qui mica

309

FRENTE 1 Qumica Geral e Inorgnica

MDULO 25 Complementos de Atomstica: Teoria dos Orbitais

1. PRINCPIO DA INCERTEZAOU DA INDETERMINAO(HEISENBERG)

impossvel conhecer comexa tid o a posio e a velo -cidade de um eltron simulta -neamente.

Consideremos o tomo de hi dro -gnio, que tem um eltron apenas.Su po nhamos que exista um su per mi -cros cpio com o qual iremos fo ca li -zar a coroa pro cu ra do eltron. Aofo calizar a coroa, ns mandamosener gia para a regio foca lizada. Sepor acaso existisse um eltron nessare gio, agora ele no mais estarianes se local, pois j teria re ce bidoenergia, pulando para outro lu gar.

2. ORBITAL

Se o eltron girasse ao re dor doncleo, em rbitas de ter mi na das, co -nhe ceramos a sua po si o e a suavelocidade, con trariando o prin cpiode Heisenberg. Assim, so mos obri ga -dos a dizer que o eltron no gira emrbitas determinadas ao re dor do n -cleo. Somente podemos prever a pro -babilidade de o eltron es tar em certaposio, num de ter minado instante.

Orbital a regio do es pa o que o el tron ocu pa a maior par te do tem po.

3. CONCEITO DE ORBITAL (SCHREDINGER)

a regio onde a probabilidade

de se encontrar um eltron mxima.

4. SPIN

Na figura, um el tron gi ran do no sen tido anti -horrio.

o movimento de rotao do el -tron. Devido ao spin, o el tron fun cio -na co mo um pequeno m.

Dois eltrons de mesmo spin () se repelem

Dois eltrons de spins opostos () se atraem

5. PRINCPIO DE EXCLUSO DE PAULI

Representao do orbital

ou

orbital com um eltron (in com -ple to).

orbital com um eltron de spincontrrio ao do anterior.

orbital com 2 eltrons de spinscon trrios, ou seja, com ple to.

Decorre do Princpio de Pauli:1. Subnvel s uma regio que com -

porta 2 eltrons. Ora, orbital umaregio que comporta 2 eltrons. Lo -go, cada subnvel s um orbital s.A camada K um orbital.

2. Subnvel p uma regio quecomporta at 6 eltrons. Logo, nosub nvel p existem 3 orbitais,cha ma dos px, py, pz.

3. Subnvel d (10 eltrons) tem 5or bitais.

4. Subnvel f (14 eltrons) tem 7or bitais.

O Princpio de Excluso dePau li afirma que no mais doque dois eltrons podem ocu -par um orbital, e isso so men tese eles tiverem spins opostos.

C43AT_QUI_ALICE 03/05/11 15:38 Pgina 309

6. REGRA DE HUND(MXIMA MULTIPLICIDADE)

Em um subnvel, adicionarum el tron em cada orbital,com o mesmo spin do anterior.

certo errado errado

7. DISTRIBUIOELETRNICA EM ORBITAIS

Primeiramente, devem-se preen -cher os or bi tais de baixa energia edepois os de maior energia.

Devem ser preenchidos antes ossub nveis e depois os orbitais dosub nvel.

NotaAo conjunto de regras e prin -

cpios utilizados na con fi gu ra oeletrnica d-se o nome de Prin - cpio Aufbau (cons tru o, em ale - mo):

1) Ordem crescente de energia;

2) Princpio de Pauli;

3) Regra de Hund.

Exemplo

Fe (Z = 26)

310

1s

K

2s 2p

L

3s 3p

M

3d 4s

N

MDULO 26 Os Quatro Nmeros Qunticos

1. CONCEITO

Os quatro nmeros qunticos sonmeros que identificam o el tron.

o endereo do eltron.

2. NMERO QUNTICO PRINCIPAL (n)

Valores: n = 1, 2, 3, ... Re pre senta:I) a distncia do orbital ao n -

cleo (2s est mais longe doncleo que 1s);

II) tamanho do orbital;III)energia do eltron;IV)a camada (n = 3 M).

3. NMERO QUNTICO SECUNDRIO OU AZIMUTAL (l)

Valores em uma camada de n me -ro n : 0, 1, 2, ... (n 1). Repre sen ta:

I) o subnvel:l = 0 s l = 2 dl = 1 p l = 3 f

II) forma do orbital: (l =0 esfrico; l = 1 halteres);

III) energia do eltron:A energia proporcional so-ma (n + l).

Para tomos com muitos el -trons, a energia de um eltron de -ter mi na da no s pelo valor de n,mas tam bm pelo valor de l. Assim,para um dado valor de n, eltrons ptm ener gia ligeiramente maior queeltrons s. O orbital 2p tem maisenergia que o orbital 2s.

4. NMERO QUNTICOMAGNTICO (m OU ml)

Descreve a orientao do orbitalno espao. O nmero m pode terqual quer valor inteiro entre +l e l,inclusive zero.

ExemploOrbitais p: m = 1, 0, + 1. A

energia de um eltron em um tomo independente da direo do orbital(a no ser quando o tomo es t numcam po magntico ou eltrico), por -tanto, el trons com diferentes valoresde m tm a mesma energia, quandoapre sen tam o mesmo n e o mesmo l.

Os trs orbitais p esto orien ta -dos segundo os trs eixos, x, y, z,exis tindo, portanto, um ngulo de 90entre eles. A cada direo, associa-seum valor de m.

Valores em subnvel den me ro l : l 0 + l

s p

d

f

5. NMERO QUNTICO SPIN (s OU ms)

Descreve a rotao do eltron emtor no do seu eixo. O nmero ms po -de ter somente os valores +1/2 e 1/2.

m0

m1

m0

m+1

m2

m1

m0

m+1

m+2

m3

m2

m1

m0

m+1

m+2

m+3


311

A forma e a orientao dos orbitais s e p no espao.

Dois eltrons de um mesmo or bi talapresentam os trs primeiros n me rosqunticos iguais, mas pos suem spinsopostos. Portanto, de acor do comPauli, dois eltrons de um mesmotomo nunca podem ter os mesmosquatro nmeros qun ti cos.

6. FORMA E ORIENTAODOS ORBITAIS NO ESPAO

Orbitais atmicos tm dis tri bui -o de finida no espao. Os orbitais sso es fericamente simtricos ao re -

dor do ncleo. Os orbitais p tm afor ma de hal teres ou de um oito. Osn me ros qun ticos magnticos go -ver nam a orien tao. Esses trs hal -teres so re presentados por px, py,pz e es to orientados segundo ostrs eixos car tesianos

MDULO 27 Modelo Orbital da Ligao Covalente

1. SUPERPOSIO DE ORBITAIS (OVERLAP)

Na ligao covalente, ocorre com partilhamento depares de el trons. Usando-se orbitais, ocorre umasobreposio (overlap) deles.

Exemplificaremos, tomando a mo l cula do hidro -gnio.

H (Z = 1) 1s

H H

Se dois tomos de hidrognio es ti verem prximos, oeltron de um to mo ser atrado pelo ncleo do ou tro.Os dois orbitais atmicos se super pem, formando umorbital molecular que contm dois eltrons com spinsopos tos.

A ligao na molcula H2 forma-se pela superposio dos dois orbitais 1s.

2. FAMLIA DO OXIGNIO

O(8), S(16), Se(34), Te(52).Apresentam 6 eltrons na cama -

da de valncia.

O : 2, 6S : 2, 8, 6

Como os dois eltrons no em pa - re lhados esto em orbitais p (perpen -diculares), as molculas sero angu -lares (forma de V). Os ncleos dostrs tomos no esto em linha reta.

Exemplogua (H2O).

O ngulo previsto na gua 90,mas o ngulo real 104,5, devido repulso entre os ncleos dehidrognio.

3. FAMLIA DO NITROGNIO

N(7), P(15), As(33), Sb(51).Apresentam 5 eltrons na cama -

da de valncia:

Os trs eltrons no empare lha -dos esto em orbitais p. Como estesso perpendiculares, as molculasso espaciais (pirmide trigonal).

S

H H92,5

Se

H H91

Te

H H90

O

H H104,5

O

F102

F


312

MDULO 28 Ligaes sigma e pi

1. SUPERPOSIO DE ORBITAIS (OVERLAP)

Na ligao covalente, o par ele -trnico formado pela super posiodos orbitais (overlap) dos tomos.Quando os dois orbitais se inter -penetram em um mesmo eixo, aligao chamada sigma ().

Exemplos

Quando dois orbitais p seinterpenetram lateral men te (eixospara le los), a ligao denominadapi ().

Representao esquemtica:

2. LIGAO SIMPLES: A B, A B

uma ligao sigma.

