Petrobras apostila conhecimentos especi ficos

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Petrobras apostila conhecimentos especi ficos

  1. 1. APOSTILA CONCURSO CARGO: TÉCNICO DE OPERAÇÃO JÚNIOR Conhecimentos Específicos Direitos Reservados MAXSHOPPING10
  2. 2. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 2 ÍNDICE Conhecimentos básicos de Química Ácidos, bases, sais e óxidos .......................................................................................................03 Reações de oxidação-redução ...................................................................................................15 Termoquímica .............................................................................................................................16 Cálculos estequiométricos ......................................................................................................... 21 Transformações químicas e equilíbrio ....................................................................................... 23 Química Orgânica: hidrocarbonetos e polímeros ........................................................................41 Soluções aquosas ...................................................................................................................... 45 Dispersões...................................................................................................................................49 Natureza corpuscular da matéria ................................................................................................50 Natureza elétrica da matéria .......................................................................................................52 Conhecimentos básicos de Física Estática, Cinemática e Dinâmica ............................................................................................... 53 Leis de Newton .......................................................................................................................... 60 Condições de Equilíbrio ............................................................................................................. 63 Conservações da energia mecânica .......................................................................................... 71 Conservação do momento angular .............................................................................................75 Mecânica dos Fluidos .................................................................................................................77 Hidrostática .................................................................................................................................78 Termodinâmica Básica ...............................................................................................................83 Propriedades e processos térmicos ...........................................................................................87 Máquinas térmicas e processos naturais ...................................................................................97 Eletrostática ..............................................................................................................................101 Cargas em movimento ..............................................................................................................103 Eletromagnetismo .....................................................................................................................106 Radiações eletromagnéticas ....................................................................................................108 Noções de Eletricidade e Eletrônica .........................................................................................114 Instrumentação Noções de Instrumentação .......................................................................................................123 Noções de Metrologia ...............................................................................................................160 Tipos de Instrumentos, terminologia, simbologia .....................................................................170 Transmissão e transmissores pneumáticos e eletrônicos analógicos ......................................183 Noções de Operações Unitárias ...............................................................................................193 Noções de Processos de Refino ..............................................................................................198 Noções de Equipamentos de Processo ....................................................................................203 Bombas Centrífugas .................................................................................................................213 Permutadores Casco/Tubos .....................................................................................................217 Tubulações Industriais ..............................................................................................................222 Noções de Controle de Processo .............................................................................................225 Conhecimentos de Matemática Álgebra e trigonometria básicos ............................................ Ver na apostila de matemática ATENÇÃO: A comercialização desta apostila é exclusiva de MAXSHOPPING10, caso você a tenha comprado através de outro vendedor, favor envie um e-mail para maxshopping10@gmail.com com uma denúncia. Esta medida visa coibir o plágio e dar início às medidas cabíveis contra aqueles que usam de má fé, utilizando nicks falsos para comprar e depois revender no site, passando-se por autor de meu material. OBRIGADO E BOA SORTE!
  3. 3. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 3 ÁCIDOS, BASES, ÓXIDOS E SAIS Ácidos e Bases As funções mais importantes da química: ácidos e bases. São os grandes pilares de toda a vida de nosso planeta, bem como da maioria das propriedades do reino mineral. Íons carbonatos e bicarbonatos (ambos básicos) estão presentes na maior parte das fontes de água e de rochas, junto com outras substâncias básicas como fostatos, boratos, arsenatos e amônia. Em adição, vulcões podem gerar águas extremamente ácidas pela presença de HCl e SO2. A fotossíntese das plantas pode alterar a acidez da água nas vizinhanças por produzir CO2, a substância geradora de ácido mais comum na natureza. A fermentação do suco de frutas pode vir a produzir ácido acético. Quando utilizamos nossos músculos em excesso sentimos dores provocados pela liberação de ácido lático. Com tamanha frequência em nosso ambiente, não é de se espantar que os ácidos e bases tenham sido estudados por tantos séculos. Os próprios termos são medievais: "Ácido" vem da palavra latina "acidus", que significa azedo. Inicialmente, o termo era aplicado ao vinagre, mas outras substâncias com propriedades semelhantes passaram a ter esta denominação. "Álcali", outro termo para bases, vem da palavra arábica "alkali", que significa cinzas. Quando cinzas são dissolvidas em água, esta se torna básica, devido a presença de carbonato de potássio. A palavra "sal" já foi utilizada exclusivamente para referência ao sal marinho ou cloreto de sódio, mas hoje tem um significado muito mais amplo. Nesta aula-virtual, veremos de que forma podemos classificar substâncias como ácidos ou bases, as principais propriedades destes grupos, o conceito de pH e a força relativa destas substâncias. Auto-Ionização da água Os íons hidrônio e hidróxido A água, como já falamos no QMCWEB, é uma substância deveras bizarra. Entre várias propriedades anômalas, há uma de particular interesse no estudo de ácidos e bases: a auto-ionização. De fato, duas moléculas de água podem interagir e produzir dois íons: um cátion, o hidrônio, e um ânion, o hidróxido. É uma reação onde ocorre uma transferência de próton de uma molécula de água para outra. A existência da auto- ionização da água foi provada, ainda no século IXX, por Friedrich Kohlraush. Ele descobriu que a água, mesmo que totalmente purificada e de-ionizada, ainda apresenta uma pequena condutividade elétrica. Kohlraush atribuiu esta propriedade à existência de íons na água, mais precisamente íons hidrônios e hidróxidos. Reação de autoionização da água:
  4. 4. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 4 A compreensão da auto-ionização da água é o ponto de partida para os conceitos de ácidos e bases aquosos. Definição de Arrhenius Um dos primeiros conceitos de ácidos e bases que levavam em conta o caráter estrutural das moléculas foi desenvolvido no final do século 19, por Svante Arrhenius, um químico suéco. Ele propôs que os ácidos eram substâncias cujos produtos de dissociação iônica em água incluiam o íon hidrogênio (H+ ) e bases as que produzem o íon hidróxido (OH- ). Este conceito, embora utilizado até hoje, tem sérias limitações: 1) só pode ser empregado a soluções aquosas; 2) o íon H+ , de fato, sequer existe em solução aquosa; 3) não pode ser aplicado para outros solventes. 4) segundo este conceito, somente são bases substâncias que possuem OH- em sua composição. É verdade para o NaOH, mas outras substâncias, como a amônia, não são bases de acordo com o conceito de Arrhenius. Em 1923, J.N. Bronsted, em Copenhagen (Denmark) e J.M. Lowry, em Cambridge (England) independentemente sugeriram um novo conceito para ácidos e bases. Segundo eles, ácidos são substâncias capazes de doar um próton em uma reação química. E bases, compostos capazes de aceitar um próton numa reação. Este conceito ficou conhecido como "definição de Bronsted", pois este e seus alunos foram mais ágeis na difusão da nova idéia. Esta nova definição é bem mais ampla, pois explica o caráter básico da amônia e o caráter ácido do íon amônio, por exemplo. Definição de Bronsted
  5. 5. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 5 Repare que, na reação com amônia, a água se comporta como um ácido, pois doa um próton; já na reação com o amônio, a água se comporta como uma base, pois aceita um próton deste íon. A água, portanto, é um exemplo de substância anfiprótica, isto é, moléculas que podem se comportar como um ácido ou como uma base de Bronsted. De acordo com Bronsted, a dissociação do HCl promove a formação de outro íon: o íon hidrônio Pares Conjugados Como vimos, a noção de ácidos e bases de Bronsted envolve, sempre, a transferência de um próton - do ácido para a base. Isto é, para um ácido desempenhar seu caráter ácido, ele deve estar em contato com uma base. Por exemplo: o íon bicarbonato pode transferir um próton para a água, gerando o íon carbonato. Como a reação é reversível, o íon carboxilato pode atuar como uma base, aceitando, na reação inversa, um próton do íon hidrônio - que atua como um ácido. Portanto, os íons bicarbonato e carbonato estão relacionados entre si, pela doação ou ganho de um próton, assim como a água e o íon hidrônio. Um par de substâncias que diferem pela presença de um próton é chamado de par ácido base conjugado. Desta forma, o íon carbonato é a base conjugada do ácido bicarbonato, e o íon hidrônio é o ácido conjugado da base H2O O íon HPO4 2- é a base conjugada do íon H2PO4 - .
  6. 6. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 6 Força Relativa Em água, alguns ácidos são melhores doadores de prótons do que outros, enquanto que algumas bases são melhores aceptoras de prótons do que outras. Por exemplo: uma solução aquosa de HCl diluída consite, praticamente, de íons cloreto e hidrônio, uma vez que quase 100% das moléculas do ácido são ionizadas. Por isso, este composto é considerado um ácido de Bronsted forte. Em contraste, uma solução diluída de ácido acético contém apenas uma pequena quantidade de íons acetato e hidrônio - a maior parte das moléculas permanece na forma não ionizada. Este composto é, portanto, considerado um ácido Bronsted fraco. De acordo com o modelo de Bronsted, um ácido doa um próton para produzir uma base conjugada. Entretanto, esta base conjugada pode vir a aceitar o próton de volta, retornando ao ácido conjugado. A espécie capaz de se ligar mais fortemente ao próton é que vai determinar a força do ácido ou da base. Portanto, a) quanto mais forte for o ácido, mais fraca é a base conjugada Neste caso, a ligação H-A é bastante fraca, e o íon A- é estável, ou seja, é uma base fraca. b) quanto mais fraco for o ácido, mais forte é a base conjugada. Isto significa que a ligação H-A é uma ligação forte, pois o íon A- é pouco estável e representa uma base forte, que tende a recapturar o próton. Numa solução aquosa de HCl, duas bases entrarão numa disputa pelo próton: o íon cloreto e a água. Como a água é uma base mais forte, praticamente todo o HCl perde o próton para esta.
