestre, bem como combinado com outros elementos, principalmente na forma de sul- fetos, como a galena (PbS), pirita (FeS2) e vários sulfatos, como o sulfato de cálcio etc. É obtido industrialmente pelo processo Frasch, no qual o vapor d’água superaquecido (a cerca de 170 ºC e sob pressão) e ar compri- mido são injetados por encanamentos até os depósitos subterrâneos. O enxofre se funde e é forçado a subir para a superfície como uma espuma de ar-água-enxofre. O enxofre é um sólido cristalino amarelo, insolúvel em água e solúvel em dissulfeto de carbono (CS2). Didatismo e Conhecimento 20 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Apresenta uma variedade de formas alotrópicas. À temperatura ambiente, ou abaixo de 95,5 °C, o enxofre está- vel é o rômbico ou enxofre cuja molécula é cíclica (S8). Quando é aquecido lentamente, transforma-se na forma cristali- na monoclínica, estável acima de 95,5 °C. Quando o enxofre líquido (ponto de fusão = 119 °C) é resfriado rapidamente, sendo despejado em água, forma-se o enxofre plástico ou amorfo. Ele se parece muito com uma goma de mascar e, aparen- temente, consiste em cadeias muito longas e entrelaçadas. O enxofre é usado na vulcanização da borracha, na fabricação de pólvora e em fogos de artifício. Em medicina, é empregado em pomadas ou sabonetes, no com- bate de certas moléstias da pele. É usado na síntese do ácido sulfúrico. Ácido sulfúrico (h2so4) É um líquido incolor, viscoso, forte agente oxidante, desidra- tante, densidade igual a 1,84 g/cm3. Seu ponto de ebulição é cerca de 330 °C, sendo um ácido fixo (difícil de vaporizar). É um dos reagentes industriais mais importantes. É obtido industrialmente de duas etapas: I. Obtenção do dióxido de enxofre (SO2) a) a partir da combustão do enxofre S+O2 SO2 b) a partir da ustulação da pirita (FeS2) 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3+8SO2 II. Processo de Contato Oxidação catalítica do SO2 a SO3, pelo pentóxido de divanádio (V2O5) ou pela platina (Pt) finamente dividida. 2SO2+O2 2SO3 O SO3 é dissolvido em H2SO4, produzindo o ácido pirossulfú- rico, chamado antigamente de oleum ou ácido sulfúrico fumegante (H2S2O7). SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l) A adição de água ao ácido pirossulfúrico produz um ácido sul- fúrico de alta concentração. H2S2O7(l) + H2O(I) 2H2SO4(I) Este processo de contato é o mais moderno utilizado para a obtenção de ácido sulfúrico. Antigamente, usava-se o processo das “camadas de chumbo”. A dissolução do ácido sulfúrico em água deve ser feita com extremo cuidado, pois libera grande quantidade de calor. Devemos sempre adicionar o ácido à água lentamente e sob agitação. Nunca adicionar água no ácido, porque o calor liberado vapori- za rapidamente a água à medida que ela vai sendo adicionada, o que pode provocar queimaduras graves. O ácido sulfúrico é muito corrosivo e carboniza a matéria or- gânica. É utilizado como eletrólito de bateria de autos, na fabricação de outros ácidos, na produção de fertilizantes e na fabricação de ex- plosivos. Alumínio (Al) É o metal mais abundante da litosfera, ocorre nos aluminossili- catos, argilas, micas e feldspatos. É obtido industrialmente pelo processo Hall, que consiste na eletrólise ígnea da alumina (Al2O3) proveniente da bauxita. O mineral de alumínio é bauxita, que é óxido de alumínio e hidrato impuro Al2O3· nH2O. Inicialmente a bauxita é purificada, pelo processo de Bayer, for- mando a alumina (Al2O3). A alumina é dissolvida em criolita (Na3AlF6) fundida e eletroli- sada a cerca de 1.000°C. O alumínio é um metal extremamente versátil. Ele pode ser prensado, curvado, enrolado, moldado, estruturado, dando origem às mais variadas formas. Sua baixa