Exem plos

H F

O

H H

H C H C

H H

HH

etano

3. LIGAO DUPLA: A B, A B

Uma ligao sigma e a outra pi.

Exemplo: amnia (NH3). O ncleo do nitrognio est no vr -tice da pirmide, sendo a base for ma -da pelos trs ncleos de hidro gnio.

O ngulo previsto na molculade amnia 90. O ngulo real apro ximadamente 107, devido repul so entre os ncleos de hidro -gnio.

N

H HH 107

P

H HH 93

As

H HH 91,5

Sb

H HH

N

F FF91 102


4. LIGAO TRIPLA: A B, A B

Uma ligao sigma e duas ligaes so pi.

313

1. HIBRIDAO DE ORBITAIS

um rearranjo de orbitais, isto ,uma mudana na forma, energia eorientao dos orbitais.

2. HIBRIDAO sp3

Encontramos este tipo de hibri -da o nas molculas de frmula XY4,em que X um elemento da famliado carbono:

C(Z = 6), Si (Z = 14), Ge (Z = 32),Sn (Z = 50), Pb (Z = 82).

Todos eles apresentam 4 eltronsna camada de valncia.

Sabemos que o carbono tetra -valente e as quatro valncias soequi valentes.

ExemploH Hx

|H x C x H H C H

x

|

HH

metano

Estado fundamental

Por essa estrutura, o carbono se -ria bivalente (dois eltrons desempa -re lhados).

Estado excitado (ativado)

Por absoro de energia, um el -tron 2s promovido para o orbital2p.

O carbono j tetravalente, mas

por essa estrutura as 4 valncias no

so equivalentes.

Estado hibridadoO orbital 2s e os trs orbitais 2p se rearranjam,

formando 4 orbitais equivalentes denominados sp3.

O orbital s esfrico, os orbitais p tm forma dehalteres e os orbitais sp3, a forma de um queijo provolo -ne (um lobo pequeno e um lobo gran de). Os quatroorbitais sp3 se dirigem pa ra os vrtices de um te traedroregular.

As molculas XY4 so tetradri cas.

C

H HH

H

Si

H HH

HCl

Cl ClCl

C Si

Cl

Cl ClCl

MDULO 29 Hibridao de Orbitais


314

3. HIBRIDAO sp2

Este tipo de hibridao aparecena famlia do boro: B(5), Al(13),Ga(31), In (49), Tl(81).

Apresentam 3 eltrons na cama -da de valncia:

Por essa estrutura, eles seriammonovalentes. Como so trivalentes,

h ativao de um desses eltrons:

Fazemos agora uma hibridaodo tipo sp2.

Os trs orbitais sp2 se dirigempa ra os vrtices de um tringuloequi ltero, pois assim eles ficaro omais afastado possvel um do outro.

Observe que o orbital pz no foihibridado, isto , a hibridao sp2

pos sui um orbital p puro (no hbri -do), perpendicular ao plano dosorbitais sp2.

As molculas BF3, BCl3, BH3,AlCl3 so planas triangulares (planastrigonais).


315

A molcula do trifluoreto de boro (BF3) plana trigonal e no obedece regra do octeto (o boro fica com 6 eltrons na camadade valncia).

4. HIBRIDAO spComo exemplo, temos o berlio

(Z = 4), que apresenta 2 eltrons nacamada de valncia:

Por essa estrutura, o berlio no

faria ligaes. Como ele bivalente, ativado:

Fazemos, agora, uma hibridaodo tipo sp:

Os dois orbitais sp se repelem,ficando em oposio. As molculasBeH2, BeCl2 so lineares.

Observe que a hibridao sppossui dois orbitais p puros.


316

A molcula do cloreto de berlio (BeCl2) linear e no obedece regra do octeto (o berlio fica com 4 eltrons na camada devalncia).

MDULO 30 Hibridao do Carbono

1. HIBRIDAO DO CARBONO

Dependendo das condies, o car bono podeapresentar os trs ti pos de hibridao.

2. CARBONO NO FAZ LIGA O PI (ESTABELECE SO MEN TELIGAES SIMPLES)

A hibridao sp3, o ngulo en tre as ligaes 10928 e o carbono est no centro de um tetraedro.

Consideremos, como exemplo, o etano.

A configurao do tomo de car bono no estadoisolado (estado fun damental) :

De acordo com essa estrutura, o car bono deveriaser bivalente, pois po deria emparelhar dois eltrons, res - pectivamente, nos orbitais 2px e 2py.

O carbono, no entanto, tetra valente. Ocorre comesse elemento o fenmeno da hibridao.

Quando o carbono estabelece so men te ligaessimples, o orbital 2s se hibridiza com os trs orbitais 2p,

dan do origem a quatro orbitais hi bridi za dos sp3,apresentando es tru tura tetradrica.

A ligao C C seria formada, portanto, pelainterpenetrao di re ta de dois orbitais sp3. A essa li ga -o d-se o nome de ligao sig ma ( : sp3 sp3).

A molcula do etano espacial (dois tetraedros unidos porum vrtice).

3. CARBONO FAZ UMA LIGAO PI

A hibridao sp2, o ngulo entre as ligaes 120.

Consideremos, como exemplo, o eteno:

C

H C C H

H

H

H

H

1s2 2s2 2pzx2p1

y2p1

C

C C

H

H

H

H


317

A hibridao do C sp2, pois h necessidade deum orbital p para esta belecer a ligao pi.

A molcula do eteno plana.

4. CARBONO FAZ DUAS LIGAES PI

A hibridao sp, o ngulo entre as ligaes 180.

C ou C

Tomemos, como exemplo, o eti no (acetileno).

H C C H

A hibridao do C sp, pois h ne ces sidade dedois orbitais p para fazer as ligaes pi.

A molcula do etino apresenta os quatro ncleos em umamesma linha reta.


318

Ressonncia

RessonnciaMantendo os ncleos no mesmo lugar, se for pos s -

vel mudar a posi o de ligao pi, ocorre res sonn cia.

A estrutura do benzenoA estrutura de Kekul para o ben zeno (C6H6) admi tia

trs ligaes duplas alternadas. No entanto, o com pri - mento da ligao carbono-carbono no benzeno (1,40) inter me dirio ao da ligao dupla (1,34) e da ligaosimples (1,54).

Isso significa que no benzeno a ligao carbo no-carbono no dupla nem simples: uma ligao in ter -me di ria.

Observe que na estrutura de Kekul possvel mu -dar a posio das ligaes .

Essas estruturas so chamadas formas can -nicas, pois elas no exis tem. A verdadeira estrutura dobenzeno apresenta uma ligao pi deslo calizada,isto , uma nuvem eletrnica ligando os seis tomos decarbono for mada pela superposio dos orbitais p.

Por esse motivo, o benzeno re presentadoesquematicamente as sim:

Observe que:1. As formas cannicas no existem.

2. S existe uma estrutura para obenzeno, que intermediria aessas duas estruturas (o hbridode ressonncia).

3. No existe equilbrio entre as formas cannicas,pois estas no existem.

4. TOMO NO SAI DO LUGAR.

Outros exemplos de ressonnciaB

Toda espcie do tipo A apresenta ressnancia.

B

Dixido de enxofre SO2

on carbonato CO23

on acetato H3C COO

H C C

O

3

O

H3C C

O

O

O

CO O

O

CO O

O

CO O


319

FRENTE 2 Qumica Orgnica

MDULO 25 Reaes Orgnicas II: Oxidao dos Alcois

Os alcois sofrem oxidao em presena de oxidantescomuns (KMnO4, K2Cr2O7...) ou com oxignio do ar.

OXIDAO DE LCOOL PRIMRIO

Exemplos

OXIDAO DE LCOOL SECUNDRIO

Exemplos

OXIDAO DE LCOOL TERCIRIOPraticamente no ocorre com oxidantes normais.

Curiosidade: BAFMETROOs sais de dicromato, Cr2O7

2, so alaranjados e, aoreagirem com um lcool, so convertidos em saisverdes de Cr3+. Tal variao de cor utilizada emaparelhos para testar o teor de etanol no hlito demotoristas suspeitos de embriaguez.

A reao do etanol com o sal de dicromato envolvea oxidao do etanol para cido actico.

R C R' R C R' + H2O

H

[O]

OH O

=

lcool cetona

[O]

O

H

OH

H3C C CH3 H3C C CH3 + H2O

=

2-propanol propanona

H3C CH2 C CH3

H3C CH2 C CH3 + H2O

H

OH

[O]

[O]

O

=

2-butanol (butan-2-ol)

2-butanona (butan-2-ona)

(propan-2-ol)

OH

[O]

R"

R C R' no ocorre

MDULO 26 Combusto, Carter cido e Bsico1. REAO DE

COMBUSTO COMPLETA

De um modo geral, a combustototal (queima total) de hidrocar bone -tos e compostos orgnicos oxigena -dos produz gs carbnico (CO2) egua (H2O).