  7. 7. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 7 Já numa solução aquosa de ácido acético, a água sai perdendo: a base mais forte é o íon acetato! Por isso, apenas parte das moléculas deste ácido sofrem ionização. Kw, Ka e Kb A constante de ionização da água, Kw Como vimos anteriormente, a água sofre um processo de auto-ionização, produzindo íons hidrônios e hidróxidos. Entretano, como o íon hidróxido é uma base muito mais forte do que a água, da mesma forma que o íon hidrônio é um ácido muito mais forte, o equlíbrio é grandemente deslocado para o lado esquerdo da equação. De fato, a 25o C, apenas 2 de cada um bilhão de moléculas sofrem auto-ionização. Quantitativamente, podemos descrever o processo como: Todavia, em água pura ou em uma solução aquosa diluída, o termo [H2O] é uma constante (55,5 mol/L). Desta forma, podemos simplificar a equação acima como: Keq.[H2O]2 = Kw e
  8. 8. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 8 Kw = constante de ionização da água = [H3O+ ].[OH- ] a 25o C, Kw = 1,008 x 10-14 M2 Esta expressão de Kw é muito importante, e deve ser memorizada, pois é através dela que todos os conceitos de pH e pOH são deduzidos. Ka e Kb O equilíbrio da reação entre o ácido acético e a água pode ser descrito pela constante abaixo: Novamente, no caso de soluções diluídas, o termo [H2O] é constante, e podemos substituir a equação por Keq. [H2O]=Ka, que fica: Esta é a expressão para a constante de ionização ácida, Ka. Da mesma forma, podemos escrever a expressão para Kb, a constante de ionização básica. Vamos utilizar a reação da amônia com água como exemplo: Ácidos e Bases Eles definiram ácido como uma substância capaz de doar um próton (isto é, um íon hidrogênico H+) a uma outra substância. Bases então, é definida como uma substância capaz de aceitar um próton de um ácido. De maneira mais simples, ácido é um doador de próton e base é um receptor de próton. Um exemplo típico de uma reação ácido - base que ocorre quando HCl é adicionado à água. HCl+H2O -à H3O++Cl- A Reação entre ácidos e bases fortes é bastante exotérmica. As tentivas de neutralizar ácidos derramados devem ser cuidadosas. O contato com qualquer um dos ácidos ou
  9. 9. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 9 bases fortes comuns no lar, no trabalho ou no laboratório nunca deve ser tratado através de uma tentativa de neutralização. Sistemas Ácido – Base Históricamente, as definições mais antigas de ácidos e bases, ainda usadas comumente, são atribuídas a Svante Arrhenius (1887). Baseavam - se em uma série de observações de propriedades comuns a certos tipos de compostos. Ainda um outro conjunto de generalizações para o comportamento ácido - base foi proposto em 1923, desta vez por G.N.Lewis. Lewis reconheceu que o fator comum a todas as reações de "neutralizações" era a formação de uma ligação covalente através da doação de um par de elétrons de valência, não compartilhado, a uma espécie eletronicamente deficiente. As bases de Lewis incluiriam qualquer substância com um ou mais pares de elétrons de valência não compartilhados - a mesma exigência dos sistemas de Bronsted - Lowry. Força De Ácidos e Bases Qualquer reação ácido - base envolve uma competição por prótons. Os ácidos fortes são aqueles que, em solução aquosa, doam prótons à água muito rapidamente. As bases fortes têm uma tendência de receber prótons a tal ponto que, em solução aquosa, têm uma afinidade por prótons aproximadamente igual (ou maior que) a do OH-. A força de um ácido ou base pode ser expressa por uma constante de equilíbrio que indica a extensão da competição com o solvente pelos prótons. Uma das generalizações mais recentes é que um ácido é qualquer espécie eletrofílica que reage para aceitar um par de elétrons a uma velocidade determinada pela velocidade de difusão, e que uma base é qualquer espécie nucleofílica que reage para fornecer um par de elétrons a uma velocidade determinada pela velocidade de difusão. Ácidos de Importância Industrial ÁCIDO SULFÚRICO O ácido sulfúrico é o produto químico mais utilizado na indústria: por isso, costuma - se dizer que "o consumo de ácido sulfúrico mede o desenvolvimento industrial de um país". O H2SO4 puro é um líquido incolor, oleoso, denso, corrosivo e extremamente solúvel em água. O H2SO4 ferve a 338º C, que é um valor bem acima da temperatura de ebulição dos ácidos comuns: por isso é considerado um ácido fixo, isto é, pouco volátil. O ácido sulfúrico é produzido industrialmente pelo processo denominado catalítico ou de contato. A oxidação SO2 à SO3 é a etapa mais difícil e demorada: para acelerá - la, usam - se catalizadores. Os catalizadores mais usados são a platina e, principalmente, o pentóxido de vanádio. Antigamente essa oxidação era catalizada pelo gás NO2, no processo das câmaras de chumbo, atualmente em desuso.
  10. 10. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 10 O ácido sulfúrico é muito reativo, e sua ação química pode se dar de quatro formas diferentes: como ácido, como oxidante, como desidratante e como sulfonante. Como ácido (forte e fixo). O H2 SO4 reage: com metais mais reativos que o hidrogênio e com sais. Considerando que o H2SO4 é pouco volátil, o aquecimento irá provocar a "expulsão" dos ácidos mais voláteis, como HCl, HNO, etc. Como oxidante, o H2SO4 só age quando é concentrado e, em geral, quando atua a quente. Nesses casos há sempre liberação de SO2, gás ou anidrido sulfuroso. Como desidratante o H2SO4 concentrado tem grande "avidez" por água, conseguindo "arrancá - la" de outros compostos químicos. Como sulfonante: o H2SO4 concentrado é usado para introduzir o radical - SO3H (chamado sulfônico) em moléculas orgânicas. Reações desse tipo são muito importantes na indústria química orgânica, para a producão de detergentes, corantes, medicamentos, etc. Os principais usos do ácido sulfúrico são: na produção de fertilizantes agrícolas como os "super fosfatos;" na produção de compostos orgânicos, na produção de outros ácidos, na limpeza de metais e ligas metálicas, no refino do petróleo, em baterias de automóveis. ÁCIDO CLORÍDRICO O HCl puro, chamado gás clorídrico ou cloridreto, é um gás incolor, não inflamável, muito tóxico e corrosivo. Esse gás é muito solúvel em água e a solução aquosa é denominada ÁCIDO CLORÍDRICO. O ácido clorídrico é usado na hidrólize de amidos e proteínas: na produção de corantes, tintas, couros, etc. Na limpeza de chãos e paredes de pedra ou de azulejo usa - se o ácido muriático, que é o ácido clorídrico impuro. ÁCIDO NÍTRICO O ácido nítrico é um líquido incolor, que ferve a 83º C, muito tóxico e corrosivo. É muito solúvel em água, e com o tempo e a influência da luz sua solução fica avermelhada devido a decomposição do HNO3 em NO2. O ácido nítrico é muito reativo: reage como ácido forte com bases, óxidos básicos,etc. reage como oxidante enérgico, quando concentrado, libertando NO ou NO2 ; reage como nitrante, introduzindo o radical nitro em moléculas orgânicas. O ácido nítrico é usado na produção de compostos orgânicos e na produção de fertilizantes agrícola e de nitratos, etc. SAIS DEFINIÇÃO
  11. 11. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 11 Sais são compostos iônicos que possuem, pelo menos, um cátion diferente do H+ e um ânion diferente do OH-. Por exemplo: NaCl ou Na+Cl- NaHSO4 ou Na+H+SO42- Já vimos que a reação de neutralização ou de salificação forma um sal, além da água. Então podemos dizer que sais são compostos que podem ser formados na reação de um ácido com uma base de Arrhenius. REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO TOTAL SAIS NORMAIS OU NEUTROS: Dizemos que uma reação é de neutralização total quando reagem todos os H+ do ácido e todos os OH- da base, o sal, assim formado, é chamado de sal normal ou neutro.reação e fórmulas gerais dos sais normais: Representando o ácido, genericamente por HxA e a base por B (OH)y, teremos: x B (OH)y + y HxA à BxAy + xyH2O Onde BxAy é a forma geral de um sal normal ou neutro, formado pelo cátion B da base e pelo ânion A do ácido. NOMENCLATURA DOS SAIS NORMAIS: O nome de um sal normal deriva do ácido e da base que lhe dão origem, apenas a terminação do nome do ácido sofre alteração, de acordo com o seguinte código: ídricoà eto ÁCIDO à oso à ito à SAL ico à ato ÓXIDOS São compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Nomenclatura: · Quando o elemento forma apenas um óxido:
  12. 12. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 12 Óxido de nome do elemento Exemplo: Al2O3 – óxido de alumínio · Quando o elemento forma 2 óxidos: Exemplo: · Quando o elemento forma 2 ou mais óxidos: Exemplo: Fe2O3 – trióxido de diferro Classificação dos óxidos: FeO – prefixo Óxido de prefixo Nome do elemento
  13. 13. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 13 · Óxidos ácidos ou anidridos: reagem com água, formando ácido, ou reagem com base, forman-do água. Exemplo: CO2 + H2O --> H2CO3 CO2 + 2 NaOH --> Na2CO3 + H2O · Óxidos básicos: reagem com água, formando base, ou reagem com ácido, formando água. Exemplo: Na2O + H2O --> 2 NaOH Na2O + 2 HCl --> 2 NaCl + H2O · Óxidos neutros: não reagem com água, ácido ou base. São exemplos de óxidos netros: CO, NO, N2O. · Óxidos anfóteros: ora se comportam como base, ora se comportam como ácido. São exemplos de óxidos anfóteros: ZnO, Al2O3, SnO, SnO2, PbO e PbO2. · Óxidos mistos: se comportam como se fossem formados por dois outro óxidos. Exemplo: Fe3O4 – FeO · Fe2O3 · Peróxidos: reagem com água, produzindo base e peróxido de hidrogênio (H2O2) e reagem com ácido, produzindo sal e peróxido de hidrogênio.
  14. 14. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 14 Exemplo: Na2O2 + 2 H2O --> 2 NaOH + H2O2 Na2O2 + 2 HCl --> 2 NaCl + H2O2 SAIS Quando em solução, conduzem corrente elétrica. Os sais têm sabor salgado. Os sais reagem com ácidos, com hidróxidos, com outros sais e com metais. Ao reagir com um ácido, dão origem a outro sal e outro ácido, se o ácido formada for mais volátil que o empregado na reação. Quando reagem com hidróxido, dão origem a outro sal e outro hidróxido, se o hidróxido formado for menos solúvel que o empregado na reação. Se reagem com outros sais, dão origem a dois novos sais se um deles for menos solúvel que os reagentes. E, por fim, quando reagem com um metal, dão origem a um novo sal e um novo metal, se o metal reagente for mais reativo que o metal deslocado na reação. Principais Sais Cloreto de Sódio (NaCl) --> Este sal é intensamente usado na alimentação e também na conservação de certos alimentos; além disso, é um dos componentes do soro caseiro, usado na combate à desidratação. No sal de cozinha, além do cloreto de sódio existe uma pequena quantidade de iodeto de sódio (Nal) e de potássio (Kl). Isso previne o organismo contra o bócio ou "papo", doença que se caracteriza por um crescimento exagerado da glândula tireóide, quando a alimentação é deficiente em sais de iodo. Fluoreto de Sódio (NsF) --> É um sal usado na fluoretação da água potável e como produto anticárie, na confecção de pasta de dente. Nitrato de Sódio (NaNO3) --> Conhecido como salitre do Chile, esse sal é um dos adubos (fertilizantes) nitrogenados mais comuns. Bicarbonato de Sódio (NaHCO3) --> É usado em medicamentos que atuam como antiácidos estomacais. É também empregado como fermento na fabricação de pães, bolos, etc., uma vez que libera gás carbônico aquecido. o gás carbônico permite o crescimento da massa. É, ainda, usado para fabricar extintores de incêndio de espuma. Carbonato de Cálcio (CaCO3) --> Componente do mármore, é usado na confecção de pisos, pias, etc. O carbonato de cálcio (calcário) é também empregado na fabricação do vidro comum e do cimento.
