Química
Ambiental
Aula 1
Ana Cecília
Bulhões Figueira
Plano de Ensino
Ementa
Matéria e Energia, Estrutura atômica, Tabela
periódica, Ligações químicas. Ácidos e bases.
Química do ar, água e solo.
Química dos poluentes e seus efeitos sobre o meio
ambiente e a saúde pública.
Objetivos
Oferecer uma visão geral da Química Ambiental
para que sejam capazes de relacionar questões
dessa ciência aos impactos ambientais mais
recorrentes e assim, propor soluções e medidas
mitigadoras e de remediação.
2
Plano de Ensino
Conteúdo
Capítulo 1 - Matéria e energia.
Capítulo 2 - Ácidos, bases e reações em meio aquoso.
Capítulo 3 - A química da Atmosfera.
Capítulo 4 - A química da Hidrosfera.
Capítulo 5 - A química da Litosfera.
3
Plano de Ensino
Bibliografia Básica
 BAIRD, C. Química Ambiental, 2 ed. Porto Alegre, Bookman,
2008.
 SPIRO, T. G., STIGLIANI, W, M., Química Ambiental. 2 ed. São
Paulo, Pearson, 2009.
 BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R.
Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005.
 JERÔNIMO, C.E.M; MELO, H.N.S. Caracterização dos resíduos
químicos de um laboratório de análises físico-químicas e
microbiológicas de águas e efluentes. Rev. Elet. Em Gestão,
Educação e Tecnologia Ambiental, v.7, n.7, p.1520-1526, marago 2012.
4
Plano de Ensino
Bibliografia Complementar
 ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química Questionando a vida moderna e o meio ambiente.
Bookman, 3ª Ed. Porto Alegre, 2005.
 ROCHA, J. C., ROSA, A. H., CARDOSO, A. A. Introdução
à química ambiental. Porto Alegre, Bookman, 2004.
 MANOM E. B., PACHECO, E. B. A. V., BONELLI, C. M. C.,
Meio ambiente poluição e reciclagem. 1ªed., São Paulo,
Edgard Blucher, 2005.
 KOTZ, J. C., TREICHEL, P. Química e Reações Químicas.
4ªed., Rio de Janeiro, LTC, 2002.
 BRUICE, P. Y., Química orgânica. Vol.1, 4ªed., São Paulo,
Pearson, 2006.
5
Sumário
• Matéria e Teoria Atômica
• Tabela Periódica dos Elementos
• Ligações Químicas
• Compostos Iônicos e Moleculares
6
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.
7
SÓLIDO
LÍQUIDO
GASOSO
Figura 1: Diferentes exemplos dos estados da matéria.
Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and
Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002
O Estudo da Matéria
8
Classificação da Matéria
Matéria
NÃO
SIM
É uniforme?
Mistura
heterogênea
Homogênea
NÃO
Tem composição
variável?
Mistura
homogênea
(solução)
Substância
pura
NÃO
Elemento
Pode ser reduzida a
substância mais
simples?
SIM
SIM
Composto
9
Matéria e Teoria Atômica
 Entender a estrutura atômica
(evolução dos modelos atômicos)
É FUNDAMENTAL
 para entender como a mesma influencia nas
propriedades da matéria.
10
Modelos atômicos e estrutura atômica
• John Dalton (1803): Postulados
- Toda matéria é composta por partículas
menores (átomos).
- Os átomos são indivisíveis, não podem ser
criados e nem destruídos – “lei de conservação
das massas”.
- Todos os átomos de um elemento são idênticos.
- Os compostos são formados quando átomos de
mais de um elemento se combinam.
11
- O átomo é subdivisível: experimentos (raio
catódico) revelaram que o átomo tem partículas
carregadas negativamente (elétrons);
- Relação carga/massa do elétron = 1,76.108 C.g-1
O Coulomb (C) é a unidade de carga elétrica no SI.
Figura 2: Esquematização de um tubo de raios catódicos modificado.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R.
Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
• J. J. Thomson (1897) – Descoberta do elétron
12
- Sugeriu que o átomo poderia ser uma esfera
carregada positivamente na qual alguns elétrons
estão incrustados.
Figura 3: Modelo “pudim de ameixa” do átomo de J. J. Thomson.
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R.
Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
• Modelo atômico de J.J.Thomson
13
• 1919: Carga positiva no núcleo atômico:
descoberta dos prótons (+).
• 1932: J. Chadwick descoberta dos
nêutrons
(partícula nuclear eletricamente neutra).
Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and
Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002
• Modelo atômico de Ernest Rutherford
• 1914: E. Rutherford demonstrou a existência de
uma partícula com massa muito superior a massa
do elétron, porém de mesma carga e de sinal
oposto.
Figura 4: Representação do átomo nuclear.
14
O átomo nuclear
Partículas subatômicas: prótons (+), nêutrons e
elétrons (-);
Carga de um elétron = - 1,602.10-19 C
Carga de um próton = + 1,602.10-19 C
(1,602.10-19 C  carga eletrônica)
Tabela 1 – Comparação entre partículas
subatômicas
Partículas
Carga
Prótons
Positiva (1+)
Nêutrons
Nenhuma (neutra)
Elétrons
Negativa (1-)
15
O átomo nuclear
- Átomo é neutro: número de prótons = número de
elétrons
- A massa do elétron é desprezível em relação à
massa do próton e do nêutron.