Exemplos

2. REAO DE COMBUSTO INCOMPLETA

Se a queima efetuar-se em at -mos fera mais pobre em oxignio, for -ma-se o venenoso monxido de car -bono (CO). Com pouco oxignio, for -ma-se fuligem (carbono).

3. CARTER CIDO E BSICO DOSCOMPOSTOS ORGNICOS

cidos carboxlicos

Os cidos carboxlicos, ,

apresentam a propriedade de ioni -zar o hidrognio da carboxila, quan -do em soluo aquosa.

7C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O2

etano

C2H5OH + 3O2 2 CO2 + 3 H2Oetanol

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

CH4 + 1,5 O2 CO + 2 H2O

CH4 + O2 C + 2 H2O

O

R C

OH


320

Os cidos carboxlicos reagemcom bases, formando sais (neutrali -za o), e com metais reativos, li be -rando gs hidrognio.

FenisOs fenis so cidos orgnicos

mais fracos do que os cidos carbo -xlicos. Ionizam-se em soluo aquo -sa, de acordo com a equao:

Os fenis reagem com bases, for -mando sais que so denominadosfenxidos (ou fenolatos), e com me taisreativos, liberando gs hidro gnio.

AminasAs aminas so compostos org -

nicos nitrogenados que apresentamcarter bsico, tal como a amnia.

As aminas reagem com cidos,produzindo sais.

R C + H 2 O R C + H 3 O +

O

O

OH

O

R C + NaOH R C + H 2 O

ONa+

O

OH

O

12

R C + Na R C + H2ONa+

O

OH

O

OH + H2O

O + H 3 O +

fenol oucido fnico

fenxido ou fenolato

OH + NaOH

O Na + + H 2 O

fenxido de sdio

NH3 + H2O NH4+ + OH

amnia amnio

R NH2 +H2O R NH3+

+ OH

amina alquilamnio

R NH2 + HCl R NH3]+ + Cl

amina cloreto deprimria alquilamnio

(sal)

OH + Na

ONa+ + 1/2 H2

fenxido de sdio

MDULO 27 Petrleo: Fraes, Craqueamento e Octanagem

1. CONCEITO

O petrleo um lquido viscoso,no solvel em gua e menos densodo que a gua, correspondendo auma mistura de um grande nmerode compostos, principal men te hidro -car bonetos.

2. PETRLEO BRUTO

Ele encontrado em jazidas (bol -ses) no subsolo da crosta ter restre,de onde retirado atravs de perfu -raes que atingem o poo pe trol -fero. Ele se encontra dentro das ro -chas porosas.

No incio o petrleo jorra espon -ta nea mente devido grande pres sodos gases de petrleo; depois apresso cai, sendo necessrio obom beamento para trazer o petrleo superfcie, obtendo-se assim o pe -trleo bruto.

A seguir o petrleo bruto sub -me tido a processos mecnicos depu rificao:


321

I) por decantao, separada agua salgada;

II) por filtrao, separam-se aareia e a argila.

Obtm-se assim o petrleo pu ro.

3. FRACIONAMENTO DO PETRLEO

O petrleo uma mistura decom postos, principalmente de hidro -car bonetos.

Para separarmos as principaisfra es do petrleo (misturas maissim ples de hidrocarbonetos), usa moso processo de destilao fracio nada.

A seguir temos uma lista dasprin cipais fraes do petrleo e osintervalos de temperatura em que sedestilam:

Frao gasosaConstituda principalmente de

CH4, C2H6, C3H8 e C4H10.

Frao gasolina (at 150C)ter de petrleo (pentanos e he -

xanos).Gasolina (hidrocarbonetos de 6 a

12 tomos de carbono).Benzina (octanos e nonanos). Frao querosene (150C

a 290C)Querosene (hidrocarbonetos de

10 a 16 tomos de carbono). Frao leos lubrificantes

(300C a 400C)leo diesel (hidrocarbonetos su -

pe riores).leo lubrificante.leo combustvel. ResduoParafina.Vaselina.Asfalto.Piche.

4. APLICAES DAS DIVERSAS FRAES

Na frao gasosa, encon -tramos:

CH4 (metano) e C2H6 (etano),principais componentes do gs na -tural. usado como combustvel naindstria e est comeando a serusa do em veculos automotores(GNV: gs natural para veculos);

C3H8 e C4H10 (propano e bu -tano), principais componentes dogs engarrafado ou gs de bo -tijo (GLP: gs liquefeito depetrleo).

Na frao gasolina, en -con tramos:

ter de petrleo e benzina,usa dos como solventes;

gasolina, usada como com -bus tvel em motores a exploso.

Na frao querosene, en -contramos:

querosene, usado como com -bus tvel na aviao.

Na frao leos lubrifi -can tes, encontramos:

leo diesel, usado como com -bustvel nos motores a diesel. leolubrificante, usado como lubrificante.leo combustvel, usado como com -bustvel na indstria.

Na frao resduo, en con -tramos:

parafina, usada na fabricaode velas, graxas de sapatos, ceraspara assoalho etc.;

asfalto e piche so usados napavimentao de vias pblicas.

5. NDICE DE OCTANOS(OCTANAGEM)

Com o uso da gasolina nos mo toresa exploso, sentiu-se a neces sidade decriar-se uma grandeza que pudessemedir a qualidade da gaso lina.

Para que possamos entender es tagrandeza (ndice de octanos), preci -samos ter uma ideia de como a gasolina usada nos motores a ex ploso.

Dentro do motor, a mistura de ga -solina e ar submetida compres -so e, quando o pisto atinge o pon -to morto, uma fasca eltrica detonaes ta mistura.

Na exploso da mistura de ga -solina e ar, ocorre a formao de ga -ses que aumentam a presso dentroda cmara de combusto, movimen -tando o mbolo do cilindro e fazendoo motor a exploso funcionar.

s vezes, a simples compressoda mistura pode produzir sua deto -na o; esta detonao prema tura, is -to , por compresso e no pelafasca produzida pela vela, deve serevita da, pois diminui a potncia domotor.

Este fenmeno de detonaoprematura conhecido com o nomede KNOCKING (batida de pino).

Como percebemos, a qualidadede uma gasolina depende da suamaior ou menor resistncia com -pres so, sem detonao quando emmistura com o ar.

Evidentemente, quanto maiorsua resistncia compresso,melhor sua qualidade.

Entre os constituintes da gaso -lina, o heptano

(H3C C C C C C CH3)H2 H2 H2 H2 H2

oferece baixssima resistncia com presso, isto , apresenta ofen me no do knocking. Por outrolado, o iso-octano ou 2,2,4-tri me -tilpentano ofe re ce grande resistn cia com pres so.

Estes dois hidrocar bonetos fo -ram toma dos como padro pa ra ade ter minao da resis tn cia da ga -soli na com pres so, sem de tonaoquan do em mistura com o ar.

Foi estabelecido en - to o NDICE DE OC -TANOS ou OCTA NA -GEM. Ao hep tano foiarbitraria men te da do ova lor 0 e ao iso-octanoo valor 100.

O ndice de octanos no indicaquan to temos de heptano e iso-octano,e sim d uma ideia do com por ta -mento da gasolina em rela o aohep tano e ao iso-oc tano.

H3C C C C CH3CH3 H

CH3 CH3

H2

iso-octano

( (

0 50 100

100% heptano 0% iso-octano

50% iso-octano50% heptano

100% iso-octano 0% heptano


322

Por exemplo: uma gasolina de 80oc ta nos ou ndice de oc tanagem 80 aque la que no mo tor se com portaco mo uma mis tu ra con tendo 80% deiso-oc tano e 20% de heptano.

Uma gasolina de 55 octanos aque la que se comporta no motor co -mo uma mistura con tendo 55% deiso-oc tano e 45% de heptano.

Evidentemente, quanto maior on dice de octanos, melhor a qualida -de da gasolina.

6. ANTIDETONADORES OU ANTIDETONANTES

So substncias adicionadas gasolina para elevar sua octanagem,isto , aumentar sua resistncia com presso.

Os antidetonantes mais usadosso: cloreto de eti leno, eta nol, metil -terc butilter etc. O chumbote tra etilano est sendo mais usado devidoao fato de contaminar o meio am -biente com chumbo.

CASO PARTICULARSe adicionarmos um antide to -

nante a uma gasolina com ndice deoctanos prximo de 100, este ndicepo der ultrapassar o valor de 100, is -to , obtm-se uma gasolina que re -sis te a uma compresso mais eleva -da que o iso-octano.