  15. 15. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 15 Sulfato de Cálcio (CaSO4) --> É um sal usado na fabricação do giz e do gesso de porcelana. REAÇÕES DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO Oxidação e redução são exemplos de tipos de reações que ocorrem em nosso dia-a-dia. A oxidação pode ocorrer em três circunstâncias: quando se adiciona oxigênio a substância, quando uma substância perde hidrogênio ou quando a substância perde elétrons. Quando o magnésio queima no ar, o metal se transforma em cinza à medida que vai ganhando oxigênio e se torna oxidado. Essa cinza é o óxido de magnésio. A redução, por sua vez, é o inverso e ocorre também de três maneiras: quando uma substância perde oxigênio, quando ganha hidrogênio ou quando ganha elétrons. Quando o Óxido de Cobre (negro) é colocado em aparelhagem apropriada (câmara) para redução do Óxido de Cobre, o Gás Hidrogênio entra em contato com o Óxido de Cobre super aquecido e como resultado ele perde oxigênio e vai aos poucos tornando-se rosa, pois, está sendo reduzido a Cobre. Reação Redox Sabe-se que oxidação e redução ocorrem juntas na mesma reação química. Esse fenômeno recebe o nome de reação redox (ou de oxirredução). Algumas dessas reações são muito úteis para a indústria. O ferro, por exemplo, é extraido pela combinação do minério de ferro com o monóxido de carbono, num alto-forno. Nessa reação, o minério perde oxigênio para formar o ferro e o CO recebe oxigênio para formar o CO2. A ferrugem é um dos resultados de uma reação redox, na qual o ferro se oxida e forma o óxido de ferro (ferrugem), e o oxigênio do ar é reduzido. Definições: Reação de oxirredução ou redox - Reação com transferência de elétrons de um reagente para outro, ou reação com variação de nox de pelo menos um elemento. Oxidação - Perda de elétrons ou aumento de nox. Redução - Ganho de elétrons ou diminuição de nox. Agente oxidante ou substância oxidante - Substância que sofre a redução ou substância que ganha elétrons.
  16. 16. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 16 Agente redutor ou substância redutora - Substância que sofre a oxidação ou substância que perde elétrons. Balanceamento de equações de oxirredução -  Fundamenta-se no fato de o número de elétrons cedidos na oxidação ser igual ao número de elétrons recebidos na redução. Reação auto-oxirredução ou de desproporcionamento -  Quando um mesmo elemento em parte se oxida e em parte se reduz. Uma das aplicações mais úteis das reações de oxidação - redução é a produção de energia elétrica a partir de uma célula eletroquímica. A eletroquímica abrange todos processo químicos que envolve transferência de elétrons. Quando um processo químico ocorre, produzindo transferência de elétrons, é chamado de pilha ou bateria, mas quando o processo químico é provocado por uma corrente elétrica (variação da quantidade de elétrons no temo), este processo é denominado de eletrólise. (Resumindo: pilha e bateria são processos químicos que ocorrem espontaneamente e geram corrente elétrica, já eletrólise é um processo químico (reação química) que ocorre de forma não espontânea, ou seja, ocorre na presença de uma corrente elétrica). TERMOQUÍMICA A Termodinâmica química, também chamada de Termoquímica, é o ramo da química que estuda o calor envolvido nas reações químicas baseando-se em princípios da termodinâmica. Energia liberada nas reações químicas está presente em várias atividades da nossa vida diária. Por exemplo, á o calor liberado na queima do gás butano que cozinha os nossos alimentos, é o calor liberado na combustão do álcool ou da gasolina que movimenta nossos veículos e á através das reações químicas dos alimentos no nosso organismo que obtemos a energia necessária para manutenção da vida. A maioria das reações químicas ocorre produzindo variações de energia, que freqüentemente se manifestam na forma de variações de calor. A termoquímica ocupa-se do estudo quantitativo das variações térmicas que acompanham as reações químicas. Essas reações são de dois tipos: Reações exotérmicas: as que liberam calor para o meio ambiente. Exemplos • combustão (queima) do gás butano, C4H10 C4H10(g) + 13/2 O2(g) => 4 CO2(g) + 5H20(g) + calor
  17. 17. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 17 • combustão do etanol, C2H60: C2H60(l) + 3O2(g) => 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor Na equação química, o calor é representado junto aos produtos para significar que foi produzido, isto á, liberado para o ambiente durante a reação. Reações endotérmicas: as que para ocorrerem retiram calor do meio ambiente. Exemplos • decomposição da água em seus elementos: H20(l) + calor => H2(g) + 1/2 O2(g) • fotossíntese: 6 CO2(g) + 6 H20(l) + calor => C6H12O6(aq) + 6 O2(g) Na equação química, a energia absorvida á representada junto aos reagentes, significando que foi fornecida pelo ambiente aos reagentes. MEDIDA DO CALOR DE REAÇÃO O calor liberado ou absorvido por um sistema que sofre uma reação química á determinado em aparelhos chamados calorímetros. Estes variam em detalhes e são adaptados para cada tipo de reação que se quer medir o calor. Basicamente, no entanto, um calorímetro é constituído de um recipiente com paredes adiabáticas, contendo uma massa conhecida de parede água, onde se introduz um sistema em reação. O recipiente é provido de um agitador e de um termômetro que mede a variação de temperatura ocorrida durante a reação. A determinação do calor liberado ou absorvido numa reação química á efetuada através da expressão: onde: • Q é a quantidade de calor liberada ou absorvida pela reação. Esta grandeza pode ser expressa em calorias (cal) ou em Joules (J). O Sistema Internacional de Medidas (SI) recomenda a utilização do Joule, no entanto, a caloria ainda é muito utilizada. Uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor necessária para fazer com que 1,0 g de água tenha sua temperatura aumentada de 1,0ºC. Cada caloria corresponde a 4,18 J; • m é a massa, em gramas, de água presente no calorímetro; • c é o calor especifico do liquido presente no calorímetro. Para a água seu valor é 1 cal/g . ºC; • é a variação de temperatura sofrida pela massa de água devido a ocorrência da reação. É medida em graus Celsius.
  18. 18. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 18 A rigor, deve-se considerar a capacidade térmica do calorímetro que inclui, além da capacidade térmica da água, as capacidades térmicas dos materiais presentes no calorímetro (agitador, câmara de reação, fios, termômetro etc.). O calor de reação pode ser medido a volume constante, num calorímetro hermeticamente fechado, ou à pressão constante, num calorímetro aberto. Experimentalmente, verifica-se que existe uma pequena diferença entre esses dois tipos de medidas calorimétricas. Essa diferença ocorre porque, quando uma reação ocorre à pressão constante, pode haver variação de volume e, portanto, envolvimento de energia na expansão ou contração do sistema. A variação de energia determinada a volume constante é chamada de variação de energia interna, representada por ?E, e a variação de energia determinada à pressão constante é chamada de variação de entalpia, representada por ?H. Como a maioria das reações químicas são realizadas em recipientes abertos, à pressão atmosférica local, estudaremos mais detalhadamente a variação de entalpia das reações. ENTALPIA E VARIAÇÃO DE ENTALPIA Entalpia é a grandeza física que descreve a energia interna total de um sistema. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade da entalpia é o Joule por mol. O calor, como sabemos, é uma forma de energia e, segundo a Lei da Conservação da Energia, ela não pode ser criada e nem destruída, pode apenas ser transformada de uma forma para outra. Em vista disso, somos levados a concluir que a energia: • liberada por uma reação química não foi criada, ela já existia antes, armazenada nos reagentes, sob uma outra forma; • absorvida por uma reação química não se perdeu, ela permanece no sistema, armazenada nos produtos, sob uma outra forma. Cada substância, portanto, armazena um certo conteúdo de calor, que será alterado quando a substância sofrer uma transformação. A liberação de calor pela reação exotérmica significa que o conteúdo total de calor dos produtos á menor que o dos reagentes. Inversamente, a absorção de calor por uma reação endotérmica significa que o conteúdo total de calor armazenado nos produtos é maior que o dos reagentes. A energia armazenada nas substâncias (reagentes ou produtos) dá-se o nome de conteúdo de calor ou entalpia. Esta é usualmente representada pela letra H. Numa reação, a diferença entre as entalpias dos produtos e dos reagentes corresponde à variação de entalpia, . onde: • Hp = entalpia dos produtos; • Hr = entalpia dos reagentes. Numa reação exotérmica temos que Hp < Hr e, portanto, < O (negativo).
  19. 19. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 19 Numa reação endotérmica temos que Hp > Hr e, portanto, > O (positivo). ENTROPIA A entropia é uma grandeza termodinâmica geralmente associada ao grau de desordem. Ela mede a parte da energia que não pode ser transformada em trabalho. É uma função de estado cujo valor cresce durante um processo natural em um sistema fechado. CALOR O calor (abreviado por Q) é a forma de transferir energia térmica entre dois corpos que se vale da diferença de temperaturas existente entre eles. Não é correcto afirmar que um corpo tem mais calor que outro; o calor é uma forma de transferir energia de um sistema para outro, sem transporte de massa, e que não corresponde à execução de um trabalho mecânico. A transmissão de energia sendo função da diferença de temperatura entre os dois sistemas - Convencionalmente, se um corpo recebe energia sob a forma de calor (e não sob a forma de trabalho), a quantidade Q é positiva e se um corpo transfere energia sob a forma de calor, a quantidade transferida Q é negativa. A unidade do Sistema Internacional (SI) para o calor é o joule (J), embora seja usualmente utilizada a caloria (cal; 1 cal = 4,18 J). Todo corpo tem uma certa quantidade de energia interna que está relacionada ao movimento aleatório de seus átomos ou moléculas e às forças interativas entre essas partículas. Os sólidos, líquidos ou gases apresentam constante movimento (vibrações) em suas partículas. A soma dessas vibrações de um corpo constitui a energia térmica do mesmo. Esta energia interna é diretamente proporcional à temperatura do objeto. Quando dois corpos ou fluidos em diferentes temperaturas entram em interação (por contato, ou radiação), eles trocam energia interna até a temperatura ser equalizada. A quantidade de energia transferida enquanto houver diferença de temperatura é a quantidade Q de calor trocado, se o sistema se encontrar isolado de outras formas de transferência de energia. Termodinamicamente falando, calor e trabalho não são funções de estado (ou seja, não dependem apenas da diferença entre o estado inicial e o estado final do processo), mas dependem do caminho, no espaço de estados, que descreve o sistema em uma evolução quase-estática ou reversível (no sentido termodinâmico) de um estado inicial A até um estado final B. Os processos pelos quais ocorre transferência de calor (transferências de energia sob a forma de calor) são: • Condução • Convecção • Irradiação. Condução térmica é um dos meios de transferência de calor que geralmente ocorre em materiais sólidos, e é a propagação do calor por meio do contato de moléculas de duas
  20. 20. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 20 ou mais substâncias com temperaturas diferentes (metais, madeiras, cerâmicas, etc...). Ocorre a propagação de calor sem transporte da substância formadora do sistema, ou seja, através de choques entre suas partículas integrantes ou intercâmbios energéticos dos átomos, moléculas, elétrons. Os metais devida elevada condutividade térmica são excelentes meios de propagação de calor. Os gases e alguns sólidos, que possuem baixa condutividade térmica, são péssimos meios de propagação de calor. Em fluidos (líquidos e gases) também ocorre transferência de calor por condução, porém nestes o aumento da temperatura provoca uma alteração na densidade do fluido na parte mais quente, o que provoca uma movimentação macroscópica. Esse deslocamento que surge entre a parte do líquido mais quente e a mais fria aumenta a velocidade de transporte de energia térmica. A este fenômeno dá-se o nome de convecção. Irradiação térmica ou radiação térmica é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em equilíbrio térmico causada pela temperatura do mesmo. A irradiação térmica é uma forma de transmissão de calor. Ou seja, um segundo corpo pode absorver as ondas caloríficas que se propagam pelo espaço em forma de energia eletromagnética aumentando assim sua temperatura. Pois os dois corpos têm entre si um intercâmbio de energia. Como as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo, a transferência de calor de um corpo a outro ocorre mesmo se não existir meio material entre os dois, ao contrário da condução térmica e da convecção. A maior parte da irradiação ocorre ao redor de um comprimento de onda específico, chamado de comprimento de onda principal de irradiação, que depende da temperatura do corpo. Quanto maior a temperatura, maior é a frequência da radiação e menor é o comprimento de onda. Em outras palavras, objetos com temperaturas altas produzem uma luz mais "azul", enquanto objetos com temperaturas baixas produzem uma luz mais "vermelha". Calor de combustão é a variação de entalpia (quantidade de calor liberada) pela queima de um mol de substância. Todas as substâncias estão no estado padrão. Sempre encontrará um valor negativo, pois toda combustao é exotermica Calor de formação ou entalpia de formação é a energia libertada ou "consumida" pela reação de formação de compostos. A reação de formação de composto consiste na formação do composto em questão a partir dos seus elementos na sua forma mais estável em condições PTN. Por exemplo a entalpia de formação da água consiste no calor libertado na sua reação de formação a partir de hidrogênio gasoso e oxigênio gasoso. Calor de neutralização ou Entalpia de neutralização é a entalpia resultante de uma reação de neutralização ácido-base.
