Química
Ambiental
Revisão 1
Ana Cecília
Bulhões Figueira
Sumário
1. Matéria e Teoria Atômica
2. Energia – Termodinâmica
3. Ácidos e bases – conceitos
4. Nomenclatura de ácidos e bases e reações em
meio natural
5. Atmosfera: constituição e reações.
2
O Estudo da Matéria
MATÉRIA é todo o material físico do universo
• Três estados: sólido, líquido e gasoso
• Os comportamentos físico-químicos da matéria
dependem da estrutura dos átomos que a
compõem e de como interagem entre si.
MODELOS
ATÔMICOS
3
Evolução nos modelos atômicos
J. Dalton
 Átomos
indivisíveis
 Átomos de um
mesmo elemento
são iguais
 Átomos
combinam-se
entre si para
formar novos
compostos
J.J. Thomson
 Descoberta dos
elétrons (-)
 Átomos formados
por uma esfera
maciça positiva
com elétrons
incrustrados
“pudim de passas”
E. Rutherford/N. Bohr
 Descoberta dos
prótons (+) e do
átomo nuclear
 Elétrons existiam ao
redor do núcleo
(eletrosfera)
 Eletrosfera : dividida
em camadas e
subcamadas (por
ordem de energia)
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http://tabelaperiodicacompleta.com.br
Tabela periódica
5
Camadas
ou níveis
Subnível
s
p
d
f
n° máx. de e-
2
6
10
14
núcleo
Níveis de
Energia
Nome da
Camada
n° máximo
elétrons
1°
K
2
2°
L
8
3°
M
18
4°
N
32
5°
O
32
6°
P
18
7°
Q
8
Figura 7: Níveis e subníveis de energia.
Fonte: Usberco, J.; Salvador, E. Química, 5ª.ed.reform., São Paulo:Saraiva, 2002, p.64-67
• Modelo atômico de Niels Böhr
Níveis e subníveis energéticos
6
Transferência de e-  camada mais externa do átomo:
CAMADA DE VALÊNCIA
Distribuição eletrônica de 26Fe e
2+
Fe
26
Diagrama de
Linus Pauling
2 2s2 2p6 3s2 3p6
Fe
=
1s
26
4s2 3d6
2+ (- 2e-) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Fe
26
3d6
Energia crescente:
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d
< 6p < 7s < 5f < 6d
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Íons e compostos iônicos
Átomos podem perder ou ganhar elétrons  ÍONS
Íon (+)  CÁTION
Íon (-)  ÂNION
Átomos podem perder ou ganhar mais de um elétron
Cargas iônicas, representadas por índice superior
Nos CÁTIONS: +, 2+, 3+
Nos ÂNIONS: -, 2-, 38
O Mol
Mol: medida conveniente de quantidades químicas.
1 mol de algo = 6,0221421.1023 daquele algo
(de átomos, moléculas ou íons)
6,02.1023 = n° de Avogadro
Massa molar
Massa molar: é a massa em gramas de 1 mol de
substância (unidades: g/mol, g.mol-1).
1 mol de 12C tem uma massa de 12 g.
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Energia - Termodinâmica
• A TERMODINÂMICA é a área de estudo
que engloba energia e suas transformações.
• Relaciona conceitos de ENERGIA, CALOR,
TRABALHO.
• No caso da energia das reações químicas,
estudaremos a TERMOQUÍMICA.
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Energia – Sistema e vizinhança
• Na TERMODINÂMICA, estudam-se as
mudanças de energia em uma parte definida
do universo.
• Essa parte definida, recebe o nome de
SISTEMA.
• Todo o resto é chamado de VIZINHANÇA.
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SISTEMAS
•São divididos em três grupos:
A. Sistemas abertos: trocas de energia e matéria
B. Sistemas fechados: trocas de energia
C. Sistemas isolados: não há trocas
Fonte: ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química - Questionando a vida
moderna e o meio ambiente. Editora Bookman,3ª Ed. Porto Alegre, 2005
Energia - Sistema e vizinhança
Figura 4: exemplo de sistemas, aberto, fechado e isolado.
12
Energia – 1ª Lei da Termodinâmica
1ª Lei da Termodinâmica
Lei da conservação de energia:
A ENERGIA não pode ser criada, nem destruída!