7. CRACKING(CRAQUEAMENTO)

A frao de maior consumo ob -tida no fracionamento do petrleo afrao gasolina, sendo sua incidn -cia, em mdia, da ordem de 10%.

Para aumentar o rendimento emga solina no petrleo, podemos usar oprocesso de cracking do petrleo(quebra), que consiste no aque ci men -to entre 450C e 700C das fra esmenos volteis do petrleo (fra escom maior quantidade de car bono).

Durante o processo ocorre a que -bra dessas cadeias, formando hidro - carbonetos de cadeia menor (com po -nentes da gasolina). Simul ta nea men te

com o cracking faz-se a hi dro -genao cataltica, para trans for maros alcenos formados em alcanos.

Exemplo

8. HULHA (CARVO DEPEDRA)

Hulha um carvo mineral con ten - do aproxima da mente 80% de carbono.

Por destilao seca da hulha(aque cimento ao abrigo do ar), ob -tm-se as fraes:

I. gs de rua ou gs de ilumi na -o (H2, CH4, CO);

II. guas amoniacais (NH3, saisde amnio em soluo);

III.alcatro de hulha (rico emcom postos aro mticos);

IV. carvo coque (usado na side -rurgia).

C10H22 C8H18 + C2H4 alcano alceno

catC2H4 + H2 C2H6

alceno alcano

MDULO 28 Bioqumica: Aminocidos e Protenas

1. AMINOCIDOS

Aminocidos so compostos de funo mistaamina cido carbo xli co:

Exemplos

Os aminocidos tm CARTER ANFTERO, isto ,podem reagir com cidos ou com bases, pois apre sen -tam grupo cido (do cido carbo x lico) e grupo bsico(da amina).

Por causa da neutralizao intra molecular, osaminocidos apre sen tam-se como sal interno:

Reao de aminocido com cido mineral:

Reao de aminocido com ba se mineral:

R C C

OH

O

=H

NH2

H2C COOH H3C CH COOH

NH2 NH2

cidoaminoactico

(glicina ou glicocola)

cido2-aminopr opanoico

(alanina)

R C C

OH

O

=

H

NH2

aminocido

R C C

O

O

=

H

NH3

+

sal interno

R C C + HCl

OH

O

=

H

NH2

R C COH

O

=

H

NH3]+Cl

R C C + NaOH

H

NH2

R C C + H2O

NH2

H

OH

ONa+

O O


323

2. PROTENASProtenas so macromolculas sintetizadas por organismos vivos por con densao de -aminocidos

(apresentam o grupo amino ligado ao carbono vi zinho da carboxila).

Protena , portanto, um polipep tdeo de grande massa molecular.As protenas, sob a ao de catalisadores (enzimas, cido), so frem hidr lise, formando amino cidos.

H2OProtena aminocidoscatalisador

ligao peptdica:(ligao amdica)

ligaopeptdica

polipeptdeo

MDULO 29 Hidratos de Carbono (Carboidratos)

1. DEFINIO

Hidratos de carbono (glicdios ou acares), em geral,so compostos de funo mista polilcool aldedo oupolil cool cetona.

2. CLASSIFICAO

Classificao das oses (monossacardeos)

a) Aldoses polilcool aldedo

b) Cetoses polilcool cetona

Classificao dos osdeosOs osdeos sofrem hidrlise dan do oses. Quando

por hidrlise forne cem duas molculas de ose, so cha -mados de dissacardeos; quan do fornecem trsmolculas de ose, trissacardeos e quando fornecem nmolculas de ose, polissacardeos.

Exemplocatalisador

C12H22O11 + H2O

sacarose

C6H12O6 + C6H12O6glicose frutose(aldose) (cetose)

cata-(C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6lisadorcelulose ou glicose

amido

Estrutura das osesAs oses podem ser consi deradas como derivadas

do aldedo glicrico.

Oses (no sofrem hidrlise)Ex.: C 6 H 12 O ; C6H12O6 6 glicose

H2OOsdeos Oses

Ex.: C 12 H 22 O ; (C6H10O5)n 11 sacar ose

A- car es

frutose

amido

H C OH

C

H2C OH

H O

aldotriose

Triose: 3 tomos de CTetrose: 4 tomos de C

Pentose: 5 tomos de CHexose: 6 tomos de C

C O

H2C OH

H2C OH

cetotriose


324

Nas oses usam-se as letras D ou L, conforme aposio do OH do penltimo car bono.

D OH do penltimo C do lado direito.L OH do penltimo C do lado esquerdo.

Quanto ao poder rotatrio, indi ca mos:(+) dextrogira () levogiraExemplo: D() frutose (OH do penltimo C do lado

direito; desvia o plano da luz polarizada para a esquerda).

3. FERMENTAO DA SACAROSE

o processo mais usado no Bra sil na produo dolcool etlico.

invertaseC12H22O11 + H2O

sacarose

(dextrogira)

C6H12O6 + C6H12O6glicose frutose

(dextrogira) (levogira)

mistura levogira

Essa reao recebe o nome de inverso dasacarose.

zimaseC6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

glicose ou frutose etanol

Invertase e zimase so enzimas sintetizadas pelomicro-organismo Saccharomyces cerevisiae.

CH2 OH

H

aldedo glicrico (D)dextrogiro

O

C

H C OH

H

aldedo glicrico (L)levogiro

O

C

CH2 OH

HO C H

H O

C

H C OH

HO C H

H C OH

H C OH

H2COH

D (+) glicose

H2COH

C O

HO C H

H C OH

H C OH

H2COH

D () frutose

MDULO 30 Lpides: leos e Gorduras

leos e gor du ras so steres de ci do gra xo e gli -cerol (1,2,3-pro pa no triol). Esto pre sentes na carne, pei xe, fran go,leite. Quan do se ingere uma quan tidade dealimento maior que a neces sria, uma boaparte do excesso convertida em gordura,que arma ze nada no corpo. Por meio deuma srie de reaes nas quais par ticipaum con junto de sete enzimas, o organismo

sin te tiza o ci do graxo. Pela gliclise,uma mol cula de glicose (com seis to mosde carbono) dividida, for man do cidopi rvico (com trs to mos de car bono).Este entra no ci clo de Krebs e, aps umasrie de eta pas, pro duzido o glicerol. Final -men te, o ci do graxo combina com o gli cerol(rea o de este ri ficao), for mando a gor dura,que arma zenada nos te cidos adi posos.

1. DEFINIO

Os lpides mais simples so produtos naturais deorigem animal ou vegetal, nos quais predominam s -teres de cidos gra xos (cidos de cadeia longa).

Exemplos de cidos graxos saturadosFRMULA GERAL

C15H31COOHcido palmtico (saturado)

C17H35COOHcido esterico (saturado)

Exemplos de cidos graxos insaturados C17H33COOH

cido oleico (insaturado com uma dupla-ligao) C17H31COOH

cido linoleico (insaturado com duas duplas-ligaes)

2. CLASSIFICAO

GordurasGlicrides {leos

Lpides{CridesLpides complexos

CnH2n+1COOH


325

H2C O C R1

HC O C R2

O

O

H2C O C R3

O+ 3C2H5OH

KOH

leo vegetal

H2C OH

HC OH

H2C OHglicerinaglicerol

+

R1COO C2H5

R2COO C2H5

biodiesel

R3COO C2H5

Reao de transesterificao

3. GLICRIDES

Glicrides so steres de ci dos graxos com oglicerol.

leos e gorduras animais e vegetais so misturasde glicrides.

Exemplo

Na prtica, um glicerdeo gor du ra quando emtemperatura am bien te for slido, e leo quando for l quido.

Nos leos predominam ste res in saturados,enquanto nas gor duras predominam steres sa tu ra dos.

Muitas vezes h interesse indus trial em transformar

leo em gordura. Para isso, basta efetuar a hidroge -nao cataltica do leo. A marga rina, por exemplo, um produto da hidro genao de leos vege tais.

4. CERDEOS (CERAS)

So constitudos de steres de ci dos graxos ealcois superiores (al cois de cadeia longa).

Exemplo

5. BIODIESEL

Biodiesel uma mistura de steresmetlico e/ou etlico de cidos graxos. Pode serobtido pela reao de leos ou gorduras, de origemanimal ou vegetal, com um lcool (metanol ou etanol) napresena de catalisador. Essa reao tem o nome detransesterificao.

O leo vegetal extrado de palma, dend, soja,giras sol, mamona etc, no pode ser usado diretamentecomo combustvel porque muito viscoso e o motorprecisaria ser modificado. Por isso, esses leos sotrans formados em steres metlicos e ou etlicos quetm carac ters ticas semelhantes s do leo diesel, que uma mistura de hidrocarbonetos com 15 a 24 tomosde carbono.