densidade torna-o útil na construção de aeronaves e está sendo cada vez mais utilizado nas indústrias automobilísticas para obter veículos mais leves. É utilizado na fabricação de uten- sílios domésticos, como panelas, bacias, formas etc., e também na produção de fios para eletricidade. QUestÕes ResoLViDAs Questão 01) Descreva um método de preparação do ácido ní- trico economicamente viável e utilizado pelas indústrias químicas modernas para a produção em grande escala. Utilize equações ba- lanceadas para representar as reações químicas que ocorrem com o emprego do método proposto. ResoLUÇÃo: trata-se de um ácido líquido e incolor, tóxico, corrosivo e com ponto de ebulição de 83ºC. indiscutivelmente é preparado a partir do nh3 12nh3 + 15o2 ® 12no + 18 h2o 12no + 6o2 ® 12no2 12no2 + 4h2o ® 8hno3 + 4no Questão 02) Descreva como se pode obter, num laboratório de química, cloridreto (HCl (g)) a partir de cloreto de sódio sólido. De sua descrição devem constar: as outras matérias primas necessárias, o desenho esquemático da aparelhagem a ser utilizada e as equações químicas balanceadas das reações envolvidas. ResoLUÇÃo em laboratório é preparado a partir do naCl(s) em reação com solução aquosa de ácido sulfúrico. Didatismo e Conhecimento 21 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório equipamento de kipp. no recipiente “A” é colocado o naCl em fase sólida; no recipiente “C” é colocado solução de h2so4 que irá go- tejar sobre o naCl; o hCl gasoso será recolhido no recipiente “B”. Questão 03) Descreva como o hidróxido de sódio é obtido em escala industrial. Sua descrição deve incluir as matérias primas utili- zadas, as equações das reações químicas envolvidas no processo, as condições de operação e o aproveitamento de eventuais subprodutos obtidos no processo. ResoLUÇÃo processo: o hidróxido de sódio é obtido industrialmente por eletróli- se de soluções aquosas de naCl: matérias primas: naCl e h2o equações: 2naCl + h2o ® 2naoh + h2(g) + Cl2(g) sub-produtos hidrogênio gasoso: usado em outras reações químicas. Cloro gasoso: aproveitado no para diversas outra reações como de cloração, obtenção de compostos para o tratamento de água etc. Questão 04) Descreva como se pode preparar NH3 gasoso, em pequena escala, a partir de substâncias freqüentemente disponíveis em laboratórios de química. Sua resposta deve conter uma descrição do procedimento experimental, deve vir acompanhada de uma figu- ra da aparelhagem utilizada e das equações balanceadas das reações envolvidas no processo de preparação. ResoLUÇÃo A nível de pequena escala o nh3 pode ser obtido a partir de reações de bases fortes com sais de amônio: 2nh4Cl + Ca(oh)2® CaCl2 + 2h2 o +2nh3(g) i- objetivo: obter gás amoníaco ii- material: Béquer, proveta, balões de fundo redondo, tubo de vidro com ângulo de 45o, tubo de vidro com uma das extremidades bem estreita, tubo de borracha, rolhas furadas, suporte univer- sal, garras, bico de Bünsen, tripé de ferro, tela de amianto, água, soluções de cloreto de amônio e de hidróxido de cálcio. iii-procedimento: - Colar em um balão de fundo redondo 10mL de solução de hidróxido de Cálcio e 20mL de solução de Cloreto de Amônio. tampar o balão e montar a aparelhagemconforme o esquema descrito acima. - ATENÇÃO: a ponta do tubo de vidro que fica dentro do balão onde será recolhido o gás deve ser bem estreita. - aquecer o sistema por alguns minutos, em chama branda. - desligar o bico de Bünsen. Retirar imediatamente o tubo de borracha que faz a conexão dos dois balões . Questão 05) Explique o que se entende por chuva ácida. Quais são as causas deste problema? Quais são as formas de controlá-lo? ResoLUÇÃo - entende-se por chuva ácida a qualquer chuva