  21. 21. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 21 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Nas reações químicas, é importante se prever a quantidade de produtos que podem ser obtidos a partir de uma certa quantidade de reagentes consumidos. Os cálculos que possibilitam prever essa quantidade são chamados de cálculos estequiométricos (A palavra estequiometria vem do grego stoicheia (partes mais simples) e metreim (medida)). Essas quantidades podem ser expressas de diversas maneiras: massa, volume, quantidade de matéria (mol), número de moléculas. Os cálculos estequiométricos baseiam-se nos coeficientes da equação. É importante saber que, numa equação balanceada, os coeficientes nos dão a proporção em mols dos participantes da reação. O cálculo estequiométrico, apesar de temido por muitos, deixa de ser um problema se os seguintes passos forem seguidos: 1.°passo – Montar e balancear a equação química. 2.°passo – Escrever a proporção em mols (coeficientes da equação balanceada). 3.°passo – Adaptar a proporção em mols às unidades usadas no enunciado do exercício (massa, volume nas CNTP, n.°de moléculas etc). 4.°passo – Efetuar a regra de três com os dados do exercício. Equações químicas As reações que os elementos têm entre si para formar um composto são representadas por equações químicas. Exemplo da reação do hidrogênio com o oxigênio para formar água: As substâncias no lado esquerdo são chamadas reagentes e, no lado direito, produtos. Os números antes dos símbolos (omitido se for 1) indicam a quantidade de moléculas. Os símbolos entre parênteses indicam o estado físico: (s) sólido, (l) líquido, (g) gasoso e
  22. 22. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 22 (aq) solução aquosa (muitas substâncias só reagem em solução aquosa). Lembrar que a equação química indica a possibilidade de uma reação. Isto significa que a reação nem sempre ocorrerá com o simples contato físico das substâncias. Algumas precisam de aquecimento, outras,de meio aquoso, outras,de ignição (é o caso do exemplo),etc. Uma equação química deve ser balanceada, isto é, cada elemento deve ter o mesmo número de átomos em ambos os lados da equação. No exemplo dado, esta condição está satisfeita. O balanceamento significa a necessária igualdade de massas entre os dois lados da equação uma vez que não pode haver perda ou ganho de massa. Massa atômica, massa molecular Em química, no lugar das unidades convencionais, a massa de um átomo é expressa em unidades de massa atômica (u) que equivale exatamente a 1/12 da massa do isótopo 12 C (carbono 12). Na unidade comum, corresponde a 1,6605402 x 10-27 kg . Pelo fato de o carbono 12 possuir 6 prótons e 6 nêutrons, concluímos que a unidade de massa atômica é, aproximadamente, a massa de um próton ou de um nêutron(1 próton=1,0081u; 1 nêutron=1,0090u). O átomo de 12 C foi escolhido como átomo padrão na construção das escalas de massas atômicas. Sua massa atômica foi fixada em 12u. Unidade de massa atômica (u) é a massa de 1/12 do átomo de 12 C. Massa atômica de um átomo – É a massa desse átomo expressa em u. Indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa de 12C. Massa atômica de um elemento – A massa atômica de um elemento é a massa média dos átomos desse elemento expressa em u. É igual à média ponderada das massas atômicas dos isótopos constituintes do elemento. Experimentalmente verifica-se que 44g de gás carbônico (CO2) são formados a partir da combustão (queima) de 12g de carbono (C). Calcular a massa de gás carbônico produzida na queima de 0,6g de carbono. Resolução por regra de três: I) A partir de 12g de C são obtidos 44g de CO2: II) Então 0,6g de C produzirá x g de CO2: III) Relacionar os itens I e II escrevendo g de C embaixo de g de C e g de CO2 embaixo de g de CO2: IV) Logo em seguida fazer uma multiplicação em “cruz”, para efetuar os cálculos.
  23. 23. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 23 Resposta: A queima de 0,6g de C produzirá 2,2g de CO2 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E EQUILÍBRIO O que é transformação? A matéria e a energia não podem ser criadas ou destruídas , podem apenas ser transformadas. Para você notar se houve uma transformação precisará analisar a matéria em dois momentos diferentes, em um estado inicial e em um estado final. Pode-se afirmar que houve uma transformação na matéria considerada, quando for observada alguma diferença, ao se comparar as características da matéria no estado inicial com as características no estado final. Vamos observar algumas transformações:
  24. 24. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 24 Como você pode constatar, nessas transformações somente a forma e a aparência da prata e da madeira sofreram modificações. A esse tipo de transformação é dado o nome de transformação física. Definindo - Transformação Física altera apenas a forma e a aparência da matéria, mas não altera suas propriedades. Observe as transformações: Nota-se que a água sofreu uma transformação sem alteração das propriedades, apenas ocorreu uma mudança no estado físico da água. Conclusão: todas as mudanças de estado sofridas pela matéria nesta experiência são transformações físicas. Transformação química Você pode realizar as experiências:
  25. 25. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 25 TABELA 1 - Observação do Ferro e do Enxofre Antes do aquecimento Cor Atração pelo imã Densidade Ferro Cinza brilhante sim 7,86 g/ml Enxofre Amarelo não 2,07 g/ml Após o aquecimento Sólido formado Preto não 4,74 g/ml Assim, pode-se concluir que o sólido preto (sulfeto ferroso) produzido possui propriedades que o diferenciam do ferro e enxofre, surgiu uma nova espécie de matéria. Tal processo recebe o nome de transformação química. Definindo - Transformação química altera as espécies de matéria envolvidas. Na natureza ocorrem várias transformações químicas: apodrecimento de frutos, deteriorização de alimentos, enferrujamento do ferro, fermentação alcoólica, formação de coalhada, respiração dos seres vivos, fotossíntese, oxidação da prata, produção de tecido a partir do algodão, produção de pão (farinha, fermento, água, sal e açúcar, durante a fermentação ocorre liberação de gás carbônico, por isso o pão "cresce"), produção do vidro a partir da areia, extração de corantes, produção do vinho a partir da fermentação da uva, produção de sabão. Na produção de sabão usa-se óleos ou gorduras (animal ou vegetal), e soda cáustica (NaOH), neste caso teremos os sabões duros; se substituirmos a soda cáustica por hidróxido de potássio (KOH) teremos os sabões moles. Existem transformações químicas que ocorrem rapidamente e outras lentamente. A velocidade de uma transformação depende de vários fatores, como a temperatura, pressão e superfície de contato entre as substâncias . Pode-se perceber que ocorreu uma transformação química, através de: mudança de cor ou variação da temperatura ou formação de um precipitado etc.
  26. 26. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 26 Um fato de grande importância, na observação das transformações químicas e físicas, é que matéria e energia estão intimamente relacionadas. Essas transformações acontecem com liberação ou absorção de energia, por exemplo, a energia luminosa é absorvida na fotossíntese dos vegetais e liberada na queima de uma vela; a energia elétrica é liberada em uma pilha e absorvida na recarga de uma bateria de automóvel. É interessante notar, também, que da mesma forma que uma substância química pode ser transformada em outra, uma forma de energia pode ser transformada em outra, como por exemplo: numa lâmpada a energia elétrica é transformada em energia luminosa e térmica; numa usina termoelétrica, a energia térmica é transformada em energia elétrica; em um aquecedor solar, a energia solar é transformada em energia térmica; em um ferro de passar roupa a energia elétrica é transformada em energia térmica. Para mostrar uma transformação química pode-se realizar as seguinte experiência: Em um recipiente de vidro (copo, vidro de boca larga) coloca-se sulfato de cúprico penta hidratado (sal azul, muito utilizado na agricultura) dissolvido em água em seguida mergulha-se na solução uma lâmina de zinco (metal acinzentado, que pode ser retirado de um pilha descarregada). Após certo tempo (aproximadamente 10 min), retira-se a lâmina de zinco da solução, nota-se que sobre esta encontra-se agora depositado um sólido marrom avermelhado, que é o cobre metálico. O que ocorreu nesta experiência foi o deslocamento (substituição) do zinco, que constituía a lâmina, pelo cobre. O zinco passa para a solução em forma de íons. Se analisarmos a solução depois de um certo tempo, notaremos a formação de uma nova substância que é o sulfato de zinco (sal) e essa solução com o passar do tempo vai se tornando incolor. Nessa experiência a lâmina de zinco pode ser substituída por um prego novo. Amarra-se o prego em um barbante e mergulha-se o prego na solução aquosa de sulfato cúprico. Depois de um certo tempo retira-se o prego da solução e nota-se o depósito de um metal marrom avermelhado sobre prego. Isso ocorre porque o cobre da solução desloca o ferro do prego. O ferro agora na forma de íons substitui os íons cobre que estavam na solução, dando origem a um novo sal, chamado sulfato ferroso. Para mostrar a influência da superfície de contato entre as substâncias, quando ocorre uma transformação química, você poderá dissolver em um copo com água um Sonrisal e em um outro copo com água um Sonrisal macerado. O primeiro Sonrisal demora mais para dissolver, porque a superfície de contato entre o Sonrisal e a água é menor. Transformação química com produção de energia Uma transformação química pode produzir energia térmica, elétrica, luminosa... Transformação química com produção de calor (energia térmica)
  27. 27. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 27 Uma das mais importantes transformações químicas com produção de energia térmica é a combustão. * Combustão é a queima das substâncias químicas, produzindo novas substâncias e liberando calor. Você pode realizar a experiência: Por que a chama da vela foi diminuindo de intensidade até se apagar quando foi colocado o vidro sobre ela? Isto ocorreu porque todo o oxigênio que havia dentro do vidro foi consumido na queima da vela. Através de observações desta experiência, pode-se afirmar que para ocorrer uma combustão são necessários: um combustível, substância que sofre a queima, no caso o pavio da vela e a parafina: um comburente, substância que alimenta a queima, que é o oxigênio; uma energia para iniciar a combustão, que pode ser uma faísca elétrica ou a chama de um palito de fósforo. Os combustíveis podem ser sólidos, como a madeira e o carvão, líquidos, como o álcool, gasolina, querosene, óleo diesel e gasosos como o hidrogênio, o gás de cozinha . Alguns combustíveis queimam com muita facilidade e são chamados de inflamáveis, por esse motivo deve-se tomar muito cuidado para manuseá-los. Na combustão completa da gasolina, álcool, óleo diesel são liberados gás carbônico, vapor de água e energia térmica. A energia térmica é utilizada para mover motores de carros, caminhões, tratores. A energia liberada na combustão do hidrogênio com o oxigênio, produzindo água, é utilizada para mover os ônibus espaciais. A energia térmica liberada na combustão do gás de cozinha é utilizada no cozimento de alimentos, aquecimento da água nos aquecedores domésticos. A energia liberada, na combustão em forma de calor pode ser medida em calorias ou em joule. Caloria: é a quantidade de calor necessária para elevar de 1o C ,a temperatura de 1 grama de água, no intervalo de 14,5 a 15,5o C. Joule: é o trabalho realizado por uma força de 1N que desloca um corpo de 1 kg,na distância de 1m.