- A energia perdida pelo sistema é aproveitada pela
vizinhança e vice-versa!
- Todo sistema troca energia com a vizinhança na
forma de CALOR ou TRABALHO.
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O calor (q) absorvido pelo
sistema ou o trabalho (w)
realizado no sistema, são
sempre positivos e, portanto,
aumentam a ENERGIA
INTERNA do SISTEMA:
DE = q + w
Figura 3: Influência das grandezas calor e trabalho no aumento da energia.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R.
Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
Energia – 1ª Lei da Termodinâmica
14
Energia – Entalpia
• As reações químicas podem absorver ou liberar
calor. E podem provocar a realização de trabalho.
• Por ex.: a produção de gás, gera trabalho:
Zn(s) + 2H+(aq)  Zn2+(aq) + H2(g)
• O trabalho realizado pela reação acima é
denominado trabalho de pressão-volume (PDV).
Entalpia (H)
15
 Quando DH é
positivo, o sistema
ganha calor da
vizinhança.
 Quando DH é
negativo, o sistema
libera calor para a
vizinhança.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R.
Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
Energia - Entalpia
Figura 4: Variação da entalpia, com ganho ou perda de calor.
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
Propriedades dos ÁCIDOS
Sabor azedo;
Altera a cor de corantes vegetais;
Reagem com metais “ativos” (são CORROSIVOS)
Como por ex.: Al, Zn, Fe, mas não com Cu, Ag ou Au
Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2
Reagem com carbonatos, produzindo CO2
Mármore, fermento químico, gesso
CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O
Reagem com bases formando sais iônicos
(neutralização);
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
Propriedades das BASES
Também chamados de álcalis ou alcalinas;
Sabor amargo;
Sensação escorregadia;
Altera a cor de corantes vegetais;
- Cor diferente dos ácidos.
Reagem com bases formando sais iônicos
(neutralização);
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
1880 - Svante Arrhenius
Ácido é um composto que libera íons H+ em meio
aquoso.
HCl(g) H2O H+(aq) + Cl-(aq)
Base é um composto que libera íons OH- em meio
aquoso.
NaOH(s) H2O Na+(aq) + OH-(aq)
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
1923 – Brønsted-Lowry
- Definição mais abrangente (além de soluções
aquosas).
- Reações ácido-base envolvem transferência de
H+ entre as substâncias.
Um ácido é um doador de prótons e,
uma base é um aceitador de prótons.
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
Ácidos e bases conjugados
Reação direta
HX(aq) + H2O(l)
H3O+(aq) + X-(aq)
Reação inversa
Na reação direta, HX doa um H+ para a H2O
ÁCIDO
BASE
Na reação inversa, H3O+ doa um H+ para o íon XÁCIDO
BASE
HX e X- são um par ácido-base conjugados
H3O+ e H2O são um par ácido-base conjugados
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Forças relativas de ácidos e bases
Solução final:
Dissociação
total.
Solução final:
Dissociação
parcial.
BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
Figura 5: Comparação entre o perfil de dissociação de ácidos fortes e fracos.
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
Produto iônico da água (Kw)
H2O é
ANFÓTERA!
- Reação em equilíbrio;
2H2O(l)
H3O+(aq) + OH-(aq)
- Apresenta uma constante de equilíbrio descrita por:
Kw = [H3O+][OH-] ou Kw = [H+][OH-]
Kw = [H+][OH-] = 1,0.10-14 (a 25°C)
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Conceitos físico-químicos
Ácidos e Bases
A escala de pH
pKW = pH + pOH = 14
O produto iônico é sempre constante no equilíbrio.
Consequentemente, se a concentração de
H+ ou OH- aumenta, teremos
nas soluções ácidas , [H+] > [OH-]
nas soluções básicas [H+] < [OH-]
Soluções neutras [H+] = [OH-]
24
A escala de pH
Figura 6: Escala de pH. Soluções ácidas pH<7 e soluções ácidas pH>7.
