Resumo de reações de Óxido-Redução, Água e atmosfera.
Reações de Óxido-Redução:
São reações que envolvem transferência de elétrons, sempre ocorrendo em pares:
OXIDAÇÃO: É a reação de perda de elétrons.
REDUÇÃO: É a reação que “recebe” os elétrons perdidos por outro composto.
Cátions tendem a receber elétrons para se neutralizar enquanto os ânions tendem a doar seus elétrons.
Agentes oxidantes reduzem-se, ou seja, roubam elétrons de outros compostos.
Agentes redutores oxidam-se, ou seja, perdem elétrons para outros compostos.
Estas reações também ocorrem por intermédio de bactérias e outros microorganismos, principalmente no que diz respeito à
decomposição do nitrogênio.
Uma semi-reação é aquela que envolve apenas um dos processos, e pode ser de oxidação ou de redução. Para obtenção do
valor do potencial para as semi reações é utilizado um eletrodo especial de hidrogênio (consiste num tubo contendo uma chapa
de Platina conectada por um fio onde borbulha gás hidrogênio. (Para saber o fluxo de elétrons, basta observar o local onde há
aumento de pH e formação de bolhas – H+ originando gás H2).
Através do potencial de uma reação é possível analisar sua espontaneidade, se for positivo (>0) a reação é dita espontânea, se
for negativo (<0) a reação é dita não-espontânea. Outra forma de se analisar a espontaneidade é observando os valores de
variação da energia livre de Gibbs (G), sendo negativo (<0) o processo libera energia e, portanto, é espontâneo, caso contrário, o
processo necessita de energia para ocorrer e não é espontâneo. Existe uma relação entre as duas grandezas, dada pela
equação:
∆G = - n . F . E
Onde, ∆G é a energia em J/mol, n é o número de elétrons envolvidos no processo (para tal, obtém-se apenas o número de uma
semi-reação), F é a constante de Faraday (96500 C) e E é o potencial padrão da reação.
Quando há contato entre dois metais diferentes, pode haver corrosão. Isso pode acontecer pois, se forem colocados em contato
metais com potenciais diferentes, um tenderá a se oxidar (doar elétrons) e outro, a se reduzir (receber elétrons).
Uma cela galvânica é também chamada de pilha, sua utilidade é transformar energia química em energia elétrica por um período
limitado e com grande portabilidade. Pode gerar transferência direta de elétrons ou indireta, dependendo do estado físico dos
compostos envolvidos. É formada basicamente de dois recipientes contendo sais metálicos e seus respectivos metais enrolados
por fios elétricos (donde advém o fluxo eletrônico) e, entre eles uma ponte salina (cujo objetivo é promover o equilíbrio iônico,
mantendo a eletroneutralidade. O cátodo, como reduz, deixa livre inúmeros ânions que fazem ligação com o cátion do sal da
ponte, e, por sua vez, o ânodo, como oxida, deixa livre inúmeros cátions metálicos, que são ligados aos ânions do sal da ponte.
Os fios, portanto, transportam elétrons, e a ponte salina, ions.
Em contato com o ar, o ferro corrói-se (oxida-se), isso acontece porque, o ferro é um bom condutor elétrico, e há grande fluxo
iônico em função da umidade atmosférica. No ânodo acontece a oxidação Fe > Fe2+, no cátodo, o Oxigênio reduz-se, formando
íons hidroxila.
Fe0 -> Fe2+ + 2e- (Reação anódica)
H2O + ½ O2 + 2e- -> 2OH- (Reação catódica)
---------------------------------Fe0 + H2O + ½ O2 -> Fe(OH)2 (Reação global)
Fe(OH)2 + H2O + ½ O2 -> Fe(OH)3 (FERRUGEM)
Para proteger o ferro, é comum utilizar algum revestimento na superfície, com tintas ou outro metal (nesse caso, convém
observar, o metal deve ser mais ativo que o ferro)
Outro método, comumente utilizado em tubulações subterrâneas (postos de combustível, por exemplo), é o de utilização de um
metal mais ativo que o ferro, em contato elétrico com o mesmo, como metal de sacrifício. O metal, por ter maior atividade, oxidase facilmente, cedendo elétrons para os íons ferro, que voltam ao estado sólido (reduzem-se), impedindo a corrosão.