  28. 28. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 28 O gás carbônico liberado na combustão destes combustíveis é um dos responsáveis pelo efeito estufa. Efeito estufa O efeito estufa é uma das conseqüências do acúmulo, na atmosfera, de alguns gases como o gás carbônico, óxidos de nitrogênio, gás metano e outros. Estes gases são transparentes para a maior parte da radiação solar que chega à Terra, principalmente os raios ultravioletas, permitindo que ela atinja a superfície terrestre, onde é absorvida. No entanto, são opacos, para a radiação térmica emitida a partir da superfície da Terra, não permitindo que ela escape para o espaço. Esses gases retém o calor na superfície da Terra e nas camadas inferiores da atmosfera, contribuindo para um possível aquecimento global do planeta. Os combustíveis derivados do petróleo, como a gasolina e o óleo diesel, contêm impurezas de enxofre. Na queima desses combustíveis, além da liberação do gás carbônico e do vapor de água, há a liberação de um gás de enxofre, como conseqüência da presença de enxofre nesses combustíveis. Esse gás é o dióxido de enxofre (SO2), que se combina com o oxigênio do ar atmosférico produzindo uma outra substância chamada trióxido de enxofre (SO3). Essa substância se combina com a água da chuva e produz um ácido que é o ácido sulfúrico. Por outro lado, o ar atmosférico é formado de oxigênio, nitrogênio e outros gases. Na combustão da gasolina e óleo diesel a partir do oxigênio do ar, ocorre também a combustão do nitrogênio, produzindo um gás que é o monóxido de nitrogênio (NO), esse combina-se com o oxigênio do ar, formando um outro gás que é o dióxido de nitrogênio (NO2). O dióxido de nitogênio se combina com a água da chuva formando dois ácidos, o ácido nítrico e o ácido nitroso. Esses dois ácidos e o ácido sulfúrico são responsáveis pelo fenômeno conhecido como Chuva Ácida. A chuva ácida causa grandes problemas, como a corrosão do mármore , ferro e outros materiais usados em construções; prejudica a agricultura, pois a terra se torna ácida, necessitando que se coloque calcáreo para reduzir a acidez; a água dos rios se torna ácida prejudicando a sobrevivência dos peixes e de toda a vida aquática. Para diminuir a poluição da natureza com a liberação de gases tóxicos como o monóxido de carbono e o monóxido de nitrogênio, estão sendo utilizados em automóveis os catalisadores. Os catalisadores transformam os gases tóxicos em não tóxicos, como por exemplo, o monóxido de carbono (CO) é transformado em gás carbônico (CO2), o monóxido de nitrogênio (NO) em gás nitrogênio (N2). De onde vem a energia liberada na combustão?
  29. 29. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 29 Em toda combustão há liberação de calor. Calor é energia e você já sabe que a energia não pode ser criada ou destruída. E a energia térmica liberada nas combustões, de onde vem? As substâncias químicas têm uma energia própria acumulada nas partículas que as formam, que é a energia química. Ao sofrer uma transformação química, essas substâncias são transformadas em outras substâncias que também têm uma energia química acumulada. Quando a energia acumulada nos produtos da combustão é menor que a energia acumulada nos reagentes, essa diferença de energia será liberada na forma de energia térmica e, nesse caso, tem-se uma transformação exotérmica. A energia química acumulada nas partículas das substâncias químicas varia de uma substância para outra, como por exemplo, se queimarmos 1 g de gasolina e 1 g de álcool, apesar da combustão dos dois formar gás carbônico e água, as quantidades de calor liberadas serão diferentes. 1 g de gasolina libera 11 500 calorias 1 g de álcool libera 6 400 calorias A gasolina tem maior poder energético que o álcool, mas também provoca um maior impacto ambiental, pois é mais poluente. Existem outras transformações exotérmicas além da combustão, como a transformação do hidrogênio e cloro, na presença de luz, em gás clorídrico. Transformações químicas entre ácidos e bases, formando sais e água, que recebe o nome de neutralização. Um exemplo do tipo de transformação entre ácido e base é a que ocorre entre o leite de magnésia (solução aquosa de hidróxido magnésio (Mg(OH)2) que possui caráter básico, usado como antiácido estomacal. O leite de magnésia reage com o ácido clorídrico (HCl), existente no estômago, formando um sal, que é o cloreto de magnésio (MgCl2) e água, neutralizando o excesso de ácido que provoca a acidez (azia) estomacal. Existem outras formas de combater a azia, dependendo de se determinar a causa do excesso de produção de ácido clorídrico pelo organismo. Produção de soda cáustica e hidrogênio a partir de sódio metálico e água: esta reação libera uma grande quantidade de calor, o hidrogênio formado (combustível) na presença do oxigênio (comburente) do ar, pega fogo, isto é, sofre combustão. Combustão no organismo humano As células do nosso corpo colaboram para mantê-lo com vida, cuidando do seu próprio metabolismo e formando novas células para substituir as desgastadas. As fibras musculares devem contrair-se e descontrair-se para que os músculos trabalhem.
  30. 30. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 30 As células precisam de combustível para a produção de energia. O combustível das células são os nutrientes, obtidos através dos alimentos no aparelho digestivo. Através do sangue os nutrientes chegam até as células, juntamente com o oxigênio. Nas células ocorrem combustões lentas com produção de energia. Para a combustão são necessários, o combustível, que nesse caso são os alimentos e o comburente que é sempre oxigênio. A glicose é o alimento em condições de ser oxidado, combinando-se com o oxigênio dentro das células, com liberação de energia. O oxigênio necessário à combustão em nível celular é coletado do ar atmosférico através da respiração, o ar atmosférico entra pelas vias respiratórias e chega aos alvéolos pulmonares. Os alvéolos pulmonares são percorridos por uma rede de vasos sangüíneos, através das paredes desses alvéolos, o sangue recebe o oxigênio necessário à combustão da glicose e elimina o gás carbônico produzido na combustão. Os glóbulos vermelhos são formados, principalmente, de água e hemoglobina, que é um pigmento vermelho, rico em ferro. A hemoglobina liga-se, ora ao oxigênio, ora ao gás carbônico transportando-os através da corrente sangüínea. A energia fornecida pelos alimentos é medida pela quantidade de calor liberada nas combustões que ocorrem nas células e é expressa em calorias. A quantidade de energia em quilocalorias (kcal) por dia, necessária para os seres humanos , depende da idade , do peso, da altura e do trabalho físico que realizam. Uma criança em fase de crescimento precisa de mais energia do que uma pessoa idosa. O homem precisa de mais calorias que a mulher, porque possui uma porcentagem maior de tecido muscular, uma pessoa de estatura elevada precisa de mais calorias que uma de estatura menor . Monóxido de carbono, gás letal, por quê? Na combustão incompleta dos combustíveis nos motores de carros, caminhões, ônibus, além da água e gás carbônico é liberado, em pequenas quantidades, um gás extremamente tóxico, o monóxido de carbono (CO ). Uma quantidade equivalente a 0,4% no ar em volume é letal para o ser humano, em um tempo relativamente curto. Esse gás se combina com a hemoglobina do sangue e esta combinação é extremamente estável. Devido a esta combinação, os glóbulos vermelhos não podem transportar o oxigênio e o gás carbônico, e os tecidos deixam de receber o oxigênio. A morte ocorre por asfixia. Se um carro ficar ligado em uma garagem fechada de 4 m de comprimento, 4 m de largura e 2,5 m de altura, tendo, portanto, um volume de 40 000 litros, à temperatura ambiente e a pressão ao nível do mar, durante aproximadamente 10 minutos, a quantidade de monóxido de carbono produzido já atingirá a quantidade letal. Alimentos sem produtos químicos: verdade ou mentira?
  31. 31. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 31 Toda matéria é um produto químico, resultante da combinação de minúsculas partículas denominadas átomos, portanto, produtos químicos constituem tudo o que existe, desde as pessoas, animais plantas, roupas, alimentos etc. O desenvolvimento da química coincide com o aumento da população mundial, porque propiciou ao homem produção de remédios, antibióticos, como forma de combater as infecções, descoberta de vacinas para a prevenção de doenças consideradas fatais ou causadoras de seqüelas irreversíveis como: a poliomielite, o sarampo, a meningite; tratamentos de água; saneamento básico; melhoria na produção e conservação dos alimentos. Com a descoberta dos aditivos químicos houve a perspectiva de conservação de alimentos por mais tempo. A conservação também pode ser feita através da pasteurização, desidratação e congelamento. A produção agropecuária aumentou com o uso de fertilizantes e pesticidas. Tanto o adubo natural, conhecido como esterco, como os adubos químicos, contêm os mesmos nutrientes necessários às plantas. O melhor desenvolvimento das plantas está relacionado com a dosagem correta e não com o tipo de adubo utilizado, as plantas sofrem tanto pela falta como pelo excesso de adubos. Quanto aos pesticidas, não há dúvida de que o uso indiscriminado causa grandes problemas. O que é necessário é uma conscientização quanto ao uso dos pesticidas. Alguns pesticidas não são biodegradáveis e acumulam-se nos seres vivos e no ambiente. Uma possível solução é a substituição desses pesticidas por outros biodegradáveis. Transformação física e química com utilização de energia térmica Muitas transformações físicas e químicas ocorrem com absorção de calor. Isto acontece porque as espécies químicas que sofrerão a transformação têm uma energia química acumulada menor que a dos produtos da transformação. É necessário fornecer calor aos reagentes para que seja atingida a energia química acumulada nos produtos. Estas transformações são chamadas de endotérmicas. Se você fornecer calor ao gelo, esse se transforma em água líquida e à água líquida passará para o estado de vapor, portanto, a água sofreu transformações físicas, com absorção de calor e este fica acumulado no vapor de água. Isso está de acordo com o balanço energético previsto pelo Princípio da Conservação da Energia: "A variação da energia do Universo é nula". Conclui-se que toda passagem do estado sólido para o líquido e deste para o de vapor são processos endotérmicos. Se uma pessoa sofre uma contusão e precisa rapidamente esfriar o local, basta colocar éter, porque para passar para o estado de vapor o éter retira o calor necessário da pele esfriando o local da lesão. A fotossíntese realizada pelos vegetais é um processo endotérmico. Os vegetais retiram calor do ambiente para realizar a fotossíntese, por isso a temperatura sob uma árvore é mais amena. A reação da fotossíntese realizada pelas algas e por outros vegetais é a reação responsável pela vida no planeta Terra. Além das plantas produzirem seu próprio
  32. 32. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 32 alimento, elas produzem também os alimentos necessários aos outros seres vivos. Toda cadeia alimentar se inicia nas plantas, que são produtores primários. Na fotossíntese, o gás carbônico e a água com absorção da energia solar são transformados em carboidratos e oxigênio. A energia solar é transformada em energia química no processo da fotossíntese. Parte desta energia os vegetais utilizam para realizar as suas funções vitais e parte da energia é utilizada pelos outros seres vivos nas várias cadeias alimentares. Através de reações químicas mais complexas o aldeido fórmico (H2CO) é transformado em proteínas e carboidratos. O oxigênio é utilizado na respiração das plantas e dos seres vivos, nas combustões, na produção de óxidos etc. Uma outra reação endotérmica é a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio. Para que isso ocorra é necessário fornecer calor, porque a energia acumulada na espécie química água é menor que a acumulada nas espécies químicas hidrogênio e oxigênio. A água pode ser utilizada para apagar incêndios, porque além dela provocar um resfriamento, se interpõe entre o combustível e o oxigênio do ar. Para se controlar incêndios de grandes proporções, isto é, que liberam altas quantidades de energia térmica, preferencialmente usa-se produtos químicos que se interponham entre o combustível e o oxigênio. Outra maneira de controle de incêndios é com o uso de substâncias que se combinam com o oxigênio consumindo-o, como por exemplo os incêndios em poços de petróleo são controlado com nitroglicerina que é um explosivo, pois além de consumir oxigênio, causa uma explosão que expulsa o oxigênio das proximidades do material combustível. A nitroglicerina consome o oxigênio e sem este não há combustão. Outras transformações químicas endotérmicas de aplicação prática são: obtenção de oxigênio à partir da decomposição térmica do clorato de potássio, resultando cloreto de potássio e oxigênio. obtenção da cal virgem, usada em construções, através da decomposição térmica de uma substância química chamada carbonato de cálcio, que por aquecimento se decompõe em cal virgem (CaO) e gás carbônico (CO2). Transformação química com utilização de energia elétrica A energia elétrica pode ser utilizada para decomposição das substâncias químicas, dando origem à novas substâncias. A esse processo damos o nome de eletrólise. A eletrólise pode ser realizada a partir de substâncias fundidas, teríamos uma eletrólise ígnea ou a partir de substâncias dissolvidas em água, teríamos uma eletrólise aquosa.
