1 química Moderna plus química na abordagem do cotidiano Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases tito canto 1 informe-se sobre a química GARCIA PELAYO/CID Produção de ácido sulfúrico e de ácido nítrico O ácido sulfúrico é o composto químico produzido e consumido no mundo todo em maior quantidade. Virtualmente todos os ramos da indústria química dependem dele, direta ou indiretamente. Grande parte dos produtos químicos industriais com os quais tomamos contato diário tem o ácido sulfúrico envolvido, direta ou indiretamente, em sua fabricação: detergentes, plásticos, tintas, corantes, fibras têxteis, fertilizantes, baterias de automóveis etc. Trata-se do composto químico de maior importância para a indústria, podendo seu consumo anual ser usado como indicador do grau de desenvolvimento da indústria química de um país. album/akg images/latinstock www.modernaplus.com.br Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d 1,84 g/cm3) e de alto ponto de ebulição (338 °C). O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água. A sequência de reações é assim equacionada: O2 (g) S (s) 1 O (g) SO2 (g) __ 2 2 SO3 (g) H2O (,) “A prosperidade comercial de uma nação pode ser medida pela quantidade de ácido sulfúrico que ela consome.” (Justus von Liebig, químico alemão, 1803-1873.) SO2 (g) catalisador SO3 (g) H2SO4 (aq) O catalisador, indicado na segunda etapa, aumenta a velocidade da reação, tornando-a industrialmente viável. Sem o catalisador, ela seria lenta demais para ser empregada na produção do H2SO4. O catalisador usado para essa reação é platina (Pt) com pentóxido de divanádio (V2O5). química Moderna plus química na abordagem do cotidiano Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases 1 tito canto 2 MARTYN F. CHILLMAID/SPL/latinstock Resumindo esquematicamente: O2 S S O2 # SO2 SO2 cat. 2 SO2 O2 # 2 SO3 SO3 SO3 H2O # H2SO4 H2SO4 Quando o H2SO4 se dissolve em água, ocorre uma grande liberação de calor, que faz a temperatura da mistura aumentar. O procedimento correto para misturar H2SO4 concentrado e água é adi cionar lentamente o ácido na água, nunca o contrário! Isso porque, ao jogar água sobre o ácido, a temperatura se eleva tanto que pode haver uma pequena explosão (graças à fervura violenta da água), espirrando ácido na pessoa e podendo até mesmo quebrar o recipiente que contém a solução. Esse tipo de cuidado deve ser tomado para qualquer ácido, não apenas para o H2SO4. ATENÇÃO Ácido O H2SO4 é um líquido viscoso, corrosivo e denso. O contato com a pele provoca queimadura e ulceração. Se ingerido, provoca erosão dental, queimaduras graves na boca e na garganta e possível perfuração do trato intestinal. ATENÇÃO O ácido sulfúrico concentrado é um reagente extremamente perigoso. CORROSIVO DESIDRATANTE O H2SO4 é um ácido forte, bastante corrosivo, com ação desidratante, ou seja, ele é capaz de retirar água dos materiais. Uma experiência que ilustra bem essa propriedade consiste em adicionar um pouco de H2SO4 concentrado ao açúcar. (Não tente fazer esse experimento.) Observa-se a carbonização do açúcar, isto é, sua transformação em carvão. Isso também ocorre com o algodão, a madeira e o papel. Devido a essa ação desidratante, o H2SO4 consegue furar tecidos de algodão. Cm(H2O)n Fórmula genérica que representa açúcar, algodão, madeira e papel O experimento cujo resultado já está na foto da direita NÃO deve ser feito pelo aluno. www.modernaplus.com.br H2SO4 O correto é adicionar lentamente o ácido à água, nunca o contrário. Ácido sulfúrico concentrado é adicionado a uma amostra de açúcar de cana (sacarose, C12H22O11). Ocorre uma reação em que o açúcar se transforma em carvão (carbono grafite) e água. A reação também libera grande quantidade de calor, que faz a água vaporizar. A expansão da água, na vaporização, produz vários orifícios dentro do carvão, que, por isso, ocupa grande volume. Quando o vapor de água é resfriado pela atmosfera, condensa e forma gotículas de água, responsáveis pela névoa vista na parte de cima da foto da direita. H2SO4 m C n H2O Carvão Água retirada por ação do H2SO4 charles D. winters/photoresearchers/ latinstock Sua dissolução em água ocorre com grande liberação de calor, o que pode provocar ebulição violenta e explosiva, espirrando solução quente e corrosiva na pessoa. Água charles D. winters/photoresearchers/ latinstock O enxofre (sólido amarelo) queima com chama azul característica, produzindo SO2, gás tóxico que causa problemas respiratórios. Essa reação é a primeira etapa da produção industrial de H2SO4. Na foto, a queima é feita no laboratório, em frasco fechado alimentado com O2. 1 química Moderna plus química na abordagem do cotidiano Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases tito canto 3 O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água. A primeira etapa é a obtenção de NO. O processo mais antigo utiliza N2 e O2 (do ar), que, submetidos a uma faísca elétrica constante, reagem para produzir NO. O processo moderno emprega amônia, que reage com O2 na presença de um catalisador apropriado (platina): A platina atua como catalisador na primeira etapa, tornando a reação suficientemente rápida para ter utilidade industrial. N2 (g) O2 (g) faísca elétrica 2 NO (g) Pt 4 NO (g) ou 4 NH3 (g) 5 O2 (g) 6 H2O (g) A seguir, o NO é convertido em NO2, e este, por reação com água, produz HNO3: 2 NO (g) 2 NO2 (g) O2 (g) 2 NO2 (g) H2O (,) HNO2 (aq) HNO3 (aq) Resumindo esquematicamente: N2 NH2 O2 N2 O2 Faísca elétrica ou 4 NH3 5 O2 2 NO Pt 4 NO 6H2O NO 2 NO O2 # 2 NO2 NO2 2 NO2 H2O # HNO2 HNO3 HNO3 Durante o processo de fabricação, o HNO2 produzido na última etapa se decompõe, produzindo mais HNO3: 3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) 2 NO (g) H2O (,) fotos: james l. amos/corbis/latinstock www.modernaplus.com.br O ácido nítrico é usado para produzir substâncias que atuam como componentes de fertilizantes inorgânicos (adubos produzidos pela indústria química). Também é empregado em reações que formam produtos com aplicação como explosivos, tais como o salitre (um dos componentes da pólvora), o trinitrotolueno (TNT) e a nitroglicerina (componente explosivo da dinamite). O nitrato de amônio (NH4NO3) é produzido pela reação de NH3 com HNO3. Esse composto sólido é usado como fertilizante. Na foto, nitrato de amônio é colocado em veículo para transporte. Técnicos instalam tela contendo platina (e um pouco de ródio), que atuará como catalisador dentro do reator (recipiente onde ocorre reação química) no qual a amônia reage com oxigênio durante a fabricação de ácido nítrico. química Moderna plus química na abordagem do cotidiano Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases Você entendeu a leitura? 1 (UFS-SE) Ácido sulfúrico pode ser obtido industrialmente a partir da oxidação do enxofre, processo esse que ocorre em várias etapas. Em uma delas, a reação que ocorre é representada por: a)2 S 1 O2 # 2 SO b)S 1 H2 # H2S c) S 1 O2 # SO2 d)S 1 C,2 # SC,2 e) 2 S C,2 # S2C,2 2 (Ufes) A produção industrial de ácido sulfúrico ocorre da seguinte forma: I. queima do enxofre elementar na presença do oxigênio, dando origem ao dióxido de enxofre; II. o dióxido de enxofre formado reage com oxigênio para formar o trióxido de enxofre; III. o trióxido de enxofre formado reage com a água formando, finalmente, o ácido sulfúrico. Escreva a reação química balanceada que ocorre nos processos (I), (II) e (III), respectivamente. 