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Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) REVISÃO DE QUÍMICA (versão 1.0) I - Transformações Químicas: a) Evidências de transformações químicas. As evidências mais comuns associadas a fenômenos químicos são: - mudança de coloração; - mudança de odor; - desprendimento de gás e luz; - formação de precipitados; Reação entre o carbonato de cálcio presente em um pedaço de giz com ácido clorídrico com produção de bolhas de gás carbônico: Reação entre nitrato de chumbo II e iodeto de sódio com formação do precipitado amarelo iodeto de chumbo II: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) b) Sistemas Gasosos: Lei dos gases. Equação geral dos gases ideais. Equação do Gás Ideal: Equação da transformação gasosa de uma situação inicial 1 (descrita pela pressão P1, volume V1, temperatura T1 e número de mols n1) para uma situação final 2. c) Teoria cinética dos gases. A curva de distribuição de velocidades de Maxwell indica quantas moléculas de um gás se movem em distintas velocidades em uma dada temperatura. Quando a temperatura se eleva, maior número de moléculas se movem em grande velocidade. d) Modelo Atômico de Dalton. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) A química moderna iniciou com a teoria atômica de Dalton, que estabelece que toda a matéria é composta por partículas pequenas e indivisíveis chamadas átomos; que todos os átomos do mesmo elemento são idênticos; que os compostos possuem átomos de diferentes elementos combinados em relação de números inteiros, e que os átomos não se criam nem se destroem durante as reações químicas. e) Modelo Atômico de Thomson A partir de experimentos com desvios de raios catódicos no tubo de Crookes o cientista Thomson conseguiu identificar a existência do elétron. f) Modelo Atômico de Rutherford, Com o experimento da irradiação de partículas alfa sobre uma placa de ouro o cientista Rutherford identificou a existência de duas regiões atômicas: Núcleo Atômico e Eletrosfera. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) g) Modelo Atômico de Bohr. O espectro de linhas do hidrogênio, que era um mistério para os físicos do século XIX, também era explicado com a teoria quântica. O modelo que Bohr desenvolveu para o átomo de hidrogênio fazia a suposição que a energia de seu único elétron era quantizada, assim, era limitada a certos valores definidos de energia por um inteiro, o numero quântico principal. O estado de energia mais estável de um elétron é o estado fundamental. Se diz que um elétron que se encontra em um nível de energia superior ao de seu estado mais estável está em um estado excitado. No modelo de Bohr, um elétron emite um fóton quando passa de um estado de maior energia (um estado excitado) a outro de menor energia (o estado fundamental ou outro estado menos excitado). A liberação de quantidades específicas de energia na forma de fótons explica as linhas do espectro de emissão do hidrogênio. De Broglie ampliou a descrição de Einstein do comportamento onda-partícula da luz a toda matéria em movimento. A longitude da onda de uma partícula em movimento, de massa m e velocidade u, se expressa com a equação = h/m.u elaborada por De Broglie. Fenômeno associado: emissão de luz colorida em fogos de artifícios e teste de chama. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Teste de chama com sódio, potássio, lítio e bário. h) Tabela Periódica 1 – Os químicos do século XIX desenvolveram a tabela periódica organizando os elementos em ordem crescente de suas massas atômicas. Foram resolvidas algumas discrepâncias das primeiras versões da tabela periódica organizando os elementos em ordem crescente de seus números atômicos. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 2 – A configuração eletrônica determina as propriedades dos elementos. A tabela periódica moderna classifica os elementos de acordo com seus números atômicos e também segundo sua configuração eletrônica. A configuração dos elétrons de valência afeta de maneira direta as propriedades dos átomos dos elementos representativos. 3 – Existem algumas propriedades físicas cujos valores só aumentam ou só diminuem com o número atômico e que são chamadas de Propriedades Aperiódicas. Dentre elas podemos citar a massa atômica (sempre aumenta com o aumento do número atômico) e o calor específico (sempre diminui com o aumento do número atômico). 4 – As variações periódicas de propriedades físicas dos elementos são um reflexo da diferença na estrutura atômica. O caráter metálico dos elementos diminui ao longo de um período, inicia com os metais, continua com os metalóides e termina com os ametais, além de aumentar acima abaixo dentro de um grupo específico de elementos representativos. 5 – O raio atômico varia periodicamente com a posição dos elementos na tabela periódica. Diminui da esquerda a direita e aumenta de cima para baixo. 6 – A energia de ionização é uma medida da tendência de um átomo neutro evitar a perda de um elétron. Quanto maior a energia de ionização, maior é a força de atração do núcleo sobre o elétron. A afinidade eletrônica é uma medida da tendência de um átomo neutro ganhar um elétron. Quanto mais positivo é o valor da afinidade eletrônica, maior é a tendência do átomo ganhar um elétron. Em geral, os metais possuem baixa energia de ionização e os ametais, alta afinidade eletrônica. 7 – Os gases nobres são muitos estáveis devido aos seus subníveis externos ns e np estarem completamente preenchidos. Os metais dos elementos representativos (1A, 2A e 3A) tendem a perder elétrons até que seus cátions se tornem isoeletrônicos do gás nobre que os precede na tabela periódica. Os não metais dos grupos 5A, 6A e 7A tendem a aceitar elétrons até que seus ânions se tornem isoeletrônicos do gás nobre que os sucede na tabela periódica. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) II - Representação das transformações químicas a) Balanceamento de equações químicas. Método da tentativa: O balanceamento inicia com a escolha do elemento que aparece uma só vez, em cada membro, e com maior índice. Os outros elementos vão sendo balanceados em seguida deixando-se por último o hidrogênio e o oxigênio, respectivamente. Exemplo: C4H10 + O2 CO2 + H2O Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 1o passo – O carbono é o elemento que aparece uma vez de cada lado e é que possui maior índice em relação aos outros compostos. Assim temos 4 carbonos do lado dos reagentes e essa quantidade deverá ser a mesma do lado dos produtos. C4H10 + O2 4 CO2 + H2O 2o passo – O balanceamento do hidrogênio segue o mesmo padrão do 1° passo. Há 10 H do lado dos reagentes e deverá haver, também, 10 H do lado dos produtos (2x5=10). Assim: C4H10 + O2 4 CO2 + 5 H2O 3o passo – O balanceamento do oxigênio é o último a ser feito. Há 13 oxigênios do lado dos produtos portanto, devemos colocar 13/2 ao lado do O2 (13/2x2=13). C4H10 + 13/2 O2 4 CO2 + 5 H2O Observação: Sequência de balanceamento que em geral facilita o processo por tentativa: 1º: Balancear os Metais 2º: Balancear os Ametais 3º: Balancear o Carbono 4º: Balancear o Hidrogênio 5º: Balancear o Oxigênio b) Cálculos estequiométricos. Os átomos dos elementos que constituem um composto em particular sempre se combinam na mesma proporção em massa (lei das proporções definidas). Quando dois elementos se combinam para formar mais de um composto, a massa do elemento que se combina com uma quantidade fixa de massa do outro elemento sempre é uma relação de números inteiros pequenos (lei das proporções múltiplas) Roteiro básico: i) escrever a equação envolvida; ii) acertar os coeficientes da equação (ou equações); iii) relacionar os coeficientes com mols. Teremos assim uma proporção inicial em mols; iv) estabelecer entre o dado e a pergunta do problema uma regrade três. Esta regra de três deve obedecer aos coeficientes da equação química e poderá ser estabelecida, a partir da proporção em mols, em função da massa, em volume, número de moléculas, entre outros, conforme dados do problema. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Como exemplo podemos citar a reação de combustão completa e balanceada do álcool etílico: C2H6O(l) + 3O2(g) => 2CO2(g) + 3H2O(l) Estabelecida a proporção em mols, podemos fazer inúmeros cálculos, envolvendo os reagentes e/ou produtos dessa reação, combinando as relações de várias maneiras: Tipo de Relação Estequiométrica C2H6O(l) + 3O2(g) => 2CO2(g) 3H2O(l) Proporção em mols 1 mol 3 mols 2 mols 3 mols Em massa 46g 3 x 32g 2 x 44g 3 x 18 g Em moléculas 6,0 x 1023 3 x 6,0 x 1023 2 x 6,0 x 1023 3 x 6,0 x 1023 Em volume (CNTP) É líquido 3 x 22,4 L 2 x 22,4 L É Liquido III - Materiais, suas propriedades e usos – a) Estados Físicos. Representação dos estados da matéria: b) Misturas: métodos de separação. Principais métodos de separação: b.1) Decantação Ex. de aplicação: Etapa usada no tratamento de água (precipitação de partículas mais densas que a água) e separação do petróleo da água do mar. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) b.2) Filtração Ex. de aplicação: Etapa usada no tratamento de água e separação de resíduos sólidos do petróleo. b.3) Flotação Ex. de aplicação: Uso de bolhas de ar para separar fragmentos de plástico PET do plástico PVC. b.4) Extração Ex. de aplicação: Separação de componentes presentes no pó de café com uso de água quente. Uso de vapor d´água para extrair componentes de folhas de eucalipto. b.5) Floculação Ex. de aplicação: Etapa usada no tratamento de água com formação de partículas aglutinadas a partir de uso de aditivo específico. b.6) Separação Magnética Ex. de aplicação: separar contaminantes metálicos de efluentes industriais. b.7) Destilação Ex. de aplicação: Separação da mistura água e álcool devido diferença de volatilidade. Separação das diferentes frações de hidrocarbonetos no petróleo. c) Ligações metálicas. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 1 – A ligação metálica pode ser visualizada como a força entre íons positivos imersos em um mar de elétrons. Em termos de teoria das bandas, os orbitais atômicos se fundem para formar bandas de energia. Uma substância é um condutor quando seus elétrons podem ser promovidos com facilidade até a banda de condução, onde possuem liberdade para mover-se através da substância. 2 – Nos isolantes, o espaço energético entre a banda de valência e a banda de condução é tão grande que os elétrons não podem se promover até esta última. Nos semicondutores, os elétrons podem atravessar o espaço energético em maiores temperaturas e, assim, a condutividade aumenta a medida que aumenta a temperatura, já que mais elétrons são capazes de chegar à banda de condução. 3 – Os semicondutores tipo-n contém impurezas doadoras e elétrons extras. Os semicondutores tipo-p contém impurezas receptoras e lacunas positivas. 4 – Os metais alcalinos são os mais reativos de todos os elementos metálicos. Possuem nox +1 em seus compostos. Em condições especiais alguns deles podem formar ânions com carga negativa (através de sais complexos em soluções metal-amônia). 8 – Os metais alcalino-terrosos são um pouco menos reativos que os metais alcalinos. Quase sempre possuem Nox +2 em seus compostos. As propriedades dos elementos 2A se fazem mais metálicas ao descer em seu grupo periódico. 9 – Alumínio não reage com água devido a formação de um óxido protetor; seu hidróxido é anfótero. d) Metais e Ligas metálicas. Principais Ligas Metálicas: Aço: Ferro e Carbono Bronze: Cobre e Estanho Latão: Cobre e Zinco Ouro 18 quilates: Ouro + Cobre/Prata e) Ferro, cobre e alumínio. e.1) Processo metalúrgico de extração de ferro (siderurgia): Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 e.2) Processo metalúrgico de extração de cobre: Cu2S + O2 = 2Cu + SO2 Refino eletrolítico do cobre: Cobre impuro (ânodo) => Cobre puro (cátodo) e.3) Processo metalúrgico de extração de alumínio: 2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2 f) Ligações iônicas. Uma ligação química iônica é o produto das forças eletrostáticas de atração entre íons positivos e negativos. Um composto iônico é formado por uma grande rede de íons onde estão balanceadas as cargas negativas e as positivas. Na estrutura de um composto iônico sólido é máxima a força de atração total dos íons. Sal puro não conduz eletricidade mas em solução aquosa ocorre condução elétrica g) Substâncias iônicas do grupo: cloreto, carbonato, nitrato e sulfato. 1 - Cloreto de Sódio: NaCl – sal de cozinha, sal-gema, halita 2 - Carbonato de Cálcio: CaCO3 – calcário, mármore, calcita 3 - Carbonato de Sódio: Na2CO3 - barrilha 4 - Bicarbonato de Sódio: NaHCO3 Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 5 - Nitrato de Sódio e Nitrato de Potássio: NaNO3 e KNO3 - Salitre 6 - Sulfato de Cálcio: CaSO4 – componente do gesso 7 - Sulfato de Magnésio: MgSO4 – Componente comum em laxante 8 - Sulfato de Bário: BaSO4 – Componente comum em contraste radiológico 9 - Sulfato de Alumínio: Al2(SO4)3 – Agente floculante comum no tratamento de água h) Ligações Covalentes. Em uma ligação covalente, dois átomos compartilham dois elétrons (um par). Nas ligações covalentes múltiplas, dois átomos compartilham dois ou três pares de elétrons. Alguns átomos unidos por ligações covalentes também possuem pares livres, ou seja, pares de elétrons de valência que não participam nas ligações. A distribuição dos elétrons ligantes e os pares livres ao redor dos átomos é representada por meio da estrutura de Lewis. A regra do octeto prediz que os átomos formam ligações covalentes suficientes para