Ex.:
Fe0 -> Fe2+ + 2e- 0,44V
Mg0 -> Mg2+ + 2e- 2,37V
Observando os valores, temos que (pelo conceito de que o maior permanece e o menor inverte), o Ferro passa a ter tendência a
se reduzir, e o magnésio, a se oxidar. A reação espontânea (com potencial igual à +1,93V) é: Fe2+ + Mg0 -> Fe0 + Mg2+
O ouro é um metal de difícil corrosão, pois, comparado com outros metais, ele possui um alto potencial de redução (por
consegüinte, um baixo potencial de oxidação), portanto, apresenta forte possibilidade de ganhar elétrons do que ceder elétrons
para o meio. Outro fato interessante do cotidiano que pode ser citado é da corrosão de tubulações à base de ferro em
proximidade de luvas de bronze (liga de cobre). Isso acontece pois o potencial de oxidação do ferro é maior, favorecendo a
redução do cobre.
Água:
O Brasil é o terceiro maior país em reserva de água do planeta, grande parte desta água está disponível apenas na região norte,
e na região sudeste, que atende 70% da demanda de água, é mais provável uma escassez dentro das próximas décadas.
Em alguns países do Oriente Médio, onde as reservas praticamente se esgotaram, é utilizado um processo custoso denominado
Osmose Reversa (lembrando: osmose é o processo de transferência de água por membranas semi-impermeáveis da região
menos concentrada para a mais concentrada), ou seja, o sal da região muito concentrada é trocado, a custo de energia e
membranas fortes (aguentar a alta pressão, que deve passar à osmótica – 25/30 atm), por água com concentrações menores de
sais, e, portanto, potável.
O Brasil necessita melhorar muito seu tratamento de esgoto, mas, nos países onde isto se aplica, se faz através de um processo
similar aos passos seguintes:
-GRELHAMENTO: Bloqueio de sedimentos grandes, em espécies de “peneiras”, cada vez menores.
-DECANTAÇÃO: O efluente fica em repouso até que todas as partículas decantem.
-Absorção do lodo, utilizando-se para isso a aeração (mata bactérias anaeróbias – elimina o odor do gás sulfídrico).
-SEDIMENTAÇÃO: O lodo sedimenta quando em repouso, da mesma forma que o processo de decantação.
Após o processo de recirculação (que pode durar até 25 dias), o lodo é retirado e secado, vendido como adubo.
Processo de tratamento de água:
-SEDIMENTAÇÃO: assim que a água atinge as ETEs, a água fica em repouso (ou em fluxo lento, após a adição de alguns
compostos para correção de pH e que dificultem a solubilização de certas impurezas) para que as partículas maiores e mais
densas atinjam o fundo do reservatório.
-COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO: após a adição de sulfato de alumínio, as partículas se agrupam em complexos formados pelo
sal, que possui o formato de flocos que DECANTAM ao final, podendo ser retirados. É nesse estágio em que os colóides e a
coloração da água é removida.
-FILTRAÇÃO: nesta parte, atuam os filtros de areia e cascalho, que vão reduzindo a espessura de suas partículas para aumentar
a eficácia da filtragem e da retirada das partículas em suspensão.
-DESINFECÇÃO: É adicionada uma quantidade de cloro entre 0,1 e 1ppm, para que atinja o valor mínimo residual nas
residências, para matar germes patogênicos nocivos à saude humana. O cloro inibe a atividade enzimática do mesmo.
-DISTRIBUIÇÃO: Agora é a vez de distribuir a água tratada às caixas d'´água dos bairros, que dirigirão às residências.