  33. 33. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 33 Para ocorrer a eletrólise de uma substância é necessário que essa esteja ionizada, isto é, que haja partículas carregadas positivamente e negativamente livres. Essas partículas carregadas têm movimento e podem se deslocar para os polos negativo e positivo. As partículas positivas são denominadas cátions e as negativas são denominadas ânions A ionização pode acontecer, em alguns casos quando a substância é fundida e em outros, quando é dissolvida em água. -. O sal de cozinha sofre decomposição por eletrólise, quando fundido e em solução aquosa. Mas não sofre decomposição por eletrólise no estado sólido, porque as partículas positivas denominadas cátions e negativas denominadas ânions que o formam estão presas em arranjos bem definidos, por forças de ligações muito intensas, que impedem o movimento dessas partículas para os pólos negativo e positivo, chamados eletrodos. Eletrólise da água Para realização da eletrólise é necessário um recipiente para colocação da substância a ser eletrolisada, um gerador de corrente contínua (pode-se usar pilhas), fios condutores de corrente elétrica ligados a placas metálicas ou grafite, que funcionarão como eletrodos, positivo, denominado ânodo e negativo denominado cátodo. Os eletrodos devem ser inertes, isto é, não podem reagir com a substância que será eletrolisada. A água é formada pela combinação do hidrogênio com o oxigênio. Pela ação da corrente elétrica podemos romper esta combinação e formar novamente hidrogênio e oxigênio. Na eletrólise da água, o hidrogênio é liberado no polo negativo, chamado de cátodo e o oxigênio no polo positivo, chamado ânodo. Para realização da eletrólise da água é necessário dissolver-se nela uma substância básica, por exemplo, soda cáustica, ou uma ácida, por exemplo, ácido sulfúrico. A eletrólise é muito utilizada industrialmente para obtenção e purificação de metais . O alumínio que é utilizado na construção de antenas para televisão, fabricação de utensílios domésticos, é obtido por eletrólise ígnea de um minério chamado bauxita.
  34. 34. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 34 O cobre, utilizado em fios e cabos elétricos, deve ter uma pureza próxima de 100% e, para que esta pureza seja atingida, recorre-se à purificação por meio da eletrólise. Esse processo de purificação denomina-se refino eletrolítico, A eletrólise do sal de cozinha em solução aquosa é um processo industrial muito importante, pois através dessa eletrólise obtém-se: a soda cáustica que é um produto com importantes aplicações na indústria petroquímica, têxtil, plástica, dos sabões e detergentes; o cloro que é usado no tratamento de águas, no branqueamento de produtos, na fabricação de plásticos (PVC), solventes, inseticidas e bactericidas; o hidrogênio que é usado como combustível dos ônibus espaciais, na síntese da amônia, do metanol e na produção de margarinas através da hidrogenação dos óleos insaturados. Os "banhos" de ouro, prata em brincos, pulseiras, anéis, consistem no depósito de uma película bem fina de ouro ou prata na superfície do metal que constitui os brincos, pulseiras. Essa deposição é feita por eletrólise e esse processo é denominado galvanoplastia. ou galvanização. Quando o "banho" é de cromo, como no caso das películas depositadas em para-choques de carros, torneiras, fechaduras, o processo recebe o nome de cromação; se o "banho"for de níquel, niquelação. Para o depósito de películas de metais sobre superfícies é necessário uma solução aquosa do sal do metal cujo "banho" será dado, uma lâmina do metal que deverá ser colocada como anodo (eletrodo positivo) e o material a ser banhado deve ser colocado como catodo (eletrodo negativo) A eletrólise também é usada para depósito de uma película de estanho sobre lâminas finas de aço, na produção das "folhas de flandres", utilizada para obtenção de latas para armazenagem de conservas, carnes enlatadas, óleos comestíveis, óleos lubrificantes... Esse depósito também pode ser feito, mergulhando-se a lâmina de aço em recipientes contendo estanho fundido, mas o processo eletrolítico é melhor, porque ocorre uma deposição mais homogênea e perfeita produzindo uma folha de flandres mais resistente e duradoura. O ferro e o aço são utilizados para construção de cascos de navios, mas essas substâncias na presença de água e oxigênio, sofrem enferrujamento. A galvanização é usada na proteção de cascos de navios contra a corrosão. Sobre o ferro ou aço faz-se a deposição de uma camada de zinco ou coloca-se uma lâmina de zinco sobre o ferro ou aço. O zinco impede o contato entre o ferro ou o aço com a água e o oxigênio ou com o ar úmido, protegendo-os contra o enferrujamento, por esse motivo o zinco é chamado de "metal suicida" ou "metal de sacrifício". Você pode dar um "banho" de níquel em prego ou um brinquedo de ferro, para isso é necessário montar uma aparelhagem como a esquematizada abaixo:
  35. 35. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 35 Para mostrar a produção de corrente elétrica a partir de uma transformação química, é necessário o seguinte material: dois pedaços de um fio condutor de corrente elétrica (fio de cobre), uma lâmpada de néon, papel de filtro (coador de café de papel), uma lâmina de zinco e outra de cobre, solução aquosa de sulfato de zinco e sulfato cúprico. Com esse material monta-se uma aparelhagem como a esquematizada abaixo: Sobre a lâmina de cobre coloca-se o papel de filtro embebido em sulfato de cúprico e sobre a lâmina de zinco um papel de filtro embebido em sulfato de zinco. A seguir, coloca-se uma lâmina sobre a outra, separadas pelos papéis de filtro, e aperta-se o conjunto, a lâmpada acenderá. Ocorreu uma transformação química com produção de energia elétrica, o conjunto montado é uma pilha, isto é, um gerador de corrente elétrica. Para realizar novamente a experiência é necessário limpar a lâmina de zinco que estará recoberta por uma película de cobre. A limpeza da lâmina de zinco é feita passando-se um palhinha de aço para retirar o cobre depositado. Pode-se também mostrar a produção de corrente elétrica a partir de uma transformação química, montando-se um experimento como o esquematizado abaixo:
  36. 36. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 36 6- O bicarbonato de sódio é um sal usado como antiácido estomacal. No estômago o bicarbonato encontra o ácido clorídrico e acontece uma transformação química com formação de cloreto de sódio (sal de cozinha), água e gás carbônico. Pode-se mostrar uma transformação química semelhante a que ocorre no estômago, realizando-se a experiência: coloca-se vinagre (o vinagre é uma solução diluída da ácido acético) em um copo, até a metade, em seguida dissolve-se no vinagre meia colher de sobremesa de bicarbonato de sódio, imediatamente nota-se uma efervescência, que é conseqüência da formação do gás carbônico. Nessa transformação, bem como na que ocorre no estômago, além do gás carbônico, formam-se um sal e água. Equilíbrio químico Conceito Equilíbrio químico é uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à da reação inversa e, conseqüentemente, as concentrações de todas as substâncias participantes permanecem constantes. Constante de equilíbrio aA + bB ® ¬ cC + dD Kc = [C]c [D]d ———— [A]a [B]b Kc não varia com a concentração nem com a pressão, mas varia com a temperatura. Quanto maior o Kc, maiores são as concentrações dos produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. Quanto menor o Kc, menores são as concentrações dos produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. Grau de equilíbrio Grau de equilíbrio = __quantidade consumida do reagente__ quantidade inicial do mesmo reagente O grau de equilíbrio varia com a temperatura e com a concentração e, se o equilíbrio tiver participante gasoso, varia também com a pressão. Equilíbrios gasosos homogêneos aA(g) + bB(g) ® ¬ cC(g) + dD(g) Kp = (pC)c (pD)d ————— (pA)a (pB)b Kp = Kc (RT)Dn
  37. 37. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 37 Dn = (c + d) - (a + b) Equilíbrios heterogêneos - Os participantes sólidos não entram na expressão do Kc nem do Kp (se houver). Princípio de Le Chatelier (fuga ante a força) Quando se exerce uma ação sobre um sistema em equilíbrio, ele desloca-se no sentido que produz uma minimização da ação exercida. · Equilíbrio e temperatura Um aumento da temperatura desloca o equilíbrio para a reação endotérmica. Uma diminuição da temperatura desloca o equilíbrio para a reação exotérmica (lei de van't Hoff). Equilíbrio e pressão Um aumento da pressão desloca o equilíbrio para a reação que ocorre com contração de volume. Uma diminuição da pressão desloca o equilíbrio para a reação que ocorre com expansão de volume. Equilíbrio e concentração Um aumento da concentração de um participante desloca o equilíbrio no sentido da reação em que este participante é consumido. Uma diminuição da concentração de um participante desloca o equilíbrio no sentido da reação em que este participante é formado . Equilíbrio e catalisador O catalisador não desloca equilíbrio, apenas diminui o tempo necessário para atingi-lo. Constante de ionização de ácidos e bases CH3-COOH ® ¬ CH3-COO- + H+ Ka = [CH3-COO- ] [H+ ] ———————— [CH3-COOH] NH3 + H2O® ¬ NH4 + + OH- Kb = [NH4 + ] [OH- ] —————— [NH3]
  38. 38. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 38 |H2O| não entra na expressão de constantes de equilíbrio em solução aquosa. Cada etapa da ionização tem sua constante, representada por K1, K2, K3, ..., sendo K1 > > K2 > > K3 > > ... No caso dos poliácidos, a [H+] pode ser considerada como proveniente só da primeira etapa da ionização (K1). Quanto maior for a constante Ka ou Kb, maior será a força do ácido ou base. Lei da diluição de Ostwald K = a2 —— — 1 - a · |eletrólito|inicial Para eletrólito fraco ® (1 - a ) = 1. Portanto: K = a 2 |eletrólito|inicial. O grau de ionização de um eletrólito aumenta com a diluição ou com a diminuição da concentração em mol/L de eletrólito. Diluindo um ácido fraco, aumenta o a mas diminui a [H+ ]. Diluindo uma base fraca, aumenta o a mas diminui a [OH- ]. Produto iônico da água Kw = [H+ ] [OH- ] = 10-14 (25°C) pH = -log [H+ ] pH = n Þ [H+ ] = 10-n mol/L pOH = -log [OH- ] pOH = n Þ [OH- ] = 10-n mol/L · Água pura a 25°C: [H+ ] = [OH- ] = 10-7 mol/L pH = 7 e pOH = 7 · Solução ácida: [H+ ] > 10-7 e [OH- ] < 10-7 pH < 7 e pOH > 7 (25°C) · Solução básica: [OH- ] > 10-7 e [H+ ] < 10-7 pOH < 7 e pH > 7 (25°C) Quanto menor o pH, mais ácida e menos básica é a solução. Quanto maior o pH, menos ácida e mais básica é a solução.
