-UNIDADE 1-SINTESE AMONIACOA partir de um pequeno numero de substâncias naturais - as matérias-primas - a industria
quimica produz milhares de substancias diferentes - os produtos intermediarios - que se
transformam nos produtos finais utilizados pelo consumidor.
Por exemplo: Hidrogénio+Azoto=Amoniaco=Adubos Azotados (é Reversivel)
A sintese do amoniaco (NH₃) por fixaçao do azoto atmosferico foi descoberta por Fritz Haber e
transformada em processo insdustrial por Karl Bosch, sendo o processo actualmente
conhecido por processo de Haber-Bosch.
Para a sintese do amoniaco, o N₂ obtém-se por destilaçao fraccionada do ar liquido. O H₂
prepara-se a partir da reduçao do vapor de agua por acçao do carbono (carvao) ou de
hidrocarbonetos, como o metano, e por electrolise (menos economico).
N₂(g)+3H₂(g)->2NH₃(g)
-REACÇOES COMPLETAS E INCOMPLETASNas reacçoes completas, os reagentes quando misturados em proporçoes estequiometricas
(nas proporçoes molares indicadas na respectiva equaçao quimica), esgotam-se
completamente. No final só se tem os produtos da reacçao.
Nas reacçoes incompletas, os reagentes, mesmo presentes em proporçoes estequimetricas,
nao se esgotam completamente, aparecendo misturados com os produtos da reacçao. É o caso
da reacçao do amoniaco, porque se a reacçao se efectua a partir de um unico reagente, este
reagente nao se esgota completamente, coexistindo no final misturado com os produtos da
reacçao.
PROBLEMA Misturam-se 3mol de di-hidrogenio com 48g de dioxigenio e apos a reacçao
obteve-se 52g de agua. Verificar se a reacçao foi completa.
Equaçao: 2H₂(g)+O₂(g)->2H₂O(g)
As proporçoes sao: H₂:O₂:H₂O=2:1:2
O que significa que 3mol de H₂ deveriam reagir com 1,5mol de O₂ (1,5mol*32g/mol=48g) para
dar 3mol de agua (3mol*18g/mol=54g). Como se obtiveram 52g de agua, conclui-se que a
reacçao nao foi completa.
-READIMENTO DE UMA REACÇAO QUIMICA E REAGENTE LIMITANTERendimento: =(quantidade de produto obtido)/(quantidade de produto teoricamente
esperada)(em g/mol, usar n=m/M)
Reagente limitante: Comparam-se as fracçoes de (Quantidade de Reagente/Coeficiente
Estequimetrico). A menor fracçao é o reagente limitante.
PROBLEMA
A partir de uma mistura de 3mol de N₂ e 3mol de H₂, obtiveram-se 30g de NH₃. a)Qual o
reagente limitante? As proporçoes da Equaçao de reacçao do amoniaco sao (1:3:2), ou seja,
(3/1=3), para N₂ e (3/3=1) para H₂. O reagente limitante é o H₂.
b)Qual a quantidade maxima de amoniaco que se pode formar se a reacçao for completa?
Recorrendo às proporçoes (1:3:2), temos que para (1), se tem 3mol, ou seja, para (3), temos
9mol e para (2) temos 6mol final que seria na reacçao normal.
Contudo, so temos 3mol de H₂, por isso, 6/3=2mol.
c)Qual o rendimento da reacçao? Produto obtido: (n=m/M), M(NH₃)=17,03g
n(NH₃)=1,762g/mol
Rendimento=1,762/2,000=88,10%.
-GRAU DE PUREZA DE UM MATERIALGrau Pureza=massa substancia pura/massa total da amostra.
-AMONIACO, SAUDE e AMBIENTEO amoniaco é um gas incolor, irrtante com cheiro sufocante e pungente, cuja inalaçao pode
ser fatal. As suas soluçes comerciais sao geralmente concentradas (25-30%) libertando NH₃
gasoso, sendo necessario ter muito cuidado com o seu manuseamento, pois produz
queimaduras graves na pele e ataca os pulmoes quando inalado.