3 (Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado de ouro dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processo representado nas etapas abaixo. 4 FeS2 1 11 O2 2 SO2 1 A SO3 B V2O5 2 Fe2O3 1 8 SO2 2 SO3 H2SO4 Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente, a)H2 e O2 d)SO2 e H2O b)SO2 e H2S e) O3 e H2 www.modernaplus.com.br fabio colombini c) O2 e H2O Pirita, o “ouro de tolo”. 4 Como devemos proceder para misturar, com segurança, ácido e água? 1 tito canto 4 química Moderna plus química na abordagem do cotidiano Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases 5 Por que o H2SO4 perfura tecidos de algodão? 6 (Fuvest-SP) Ácido nítrico é produzido pela oxidação de amônia com excesso de oxigênio, sobre um catalisador de platina, em uma sequência de reações exotérmicas. Um esquema simplificado desse processo é NO H2O NH3 Ar Pt NO HNO3 NO2 Reator Torre de oxidação Torre de absorção Escreva as equações químicas balanceadas das reações que ocorrem no reator, na torre de oxidação e na torre de absorção. Note que, desta última, sai NO (g), nela gerado. A maior parte desse gás é aproveitada na própria torre, onde há oxigênio em excesso. Duas reações principais ocorrem nessa torre. 7 (UEL-PR) O ácido nítrico, HNO3, é usado como matéria-prima na produção de fertilizante e explosivos. O processo patenteado pela primeira vez em 1902 pelo químico Wilhelm Ostwald é o mais importante processo industrial para a fabricação do ácido nítrico. A tabela e o diagrama simplificado mostram a produção de ácido nítrico por oxidação catalítica. 850 °C, 5 atm, Pt/Rh Etapa 1 4 NH3 (g) 1 5 O2 (g) Etapa 2 2 NO (g) 1 O2 (g) # 2 NO2 (g) Etapa 3 3 NO2 (g) 1 H2O (,) # 2 HNO3 (aq) 1 NO (g) 4 NO (g) 1 6 H2O (g) gases residuais: O2, NO, N2 e NH3 água de processo reator I www.modernaplus.com.br ar e amônia trocador de calor etapa 1 câmara II etapa 2 água de resfriamento coluna de absorção etapa 3 ar em excesso solução aquosa de ácido nítrico (60% em massa) Os gases residuais identificados no diagrama são O2, NO, N2 e NH3. 1 tito canto 5 Moderna plus Parte II Unidade G Capítulo 21 Ácidos e bases química química na abordagem do cotidiano Com relação às moléculas, são feitas as seguintes afirmativas. I. As polaridades das ligações na molécula de NH3 se anulam, resultando uma molécula apolar. II. As moléculas de O2, NO, N2 e NH3 contém 16, 11, 10 e 8 prótons, respectivamente. III. As moléculas de O2, NO e N2 são todas lineares. IV. As moléculas de NH3, nas fases sólida e líquida, se comportam como dipolos que exercem atrações uns com os outros denominadas ligações de hidrogênio. Assinale a alternativa que contém todas as afirmativas corretas. a)I e IV. b)II e III. c) III e IV. d)I, II e III. e) I, II e IV. 8 (UFF-RJ) O ácido nítrico é um importante produto industrial. Um dos processos para a obtenção do ácido nítrico é fazer passar amônia e ar, sob pressão, por um catalisador a cerca de 850 °C, ocorrendo a formação de monóxido de nitrogênio e água. O monóxido de nitrogênio, em presença do oxigênio do ar, se transforma no dióxido que reagindo com a água forma o ácido nítrico e monóxido de nitrogênio. www.modernaplus.com.br Escreva as equações balanceadas que representam as diferentes etapas de produção do ácido nítrico através do processo mencionado. 1 tito canto 6
Download