  39. 39. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 39 Efeito do íon comum Quando adicionado a um ácido (HA), um sal com o mesmo ânion (A- ) produz: · diminuição do grau de ionização de HA ou enfraquecimento de HA; · diminuição da [H+ ], portanto aumento do pH da solução. O íon comum não altera a constante de ionização do ácido. Quando adicionado a uma base (BOH), um sal com o mesmo cátion (B+ ) produz: · diminuição do grau de ionização de BOH ou enfraquecimento de BOH; · diminuição da [OH- ], portanto diminuição do pH da solução. O íon comum não altera a constante de ionização da base. Solução tampão Uma solução tampão mantém o pH aproximadamente constante quando a ela são adicionados íons H+ ou íons OH- . As soluções tampão têm grande importância biológica. Exemplos: HCO3 - /H2CO3 e HPO4 2- /H2PO4 - , responsáveis pela manutenção do pH do sangue. · Sais de ácidos fracos e bases fortes (como o NaCN) em solução aquosa dão hidrólise do ânion. A solução aquosa é básica: A- + H2O ® ¬ HA + OH- · Sais de ácidos fortes e bases fracas (como o NH4Cl) em solução aquosa dão hidrólise do cátion. A solução aquosa é ácida: B+ + H2O ® ¬ BOH + H+ · Sais de ácidos fracos e bases fracas (como o CH3-COONH4) em solução aquosa dão hidrólise do ânion e do cátion. A solução aquosa será ácida se o Ka for maior que o Kb; caso contrário, será básica. · Ânions de ácidos fortes e cátions de bases fortes não dão hidrólise. Portanto os sais de ácidos fortes e bases fortes (como o NaCl) não dão hidrólise e a solução aquosa é neutra. Equilíbrio da dissolução Kps de (An+ ) x (Bm- ) y = [An+ ] x · [Bm- ] y na solução saturada.
  40. 40. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 40 A solubilidade de um composto iônico em água pode ser diminuída pelo efeito do íon comum. Assim, o AgCl é menos solúvel numa solução que já contém íons Cl- do que em água pura. Quanto maior for a concentração do íon comum, maior será a diminuição da solubilidade. Para que um composto iônico precipite de sua solução, é preciso que seja ultrapassado o valor do seu Kps. Quando esse valor for atingido, a solução estará saturada. Sendo M (mol/L) a solubilidade de um composto iônico: · Kps = M2 para compostos do tipo (An+ )1 (Bn- )1. Exemplos: AgCl, BaSO4 · Kps = 4M3 para compostos do tipo (A2+ )1 (B- )2 ou (A+ )2 (B2- )1. Exemplos: Mg(OH)2, Ag2S · Kps = 27M4 para compostos do tipo (A+ )3 (B3- ) ou (A3+ )(B- )3. Exemplos: Ag3PO4, Al(OH)3 · Kps = 108M5 para compostos do tipo (A2+ )3 (B3- )2 ou (A3+ )2 (B2- )3. Exemplos: (Ca2+ )3 (PO4 3- )2, (Fe3+ )2 (S2- )3 A solubilidade de um sólido em um líquido: · aumenta quando DHsol > 0 · diminui quando DHsol < 0 A solubilidade aumenta com a temperatura, e DHsol > 0, quando o corpo de chão não é do soluto anidro, mas de um de seus hidratos, formados quando ele é dissolvido na água. Pontos de inflexão nas curvas de solubilidade indicam a formação de sais hidratados. A pressão não influi na solubilidade de sólidos em líquidos. A solubilidade de um gás em um líquido: · diminui com o aumento da temperatura. · é diretamente proporcional à pressão (lei de Henry).
  41. 41. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 41 QUÍMICA ORGÂNICA HIDROCARBONETOS E POLÍMEROS HIDROCARBONETOS Em química, um hidrocarboneto é um composto químico constituído apenas por átomos de carbono e de hidrogénio. Os hidrocarbonetos naturais são compostos químicos constituídos por átomos de carbono (C) e de hidrogénio (H), aos quais se podem juntar átomos de oxigénio (O), azoto ou nitrogênio (N) e enxofre (S) dando origem a diferentes compostos de outros grupos funcionais. São conhecidos alguns milhares de hidrocarbonetos. As diferentes características físicas são uma conseqüência das diferentes composições moleculares. Contudo, todos os hidrocarbonetos apresentam uma propriedade comum: oxidam-se facilmente libertando calor. Os hidrocarbonetos naturais formam-se a grandes pressões no interior da terra (abaixo de 150 km de profundidade) e são trazidos para zonas de menor pressão através de processos geológicos, onde podem formar acumulações comerciais (petróleo, gás natural, etc). As moléculas de hidrocarbonetos, sobretudo as mais complexas, possuem alta estabilidade termodinâmica. Apenas o metano, que é a molécula mais simples (CH4), pode se formar em condições de pressão e temperatura mais baixas. Os demais hidrocarbonetos não são formados espontaneamente nas camadas superficiais da terra. Quanto à forma das cadeias carbônicas, os hidrocarbonetos podem ser divididos, em: 1. hidrocarbonetos alifáticos: neles, a cadeia carbônica é acíclica (ou seja, aberta), sendo subdivido em: o alcanos o alcenos o alcinos o alcadienos 2. hidrocarbonetos cíclicos: possuem pelo menos uma cadeia carbônica fechada, subdivididos em: o cicloalcanos ou ciclanos o cicloalcenos ou ciclenos o aromáticos, que possuem pelo menos um anel aromático (anel benzênico) além de suas outras ligações.
  42. 42. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 42 Quanto ao tipo de ligação entre os carbonos, os hidrocarbonetos podem ainda ser divididos, didaticamente, em: 1. hidrocarbonetos saturados, englobando alcanos e cicloalcanos, que não possuem ligações dupla, tripla ou aromática; 2. hidrocarbonetos insaturados, que possuem uma ou mais ligações dupla ou tripla entre átomos de carbono (entre eles os alcenos, alcadienos e cicloalcenos - com ligação dupla; alcinos - com ligações tripla -; e aromáticos) O número de átomos de hidrogênio em hidrocarbonetos pode ser determinado, se o número de átomos de carbono for conhecido, utilizando as seguintes equações: • Alcanos: CnH2n+2 • Alcenos: CnH2n • Alcinos: CnH2n-2 • Ciclanos: CnH2n • Ciclenos: CnH2n-2 Hidrocarbonetos líquidos geologicamente extraídos são chamados de petróleo (literalmente "óleo de pedra") ou óleo mineral, enquanto hidrocarbonetos geológicos gasosos são chamados de gás natural. Todos são importantes fontes de combustível. Hidrocarbonetos são de grande importância econômica porque constituem a maioria dos combustíveis minerais (carvão, petróleo,gás natural, etc.) e biocombustíveis como o plásticos, ceras, solventes e óleos. Na poluição urbana, esses compostos - juntamente com NOx e a luz solar - contribuem para a formação do ozônio troposférico. POLÍMEROS Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular relativa, resultantes de reações químicas de polimerização. Estes contêm os mesmos elementos nas mesmas proporções relativas, mas em maior quantidade absoluta. Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monómeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização. A polimerização é uma reação em que as moléculas menores (monómeros) se combinam quimicamente (por valências principais) para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem formar-se por reação em cadeia ou por meio de reações de poliadição ou policondensação. A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada (por calor ou reagentes). Exemplo: O etileno é um gás que pode polimerizar-se por reação em cadeia, a temperatura e pressão elevadas e em presença de pequenas quantidades de oxigênio gasoso resultando uma substância sólida, o polietileno. A polimerização do etileno e outros monómeros pode efetuar-se à pressão normal e baixa temperatura mediante catalisadores. Assim, é possível obter polímeros com cadeias moleculares de estrutura muito uniforme.