Nunca se deve cheirar um frasco com amoniaco. A partir de uma concentraçao na atmosfera
de cerca de 5ppm ja se nota a sua presença; a partir de 35ppm, a atmosfera ja e sufocante e
quando atinge cerca de 500ppm é altamente periogosa. O seu manuseamento nas instalaçoes
fabris traz perigos adicionais devido às elevadas quantidades e pressoes superiores à
atmosferica a que normalmente se encontra. Na troposfera pode reagir com componentes
nela existentes, como HCl, NHO₃, e H₂SO₄, originando sais de amonio solidos em suspensao
(materia particulada); por oxidaçao atmosferica origina oxidos de azoto todos eles nefastos à
saude dos seres vivos.
-REACÇOES EXOTERMICAS E ENDOTERMICASReacçoes que libertam calor, como as combustoes, dizem-se exotérmicas. Reacçoes como a
decomposiçao do calcário por acçao do calor, dizem-se Endotérmicas. (Em sistemas isolados, o
calor posto em jogo (libertado ou absorvido) provoca alteraçao da temperatura do sistema; no
caso das reacçoes exotermicas, a temperatura do sistema aumenta, mas tem valores negativos
de entalpia, ou seja, pela soma das energias nos reagentes e nos produtos de reacçao).
-VARIAÇAO ENTALPIAPara reacçoes a pressao constante, como as realizadas à pressao atmosferica, a energia
calorifica posta em jogo denomina-se variaçao da Entalpia (ΔH). Calcula-se pela soma das
Energias de dissociaçao e de Ligaçao das moleculas. A variaçao de entalpia nao varia no
percurso de mudança de estado fisico. Nas reaçaoes exotermicas, tem valores negativos e as
endotermicas, têm valores positivos. A variaçao de entalpia calcula-se pelo numero de moles,
ou seja, multiplica-se o valor da energia de dissociaçao pelo numero de moles.
-CONSTANTE DE EQUILIBRIONuma reacçao: aA+bB+cC->xX+yY+zZ, a uma temperatura constante, quando se atingir o
equilibro todas as concentraçoes se mantêm constantes e tais que satisfaçam a relaçao:
((x^X)e*(y^Y)e*(z^Z)e)/((a^A)e*(b^B)e* (c^C)e)=Constante=Kc
Só no estado de equilibrio e a temperatura constante, e que esta relaçao apresenta um valor
constante. Se o sistema ainda nao atingiu o estado de equilibrio a relaçao apresenta um valor
diferente de Kc e denomina-se coeficiente da reacçao:
((x^X)*(y^Y)*(z^Z))/((a^A)*(b^B)*(c^C))=Q≠Kc
À medida que a reacçao vai progredindo ao longo do tempo, o valor de Q vai variando,
tendendo para Kc.
Q≠Kc: Fora do Equilibrio Q=Kc: No equilibrio Q<Kc: para se atingir o equilibrio as concentraçoes
dos produtos X,Y,Z devem aumentar, para que a reacçao ocorra no sentido directo. Q>Kc: para
se atingir o equilibrio as concentraçoes dos produtos X,Y,Z devem diminuir, para que a reacçao
ocorra no sentido inverso.
Se Kc for muito elevada, significa que a reacçao tem alto rendimento. A constante de equilibrio
de uma reacçao é igual ao inverso da constante de equilibrio da reacçao inversa.
-FACTORES QUE AFECTAM O ESTADO DE EQUILIBRIOConcentraçao: Para deslocar o equilibrio no sentido dos reagentes (directo), deve aumentar-se
a concentraçao dos reagentes ou diminuir-se a concentraçao dos produtos de reacçao
(removendo-os do sistema). Para deslocar o equilibrio no sentido inverso, deve diminui-se a
concentraçao dos reagentes (removendo-os do sistema) ou aumentar a concentraçao dos
produtos da reacçao.
Pressao: A variaçao de pressao so afecta uma reacçao, caso os componentes se encontrem no
estado gasoso e se houver variaçao dos volumes dos gases na passagem de reagentes a
produtos. Por aumento da pressao, o equilibrio desloca-se no sentido que fizer o sistema
ocupar menor volume; se a pressao baixar, a reacçao é deslocada no sentido que fizer o
sistema ocupar maior volume.
Temperatura: A temperatura so tem efeito sobre a posiçao de equilibrio de uma reacçao, se a
reacçao for endotermica ou exotermica (ΔH≠0). As reacçoes exotermicas sao favorecidas pela
diminuiçao da temperatura; as reacçoes endotermicas sao favorecidas pelo aumento da
temperatura, que é o resultado do modo como a temperatura afecta as constantes de
equilibrio.