rodear-se de oito eletros cada um. Existem exceções para a regra do octeto, em particular para os compostos covalentes de berílio, para os elementos do grupo 3A e para os elementos do terceiro período e subseqüentes da tabela periódica. i) Substâncias moleculares: H2, O2, N2, Cl2, NH3, HCl, CH4. H2: - Obtido pela eletrólise da água: 2H2O = 2H2 + O2 - Obtido pela reforma catalítica do metano com vapor d´água: CH4 + H2O = CO + 3H2 O2: - Obtido pela destilação fracionada do ar liquefeito N2: - Obtido pela destilação fracionada do ar liquefeito Cl2: - Obtido pela eletrólise de soluções aquosas de NaCl: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 NH3: Geometria Piramidal - Obtido industrialmente pela síntese de Haber-Bosch: N2 + 3H2 = 2NH3 HCl: Geometria Linear - Obtido pela reação entre gás hidrogênio e gás cloro obtidos na eletrólise de NaCl(aq) CH4: Geometria Tetraédrica - Obtido diretamente como componente principal do gás natural ou a partir da fração gasosa do petróleo e como produto gasoso da gaseificação de matéria orgânica. j) Hibridação e Geometria Molecular. 1 – O Modelo de RPECV (Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência) que prevê a geometria molecular se baseia na suposição de que os pares de elétrons da camada de valência se repelem e tendem a permanecerem o mais separado possível. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 2 – De acordo com o modelo de RPECV, a geometria molecular pode ser prevista a partir do número de pares de elétrons ligantes e não-ligantes. Os pares livres repelem os outros pares com mais força dos que os pares ligantes, o que provoca uma distorção dos ângulos de ligação do que seria a geometria ideal. 3 – O momento dipolar é uma medida da separação da carga em moléculas que contém átomos de diferentes eletronegatividades. O momento dipolar de uma molécula é a resultante de todos os momentos das ligações presentes nela.A partir das medições do momento dipolar se obtém informação sobre a geometria molecular. 4 – Existem duas explicações da mecânica quântica para a formação da ligação covalente: a teoria da ligação de valência e do orbital molecular. Na teoria da ligação de valência se formam orbitais híbridos mediante a combinação e rearrranjo dos orbitais de um mesmo átomo. Todos os orbitais híbridos possuem a mesma energia e densidade eletrônica, e o número de orbitais híbridos é igual ao número de orbitais atômicos puros que se combinam. 5 – A expansão da camada de valência se pode explicar supondo a hibridação dos orbitais s, p e d. 6 – Na hibridação sp, os dois orbitais híbridos estão sobre uma linha reta; na hibridação sp2, os três orbitais híbridos estão dirigidos para os vértices de um triângulo; na hibridação sp3, os quatro orbitais híbridos estão apontando par os vértices de um tetraedro; na hibridação sp3d, os cinco orbitais híbridos se dirigem aos vértices de uma bipirâmide trigonal; na hibridação sp3d2, os seis orbitais híbridos apontam os vértices de um octaedro. 7 – Em um átomo com hibridação sp2 (por exemplo, o carbono), o orbital p que não participou da hibridação pode formar uma ligação pi com outro orbital p. Uma ligação dupla carbono- carbono é formada por uma ligação sigma e uma ligação pi. Em um átomo de carbono com hibridação sp, os dois orbitais p que não participam da hibridação podem formar duas ligações pi, com dois orbitais p de outro átomo (ou de outros átomos). Uma ligação tripla CC é formada por uma ligação sigma e duas ligações pi. k) Forças intermoleculares. k.1) Principais tipos: 1 – Todas as substâncias existem em um dos três estados: gasoso, líquido ou sólido. A principal diferença entre o estado condensado e o gasoso é a distância que separa as moléculas. 2 – As forças intermoleculares atuam entre as moléculas ou entre moléculas e íons. Estas forças de atração quase sempre são muito mais débeis que as forças de ligação. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 3 – As forças dipolo-dipolo e as forças íon-dipolo atraem moléculas com momentos dipolares até outras moléculas polares ou íons. Interação Íon-dipolo 4 – As forças de dispersão se devem aos momentos dipolares temporários induzidos em moléculas apolares. O grau de polarização de uma molécula é uma medida da facilidade para induzir um momento dipolar. Com o termo “forças de van der Waals” se faz referência ao efeito total das interações dipolo-dipolo, dipolo-dipolo induzido e forças de dispersão. 5 – A ponte de hidrogênio é uma interação dipolo-dipolo relativamente forte entre uma ligação polar que contém um átomo de hidrogênio e um átomo eletronegativo de O, N ou F. As pontes de hidrogênio são muito fortes, em especial entre as moléculas de água. k.2) Aplicações: 1 – Os líquidos tendem a adotar uma geometria que minimize sua área superficial. A tensão superficial é a energia necessária para expandir a área superficial de um líquido; as forças intermoleculares maiores conduzem a uma maior tensão superficial. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Tensão superficial da água “sustentando” o peso de um clipe metálico 2 – A viscosidade é uma medida da resistência de um líquido a fluir; esta propriedade diminui com o aumento de temperatura. 3 – Capilaridade: fenômeno associado a habilidade de um líquido fluir contra ação da gravidade devido interação com a superfície do recipiente que o contém. l) Sólidos Cristalinos ou Amorfos: 1 – Todos os sólidos são cristalinos (com uma estrutura regular de átomos, íons ou moléculas) ou amorfos (sem uma estrutura regular). O vidro é um exemplo de sólido amorfo. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 2 – A unidade estrutural básica de um sólido cristalino é a célula unitária, a qual se repete para formar um retículo cristalino tridimensional. A difração de raios-X fornece informação suficiente para se conhecer as estruturas dos cristais. 3 – Os quatro tipos de cristais e das forças que mantém unidas suas partículas são: cristais iônicos, unidos por ligações iônicas; cristais covalentes unidos por ligações covalentes; cristais moleculares, unidos por forças de van der Waals e/ou pontes de hidrogênio, e cristais metálicos, unidos por ligações metálicas. IV – Água e compostos inorgânicos a) Líquidos 1 – Um líquido contido em um recipiente fechado estabelece um equilíbrio dinâmico entre a evaporação e a condensação. Nestas condições a pressão de vapor sobre o líquido é a pressão de vapor de equilíbrio, conhecida simplesmente como “pressão de vapor”. 