Atualmente, o biodiesel utilizado em mistura como diesel e a concentrao do biodiesel indicada comoBX (B de blend e X a porcentagem do biodiesel). As -sim, B2, B5, B20 so misturas contendo 2%, 5% e 20%de biodiesel respectivamente.

Uma vantagem importante do biodiesel o fato deser constitudo por carbono neutro, ou seja, reno -vvel. Na formao das sementes, o gs carbnico doar absorvido pela planta. Isso compensa o gscarbnico emitido na queima do biodiesel.

HO CH2

OH

+

cido graxo

O

=

R C O C H + 3 H2O

O

R C O CH2

O

R C O CH2

O

glicerdeo

R C

HO CH

OH

+

O

R C

HO CH2

OH

O

R C

glicerol, glicerinaou propano-1,2,3-triol

=

=

=

=

=

O

=

tripalmitato de glicerila

H2C O C C15H31

HC O C C15H31

O

=

O

=H2C O C C15H31

H2leo gordura

Ni/

C = C C C

insaturado

H2Ni/

saturado

palmitato de cerilaC15H31 C O C26H53

O

=


1. PRODUTO INICO DA GUA

A gua um eletrlito bastantefra co e a sua ionizao pode ser ex -pressa por:

A concentrao em mol/L dagua praticamente constante, e acons tante de equilbrio ser chama -da de pro duto inico da gua (Kw).

Kw s varia com a temperatura e,a 25C, Kw = 1,0 . 10

14.Para facilitar o estudo, represen -

ta mos de maneira simplificada:H2O

H

+ + OH

2. CARTER DAS SOLUES AQUOSAS

Soluo neutra Um meio neutro quando a con -

centrao hidrogeninica igual concentrao hidroxilinica.

[H+] = [OH]A 25C, Kw = 1,0 . 10

14

[H+] = [OH] = 1,0 . 107 mol/L

Soluo cida Quando se adiciona um cido

em gua, h um aumento da con -centra o hidrogeninica; por tan to,a con cen trao hidrogeninica sermaior que a hidroxilinica.

[H+] > [OH]A 25C, [H+] > 1,0 . 107 mol/L

[OH] < 1,0 . 107 mol/L

Soluo bsica Quando se adiciona uma base

em gua, h um aumento da concen -trao hidroxilinica; portanto, a con -centrao hidrogeninica ser menorque a hidroxilinica.

[H+] < [OH]A 25C, [H+] < 1,0 . 107 mol/L

[OH] > 1,0 . 107 mol/L

3. pH E pOH

O potencial hidrogeninico (pH) o cologaritmo da concentraohidrogeninica.

O potencial hidroxilinico (pOH) o cologaritmo da concentrao hi -droxilinica.

4. pH E pOH DE SOLUES

Soluo neutra

A 25C, Kw = [H+] . [OH] = 1014

[H+] = [OH] = 107 mol/L

pH = pOH = 7

Soluo cida A 25C, [H+] > 107 pH < 7

[OH] < 107 pOH > 7

Soluo bsica

A 25C, [H+] < 107 pH > 7

[OH] > 107 pOH < 7

5. TABELAS

A) Variao do Kw com a tempe -ra tura

B) Alguns valores aproximadosde pH

Kw = [H3O+] . [OH]

Kw= [H+] . [OH]

pH = colog [H+] = log [H+]

pOH = colog [OH] = log [OH]

pH + pOH = 14

Temperatura0C10C20C25C30C40C

Kw1,1 . 1015

2,9 . 1015

6,9 . 1015

1,0 . 1014

1,5 . 1014

3,0 . 1014

Sistemas

1,0mol/L HCl

0,1mol/L HCl

0,05mol/L H2SO4

Suco gstrico

0,005mol/L H2SO4

Limo

Vinagre

Refrigerante

Ma

Laranja

Tomate

Banana

Po

Batata

gua de chuva

Leite

gua pura

Sangue

Ovos

0,1mol/L NaHCO3

gua do mar

Sabonete

Leite de Magnsia

0,1mol/L NH3

0,1mol/L NaOH

1,0mol/L NaOH

pH

0,0

1,0

1,0

2,0

2,1

2,3

2,8

3,0

3,1

3,5

4,2

4,6

5,5

5,8

6,2

6,5

7,0

7,4

7,8

8,4

8,5

10,0

10,5

11,1

13,0

14,0

H2O + H2O H3O

+ + OH

326

FRENTE 3 Fsico-Qumica

MDULO 25 pH e pOH (Continuao)


1. INTRODUO

Quando um sal dissolvido em

gua, pode ocorrer uma reao cha -

mada hidrlise, que o inverso da

reao de neutralizao.

Dependendo do tipo de sal, a so -

lu o resultante pode ser cida, b -

sica ou neutra.

2. HIDRLISE DE SAL DE CIDO FRACO E BASE FORTE

Exemplo

NaCN sal derivado do cido

ciandrico: HCN fraco, e do hidrxido

de sdio: NaOH forte.

Tanto o sal como a base, com -

postos inicos, encontram-se disso -

cia dos em gua e o cido fraco pra -

ticamente no se ioniza.

A maneira correta de se escrever

o equilbrio :

A soluo ser bsica (pH > 7),

de vido formao de ons OH.

Outros exemplos de sais:

K2CO3, H3CCOONa, CaCO3,

NaHCO3, ...

3. HIDRLISE DE SAL DE CIDO FORTE E BASE FRACA

ExemploNH4Cl sal deri va do de cido

clordrico: HCl forte, e do hidrxidode amnio: NH4OH fraco.

O on NH4+, dissociado do sal em

gua, sofre hidrlise e a me lhor ma -neira de se escrever o equi lbrio :

A soluo resultante ser cida(pH < 7), devido formao de onsH+ (H3O

+).Outros exemplos de sais: ZnCl2, (NH4)2 SO4, NH4I, ...

4. HIDRLISE DE SAL DECIDO FRACO E BASEFRACA

A soluo resultante poder terpH superior, igual ou inferior a 7,dependendo das foras rela tivas docido e da base. Como o cido e abase so fracos, o meio final aproximadamente neutro (pH 7).

Exemplos de sais:

Ka = 4 . 1010 Kb > Ka meio

Kb = 1,8 . 105} bsico

(pH > 7)

Ka = 6,7 . 104 Ka > Kb meio

Kb = 1,8 . 105} cido(pH < 7)

5. SAIS DE CIDO FORTE EBASE FORTE

Esses sais no sofrem hidrlise;

a soluo resultante neutra e o pH

do meio igual a 7.

ExemplosNaCl, K2SO4, NaNO3, ...

6. CONSTANTE DEHIDRLISE (Kh)

Considerando o equilbrio

a constante de hidrlise expressa

por .

Pode-se demonstrar nesse caso

que .

Para o equilbrio

Pode-se demonstrar nesse casoque:

.

7. GRAU DE HIDRLISE

a relao entre a quantidade emmols do sal hidrolisado e a quantidadeem mols do sal dissol vido:

hidrlisesal + gua cido + base

neutrali-zao

NaCN + H2O HCN + NaOH

CN + H2O HCN + OH

NH4Cl + H2O HCl + NH4OH

NH4+ + H2O

H3O+ + NH3

NH4CN + H2O NH4OH +HCN

NH4F + H2O NH4OH + HF

CN + H2O HCN + OH

[HCN] . [OH]Kh = [CN]

KwKh = Ka

NH4+ + H2O

H3O+ + NH3

[H3O+] . [NH3]

Kh = [NH4+]

KwKh = Kb

nhidrolisadoh = ndissolvido

327

MDULO 26 Hidrlise Salina


1. CONCEITO

Vamos admitir uma soluo satu -rada de uma substncia pouco sol -vel que apresente corpo de fundo.

Verifica-se que estabelecidoum equilbrio entre o slido no corpode fundo e seus ons em soluo.

Genericamente:

A expresso da constante deequi lbrio :

Essa constante de equilbrio de - nominada produto de solubilidade(PS ou KP.S. ou KS). Seu valor s variacom a temperatura.

2. RELAO ENTRESOLUBILIDADE EPRODUTO DESOLUBILIDADE

Para substncias de frmulas se -melhantes, quanto mais insolvel asubstncia (quanto menor a solubi li -da de), menor o valor de KP.S..

Exemplo

3. QUANDO OCORREPRECIPITAO

O precipitado (corpo de fundo)s se forma quando a soluo estiversaturada em relao aos ons que acom pem, ou seja, quando o produtodas concentraes em mol/L dosons na soluo superar o seu pro -duto de so lubilidade.