-PRINCIPIO DE LE CHATELIER-
Quando um sistema em equilibrio é sujeito a uma perturbação unica (como alteraçao da
concentraçao, pressao ou temperatura), o equilibrio desloca-se no sentido que contraria essa
perturbaçao, até se estabelecer um novo equilibrio.
-UNIDADE 2Dos cerca de 1,4x10^18 m³ de agua na terra, 97% é salgada e mais de 70% da agua doce está
sob a forma de gelo, principalmente na Antarctida. A água existe nos lagos, rios e águas
subterrâneas. Apesar disto, é um bem cada vez mais escasso devido ao aumento da populaçao
mundial e da industrializaçao, principalmente nos paises mais desenvolvidos.
Consequentemente, há um aumento das aguas residuais e contaminadas, com a agravante de
que a quantidade de agua contaminada é muito maior do que a utilizada.
Água potável é um liquido incolor, inodoro e de gosto agradável. Para medir o seu grau de
acidez, tem-se o PH cuja formula é [pH=-log(H+(aq))]. A agua quimicamente pura é neutra, ou
seja os ioes, H+ e HO- existem em igual quantidade e nao ha mais nenhuma especie quimica
presente para alem destas tres. Uma agua pura a 25 graus, tem pH=7. A agua destinada ao
consumo deve passar por um processo de potabilizaçao para garantir a ausencia de particulas
solidas em suspensao, de metais pesados (toxicos), microorganismos e nao devem ter odores
ou sabores desagradáveis.
Para avaliar a qualidade da água, usam-se indicadores de qualidade e sao: VMR (valor maximo
recomendavel), VMA (valor maximo admissivel) e VP (valores parametricos).
-ACIDEZ E BASICIDADE. REACÇOES ACIDO-BASEÁcido é toda a especie quimica dadora de ioes H+. Base é toda a especie quimica aceitadora de
ioes H+.
Numa reacçao acido-base, ocorre transferencia de protoes H+ de um acido para uma base.
Ex: HNO₃(aq)+H₂=(l)->NO₃->(aq)+H₃O+(aq). Resumindo, Acido1+Base1->Acido2+Base2
Chama-se par conjugado acido-base o conjunto de duas particulas que diferem entre si em 1
iao H+.
-AUTO-IONIZAÇAO DA AGUAA agua é uma particula anfiprotica, ou seja, pode comportar-se como acido ou base. Verificase que tem condutividade electrica, o que indica a presença de ioes. H₂O+H₂O->H₃O+ + HOA constante de equilibro: Kw=[H₃O+]x[HO-] Kw é o produto ionico da agua. A 25 graus, o valor
de Kw é [1,0x10^-14].
-FORÇA DOS ACIDOS E BASESAcido forte: têm tendencia para ceder ioes. Acido fraco: têm pouca tendencia para ceder ioes.
Base forte: tem tendencia para receber ioes. Base fraca: têm pouca tendencia para receber
ioes.
A força de um acido é medida pelo valor respectivo da constante de equilibrio. Ka(constante
de acidez)=(Produtos Reacçao)/(Reagente ácido) Kb(constante de basicidade)=(produtos
Reacçao)/(reagente básico)
Quanto maior for a constante de ionizaçao, Ka ou Kb, mais forte é o acido ou a base.
-NOÇAO DE pHpH=-log([H₃O+])=log(1/[H₃O+])
pOH=-log([HO-])=log(1/[HO-])
Relacionando, temos que:
-log([H₃O+])-log([HO-])=-log(Kw) ou seja, pH+pOH=pKw
a 25 graus, temos que: pH+pOH=14
A 25 graus, tem-se que: 1. Soluçoes Acidas ([H₃O+]>[HO-]), ou seja, pH<7 e pOH>7 2. Soluçoes
Basicas ([H₃O+]<[HO-]), ou seja, pH>7 e pOH<7 3. Soluçoes Neutras ([H₃O+]<[HO-]), ou seja,
pH=7 e pOH=7
-VOLUMETRIA ACIDO-BASE
A determinaçao da concentraçao de um acido, denomina-se de acidimetria e alcalimetria, para
uma base. O titulante é a substancia que se adiciona ao titulado, gota a gota, até se atingir o
ponto de equivalencia, ou seja, até que a recçao se complete. Este ponto é indicado pela
mudança de cor de um indicador.