  43. 43. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 43 Na indústria química, muitos polímeros são produzidos através de reações em cadeia. Nestas reações de polimerização, os radicais livres necessários para iniciar a reação são produzidos por um iniciador que é uma molécula capaz de formar radicais livres a temperaturas relativamente baixas. Um exemplo de um iniciador é o peróxido de benzoíla que se decompõe com facilidade em radicais fenilo. Os radicais assim formados vão atacar as moléculas do monómero dando origem à reação de polimerização. Características Uma das principais e mais importantes características dos polímeros são as mecânicas. Segundo ela os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termoendurecíveis (termofixos) e elastômeros (borrachas). Termoplásticos: São também chamados plásticos, e são os mais encontrados no mercado. Pode ser fundido diversas vezes, alguns podem até dissolver-se em vários solventes. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente. Termoendurecíveis (Termofixos): São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada. Elastômeros (Borrachas): Classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos: não são fusíveis, mas apresentam alta elasticidade, não sendo rígidos como os termofixos. Reciclagem complicada pela incapacidade de fusão. Obs: A polimerização é um tipo particular de reação química. Quando são utilizados monômeros difuncionais obtêm-se uma estrutura linear. No caso de pelo menos um monômero ter mais de dois grupos funcionais é obtido um polímero contendo ligações cruzadas e uma estrutura ramificada. Aplicações O plástico é um dos materiais que pertence à família dos polímeros, e provavelmente o mais popular. É um material cada vez mais dominante em nossa era e o encontramos frequentemente em nosso dia a dia. Por exemplo: Na maioria das vezes não se faz uma polimerização direta, mas com terminais de extremidades para a descaregação de energia total. Mesmo que o polímero não se decomponha facilmente ( geralmente levam décadas para isso), os polímeros são bastante usados nos afazeres de casa, nas construções, nas indústrias e etc. Por que há baldes em plástico e não de chapa metálica ou madeira, como antigamente? Resposta: O plástico é mais leve que os outros materiais. Os compósitos poliméricos são usados em aplicações estruturais devido à uma combinação favorável de baixa massa específica e desempenho mecânico elevado. Para que carregar um pesado balde metálico se o plástico torna o balde leve e estável o suficiente para transportar água? Por que os fios elétricos são revestidos de plástico e não mais de porcelana ou tecido isolante, como antigamente? Resposta: O revestimento plástico é mais flexível que a
  44. 44. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 44 porcelana. Também é bem mais robusto e resistente às intempéries do que os tecidos. E tudo isso sem prejudicar o isolamento elétrico que é absolutamente vital neste caso. Por que as geladeiras são revestidas internamente com plástico? Resposta: O plástico é robusto o suficiente e é um ótimo isolante térmico, exigindo menor esforço do compressor para manter os alimentos congelados. Por que o CD é feito de plástico? Resposta: O plástico utilizado neste caso – policarbonato (ou, abreviadamente, PC) - é tão transparente quanto o vidro, ao mesmo tempo que é mais leve e é bem menos frágil. Exemplos Polímeros termoplásticos (Polímeros de adiçao) • PC - Policarbonato Aplicações: Cd´s, garrafas, recipientes para filtros, componentes de interiores de aviões, coberturas translúcidas, divisórias, vitrines, etc. • PU – Poliuretano Aplicações: Esquadrias, chapas, revestimentos, molduras, filmes, estofamento de automóveis, em móveis, isolamento térmico em roupas impermeáveis, isolamento em refrigeradores industriais e domésticos, polias e correias. • PVC - Poli Cloreto de Vinila Aplicações: Telhas translúcidas, portas sanfonadas, divisórias, persianas, perfis, tubos e conexões para esgoto e ventilação, esquadrias, molduras para teto e parede. • PS - Poliestireno Aplicações: Grades de ar condicionado, gaiútas de barcos (imitação de vidro), peças de máquinas e de automóveis, fabricação de gavetas de geladeira, brinquedos, isolante térmico, matéria prima do isopor. • PP - Polipropileno Aplicações: Brinquedos;Recipientes para alimentos, remédios, produtos químicos; Carcaças para eletrodomésticos; Fibras; Sacarias (ráfia); Filmes orientados; Tubos para cargas de canetas esferográficas; Carpetes; Seringas de injeção; Material hospitalar esterilizável; Autopeças (pára-choques, pedais, carcaças de baterias, lanternas, ventoinhas, ventiladores, peças diversas no habitáculo); Peças para máquinas de lavar. Polímeros termoendureciveis (termofixos) (polimeros de condensaçao) • Baquelite: usada em tomadas, telefones antigos e no embutimento de amostras metalográficas. • Poliéster: usado em carrocerias, caixas d'água, piscinas, etc., na forma de plástico reforçado (fiberglass).
  45. 45. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 45 Elastômeros (borrachas)(Copolímeros) • Aplicações: pneus, vedações, mangueiras de borracha. Reciclagem Alguns polímeros, como termofixos e borrachas, não podem ser reciclados de forma direta, pois não existe uma forma de refundí-los ou depolimerizá-los. Na maioria das vezes a reciclagem de termoplásticos não é economicamente viável devido ao seu baixo preço e baixa densidade. Somente plásticos consumidos em massa, como o PE e PET, apresentam bom potencial econômico. Outro problema é o fato dos plásticos reciclados serem encarados como material de segunda classe. Quando a reciclagem não é possível a alternativa é queimar os plásticos, transformando- os em energia. Porém os que apresentam halogênio, como o PVC e o PTFE, geram gases tóxicos na queima. Para que isso não ocorra esse material deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima. SOLUÇÕES AQUOSAS Dissociação iônica • Dissociação (somente dissociação, sem qualificá-la de iônica etc.) é conceito mais amplo: é a ação, efeito, ou resultado de dissociar = desagregar = separar o que está unido; • Dissociação iônica — nesse raciocínio, correto — é a modalidade de dissociação [uma espécie química], cujo resultado sejam íons, qualquer que seja o meio, ou veículo. Dissociação iônica é a separação dos íons de uma substância iônica, quando ela se dissolve na água. Por exemplo o que acontece com o NaCl: NaCl + H2O = Na+ + Cl- A dissociação iônica ocorre quando substâncias iônicas, quando as bases (hidróxidos) ou sais são dissolvidos em água. A água separa os ânions e cátions da substância e forma soluções que conduzem corrente elétrica (soluções eletrolíticas). NaOH + H2O -> Na+ + OH- No hidróxido de sódio, o Cátion é o Na e o ânion é o OH.
  46. 46. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 46 HIDRÓLISE Hidrólise é uma reação química de quebra de uma molécula por água. Reação de alteração envolvendo fluido aquoso com íons de hidrogênio (H+ ) ou de hidroxila (OH– ) substituindo íons que são liberados para a solução. Determinada substância quebra-se em dois ou mais pedaços e essas moléculas novas complementam suas ligações químicas com os grupamentos H+ e OH– , resultantes da quebra da ligação química que ocorre em várias moléculas de água. São raros os casos em que a água, por si mesmo, sem outra ajuda, pode realizar uma hidrólise completa. Neste caso é necessário operar a temperaturas e pressões elevadas. Para que a reação seja rápida e completa é sempre indispensável um agente acelerador. Os mais importantes são os álcalis, ácidos e enzimas hidrolizantes. A caolinização de K feldspato liberando K+ e SiO2 em solução é um exemplo de hidrólise. Através de reações de hidrólise, os monómeros que constituem um polímero podem separar-se uns dos outros. A hidrólise pode ser dividida em: hidrólise ácida, hidrólise básica e hidrólise neutra. Outro exemplo de hidrólise é na preparação de p-nitroanilina a partir da p- nitroacetanilina (pode ser preparada através de Nitração da acetanilina). PH Em química, o pH é um número que indica se uma solução é ácida (pH<7), neutra (pH=7), ou básica/alcalina (pH>7). Uma solução neutra só tem o valor de pH = 7 a 25 °C, o que implica variações do valor medido conforme a temperatura. pH é o símbolo para a grandeza físico-química 'potencial hidrogeniônico'. Essa grandeza (potencial hidrogeniônico) é um índice que indica o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma substância líquida. O conceito foi introduzido por S. P. L. Sørensen em 1909. O "p" vem do alemão potenz, que significa poder de concentração, e o "H" é para o íon de hidrogênio (H+ ). Às vezes é referido do latim pondus hydrogenii. O "p" equivale ao simétrico do logaritmo (cologaritmo) de base 10 da a[c]tividade dos íons a que se refere. Medida de Ph O pH pode ser determinado:
  47. 47. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 47 • por adição de um indicador de pH na solução em análise. A cor do indicador varia constante o pH da solução. • usando um medidor de pH acoplado a um elétrodo de pH. O medidor de pH é um milivoltímetro com uma escala que converte o valor de tensão do elétrodo de pH em unidades de pH. Este tipo de elétrodo é chamado "íon seletivo" Um indicador é usado para medir o pH de uma substância. Indicadores comuns são a fenolftaleína, o alaranjado de metila e o azul de bromofenol. pOH Do mesmo modo pode-se definir o pOH em relação à concentração de íons OH- . A partir da constante de dissociação da água que tem o valor de 10-14 à temperatura de 298 K (25 °C ), pode-se determinar a relação entre o pOH e o pH. Assim pela definição de Kw tem-se a relação entre as duas atividades: Kw =[H+ ][OH- ] Ao aplicar logaritmos, obtém-se a relação entre o pH e o pOH: pKw=pH+pOH=14 E quando provoca a chuva ácida atinge um ph próximo a 5,6. pH e pOH de Soluções Aquosas É muito comum ouvirmos alguém dizer que o pH da água de uma piscina precisa ser controlado, assim como o pH da água de um aquário ou de um solo, para favorecer um determinado plantio. Até mesmo nosso sangue deve manter um pH sempre entre os valores de 7,35 e 7,45. Uma variação de 0,4 pode ser fatal! O que exatamente é o pH e o que significam seus valores? Produto Iônico da Água Considere um copo com água. Será que essa água é composta apenas por moléculas de H2O? Não, pois como essas moléculas estão em constante movimento, elas se chocam o tempo todo. Resultado: uma molécula de água pode colidir e reagir com outra molécula de água! O equilíbrio gerado é conhecido como auto-ionização da água: HOH ↔ H+ + OH- ou HOH + HOH ↔ H3O+ + OH- Como já é sabida, a concentração da água ─ [H2O] ≈ 55,6 mol/L ─ será desprezivelmente alterada caso alguma nova substância seja adicionada (como um ácido, por exemplo) para a formação de soluções diluídas como as que estamos estudando (dificilmente mais de 0,5 mol de água será consumido na formação dessas
  48. 48. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 48 soluções. Começar com 55,6 mol e terminar a experiência com 55,1 mol de água não é uma alteração significativa). Portanto, vamos considerar [H2O] constante. Como a água pura é neutra (já que para cada íon H+ , forma-se também um íon OH- ), temos que [H+ ] = [OH- ], a 25 °C, quando [H + ].[OH- ] = 1,0.10-14 , temos que [H+ ] = [OH- ] = 10-7 mol/L. Como a concentração molar da água é praticamente constante, retomando a constante de equilíbrio, podemos escrever: K.[H2O] = [H+ ].[OH- ] do que resulta uma única constante (o produto de duas constantes), ou seja: Kw = [H+ ].[OH- ] que é o chamado produto iônico da água, onde o w se deve à palavra inglesa water. Caráter das Soluções Aquosas Solução ácida: [H+ ] > 10-7 mol/L e [OH- ] < 10-7 mol/L Solução básica: [H+ ] < 10-7 mol/L e [OH- ] > 10-7 mol/L Solução neutra: [H+ ] = 10-7 mol/L e [OH- ] = 10-7 mol/L pH Sörensen definiu pH como sendo o logaritmo (decimal) do inverso da concentração hidrogeniônica: pH = log 1/[H+ ] Ou ainda, como o cologarítmo da concentração hidrogeniônica: pH = colog [H+ ] Ou seja: pH = log 1/[H+ ] → pH = log 1 – log [H+ ] Como log 1 = 0: pH = -log[H+ ] ou pH = colog [H+ ] que é igual ao inverso do log.
  49. 49. MAXSHOPPING10 – Direitos Reservados maxshopping10@gmail.com 49 Vejamos a variação do pH em função das concentrações de H+ e OH- , a 25 °C: Meio neutro: pH = 7 Meio ácido: pH < 7 Meio básico: pH > 7 pOH Por analogia, define-se pOH como sendo o logaritmo (decimal) do inverso da concentração hidroxiliônica: pOH = log 1/[OH- ] Ou ainda, como sendo o cologaritmo da concentração de OH- : pOH = colog [OH- ] Assim: pOH = log 1/[OH- ] → pOH = log 1 – log [OH- ] Como log 1 = 0: pOH = -log[OH- ] ou pOH = colog [OH- ] Vejamos a variação do pOH em função das concentrações de OH- e H+ : Meio neutro: pOH = 7 Meio ácido: pOH > 7 Meio básico: pOH < 7 Relação entre pH e pOH: pH + pOH = 14 (25 °C) Observação: Os conceitos de pH e pOH indicam que em qualquer solução coexistem H+ e OH- . Por mais ácida que seja a solução, sempre existirão, embora em pequeno número, íons OH- . Nas soluções básicas também estarão presentes os íons H+ . As concentrações desses íons jamais se anulam. DISPERSÕES Dispersão, na Química, é qualquer disseminação de uma substância ao longo de todo o volume de outra substância. Uma dispersão é formada pela combinação de um dispersante com um disperso (soluto ou disseminado).

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