2 – No ponto de ebulição, a pressão de vapor de um líquido é igual a pressão externa. O calor molar de vaporização de um líquido, isto é, a energia necessária para evaporar um mol de líquido, pode ser determinado ao se medir a pressão de vapor de um líquido em função da temperatura e com a equação de Clausius-Clapeyron. O calor molar de fusão de um sólido é a energia necessária para fundir um mol de sólido. Gráfico de aquecimento da água Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 3 – Para cada substância há uma temperatura, denominada temperatura crítica, acima da qual não é possível liquefazer sua fase gasosa. 4 – As relações entre as fases de uma só substância se representam por meio de um diagrama de fases, onde cada região representa uma fase pura e os limites das regiões mostram as temperaturas e pressões nas quais duas fases estão em equilíbrio. No ponto triplo, as três fases estão em equilíbrio. ÁGUA b) Estrutura e propriedades. b.2) Estrutura Molecular: Geometria Angular Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) b.2) Propriedades principais: 1 – As moléculas de água no estado sólido formam uma rede tridimensional em que cada átomos de oxigênio está unido por ligações covalentes a dois átomos de hidrogênio, assim como a outros dois átomos de hidrogênio por ligações ou pontes de hidrogênio. Esta estrutura única explica porque o gelo é menos denso que a água líquida, propriedade que permite a sobrevivência dos seres vivos abaixo do gelo em tanques e lagos sob climas frios. 2 - A água é também uma substância muito importante do ponto de vista ecológico graças a seu alto calor específico, outra propriedade devida às fortes pontes de hidrogênio. Os grandes depósitos de água possuem a capacidade de moderar o clima do planeta ao absorver e gerar quantidades substanciais de claro com apenas pequenas mudanças em sua temperatura. b) Sistemas em Solução Aquosa: Soluções verdadeiras, soluções coloidais e suspensões. b.1) Soluções verdadeiras As soluções são misturas homogêneas de duas ou mais substancias, que podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. A facilidade de dissolução de um soluto em um solvente depende das forças intermoleculares. A energia e desordem que resulta quando se misturam as moléculas do soluto e solvente para formar uma solução são as forças que impulsionam o processo de dissolução. b.2) Soluções coloidais Um colóide é uma dispersão de partículas (aproximadamente de 10³ pm a 106 pm) de uma susbtância em outra. Um colóide se diferencia de uma solução também pelo efeito Tyndall, Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) que é a dispersão da luz visível pelas partículas coloidais. Os colóides em água se classificam como colóides hidrofílicos e colóides hidrofóbicos. b.3) Suspensões Uma suspensão (ou dispersão grosseira) é uma mistura heterogênea onde o soluto não se dissolve no solvente. Exemplo: Leite de Magnésia, Água + Areia, Trigo suspenso em água c) Solubilidade. Concentração das soluções. 1 – A concentração de uma solução pode ser expressa em porcentagem em massa, fração molar, molaridade e molalidade. A escolha da unidade de concentração dependerá das circunstâncias. 2 – Em geral, o aumento de temperatura aumenta a solubilidadede substâncias sólidas e liquidas e diminui a solubilidade dos gases em água. 3 – De acordo com a lei de Henry, a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional a pressão parcial do gás sobre a solução. d) Aspectos qualitativos das propriedades coligativas das soluções. A diminuição da pressão de vapor, a elevação do ponto de ebulição, a diminuição do ponto de congelamento e a pressão osmótica são propriedades coligativas das soluções, ou seja, dependem somente do número de partículas de soluto que estão presentes e não de sua natureza. e) Ácidos, Bases, Sais e Óxidos Nome Químico Nome Comum Fórmula Exemplo de uso Ácido Clorídrico Ácido muriático HCl Ácido forte, Ácido Gástrico Ácido Nítrico HNO3 Ácido forte, Produção de Explosivos e Fertilizantes Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Ácido Sulfúrico H2SO4 Baterias de carro Cianeto de Hidrogênio Ácido Cianídrico HCN Veneno Dióxido de Carbono Gás carbônico CO2 Extintores de incêndio Dióxido de Nitrogênio NO2 Obtenção do ácido nítrico e poluente ácido no ar Hidróxido de Cálcio Cal extinta Ca(OH)2 Argamassa Hidróxido de Magnésio Mg(OH)2 Antiácido estomacal Hidróxido de Potássio Potassa Cáustica KOH Manufatura de sabão Hidróxido de Sódio Soda Cáustica NaOH Manufatura de Sabão, Produto de Limpeza Monóxido de Carbono CO Agente redutor, Gás asfixiante Monóxido de Nitrogênio Óxido Nítrico NO Obtenção do ácido nítrico, Ação Vasodilatadora Óxido de Alumínio Alumina, Bauxita Al2O3 Abrasivo Óxido de Cálcio Cal, cal viva CaO Manufatura de vidro Óxido de Chumbo II Litargírio PbO Manufatura de vidro Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Monóxido de Dinitrogênio Gás hilariante, Óxido Nitroso N2O Anestésico Óxido de Enxofre IV Dióxido de enxofre SO2 Poluente Ácido no ar, Conservante Óxido de Manganês IV Dióxido de manganês MnO2 Pilha seca, Catalisador Dióxido de Silício Sílica SiO2 Manufatura de vidro Óxido de Titânio IV Dióxido de titânio TiO2 Pigmento branco Óxido de Zinco ZnO Pigmento branco, cosméticos, Óxido Anfótero em pomadas pra assaduras Peróxido de Hidrogênio Água oxigenada H2O2 Desinfetante, branqueador f) Conceitos de ácidos e base. Os ácidos de Arrhenius se ionizam em água para formar íons H+; as bases de Arrhenius se ionizam em água para formar íons OH-. Os ácidos de Bronsted doam prótons, as bases de Bronsted aceitam prótons. g) Principais propriedades dos ácidos e bases: indicadores, condutibilidade elétrica, reação com metais, reação de neutralização. 1 – Os indicadores ácido-base são ácidos ou bases orgânicas fracas que mudam de cor na proximidade do ponto de equivalência de uma reação de neutralização entre um ácido e uma base. 2 – Em uma titulação ácido-base, adiciona-se gradualmente uma dissolução de concentração conhecida (por exemplo, uma base) a uma dissolução de concentração desconhecida (por Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) exemplo, um ácido) com o objetivo de determinar a concentração que não se conhece. O ponto em que a neutralização tenha se completado se denomina ponto de equivalência. Titulação de solução de HCl com NaOH (mudança da cor da fenolftaleína de incolor pra rosa) V - Transformações Químicas e Energia a) Transformações químicas e energia calorífica. Energia é a capacidade de realizar um trabalho. Existem muitas formas de energia e se convertem entre si. A lei da conversação de energia estabelece que é constante a quantidade total de energia do universo. Um processo que libera calor no meio é exotérmico; um processo que absorve calor do meio é endotérmico. Exemplo de reação exotérmica b) Calor de reação. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) A mudança de entalpia (∆H, geralmente expresso em kJ) é uma medida do calor de reação (ou de qualquer outro processo) sob pressão constante. Os calorímetros sob volume e pressão constantes são utilizados para medir as variações de energia que ocorrem nos processos físicos e químicos. c) Lei de Hess. A lei de Hess estabelece que a variação total de entalpia em uma reação é igual a soma das mudanças de entalpia das etapas individuais que conduzem à reação total. A entalpia padrão de uma reação se calcula a partir das entalpias padrão de formação dos reagentes e produtos. d) Transformações químicas e energia elétrica. Potenciais padrão de redução. Pilha. Elementos com cargas elétricas comuns (Nox) d.1) Reações de oxirredução São aquelas que ocorrem com transferência de elétrons. Oxidação refere-se à perda de elétrons (aumento no nox) e redução refere-se ao ganho de elétrons (redução no nox). Portanto, as reações de oxirredução ocorrem quando os elétrons são transferidos do átomo oxidado para o átomo reduzido. Quando o zinco metálico é adicionado a um ácido forte, os elétrons são transferidos dos átomos de zinco (o zinco é oxidado) para os íons de hidrogênio (o hidrogênio é reduzido): Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Essa reação ocorre espontaneamente. A transferência de elétrons que ocorre durante as reações de oxirredução pode ser usada para produzir energia na forma de eletricidade. Em uma reação de oxirredução a substância que contém o elemento que sofre redução é denominada agente oxidante e a substancia que contém o elemento que sofre oxidação é denominada agente redutor. Exemplo: na reação Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2 (aq) + H2(g), o Zn é o agente redutor e o HCl é o agente oxidante. d.2) Pilhas 1 – As reações redox implicam a transferência de elétrons. As equações que representam os processos redox são balanceadas com o método do íon-elétron. 2 – Todas as reações eletroquímicas implicam a transferência de elétrons e, por tanto, são reações redox. 3 – Em uma célula eletroquímica se produz eletricidade por uma reação química espontânea. A oxidação e a redução acontecem no ânodo e cátodo, respectivamente, e os elétrons fluem através de um circuito externo. 4 – As duas partes de uma célula eletroquímica são as semi-células. Uma ponte salina permite o fluxo de íons entre elas. 5 – A força eletromotriz (fem) de uma célula é a diferença de voltagem entre dois eletrodos. No circuito externo, os elétrons fluem do ânodo até o cátodo em uma célula eletroquímica. Em solução, os ânions se movem até o ânodo e os cátions até o cátodo. 11 – As baterias, que são formadas por uma ou mais células eletroquímicas, se utilizam amplamente como fontes de energia autônomas. As mais conhecidas são a pilha seca, tal como a célula de Leclanché, a bateria de mercúrio e a bateria ou acumulador de chumbo dos automóveis. As células de combustíveis produzem energia elétrica a partir de uma alimentação continua de reagentes. 12 – A corrosão de metais, como a oxidação de ferro, é um fenômeno eletroquímico. e) Eletrólise. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Para induzir uma reação química que não é espontânea em uma célula eletroquímica se emprega corrente elétrica de uma fonte externa. A quantidade de produto formado ou de reagente consumido dependerá da quantidade de eletricidade transferida ao eletrodo. Os processos eletrolíticos são utilizados para obter eletrodeposição metálica (cromagem, revestimento (“banho”) com ouro e prata, etc.) e geração de compostos como NaOH, H2, Cl2, F2, etc. f) Leis de Faraday. O faraday (F) é a quantidade de eletricidade que transporta um mol de elétrons, e é igual a 96500 C. A partir de proporções entre a quantidade de substância eletrolisada e carga elétrica utilizada no processo é possível obter a massa obtida durante a eletrólise. g) Conceitos fundamentais da radioatividade. Transformações nucleares. 1 – Para os núcleos estáveis de baixo número atômico, a relaçãonêutron-próton é aproximadamente igual a um. Para os núcleos estáveis mais pesados, a relação é maior que um. Todos os núcleos com 84 ou mais prótons são instáveis e radiativos. Os núcleos com número atômicos pares tendem a ter mais isótopos estáveis que os que possuem números atômicos impares. 2 – A energia de união nuclear (energia necessária para romper um núcleo em seus prótons e nêutrons) é uma medida quantitativa de estabilidade nuclear. É possível calcular esta energia se for conhecido o defeito de massa do núcleo (diferença de massa entre o átomo e massa total de seus prótons, elétrons e nêutrons após um processo nuclear) e for utilizada a relação de equivalência massa-energia de Einstein. 3 – Os núcleos radioativos emitem partículas α, partículas β, pósitrons ou raios γ. A equação de uma reação nuclear inclui as partículas emitidas, e deve se balancear tantos os números de massa quanto os números atômicos. 4 – O Urânio-238 é o progenitor de uma série de desintegração radioativa natural que se utiliza para determinar a idade de rochas na Terra e de objetos vindos do espaço, dado sua meia vida ser grande. 5 – Os elementos radioativos artificiais se geram ao bombardear outros elementos com partículas α, nêutrons ou prótons acelerados. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) h) Reações de fissão e fusão nuclear. 1 – A fissão nuclear é a divisão de um núcleo grande em dois núcleos pequenos e um ou mais nêutrons. Quando os nêutrons livres se capturam de modo eficiente por outros núcleos, ocorre uma reação em cadeia. 2 – Os reatores nucleares utilizam o calor de uma reação de fissão controlada para produzir energia. 3 – A fusão nuclear, que o tipo de reação que se produz no Sol, é a combinação de núcleos leves para formar um mais pesado; a fusão só ocorre em temperaturas muito altas, motivo pelo qual a fusão nuclear controlada em grande escala não acontece ainda. i) Desintegração radioativa e radioisótopos. 1 – Os isótopos radiativos se detectam com facilidade e por isso são usados, basicamente, de duas maneiras: como marcadores ou como fontes de energia. Isto é, pode-se colocar isótopos radioativos no lugar de outros elementos não-radioativos, sem alterar as propriedades químicas do material de modo que torne-se possível obter informações sobre o material onde o isótopo se localiza, bem como pode-se fazer uso das propriedades de ionização da radiação para matar células, destruir tecidos de crescimento anormal, alterar o código genético dos seres vivos ou para fazer mapeamento do interior de materiais (detecção de falhas). 2 – A radiação de alta energia causa danos aos sistemas biológicos pela ionização e formação de radicais livres. VI - Dinâmica das Transformações Químicas – a) Transformações Químicas e velocidade. Velocidade de reação. 1 – A velocidade de uma reação química se manifesta na variação de concentração dos reagentes ou produtos com relação ao tempo. A velocidade não é constante, e varia continuamente à medida que muda a concentração. 