Durante uma titulaçao, o pH varia progressivamente. O modo da variaçao depende se é forte
ou fraco. É preciso escolher um bom indicador para se saber o ponto de equivalencia, e este
deve escolher-se de modo a que a sua zona de viragem esteja contida na zona de variaçao
brusca do pH.
-CHUVA ACIDAOs oxidos de enxofre e os oxidos de azoto sao os principaos responsaveis pelo fenomeno da
chuva acida. Estes gases, presentes na atmosfera, sao arrastados pelas chuvas e convertidos
em soluçoes acidas que provocam importantes transformaçoes ambientais. Parte do oxido de
enxofre (SO₂) é oxidado a trioxido de enxofre (SO₃); estes oxidos transformam-se por acçao da
agua, nos correspondentes acidos, H₂SO₃ e H₂SO₄. Por seu lado, os oxidos de azoto originam
soluçoes de HNO₃. A chuva acida danifica as culturas, destroi a vegetaçao e a fauna aquatica e
produz deterioraçoes nas construçoes de monumentos.
PREVENÇAO: Para a prevençao, deveria actuar-se nas fontes emissoras de substancias que dao
origem às chuvas acidas, nomeadamente a utilizaçao de transportes colectivos de tracçao
electrica ou a hidrogenio, o tratamento previo dos combustiveis (dessulfuraçao) e a retençao
de particulas solidas (que originam acidificaçao seca), como consequente aproveitamento das
substancias retiradas.
-REACÇOES OXIDAÇAO-REDUÇAOOxidaçao é o processo pelo qual uma substancia perde electroes. Reduçao é o processo no
qual uma substancia ganha electroes.
NUMERO DE OXIDAÇAO
O numero de oxidaçao, corresponde à carga dos ioes. Por exemplo, em HCl, temos que a
formula ionica é H+Cl-, sendo por isso, +1 o numero de oxidaçao do hidrogenio e -1, o numero
de oxidaçao do cloro. No caso de os dois atomos serem iguais, como é o caso de H₂, ou seja,
H+H+, os electroes sao atribuidos igualmente aos dois atomos e por isso, os seus numeros de
oxidaçao sao os mesmo e nulos (zero).
Desta forma:
1. Oxidaçao é o aumento do numero de oxidaçao.
2. Reduçao é a diminuiçao do numero de oxidaçao.
Regras do Numero de Oxidaçao: 1. O numero de oxidaçao de um elemento do estado livre (ex:
H, H₂, O, O₂, N₂, P₄, etc) é sempre zero, qualquer que seja a forma em que ele se apresenta. 2.
Nos compostos mais vulgares, alguns elementos têm numero caracteristico: a)O numero de
oxidaçao dos metais alcalinos (Na em Na₂S, por exemplo) é sempre (+1) e os alcalino-terrosos
(Ca em CaO, por exemplo), é sempre (+2). b)O numero de oxidaçao do Hidrogenio é sempre,
exemplo de HCl, CH₄, (+1), exceptuando nos hidretos que é (-1), exemplo de NaH, CaH₂. c) O
numero de oxidaçao do Oxigenio é (-2),exemplo de CaO, excepto nos peroxidos onde é (1),exemplo de H₂O₂, e nos superoxidos, onde é (-1/2). 3. A soma algebrica dos numeros de
oxidaçao de todos os atomos numa molecula neutra é igual a zero (regra da
electroneutralidade); se se tratar de um iao, essa soma é igual à carga do iao. (Exemplos: [H₂O,
2*(+1)+(-2)=0] e [HO-, +1+(-2)=-1].
PARES CONJUGADOS OXIDAÇAO-REDUÇAO
1. O agente oxidante e a sua forma reduzida formam um par conjugado.
2. O agente redutor e a sua forma oxidade, foram um par conjugado. [Ex: Ag+/Ag]
As particulas podem transformar-se umas nas outras e por isso se chamam pares conjugados
Oxidaçao-Reduçao.
-MINERALIZAÇAO E DESMINERALIZAÇAO DA AGUASolubilidade é a quantidade maxima de soluto que se pode dissolver numa certa quantidade
de solvente, a uma dada temperatura e pressao. Pode ser expressa em [moles de soluto por
litro de soluçao] ou [gramas de soluto por litro de soluçao].