Se o produto das concentraesdos ons for menor que KP.S., a so lu o insaturada, no se formando o preci -pitado. Se o produto das con centraesdos ons for igual ao KP.S., a soluo saturada, sem corpo de fundo.

Exemplo

[Ag+] . [Cl] < KP.S. soluoin saturada

[Ag+] . [Cl] = KP.S. soluosaturada

[Ag+] . [Cl] > KP.S. formaode precipitado

4. EFEITO DO ON COMUMSOBRE A SOLUBILIDADE

Vamos admitir uma soluo sa tu -rada de um sal BA pouco solvel:

KP.S. = [B+] . [A]

Se a essa soluo adicionarmosqualquer substncia que contenhaum on comum (B+ ou A), haverdes locamento de equilbrio para aes querda, com consequente preci -pi tao de parte do sal BA que es -tava dissolvido.

5. PRODUTO DESOLUBILIDADE DEALGUNS COMPOSTOS A 25C

Sal Produto inico KP.S.

AgC2H3O2 [Ag+][C2H3O2

] 2,5 x 103

AgBr [Ag+][Br ] 4,8 x 1013

Ag2CO3 [Ag+]2[CO3

2] 8,2 x 1012

AgCl [Ag+][Cl] 1,2 x 1010

AgI [Ag+][I] 1,5 x 1016

Ag2S [Ag+]2[S2] 1,6 x 1049

Al(OH)3 [Al3+][OH]3 5,0 x 1033

BaCO3 [Ba2+][CO3

2] 4,9 x 109

BaSO4 [Ba2+][SO4

2] 1,1 x 1010

CdS [Cd2+][S2] 1,0 x 1028

CaCO3 [Ca2+][CO3

2] 4,8 x 109

CaF2 [Ca2+][F]2 4,2 x 1011

Ca(OH)2 [Ca2+][OH]2 1,3 x 106

CaSO4 [Ca2+][SO4

2] 6,1 x 105

CuCl [Cu+][Cl] 3,2 x 107

Cu2S [Cu+]2[S2] 1,6 x 1048

CuS [Cu2+][S2] 8,5 x 1045

FeS [Fe2+][S2] 3,7 x 1019

Fe(OH)3 [Fe3+][OH]3 1,5 x 1036

HgS [Hg2+][S2] 3,0 x 1053

MgCO3 [Mg2+][CO3

2] 2,5 x 105

Mg(OH)2 [Mg2+][OH]2 5,9 x 1012

MnS [Mn2+][S2] 1,4 x 1015

NiS [Ni2+][S2] 1,8 x 1021

PbCl2 [Pb2+][Cl]2 1,0 x 104

PbCrO4 [Pb2+][CrO4

2] 1,8 x 1014

PbSO4 [Pb2+][SO4

2] 1,9 x 108

PbS [Pb2+][S2] 8,4 x 1028

SrSO4 [Sr2+][SO4

2] 2,8 x 107

ZnS [Zn2+][S2] 4,5 x 1024

By+x

Axy

(s) xBy+(aq) + yAx(aq)

K = [By+]x . [Ax]y

Compostos

AgI

BaSO4

CaCO3

KP.S.

1,5 . 1016

1,1 . 1010

4,8 . 109

Solubilidade(mol/L)

1,2 . 108

1,0 . 105

6,9 . 105

AgCl(s) Ag+(aq) + Cl(aq)

B+A(s) B+(aq) + A(aq)

328

MDULO 27 Produto de Solubilidade (KP.S. ou KS ou PS)


329

1. ANLISE QUANTITATIVA

o processo pelo qual se deter -mina experimental mente a con cen -tra o das solues.

O processo que nos interessa aanlise volumtrica, na qual se de ter -mi na a concentrao de uma solu oque reage com outra, de concen tra -o conhecida, pela leitura dos volu -mes das solues gastos na titu lao.

2. PRINCPIO DA

TITULOMETRIA

Considere duas solues aquo -sas A e B.

Soluo A

MA =

Soluo B

MB =

Para que a reao entre A e B

seja completa, as substncias de -

vem reagir na proporo indicada

pelos coeficientes da equao ba -

lanceada:

aA + bB cC

a b

nA nB

ou

3. EXEMPLOS

a)Titulao entre

H2SO4 e NaOH

2NaOH + H2SO4

Na2SO4 + 2H2O

= ou

=

b)Titulao entre HCle NaOH

NaOH + HCl NaCl + H2O

= ou

MNaOH . VNaOH = MHCl . VHCl

nAVA

nBVB

a MA.VA = b MB.VB

a nA = b nB

nNaOHnH2SO4

21

MNaOH . VNaOHMH2SO4

. VH2SO4

21

nNaOHnHCl

11

MDULO 28 Titulometria


4. ESQUEMA DE UMA TITULAO

Sequncia da titulao de um cido

a) b) c)

5. INDICADOR

Substncia que, graas mu dan a de cor, nos d o ponto final da titulao.

Cores apresentadas pelo suco de repollho roxo.

330


Indicador em acidimetria e alcalimetriaO indicador uma substncia qual quer que, uma

vez adicionada ao er len meyer, indica por meio de mu -dan a de colorao quando foi atin gido o ponto finalda reao. Indica, portanto, quando a titulao deveter minar.

a)Titulao de cido forte com base forteO sal formado produz soluo neutra. Logo, no

ponto final o meio ser neutro.

ExemploHCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)

O pH de viragem dos indicadores, em geral, estcompreendido entre 4 e 10. Portanto, qualquerindicador poder ser usado.

Na prtica, comumente se usa fenolftalena oumetilorange.

b)Titulao de cido fraco com baseforte:

O sal formado produz soluo bsica. Logo, noponto final o meio ser bsico.

Exemplo

H3CCOOH(aq) + NaOH(aq)

[H3CCOO][Na+](aq) + H2O(l)

Deveremos usar um indicador cujo ponto deviragem se d em meio bsico. Neste caso, utilizamosfenolftalena, cujo pH de viragem est entre 8,3 e 10.

c)Titulao de cido forte com basefraca:

O sal formado produz soluo cida. No ponto finala soluo ser cida.

ExemploHCl(aq) + NH4OH(aq) NH4Cl(aq) + H2O(l)

Devemos usar um indicador que vire em meiocido. O indicador mais usado o metilorange, cujo pHde viragem est entre 3,1 e 4,4.

Exemplo numrico

Para titular 150mL de hidrxido de sdio, NaOH,foram gastos 200mL de cido sul frico 0,3mol/L. Qual aconcen trao, em mol/L, de NaOH?

Resoluo

2 NaOH + 1 H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O

H2SO4 {0,3mol 1Lx mol 0,200Lx = 0,06 mol de H2SO4

2 mol de NaOH 1 mol de H2SO4y 0,06 mol de H2SO4

y = 0,12 mol de NaOH

NaOH {0,12 mol de NaOH 0,150 Lz 1Lz = 0,8 mol/L de NaOH

331


332

1. RADIOATIVIDADE: CONCEITO

2. TIPOS DE RADIAES NATURAIS

Partcula formada por dois prtons e dois nu -trons, o mesmo que o ncleo de um tomo de hlio-4.

Partcula um eltron de elevada velocidadeemitido pelo ncleo.

Radiao radiao eletromagntica de elevadaenergia.

Quando um istopo representado por um smbolojunto com o nmero de massa e nmero atmico, ele chamado de nucldeo. Se o istopo for radioativo, ele chamado de radionucldeo ou radioistopo.Numa equao nuclear usamos apenas os nucldeos eno as frmulas qumicas.

23892 U

A = 238Z = 92

3. LEIS DAS EMISSES RADIOATIVAS

1.a Lei: Emisso Alfa

AZ

X 42

+ A 4Z 2

Y

Exemplo: 22688

Ra 42

+ 22286

Rn

a emisso de radiao de um ncleoinstvel que se transforma em outro ncleo(instvel ou estvel). A radioatividade foidescoberta por Henri Becquerel e de sen -volvida pelo casal Curie (Marie e Pierre).

A radioatividade um fenmeno nuclear,isto , tem origem no ncleo do tomo. Elano afetada por nenhum fator externo,como presso, temperatura etc.

Um elemento qumico considerado ra dioa - tivo quan do o istopo mais abundante forradioativo. To dos os elementos com Z 84so radioa tivos. Alguns istopos radioa tivostm Z pequeno (31H,

146C,

4019K).

Os elementos radioativos naturais emitemtrs tipos de radiaes: alfa (), beta (), ga -ma (). Um ncleo radioativo natural emiteradiao ou radiao , nunca as duas si -mul taneamente. Para diminuir a energia, on cleo emite radia o junto com a ra -diao ou .