que apre- senta ph < 5,6 - CAUsAs: nos lagos: - o aumento da acidez das águas provoca a destruição da vegetação aquática e provoca a morte de peixes como por exem- plo a truta e o salmão que morrem em ph=5,5. Nas florestas: Produz morte nas floresta de grande porte devido à des- truição das células respiratórias (estômatos) das árvores. no solo: Altera o ph , sendo necessário o uso de agentes corretivos como por exemplo o calcário ( CaCo3) nos monumentos: os monumentos à base de calcário e mármore sofrem cor- rosão na presença de ácido sulfúrico, sendo parcial ou total- mente destruídos. na saúde humana: produz diversos danos ao aparelho respiratório - Distúrbios biológicos como tosse, asma, bronquite, efize- ma pulmonar e etc. foRmAs ContRoLADoRAs: Do ponto de vista técnico, podemos empregar algumas me- didas, tais como: - Usar carvão mineral mais purificado; - Utilização de sistemas de absorção adequados de so2 em caldeiras; - eliminação do enxofre existente no petróleo; - Diminuição do uso de transporte particular e aumento do uso de transporte coletivo. Questão 06) Um processo de gravação em vidro envolve a ação corrosiva do ácido fluorídrico. O ácido fluorídrico, em solução aquosa, reage com o dióxido de silício da superfície do vidro, origi- nando tetrafluoreto de silício gasoso e água. Escreva a equação química balanceada da reação que ocorre no processo de gravação em vidro, indicando os estados físicos de reagentes e produtos. Gab: 4 hf(aq) + sio2(s) ® sif4(g) + 2 h2o(l) Questão 07) Dentro do espaço disponível, discuta o que você sabe sobre o ciclo do nitrogênio na natureza. Sua discussão deve incluir tópicos tais como: Didatismo e Conhecimento 22 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório a) Principais reservatórios acessíveis deste elemento no nos- so planeta. b) O que se entende por “fixação” natural e quais os organis- mos responsáveis pela mesma. c) O que se entende por “fixação” artificial do nitrogênio e quais são os principais processos industriais utilizados para atingir este fim. d) Quais são os principais produtos naturais e quais são os principais compostos sintéticos utilizáveis como fertilizantes nitro- genados. e) Caso você sabia algo sobre a relação entre maré vermelha e ciclo do nitrogênio, diga-o. ResoLUÇÃo a) ReseRVAtÓRios oU fontes o nitrogênio atmosférico (78% aproximadamente em volume) - jazidas de nitratos de sódio e potássio - compostos orgânicos de todos os seres vivos ou em cadáveres aonde são transformados por bactérias um nitritos e nitratos; - descargas elétricas e etc. b) “fiXAÇÃo nAtURAL” Bactérias : Azobacter clostridium ou nitrobactérias das legumi- nosas. Algas: cianofíceas – estas utilizam o nitrogênio atmosférico ou até mesmo o íon fazendo a sua fixação c- trata-se na utilização do nitrogênio elementar obtido em labo- ratórios ou por destilação fracionada do ar líquido: Laboratório: 2 NaN3(s) ® Na(s) + 3 N2(g) NH4NO2(s) ® N2(g) + 2 H2O(g) Sendo que esse nitrogênio é utilizado em diversos segmentos: preparo industrial da NH3 preparo industrial do HNO3 preparo industrial de fertilizantes exemplos de fertilizantes: nAtURAis: O = C(NH2) ----- Uréia ---------------- via excreção NaNO3------------ Nitrato de Sódio-----Salitre do chile Guano-------------Excreção de aves marinhas NO-2 e NO-3----Obtidos na decomposição bacteriana de materiais orgânicos sintÉtiCos: O = C(NH2)--------Síntese industrial (NH4)2SO4----------Sulfato de amônio Ca(NO3)2-----------Nitrato de cálcio NH4NO3------------Nitrato de amônio Alguns fosfatos inorgânicos Organismos marinho (plâncton)como dinoflagelados, algas azuis (cianofíceas) e piridíneos, principalmente são capazes de provocar uma coloração típica que