As substancias podem ser: 1. Soluveis: cuja solubilidade é muito superior a 0,02mol/L. 2.
Ligeiramente Soluveis: cuja solubilidade é da ordem dos 0,02mol/L. 3. Pouco Soluveis: cuja
solubilidade é muito inferior a 0,02mol/L.
De acordo com a quantidade de soluto, as soluçoes podem ser:
1. Saturadas: contem a maxima quantidade de soluto possivel. 2. Sobressaturadas: Contêm
uma quantidade de soluto maior do que a correspondente à soluçao saturada. 3. Nao
Saturadas: Sao as que contêm uma quantidade de soluto inferior à que indica a sua
solubilidade.
PRODUTO DE SOLUBILIDADE
O produto de solubilidade é uma constante de equilibrio, Ks que corresponde apenas à
multiplicaçao dos reagentes, elevados aos seus coeficientes estequiométricos. Funciona da
mesma maneira para soluçoes ionicas, ou seja, em vez de se usar o coeficiente estequimétrico,
pode usar-se a carda do iao (H+, é 1, por exemplo, em negativos, fica positivo).
FACTORES QUE AFECTAM A SOLUBILIDADE DE SAIS
1)Temperatura
A solubilidade de sais é geralmente um processo endotermico (ΔH>0). Neste caso, um
aumento da temperatura, provoca um aumento da solubilidade. Contudo, há sais, como o
sulfato de cério(III) e o sulfato de sodio, em que a solubilidade diminui com o aumento da
temperatura, sendo assim a reacçao, exotermica. (ΔH<0).
2)Iao Comum
Um composto é mais soluvel numa soluçao que nao contenha já os seus ioes, do que numa
que já o tenha. Exemplo, Magnesio é mais soluvel em H₂O, do que H₂ em H₂O.
3)Reacçoes Laterais
A solubilidade de um composto aumenta por abaixamento da concentraçao de ioes presentes
em equilibrio devido à ocorrência de reacçoes laterais.
-DUREZA DA AGUAA agua, tal como se encontra nos sistemas naturais, tem sempre diferentes compostos
dissolvidos ou em suspensao que determinam a sua maior ou menor qualidade. A presença de
ioes Ca2+ e Mg2+ nas águas, é responsavel pela sua dureza. A dureza de uma agua indica a
quantidade total de sais, principalmente de calcio e magnesio, dissolvidos na agua. Devido ao
facto de, a solubilidade destes sais diminuir com a temperatura, ocorre a formaçao de
depositos e incrustaçoes sobre as condutas e canalizaçoes que transportam agua quente (caso
das caldeiras). Têm ainda inconvenientes a nivel domestico, por formarem precipitados com os
saboes e detergentes, reduzindo assim, o efeito de lavagem.
-SOLUÇAO SATURADA DE SAIS EM AGUA. PREVISAO DA FORMAÇAO DE PRECIPITADOSConhecendo os valores dos produtos de solubilidade dos varios sais, pode prever-se a
formaçao ou nao de precipitados por reacçoes entre dois compostos em soluçoes. Para que se
forme um precipitado como consequencia da reacçao entre dois ioes, o produto ionico da
soluçao, tem de ser maio que o produto de solubilidade (Q>Ks). Se se cumprir esta condiçao,
precipitará o composto até que Q=Ks (a soluçao, estará saturada).
-DESMINERALIZAÇAO DA AGUA DO MAR-
Os processos mais viaveis para a desalinizaçao das aguas e, consequentemente, obter agua
doce, sao a destilaçao, a osmose e a osmose inversa.
1) A destilaçao baseia-se na tecnica de vaporizaçao da agua do mar seguida de uma
condensaçao do vapor de agua.
2) A Osmose, é a passagem da agua (ou outro solvente) através de uma membrana
semipermeavel (que deixa se deixa atravessar apenas pelo solvente, nao permitindo a
passagem de sais nele dissolvidos). O solvente passa, assim, da soluçao menos concentrada
para a mais concentrada.
3) A osmose inversa é a passagem atraves da membrana no sentido oposto (da soluçao
concentrada para a menos concentrada), por acçao de uma pressao externa.