2 – A lei de velocidade é uma expressão que relaciona a velocidade de uma reação com a constante de velocidade e as concentrações dos reagentes, elevadas às potências apropriadas. A constante de velocidade k para uma determinada reação varia somente com a temperatura (ou adição de catalisador). Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) 3 – A ordem de uma reação em relação a um determinado reagente é o expoente a qual está elevada a concentração do dito reagente na lei de velocidade. A ordem global de uma reação é a soma dos expoentes em que estão elevadas as concentrações dos reagentes na lei de velocidade. A lei de velocidade e a ordem de reação não podem ser determinadas a partir da estequiometria da equação global da reação: devem ser determinadas experimentalmente. Para uma reação de ordem zero, a velocidade de reação é igual a constante de velocidade. 4 – A meia vida de uma reação (o tempo que se leva para que a concentração de um reagente diminua à metade) pode ser utilizada para se determinar a constante de velocidade de uma reação de primeira ordem. b) Energia de ativação. De acordo com a teoria das colisões, uma reação ocorre quando as moléculas se chocam com energia mínima suficiente, denominada energia de ativação, e orientação adequada, para assim romper as ligações e iniciar a reação. c) Fatores que alteram a velocidade de reação: concentração, pressão, temperatura e catalisador. Em geral, um catalisador acelera uma reação ao diminuir o valor de Ea. Um catalisador pode ser recuperado sem variação ao final de uma reação. Na catálise heterogênea, que é de grande importância industrial, o catalisador é um sólido e os reagentes são gases ou líquidos. Na catálise homogênea, o catalisador e os reagentes estão na mesma fase. As enzimas são os catalisadores dos sistemas vivos. VII - Transformação Química e Equilíbrio – a) Caracterização do sistema em equilíbrio. O equilíbrio dinâmico entre fases se denomina equilíbrio físico. O equilíbrio químico é um processo reversível em que as velocidades das reações direta e inversa são iguais, e as concentrações dos reagentes e produtos não variam com o tempo. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) b) Constante de equilíbrio. 2 – Para a reação química geral aA + bB cC + dD, as concentrações de reagentes e produtos no equilíbrio se relacionam por meio da expressão da constante de equilíbrio. 3 – A constante de equilíbrio para os gases, Kp, expressa a relação das pressões parciais de equilíbrio (em atm). 4 – Um processo de equilíbrio químico é homogêneo quando todos os reagentes e produtos estão na mesma fase. As concentrações dos sólidos puros, líquidos puros e solventes são constantes e não aparecem na expressão da constante de equilíbrio de uma reação. 5 – Se uma reação pode ser expressa como a soma de duas ou mais reações, a constante de equilíbrio da reação global é dada pelo produto das constantes de equilíbrio das reações individuais. 6 – O valor de K depende da forma em que está balanceada a equação química, e a constante de equilíbrio para a reação inversa de uma reação em particular é o inverso da constante de equilíbrio da reação correspondente. 7 – A constante de equilíbrio é a relação entre as constantes de velocidades das reações direta e inversa. c) Equilíbrio em água de ácido e base 1 – Os seguintes ácidos se classificam como ácidos fortes em solução aquosa: HClO4, HI, HBr, HCl, H2SO4 (primeira etapa de ionização) e HNO3. As bases fortes em solução aquosa incluem os hidróxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos (exceto o berílio). 2 – A constante de ionização ácida Ka aumenta quanto maior for a força do ácido. De forma semelhante, Kb expressa a força das bases. 3 – A porcentagem (grau) de ionização é outra forma de medir a força dos ácidos. Quanto mais diluída é uma solução de um ácido fraco, maior será sua porcentagem de ionização. 4 – O produto da constante de ionização de um ácido e a constante de ionização de sua base conjugada é igual a constante do produto iônico da água. 5 – As forças relativas dos ácidos se explicam qualitativamente em termos de sua estrutura molecular. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) d) Escala pH e pOH. A acidez de um solução aquosa se expressa como seu pH, que de define como o logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio (em mol/L) A 25ºC, uma solução ácida possui pH < 7, uma solução básica possui pH > 7, e uma solução neutra possui pH = 7. e) Solubilidade dos sais 1 – O produto de solubilidade Kps expressa o equilíbrio entre um sólido e seus íons em solução. A solubilidade pode ser calculada a partir do Kps e vice-versa. 2 – A presença de um íon comum diminui a solubilidade de um sal ligeiramente solúvel. 3 – A solubilidade dos sais ligeiramente solúveis que possuem ânionsbásicos aumenta com a elevação da concentração de íons hidrogênio. A solubilidade de sais que possuem ânions derivados de ácidos fortes não se modifica com o pH. 4 – A análise qualitativa é a separação e identificação de cátions e ânions em solução. Baixa solubilidade de AgCl em água (precipitado branco) Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Formação de incrustrações devido a ação de água dura (maior concentração de íons cálcio e magnésio) sob sabão. f) Hidrólise. 1 – A maioria dos sais são eletrólitos fortes que se dissociam por completo em seus íons quando se dissolvem. A reação destes íons com a água, denominada hidrólise do sal, pode produzir soluções ácidas ou básicas. 2 – Os íons metálicos com cargas elevadas, como o Al+3 e o Fe+3, se hidrolisam para formar soluções ácidas. 3 – A maioria dos óxidos pode ser classificada como ácidos, básicos ou anfóteros. Os hidróxidos metálicos podem ser básicos ou anfóteros. 4 – Os ácidos de Lewis aceitam pares de elétrons e as bases de Lewis doam pares de elétrons. A expressão “ácido de lewis” em geral se utiliza para substancias que estão em possibilidade de aceitar pares de elétrons mas não contém átomos de hidrogênio ionizáveis. 5 – O efeito do íon comum tende a suprimir a ionização de um ácido fraco ou de uma base fraca. Este efeito se explica por meio do princípio de Le Chatelier. 6 – O pH no ponto de equivalência de uma titulação ácido-base depende da hidrólise do sal formado na reação de neutralização. Nas titulações ácido forte - base forte, o pH do ponto de equivalência é 7; nas titulações ácido fraco - base forte, o pH do ponto de equivalência é maior que 7; nas titulações ácido forte – base fraca, o pH do ponto de equivalência é menor que 7. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) h) Fatores que alteram o sistema em equilíbrio. 