Há também métodos de retirada dos odores e sabores da água, pela utilização de filtros de carvão ativado, que contam com alto
poder de adsorção. (Agregamento de partículas). Utilizado para a remoção de cloro, e pode ser reutilizado após reativação à
1000ºC. A aeração é utilizada principalmente na eliminação do gás sulfídrico, que em contato com oxigênio, forma ácido
sulfúrico, livre de odor.
O problema da ÁGUA DURA:
A água dura está presente em vários municípios brasileiros, entre eles São José do Rio Preto, em São Paulo, por exemplo. Esta
água apresenta alta concentração de íons Cálcio e Magnésio, e dificulta a ação dos sabões e provoca o entupimento de
caldeiras, e pode ocasionar incidentes graves.
Para tratá-la, existem 3 métodos:
BARRILHA (Carbonato de Sódio): Precipita Carbonato de Cálcio. Muito dispendioso.
Na2CO3 + CaCl2 = 2 NaCl + CaCO3
CAL HIDRATADA (Hidróxido de Cálcio): Apenas em água contendo alta concentração de bicarbonatos. Método mais barato e
eficaz.
Ca(OH)2 = Ca2+ + 2 OH2 HCO3- + 2 OH- = 2H2O + 2CO32---------------------------------------------Ca(OH)2 + 2 HCO3- = Ca2+ + CO32- + 2H2O + CO32CaCO3 Este último, com o cálcio da água, forma mais carbonato.
RESINA DE TROCA IÔNICA: Agrupa os íons que desejam ser removidos em duas colunas, catiônica e aniônica [grandes
moléculas de carbono contendo íons hidrogênio (atrai cátions e provoca a troca) e hidroxila (atrai ânions e promove a troca) ao
final das cadeias – forma água ao fim].
Características da Água:
-Alto calor específico: absorve grande quantidade de calor e mantém a temperatura da Terra estável mesmo durante à noite.
-Alto calor de vaporização: absorve grande parte do calor enviado à atmosfera terrestre.
-Densidade máxima a 4ºC, possibilita a vida mesmo em condições extremas (ex.: nos pólos, esta característica faz com que
apenas a superfície de lagos congele, mas em níveis mais profundos permite a vida, uma vez que permanece no estado líquido).
Este fato também gera o fenômeno da ressurgência (da água fria).
-É o solvente universal, o que possibilita a troca de nutrientes nos organismos vivos e dos solos.
Poluição da água: pode ser causada de forma natural (ex.: excesso de sais dissolvidos que dificultam ou impossibilitam o
consumo da água) ou por origem humana. Os principais fatores que poluem a água são:
-Rejeitos humanos: maior fonte de poluição, o esgoto residencial, aliado ao grande número de efluentes industriais não tratados,
é um problema que vem se agravando desde o início da Revolução Industrial;
-Detergentes: vários tipos de detergentes estão atualmente proibidos em diversos países do mundo por não serem
biodegradáveis (primeira proibição: EUA – década de 1960)
-Fósforo: provoca o aumento do número de algas, também é originário de detergentes.
-Fertilizantes e inseticidas: ocasionam a contaminação da cadeia alimentar e dos lençóis freáticos, além de originar organismos
resistentes aos venenos. Exemplo: DDT.
Atmosfera:
A atmosfera possui os seguintes principais componentes: Nitrogênio (78%), Oxigênio (21%), Argônio (1%). Além de pequenas
quantidades de CO2, Ne, He, SO2, NH3, CO etc. Todos estes compostos apresentam-se “dissolvidos” em água, em proporções
similares às da atmosfera.
As principais fontes poluidoras da atmosfera são: transporte, geração de energia e indústria. Os poluentes mais comuns são
partículas finamente divididas (poeira), fumaça (partículas em suspensão), gotas (FOG), fuligem, combustíveis fósseis e esgoto
doméstico.
Os gases nobres apresentam algumas utilidades práticas, tais como:
-Hélio: devido à sua baixa densidade, é utilizado em dirigíveis, balões e bexigas.
-Argônio: gás inerte, utilizado para obtenção de vácuo e na construção de lâmpadas incandecentes.