Radiao Smbolo Natureza Poder dePenetrao

Alfa42 ncleo de He

(2p, 2n) baixo

Beta0

1 eltron alto

Gama00 onda

eletromagntica muito alto

MDULO 29 Radioatividade: as radiaes naturais


Quando um radionucldeo emite uma partcula ,seu nmero de massa diminui 4 unidades e seu nmeroatmico diminui 2 unidades.

2.a Lei: Emisso Beta

AZ

X 0

1 + A

Z + 1Y

Exemplo: 23190

Th 01

+ 23191

Pa

A perda de uma carga negativa quando um eltron ejetado pelo ncleo pode ser interpretada como aconverso de um nutron em um prton dentro doncleo:

10n 11p +

01 + 00(neutrino)

Quando um radionucldeo emite uma partcula ,seu nmero de massa permanece constante e seunmero atmico aumenta de 1 unidade.

Observaes Numa equao nuclear, h conservao do

nmero de massa e da carga. Quando um ncleo emite radiao, dizemos que

ele sofreu decaimento radioativo, desintegraoradioativa ou uma transmutao nuclear.

decaimento radioativo por emisso de psitron( 0+1).158 O

0+1 + 157 N

Um psitron tem massa pequena, igual do eltron,porm tem carga positiva (antipartcula). Quando umaantipartcula (+) encontra a partcula correspondente(), elas so aniquiladas e se convertemcompletamente em energia.

decaimento radioativo pela captura de umeltron da camada K pelo ncleo.6731Ga +

01e +

6730 Zn

A radiao a mais penetrante de todas. Osftons de raios de alta energia podematravessar edifcios e corpos, e causar danospela ionizao das molculas que esto em suatrajetria. As molculas de protenas e DNAdanificadas dessa maneira perdem sua funo eo resultado pode ser doenas da radiao ecncer. + molcula on positivo + eltron

Transmutao artificial: a transformao de umncleo em outro, provocada pelo bombardea -mento com uma partcula ou outro ncleo.

Exemplos147 N +

42

178 O +

11p p : prton

5927 Co +

10n

6027 Co

333

MDULO 30 Radioatividade: meia-vida, fisso e fuso nucleares

1. MEIA-VIDA OU PERODO DE SEMIDESINTEGRAO (P OU t1/2)

m0 m0 = massa inicial

N0 N0 = nmero ini -cial de tomos

A0

A0 = atividade ini cial, isto , desin tegraes porsegundo.

Exemplo13153 I: t1/2 = 8 dias;

23892 U: t1/2 = 4,5 bilhes de anos

O decaimento radioativo do iodo-131 mais rpidodo que o do urnio-238, isto , iodo-131 mais ra -dioativo que o urnio-238.

o tempo necessrio para que metade deuma amostra radioativa se desintegre.

t1/2

m0

2

t1/2

m0

4

t1/2

m0

8t1/2

N0

2

t1/2

N0

4

t1/2

N0

8

t1/2

A0

2

t1/2

A0

4

t1/2

A0

8


A meia-vida uma constante de cada radionucldeoe no depende da quantidade inicial do radionucldeonem de fatores como presso, temperatura e naturezaqumica do material.

22688

Ra 42

+ 22286

Rn P = 1600 anos

1600 1600 1600anos anos anos

10g de Ra 5g de Ra 2,5g de Ra 1,25g de Ra5g de Rn 7,5g de Rn 8,75g de Rn

1 : 1 1 : 3 1 : 7

A massa em um certo instante (m) pode ser cal-culada em funo da massa inicial (m0):

x = nmero de meias-vidas

Temos tambm: t = tempo total

Outras frmulas:

;

Curva do decaimento radioativo

Contador Gei ger.

detector de radiao mede a atividade da amostra

2. FISSO NUCLEAR

Numa expe rin cia ul trasse creta, os ame ri ca nos pro mo vem apri mei ra explo so nuclear da His tria (16 de ju lho de 1945). Ocogumelo sobe e o cho vira vi dro.

m = m02X

t = x . P

N0N = 2X

A0A = 2X

a quebra de certos ncleos grandes (235U

ou 239Pu) em ncleos menores pelo bom -

bardea men to com nutron, que libera uma

grande quan tidade de energia. A fisso

nuclear uma reao em cadeia.

334


Exemplo235 1 140 93 1

U + n Ba + Kr + 3 n + energia92 0 56 36 0

Nos produtos da fisso do urnio-235 j foramidentificados mais de duzentos istopos pertencentes a35 elementos diferentes.

aplicao:{bomba atmica: mistura com 20% de U-235reator nuclear: mistura com 4% de U-235

Esquema da bomba atmica.

Reator nuclear: bomba atmica con trolada.

Um reator nuclear um dis positivo que permitecontrolar o processo de fisso nuclear. A energialiberada durante o processo usada para trans formargua em vapor, o que faz girar o eixo da turbina, ge -rando energia eltrica.

335

Os nutrons provenientes da fisso de um ncleo de 23592U, quando tm sua velocidade diminuda por um moderador de grafita,

podem provocar a fisso de um segundo ncleo de 23592

U. Este processo possibilita uma reao em cadeia.

6. FUSO NUCLEAR

Exemplo2 3 4 1H + H He + n + energia

1 1 2 0

aplicao: { bomba de hidrognio.

Esquema da bomba de hidrognio.

a unio de ncleos pequenos at a for -mao de ncleos maiores que faz liberaruma quantidade muito grande de energia.


336

FRENTE 4 Qumica Geral e Inorgnica e Qumica Orgnica

MDULO 25Qumica Descritiva: Ocorrncia dos

Elementos na Natureza, H2, O2 e gua Dura

1. ATMOSFERA

Os gases mais abundantes no ar isento depoluentes e seco so: N2 (78%), O2 (21%), Ar (0,9%),CO2 (0,03%).

Os gases nitrognio, oxignio e argnio presentes noar podem ser separados mediante sua liquefao (por res -friamento e compresso) seguida de destilao fracionada.

Mtodo industrial

Preparao do O2 em laboratrioEm laboratrio, o gs oxignio pode ser obtido por

pirlise (decomposio pelo calor) de sais oxigenadosou xidos.

Exemplo

2. HIDROGNIO: H2

PropriedadesO H2 um gs inspido, incolor, inodoro e o menos

denso dos gases. Como as molculas de H2 so apo -lares, elas s podem interagir por foras de London mui -to fracas. Em consequncia, o hidrognio s se con -densa a lquido quando resfriado em temperaturasmuito baixas ( 253C).

Processos industriais de obteno de H2a)Via petroqumicaA maior parte do H2 comercial obtida atravs da

reforma do gs natural (CH4) com vapor de gua, emque tambm se gera monxido de carbono.

A mistura de produtos, chamada de gs desntese, o ponto de partida da produo de muitosoutros compostos inclusive o metanol.

NotaReao de reforma: Reao na qual um com -

posto (hidrocarboneto ou lcool) reagindo com a guase converte em CO e H2.

b)Via eletroltica

O H2 extrado da gua por eletrlise, mas esseprocesso s economicamente vivel onde aeletricidade barata.

a camada gasosa que envolve a Terra.

78% N221% O20,9% Ar

Ar compressoresfriamento

arlquido

arlquido

destilaofracionada

N2 ( 196C) primeiro a ferverAr ( 186C)O2 ( 183C) ltimo a ferver

catalisador2KClO3 2KCl + 3O2calor clorato de cloreto depotssio potssio

NiCH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)


c)Via carboqumica

O H2 obtido atravs da reao entre carvo egua.

Obteno do H2 em laboratrioO H2 preparado no laboratrio pela reduo dos

ons H+ de um cido forte (como o HCl) por metaisreativos, como o ferro:

NotaO H2 um forte candidato a ser o principal com -

bustvel do futuro. Ele abundante em compostos naTerra e queima sem poluir o ar ou contribuir signifi -cativamente para o efeito estufa, porque o nico pro -duto da combusto a gua.

3. HIDROSFERA

Apenas 0,7% dessa gua imediatamente apro -veitvel para as atividades humanas. Com cerca de0,1% de sais dissolvidos, a gua chamada de guadoce e, quando prpria para consumo humano, guapotvel.

4. TRATAMENTO DA GUA

gua potvel no deve conter micro-organismos,pode conter pequena quantidade de sais e ar dis -solvidos, deve ser lmpida e no conter partculas emsuspenso.

O tratamento da gua de uma cidade feito emvrias etapas.

eletrliseH2O H2 + 1/2O2

1000CC + H2O CO + H2

Fe(s) + 2HCl(aq) FeCl2(aq) + H2(g)ou

Fe(s) + 2H+ Fe2+(aq) + H2(g)

H2 + 1/2O2 H2O

3 a parte lquida que cobre cerca de da4

superfcie terrestre.