1 – O quociente reacional Q tem a mesma forma que a constante de equilíbrio, mas se aplica a uma reação que pode não estar em equilíbrio. Se Q > K, a reação ocorrerá da direita para esquerda para que se alcance o equilíbrio. Se Q < K, a reação ocorrerá da esquerda para direita, até que Q = K. 2 – O principio de Le Chatelier estabelece que se se aplica uma tensão externa a um sistema em equilíbrio químico, o sistema se ajustará para compensar e eliminar tal tensão. 3 – Só a mudança de temperatura modifica o valor da constante de equilíbrio de uma reação em particular. As mudanças de concentrações, pressão ou volume podem alterar as concentrações de equilíbrio de reagentes e produtos. A adição de um catalisador acelera o momento em que se alcança o equilíbrio mas não modifica as concentrações de reagentes e produtos em equilíbrio. i) Aplicação da velocidade e do equilíbrio químico no cotidiano. 1 – Uma solução tampão é uma combinação de um ácido fraco e sua base conjugada fraca (adicionada na forma de sal) ou uma base fraca e seu ácido conjugado fraco (adicionado na forma de sal). A solução reage com pequenas quantidades de ácido ou de base adicionados, de tal forma que o pH da solução permaneça quase constante. Os sistemas tamponados possuem função importante na manutenção do pH dos fluidos corporais. VIII - Compostos de Carbono – a) Características gerais dos compostos orgânicos. - Baixos pontos de fusão e ebulição (em geral); - Ligações predominantemente covalentes; - Baixa condutividade elétrica em solução aquosa ou quando fundidos. - Facilmente entram em combustão (em geral) b) Principais funções orgânicas. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) FUNÇÃO ORGÂNICA GRUPO FUNCIONAL EXEMPLOS HIDROCARBONETOS Formado apenas por C e H CH4, C3H6, C2H2,... F U N Ç Õ E S O X IG E N A D A S ÁLCOOL R OH** CH3-CH2-CH2-OH PROPAN-1-OL FENOL Ar OH OH HIDRÓXI-BENZENO CETONA R R1 ou RCOR1 O C O CCH3 CH3 PROPANONA ALDEÍDO *ou R CHOR C O H * C O H H METANAL ÁCIDO CARBOXILICO ou R COOHR C O OH * * C O OH CH2=CH-CH CH3 ÁCIDO 2-METILBUT-3-ENÓICO ÉSTER *R C O O R *ou R COOR H C O O CH-CH3 CH3 METANOATO de ISOPROPILA SAL DE ÁCIDO CARBOXÍLICO *R C O O Me+ *ou R COO-Me+ PROPANOATO de SÓDIO CH3-CH2 C O O-Na+ ÉTER R R1O (R < R1) CH3-CH2-CH2-O-CH3 METÓXIPROPANO F U N Ç Õ E S N IT R O G E N A D A S AMINA R N R* R* CH3 NH CH2-CH3 ETILMETILAMINA AMIDA N R* R* C O R* NH2C O CH3 ETANAMIDA Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) NITRILA C N ou R CN R CH3-CH-CN CH3 2-METILPROPANONITRILO NITROCOMPOSTOS NO2 R CH2=CH-CH-CH3 NO2 2-NITROBUT-3-ENO O U T R A S F U N Ç O E S HALETO ORGÂNICO R X X = F, Cl, Br ou I CH2-CH2-CH2 FBr 1-BROMO-3-FLUORPROPANO ÁCIDO SULFÔNICO SO3HR SO3H ÁCIDO BENZENOSULFÔNICO Obs: R é um radical não aromático ou aromático R* pode ser um HIDROGÊNIO (H) ou um radical não aromático ou aromático R** é um radical não aromático Ar é um radical aromático c) Hidrocarbonetos. Exemplos: Composto Fórmula Metano (Gás Natural) Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Eteno (Etileno) Etino (Acetileno) Benzeno Iso-octano (componente da gasolina) Naftaleno (Naftalina) d) Compostos orgânicos oxigenados. Exemplos: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Etanol (Álcool Etílico) Metanol Glicerol (Glicerina) Fenol Cresol (Desinfetante Creol) Éter Dietílico (Éter hospitalar) Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Metanal (Formaldeído) Propanona (Acetona) Ácido Etanoico (Ácido Acético) Ácido Metanóico (Ácido Fórmico) Butanoato de Etila (aroma artificial de abacaxi) e) Fermentação. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Usos da fermentação: - Obtenção de etanol - Geração de CO2 na utilização de fermento biológico f) Compostos orgânicos nitrogenados. Exemplos: Trimetilamina (Odor de Peixe) Anilina (síntese de corantes) Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Nitroglicerina g) Macromoléculas naturais e sintéticas. Noções básicas sobre polímeros. De acordo com a origem, podemos distinguir dois tipos de polímeros: - Naturais – exemplos: borracha, algodão, polissacarídeos (celulose, amido, glicogênio), proteínas, ácidos nucleicos, ... - Sintéticos – exemplos: PVC, polietileno, polipropileno, poliestireno, teflon, PVA, borracha sintética, etc. De acordo com a aplicação, os polímeros podem ser classificados em: - Elastômeros – possuem a elasticidade característica das borrachas naturais ou sintéticas. - Fibras – usados na fabricação de fios e em geral apresentam resistência à tração mecânica. Exemplos: poliamidas (nylon), algodão, poliéster, etc. - Plásticos – podem ser usados em moldagens, tintas, vernizes. Exemplos: polietileno, polipropileno, poliestireno, PVA. h) Exemplos de polímeros Amido Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Celulose Teflon Poliestireno (PS e Isopor) k) Óleos e gorduras, sabões e detergentes sintéticos. 1 – Lipídios: Exemplos: C15H31COOH (ácido palmítico); C17H35COOH (ácido esteárico); 2 – Sabão: Exemplo: 3 – Detergente Exemplo: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) l) Proteínas e enzimas. As proteínas são macromoléculas, de elevado peso molecular e estrutura complexa, formadas por unidades denominadas aminoácidos. Aminoácidos na espécie humana Naturais Essenciais Alanina Isoleucina Arginina Leucina Asparagina Lisina Ácido Aspártico Metionina Cisteína Fenilalanina Ácido Glutâmico Triptofano Glutamina Treonina Glicina Valina Histidina Prolina Serina Tirosina Enzimas são catalisadores biológicos de natureza protéica e ação específica que podem perder a ação catalíticaquando submetidas a calor excessivo ou variação excessiva de pH (causas da desnaturação protéica). IX - Relações da Química com as Tecnologias, a Sociedade e o Meio Ambiente - a) Química no cotidiano. - Estudo dos princípios ativos e compostos químicos presentes em produtos de limpeza, cosméticos, vestuário, estruturas de móveis, etc. b) Química na agricultura e na saúde. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) - Estudo dos princípios ativos e compostos químicos presentes em agroquímicos, defensivos agrícolas, fertilizantes sintéticos, etc. c) Química nos alimentos. - Estudo dos princípios ativos e compostos químicos presentes em alimentos processados, conservantes, umectantes, antiumectantes, corantes naturais e sintéticos, estabilizantes, etc. d) Química e ambiente. 1 – A atmosfera da Terra está formada principalmente de nitrogênio e oxigênio, mais uma quantidade mínima de outros gases. Nos processos químicos que ocorrem na atmosfera, também influem a radiação solar, as erupções vulcânicas e a atividade humana. 2 – O bombardeio de moléculas e átomos pelas partículas solares produz as auroras nas regiões externas da atmosfera. O resplendor (emissão intensa de luz) de satélites artificiais é causado pela excitação de moléculas adsorvidas (NO2 gasoso) na superfície do satélite. 