o vermelho, porém pode ser o amarelo, castanho avermelhado o leitoso etc, na água do mar. Tal fe- nômeno (florescência) pode ser desencadeado por diversos fatores, tais como temperatura , salinidade, luz , nutrientes, estabilidade da coluna de água: alguns processos oceanográficos como marés, ven- tos , divergência , convergência, diversidade, presença de quelantes na água, vitaminas, substâncias húmicas também são capazes de desencadear estes processos. As marés vermelhas consistem na liberação de toxinas por cia- nofíceas e dinoflagelados e podem causar a morte de peixes, outros animais, acumular em bivalentes e até mesmo provocar no homem a “parlyticshllfish poisoning”, além de tudo, podem sair do mar na forma de aerosois e atingir animais domésticos e o próprio homem. ReLAÇÃo Com o nitoRGÊnio À medida que ocorre aumento na mortandade de peixes e ou- tros animais marinhos, ocorre uma aumento da quantidade de ma- téria orgânica sem decomposição e também em aumento direto na formação de nitritos e nitratos que são fontes de nitrogênio para o fitoplâncton. CONCEITO DE SOLUÇÃO, SOLVENTE E SOLUTO, MOLARIDADE; DispeRsÕes e soLUÇÕes Dispersões Imagine a seguinte situação: necessitamos dissolver uma deter- minada quantidade de açúcar (C6H12O6) em água (H2O). Neste exemplo podemos definir alguns conceitos tais como: O açúcar (C6H12O6) que será dissolvido chama-se disperso, a água (H2O) que dissolverá o açúcar chama-se dispersante ou dis- pergente e a mistura água com açúcar é denominada de dispersão. Classificação das dispersões Se você adicionar um pouco de sal a um copo de água e agitar, notará que o sal irá se dissolver e, a partir dessa mistura, formar uma solução aquosa. No entanto, se a mesma experiência for feita com um pouco de areia fina, o resultado será muito diferente. Como a areia não se dissolve em água, irá depositar-se no fundo do reci- piente, logo após o término da agitação. A mistura de água e areia, no momento da agitação, constitui um bom exemplo de suspensão. Mesmo através da filtração, seria possível observar uma diferença importante entre esses dois tipos de mistura: as suspensões podem ser filtradas; as soluções, não. É evidente que essa diferença de comportamento entre as so- luções e as suspensões se deve ao tamanho da partícula dispersa. Enquanto que os enormes grãos de areia, a maioria visíveis a olho nu, ficam presos no papel de filtro, os invisíveis íons Na+ e Cl- pos- suem dimensões tão reduzidas que atravessam facilmente os poros do filtro. Há uma ampla variedade de valores entre o diâmetro mé- dio dos íons e das moléculas comuns e o diâmetro médio de corpos maiores como os da areia, constituídos de sílica (SiO2). Em outras palavras, as partículas dispersas num meio sólido, líquido ou gasoso possuem tamanhos muito diferentes. Para muitos pesquisadores, os dispersos com diâmetros médios entre 1,0 nm e 1000 nm consti- tuem fronteiras gerais para uma classificação das misturas. Assim, partículas com diâmetro inferior a 1,0 nm encontram-se em solução. Por outro lado, partículas com diâmetro superior a 1000 nm esta- riam dispersas em misturas denominadas suspensões. Os cientistas observaram que partículas com diâmetro entre 1,0 nm e 1000 nm participam de um campo muito importante, chamado de misturas coloidais ou simplesmente colóides. Didatismo e Conhecimento 23 ConheCimentos espeCífiCos / técnico de Laboratório Analisando o quadro a seguir, podemos comparar características gerais das soluções, das misturas coloidais e das suspensões. Note que, nas misturas em geral, a substância em menor quantidade pode ser chamada de disperso, ou seja, é uma substância que se
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