- Número atômico (Z) = número de prótons no
núcleo
- Número de massa (A) = número de prótons +
número de nêutrons no núcleo
A
ZX
átomo de Oxigênio
16
8
O
16
Isótopos
São elementos que possuem o mesmo número
atômico (Z), porém com massa atômica (A)
diferentes (n° neutrons ≠).
Exemplos:
11
6C
12
6C
13
6C
14
6C
nuclídeos
1
1H
2
1
H
nuclídeos
3
1H
35
17Cl
37
17Cl
nuclídeos
17
A escala de massa atômica
- A massa (em gramas) do 1H é 1,6735.10-24 g e do
16O é 2,6560.10-23 g.
- Usando (u)  unidade de massa atômica:
1 u = 1,66054.10-24 g
1 g = 6,02214.1023 u
- Por convenção: a massa de 12C = exatamente 12 u
- Portanto, a massa atômica do 1H=1u e do 16O=16u
18
A escala de massa atômica
Massas atômicas médias
A massa atômica relativa: massas médias dos
isótopos:
O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C.
A massa média do C:
(0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u
19
Organização dos Elementos:
A Tabela Periódica
1871: Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev
(ordem crescente de nº de massa)
 Atualmente: 116 elementos
 Ordem crescente de número atômico (Z)
- horizontal.
 Propriedades físicas e químicas similares - vertical.
20
http://tabelaperiodicacompleta.com.br
Tabela periódica
Figura 5: Classificação dos elementos – Tabela Periódica.
21
Tabela periódica
 As colunas na tabela periódica chamam-se
grupos (numeradas de 1A a 8A ou de 1 a 18).
 As linhas na tabela periódica chamam-se
períodos.
19
K
39,0983
Número atômico (Z)
Símbolo atômico
Peso atômico
22
Tabela periódica
Alguns dos grupos na tabela periódica recebem
nomes especiais e indicam as similaridades entre os
membros de um grupo.
Tabela 2: Grupos da tabela periódica
Grupo
1A
2A
6A
7A
8A
Nome
Metais alcalinos
Metais alcalinos terrosos
Calcogênios
Halogênios
Gases nobres
Elementos
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
O, S, Se, Te, Po
F, Cl, Br, I, At
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
23
Propriedades Periódicas
Figura 6: Propriedades periódicas dos elementos.
A posição do elemento revela suas propriedades
24
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
25
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
26
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-, 327
Previsão das cargas iônicas
Posição do elemento na Tabela Periódica
CÁTIONS
ÂNIONS
METAIS tendem a perder e- e NÃO METAIS
tendem a ganhar e-
Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química
uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005
Íons e compostos iônicos
Figura 8: Cargas de alguns íons encontrados em compostos comuns.
28
Íons e compostos iônicos
Ligações químicas:
transferência ou compartilhamento de eElementos buscam a estabilidade (regra do octeto)
COMPOSTOS IÔNICOS: formados pela combinação
de íons  LIGAÇÃO IÔNICA (transferência de e-)
Na+ + Cl-
NaCl
Íon sódio Íon cloro Composto iônico
(cloreto de sódio)
 Geralmente entre METAL + NÃO METAL
29
Compostos iônicos
 São ELETRICAMENTE NEUTROS
(cargas positivas = cargas negativas)
Portanto:
- existe um Na+ para cada Cl- gerando NaCl
- existe um Ba2+ para dois Cl- gerando BaCl2
Em geral, a carga de um íon torna-se o índice do
outro (sem sinal):
Mg2+ + N3Mg3N2
íon magnésio íon nitrogênio
Composto iônico
(nitreto de magnésio)
30
Moléculas e Compostos Moleculares
• Moléculas são reuniões de dois ou mais átomos
ligados entre si (NÃO METAIS):
Compartilhamento de eH• + H•
H H ou H
Ligação covalente
H
O C O ou O
C
O
Ligação covalente coordenada
• Suas fórmulas químicas indicam quais átomos
compõem a molécula e em qual proporção são
encontrados.
• Exemplos: H2O, CO2, CO, CH4, H2O2, O2, O3 e
C 2H 4.
31
Compostos: Iônicos x Moleculares
IÔNICOS
• Formado por íons
• Combinam metais
e não-metais
• Exemplos: NaCl,
CaCl2
MOLECULARES
• Formado por
moléculas
• Em geral, somente
não-metais
• Exemplos: H2O; CH4
32
Fechamento
• Matéria e Teoria Atômica
• Tabela Periódica
• Ligações Químicas
• Compostos Iônicos e Moleculares
33
Química
Ambiental
Atividade 1
Ana Cecília
Bulhões Figueira
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)
35
Lítio (Li)
Metal
Família 1 ou 1A: Metais
Alcalinos
Número atômico = n° e- = 3
Flúor (F)
Não Metal
Família 17 ou 7A: Halogênios
Número atômico = n° e- = 9
Distribuição eletrônica
1s2 2s1  C.V. = 2s1
1s2 2s2 2p5 C.V. = 2s2 2p5
Li perde 1e-  cátion Li+
F ganha 1e-  ânion FComposto Iônico LiF (fluoreto de lítio)
36