3 – O ozônio da estratosfera absorve a radiação nociva UV (200 a 300 nm) e desta forma protege a vida na Terra. Durante muitos anos, os compostos de CFC tem destruído a camada de ozônio. 4 – As erupções vulcânicas podem contaminar o ar, diminuir o ozônio da estratosfera e alterar o clima. 5 – O dióxido de carbono tem a capacidade de absorver a radiação infravermelha, o que permite aprisionar parte do calor que emana da Terra e aquece sua superfície. Outros gases como o CFC e metano também contribuem com o aquecimento do planeta (efeito estufa). 6 – O dióxido de enxofre e, em menor grau, os óxidos de nitrogênio qu esse geram pela queima de combustíveis fosseis e os processos de queimas de sulfetos metálicos, ocasionam a chuva ácida. 7 – Smog fotoquímico é produzido pela reação fotoquímica dos gases que emanam de veículos na presença da luz do Sol. Esta é uma reação complexa em que participam os óxidos de nitrogênio, ozônio e os hidrocarbonetos. Cria uma nuvem poluente sobre os centros urbanos. 8 – A contaminação do ar dos interiores domésticos (ou contaminação doméstica) é causada pelo radônio, um gás radioativo que se forma pela desintegração de urânio; o monóxido e o dióxido de carbono, que são produtos de combustão; e o formaldeído, uma substância orgânica volátil que se libera das resinas utilizadas nos materiais de construção. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) e) Aspectos científico-tecnológicos, socioeconômicos e ambientais associados à obtenção ou produção de substâncias químicas. Química Verde: busca de obtenção de compostos e processos químicos que reduzem ou eliminam o uso e geração de substâncias nocivas. Alguns princípios da Química Verde: - Economia de átomos; - Eficiência energética; - Reaproveitamento de insumos nos processos; - Uso de catalisadores com maior eficiência; - Redução no número de etapas no processo industrial; - Substituição de matéria-prima poluente por não-poluente; - Tratamento de resíduos gerados; f) Indústria Química: obtenção e utilização do cloro, hidróxido de sódio, ácido sulfúrico, amônia e ácido nítrico. 1 – Obtenção de Cl2 e NaOH: eletrólise de solução aquosa de NaCl 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2 + Cl2 2 – Obtenção de ácido sulfúrico: S + O2 SO2 (queima de S) 4 FeS2 + 11O2 2 Fe2O3 + 8SO2 (ustulação de Pirita) 2 SO2 + O2 Ptou OV 52 2 SO3 H2SO4 + SO3 H2S2O7 H2S2O7 + H2O 2 H2SO4 3 – Obtenção de amônia: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) Processo Haber-Bosch: N2 + 3H2 pressão cat. 2NH3 4 – Obtenção de ácido nítrico: 4 NH3 + 5O2 C800o Pt 4 NO + 6H2O 2 NO + O2 2 NO2 3 NO2 + H2O 2 HNO3 + NO g) Mineração e Metalurgia. 1 – Dependendo de suas reatividades, os metais existem na natureza em estado livre ou em forma combinada. 2 – A obtenção de um metal a partir da sua mina é um processo em três etapas. Primeiro deve se preparar a mina. Depois se separa o metal, quase sempre por meio de um processo de redução, e por último, se purifica. 3 – Os métodos comuns utilizados na purificação dos metais são destilação, eletrólise e refinação. h) Poluição e tratamento de água. Fontes de poluição na água: esgoto doméstico, efluentes industriais, restos de combustíveis, partículas suspensas orgânicas ou inorgânicas (virus, bactérias, algas, protozoários, etc.), resíduos de adubos, lama residual (minérios, partículas finas do solo). Efeitos das impurezas na água: a) fluoretos: manchas nos dentes, irritação gástrica. b) sulfatos: sulfatos de Na, K e Mg causam diarréia. c) chumbo: danos a vários orgâos, incluindo cérebro. d) Cd e Hg: dano letal aos rins. Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) e) Zn: tonturas e diarréia. f) fosfatos de fertilizantes: promovem crescimento de algas e reduzem a concentração de oxigenio dissolvido na água. Este processo é conhecido como eutrofização. Obs: DBO (Demanda bioquímica de oxigênio): quantidade de oxigênio necessária para a oxidação da matéria orgânica biodegradável sob condições aeróbicas. É a quantidade de oxigênio utilizada na oxidação bioquímica da matéria orgânica, num determinado período de tempo. i) Poluição atmosférica. - Gases Estufa; Concentração de CO2 e Temperatura Média Global ao longo dos anos - Material Particulado (fuligem, amianto em pó, ...); - Chuva ácida; Floresta danificada por chuva ácida Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) - “Buraco” na camada de ozônio (poluição estratosférica); Menor concentração de O3 sobre a Antártida - Smog comum (Nuvem de fuligem e névoa de SO2/SO3) e Smog Fotoquímico (ozônio, formaldeído, nitratos de peroxiacilas (PAN), NO2,...) j) Proteção do ambiente. Exemplos de medidas: - Uso de catalisador automotivo como antipoluente no escapamento dos automóveis transforma gases venenosos, tais como CO, NO e NO2, em gases não-venenosos, tais como CO2, N2 e N2O ; - Redução, Reutilização e Reciclagem de lixo; - Busca de fontes renováveis de energia; X - Energias Químicas no Cotidiano – Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) a) Petróleo, gás natural e carvão. 1 - Beneficiamento do petróleo: Decantação: Separar água salgada do petróleo. Filtração: Separar fragmentos de rochas, areia, argila, etc. Destilação Fracionada: Separar as frações de hidrocarbonetos constituintes do petróleo. 2 – Craqueamento ou Cracking: Obtenção de moléculas que podem ser componentes da gasolina, por exemplo, a partir de frações mais pesadas do petróleo. 3 – Aditivo antidetonante Substância que aumenta a resistência da gasolina a detonação por compressão do pistão (medida pela escala de octanagem). Exemplo de aditivo (banido): Chumbo-tetraetila. 4 – Gás Natural Mistura gasosa que pode ser encontrada associada ou não a jazidas de petróleo. É composto basicamente por metano – CH4 (até 92%) e etano – C2H6 (até 9%). Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias) O gás natural pode ser obtido através da decomposição de lixo orgânico em biodigestores (sendo denominado biogás em geral). 5 – Carvão Material Porcentagem de carbono Carvão Vegetal 50% Carvões minerais Turfa 60% Linhito 70% Hulha 80% Antracito 90% b) Hulha. Usos da Hulha: Combustível de termelétricas, obtenção de compostos orgânicos por pirólise (fração gasosa, fração líquida), produção de carvão coque para siderúrgicas (fração sólida). c) Biomassa. Biomassa é o nome dado a todo recurso renovável originado de matéria orgânica(de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Obtenção de gás metano pelo processo de compostagem e biodigestão de biomassa: d) Biocombustíveis. Principal: obtenção de biodiesel (éster de ácido graxo em geral) a partir de triglicerídeos na reação de transesterificação: Eurico Dias (eurico@gmail.com / @eurico_dias)
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