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Conceitos físico-químicos
Reação de Neutralização
• Ao reagir um ÁCIDO com uma BASE, há a
formação de SAL e H2O;
• Reação irreversível - NEUTRALIZAÇÃO;
• Ácido e base perdem suas propriedades;
HCl(aq) + NaOH(aq)  H2O(l) + NaCl(aq)
ÁCIDO
BASE
ÁGUA
SAL
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 Nomenclatura de ácidos:
• ácido + terminação –ídrico (ânion = -eto)
• ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico
(-ico ou –ato)
 Nomenclatura de bases:
• ânion hidróxido + preposição DE + nome do
cátion
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ÁCIDOS
H2S
HNO3
HIO4
BASES
LiOH
Al(OH)3
Be(OH)2
S-2
NO3IO4-
Ânion sulfeto
Ânion nitrato
Ânion periodato
Ácido sulfídrico
Ácido nítrico
Ácido periódico
Li+
Al3+
Be2+
Cátion lítio
Cátion alumínio
Cátion berílio
Hidróxido de lítio
Hidróxido de alumínio
Hidróxido de berílio
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Ácidos e bases – Solução tampão
• Solução que não apresenta variação de pH
quando uma pequena quantidade de ácido ou base
é adicionada a ela.
• Solução tampão tem espécies ácidas que
neutralizam os íons OH- e espécies básicas que
neutralizam os íons H+.
HX(aq)
H+(aq) + X-(aq)
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Controle de pH de águas naturais
Sistema CO2/Carbonato
As espécies H+ e OH- neutralizam-se, controlando o
pH das águas naturais:
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
 Ocorrem em inúmeras ocasiões: meio fisiológico,
industrial ou no ambiente.
 Caracterizam-se pela transferência de elétrons
entre as substâncias.
Processos de oxidação: perda de elétrons.
Processos de redução: ganho de elétrons.
Átomo oxidado transfere e- a um átomo reduzido
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
Agentes oxidantes e redutores
• Agente oxidante é a espécie que sofre redução
(ganha elétrons – diminui nox).
• Agente redutor é a espécie que sofre oxidação
(perde elétrons – aumenta nox).
Ganha 2e- = reduz = agente oxidante
Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s)
Perde 2e- = oxida = agente redutor
Espécie
Zn(s)
Zn2+(aq)
Cu2+(aq)
Cu(s)
nox
0
+2
+2
0
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Reações de Redox em águas naturais
• O2diss é o agente oxidante natural
• Oxida a matéria orgânica em processos de
decomposição
COMPARAÇÃO ENTRE DBO E DQO
Demanda Bioquímica por O2
(DBO)
Demanda Química por O2
(DQO)
Parecida com processos
naturais
Diferente de processos naturais
Oxidação da MO via
micro-organismos
Oxidação da MO via reagentes
químicos
Cinco dias de análise
Pouca repetibilidade
Rápida
Melhor repetibilidade
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Camadas Atmosféricas
A TEMPERATURA da atmosfera é uma complicada
função da altitude:
 Gradientes
Adiabáticos
de Temperatura
 Pressão diminui
com a altitude.
Figura 7: Camadas da atmosfera. Variação de temperatura com altitude.
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Radiação Solar e a Atmosfera
EFEITO ESTUFA
 Fenômeno natural que torna a Terra habitável
(controle de temperatura +15°C, em vez de -18°C);
 Ocorre pela presença de vapor de água e dióxido
de carbono (CO2) na atmosfera;
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Radiação Solar e a Atmosfera
Não confundir...
EFEITO ESTUFA ≠ ILHA DE CALOR
O Efeito estufa (processo natural) é essencial para a
vida na Terra.
O fenômeno Ilha de Calor = aumento pontual de
temperatura em grandes centros urbanos
(maiores emissões) em relação à zonas rurais.
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Química da Atmosfera
• Todo comportamento da atmosfera é causado por
seus constituintes:
GASES, VAPOR DE ÁGUA,
MATERIAL PARTICULADO (aerossol)
• Os componentes sofrem reações químicas entre
si ou com a radiação solar
(fotodissociação ou fotoionização).
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Camada de Ozônio
• A maior parte do ozônio está presente na
estratrofera (região de 15 a 35 km).
• A camada de ozônio atua como um "escudo
natural da Terra", pois filtra os raios UV.
• O3 absorve fótons com l entre 240 e 310 nm
(UV-B e UV-C  nocivos).
• Na estratosfera, átomos de oxigênio colidem com
moléculas de oxigênio para formar ozônio com
excesso de energia, O3*:
O(g) + O2(g)  O3*(g)
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