-Xenônio: utilizado em flashes fotográficos.
-Criptônio e neônio: utilizado em letreiros luminosos,
-Radônio: utilizado em radioterapia, é o gás mais denso que se tem conhecimento.
São compostos altamente poluentes do ar:
-ÓXIDOS DE ENXOFRE (SOX): queima da hulha, destilação do petróleo, causa danos sérios aos vegetais e ao aparelho
respiratório de pessoas sensíveis.
Provoca a chuva ácida.
-SO2 + H2O = H2SO3 (ácido sulfuroso)
-SO2 + O2 = SO3
SO3 + H2O = H2SO4 (ácido sulfúrico)
A chuva ácida danifica, prinicipalmente, construções contendo mármore:
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O
-ÓXIDOS DE NITROGÊNIO (Nox): queima de petróleo.
N2 + O2 = 2 NO (formado na própria atmosfera a partir de descargas elétricas)
2 NO + O2 = 2 NO2 (reação lenta – ocorre rapidamente com ozônio)
Também forma chuva ácida: 4 NO2 + O2 + 2 H2O = 4 HNO3
SMOG fotoquímico: formado pela quebra do dióxido de nitrogênio em óxido de nitrogênio e oxigênio nascente. O ozônio formado
na atmosfera inferior é um grande poluente e causador do efeito, especialmente em contato com hidrocarbonetos.
HIDROCARBONETOS: Sua combustão incompleta (quando há falta de oxigênio) produz monóxido de carbono, que contribui
para a redução da qualidade do ar e compete com oxigênio no sangue, formando ligações estáveis com a hemoglobina,
impedindo a respiração celular (a exposição prolongada – mais de 5 minutos – provoca perda de consciência e pode ser fatal)
O efeito estufa é uma condição natural de nosso planeta ocasionada pelo aprisionamento de alguns raios solares na superfície
devido à concentração de CO2. Mantém a temperatura de nosso planeta constante. Está sendo agravado pelo aumento da
queima de combustíveis fósseis, que vem provocando o aprisionamento de mais gases e o aumento da temperatura da
superfície (acredita-se em duas hipóteses: ou o excesso de dióxido de carbono está ocasionando o aquecimento global pelo
aprisionamento de todos os raios solares na superfície ou em um futuro próximo o mesmo gás poderá provocar um resfriamento,
uma vez que os raios advindos do espaço não atingirão nosso planeta. O único fato é que o efeito estufa é um processo natural
que acontece desde a formação da Terra).
A atmosfera superior (acima de 30km de altura) apresenta inúmeros compostos que são instáveis nas condições da superfície
terrestre, tais como, oxigênio molecular e nitrogênio molecular, e, por conta da presença de raios UV, inúmeras reações lentas
ocorrem rapidamente. Há também a ionosfera, camada condutora que transmite ondas de rádio por longas distâncias.
O ozônio, presente na estratosfera, é o gás mais importante, pois absorve cerca de 95% a 99% da radiação UV solar, nociva
para a pele.
É formado pela união de O2 com oxigênio molecular e está em constante renovação. No entanto, há catalisadores que aceleram
o processo de decomposição do gás e provoca o chamado “buraco na camada de ozônio”:
Óxido de Nitrogênio (NO): atingia a atmosfera superior quando o projeto de transporte supersônico, financiado pelos EUA,
atuava.
NO + O3 = NO2 + O2
NO2 + O = NO + O2
-------------------------------------NO + O3 + O = 2 O2 + NO
Cloro (Cl): catalisador muito mais rápido que o NO, levado aos níveis superiores por conta de gases especiais denominados
CFCs (Clorofluorcarbonetos).
CFCl3 =UV= CFCl2 + Cl
CFCl2 =UV= CFCl + Cl
A reação que produz dois Cl moleculares mostra que tais compostos apresentam uma meia-vida de 70 anos.
Cl + O3 = ClO + O2
OCl + O = Cl + O2
------------------------------------Cl + O3 + O = 2O2 + Cl