337


338

Peneirao impede que peixes, latas, paus e ou trosobjetos de propores significativas entrem na insta la o.

Pr-clorao adiciona-se cloro (Cl2) para matarmicro-organismos.

Floculao adio de sulfato de alumnio,Al2(SO4)3. O ction Al 3+ sofre hidrlise produzindo hi -drxido de alumnio, Al(OH)3, que retm na sua superfcieas partculas slidas suspensas na gua.

Al3+ + 3HOH Al(OH)3(s) + 3H+Decantao as partculas slidas sedimentam-se.Filtrao o filtro de areia retm as partculas

slidas remanescentes.

Ps-clorao ajusta a concentrao do cloro. Controle da acidez adicionar cal, CaO, xido de

carter bsico, aumentando o pH da gua para prximo

de 8.

Fluoretao adio de compostos contendo onF, para reduzir a incidncia de crie dentria.

gua dura: a gua que con tm, dissolvidos, saisde clcio e magnsio, principalmente bicarbo na tos esulfatos.

A gua dura no produz espuma com os sabes,porque os sais de clcio e magnsio da gua dura doprecipitados com os sais sdicos de cidos graxos.

A gua dura nas caldeiras pro duz exploso por cau -sa da formao de uma crosta de carbonato de clcio.

CaO + H2O Ca(OH)2

+ 2+ 2C H C O ] Na + Ca (HCO )15 31 3 2

O

palmitato de sdio(sabo)

bicarbonato declcio

[ C H COO ] Ca + 2NaHCO15 31 2 3palmitato de clcio bicarbonato de sdio

Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2solvel insolvel

MDULO 26 Halognios, H2SO4, NH3 e HNO3

1. HALOGNIOS

Flor: F2O F2 um gs reativo, quase incolor (amarelo-claro),

formado por molculas F2. O F2 produzido por eletrlisede uma mistura anidra fundida de KF e HF, em 75C,aproximadamente, e um anodo de carbono.

A maior parte do F2 produzido pela indstria usadapara fazer o slido voltil UF6, usado no processamentodo combustvel nuclear.

Cloro: Cl2O Cl2 um gs amarelo-esverdeado plido formado

por molculas Cl2. Ele obtido do cloreto de sdiopor eletrlise do sal mineral fundido ou da salmoura(H2O + NaCl).

O Cl2 pouco solvel em gua, ao reagir com a mes -ma, forma ons Cl e ClO (hipoclorito).

Hoje, sabe-se que no o Cl2 que apresenta efeitobactericida, e sim o on hipoclorito (ClO) ou o cidohipo cloroso (HClO).

Hipoclorito de sdio (NaClO): um sal ven -dido comercialmente em soluo aquosa com os nomes

de gua sanitria ou gua de lavadeira. Possuiefeito bactericida (mata bactrias) e alvejante (bran -

queia os materiais), sendo usado no tratamento da gua

e em limpeza.

O Cl2 um dos produtos qumicos produzidos emmaiores quantidades. O Cl2 usado em vrios pro -cessos industriais, inclusive a fabricao de plsticos

(PVC), solventes (CCl4) e pesticidas (DDT).

Bromo: Br2O Br2 um lquido corrosivo fumegante, marrom-aver -

melhado,formado por molculas Br2. Ele obtido pela

oxidao por Cl2 a partir da salmoura:

Anodo: 2F 2e + F2

Cl2 + H2O HCl + HClO ou Cl2 + H2O 2H+ + Cl + ClO

Cl2 + 2NaOH NaCl + NaClO + H2O


339

O Br2 muito usado na qumica orgnica de sntese,por causa da facilidade com que pode ser adicionado eremovido dos compostos orgnicos.

Nota: AgBr usado em emulso fotogrfica.

Iodo: I2O I2 um slido brilhante preto azulado que sublima

facilmente e forma um vapor violeta.

O I2 produzido por oxidao pelo cloro

O I2 tem pouco uso. Ele dissolve-se em lcool e muito usado como um antissptico (tintura de iodo) deao oxidante moderada.

A deficincia de iodo em seres humanos provoca o

aumento da glndula tireoide no pescoo. Para prevenir

esse deficincia, iodetos so adicionados ao sal de

cozinha (para produzir o sal iodado).

2. CIDO SULFRICO: H2SO4

O H2SO4 um lquido viscoso, corrosivo e denso ede alto ponto de ebulio (338C). O contato com a peleprovoca queimadura e ulcerao. Sua dissoluo emgua ocorre com grande liberao de calor, o que podeprovocar ebulio violenta e explosiva, espirrandosoluo quente e corrosiva na pessoa.

O cido sulfrico fabricado a partir das matrias-pri masenxofre mineral, oxignio do ar e gua.

A sequncia de reaes assim equacionada:

O H2SO4 concentrado tem ao desidratante, ou seja,ele capaz de retirar gua dos materiais:

acar carvo

Aplicaes: fabricao de fertilizantes, soluo dabateria de automvel, detergente etc.

3. AMNIA: NH3

O NH3 um gs, de cheiro sufocante que, ao serdissolvido em gua, sofre ionizao, produzindo comoon negativo exclusivamente OH. Por isso a amnia classificada como base.

S(s) + O2(g) SO2(g)

V2O5SO2(g) + 1/2O2(g) SO3(g)

SO3(g)+ H2O(l) H2SO4(aq)

H2SO4C12H22O11 12C + 11H2Oacar carvobranco preto

Cl2(g) + 2I(aq) I2(aq) + 2Cl(aq)salmoura de poos de petrleo

Cl2(g) + 2Br(aq) Br2(l) + 2Cl(aq)

salmoura


340

A amnia obtida industrialmente pela rea o entreo N2, obtido do ar, e o H2, obtido da reforma do CH4.

Aplicaes: produtos de limpeza, produo deHNO3 e de fertilizantes.

4. CIDO NTRICO: HNO3

O HNO3 um lquido incolor, mas adquire coloraocastanha quando exposto luz, devido reao defotodecomposio.

O HNO3 obtido industrialmente a partir do NH3, doO2 e da gua.

Principais aplicaes: fertilizantes e explosivos

(plvora, TNT, nitroglicerina).

PtReator: 2NH3 + 5/2O2 2NO + 3H2O

Torre de oxidao: NO + 1/2O2 NO2

Torre de absoro: 3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

reciclado paratorre de oxidao

luz2HNO3 2NO2 + 1/2O2 + H2Oincolor castanha

NH3(g) + H2O(l) NH4+(aq) + OH(aq)

FeN2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

MDULO 27 Metalurgia: Fe, Cu e Al, Principais Ligas

Usos do alumnio (Al) Material de construo: portas, ja -

nelas. Embalagem: papel de alumnio. Recipientes: lata de cerveja, re fri -

gerante. Condutores eltricos: cabos de

alu mnio (mais barato e menosden so que o cobre).

Utenslios de cozinha. Tintas: p de alumnio (infla m vel). Moedas. Avies: liga de Al + Cu + Mg (du -

ralumnio: duro, leve e resistente).

Usos do cobre (Cu) Canos de gua quente. Canos para refri ge ra o, radia do res. Cabos condu to res.

Bobinas de moto res. Moedas (Cu + Ni). Fabricao de bron ze (Cu + Sn). Fabricao de lato (Cu + Zn).

Usos do estanho (Sn) Folha de Flandres: folha de ao com

co bertura de es tanho (latas deconserva).

Solda: liga de Pb e Sn. Canecas: liga de Pb e Sn.

Usos do zinco (Zn) Pilhas e baterias.

Ao galvanizado: ao com uma fi -na camada protetora de zinco.

Fabricao de lato. (Cu + Zn).

Usos do chum bo (Pb) Balas de chumbo Isolante de ra dia es na inds tria

nuclear e de par ta mentos de raios X.O tecido de um avental de chum - bo obtido pelo co zimento deum plstico com p de chumbo.

Cristais: o brilho do cristal de ve-seao xido de chum bo.


341

1. LITOSFERA OU CROSTA TERRESTRE

nela que vivemos e sobre ela que se encontramos rios, lagos e oceanos.

O oxignio e o silcio so os elementos mais abun -dantes na crosta terrestre (O > Si > Al > Fe > Ca). Ometal mais abundante na crosta terrestre o alumnio.

Alguns minerais podem ser aproveitados pela in -dstria, que os emprega como matrias-primas nafabricao de produtos necessrios ao homem.

A tabela a seguir mostra alguns minrios e assubstncias que podem ser obtidas a partir deles.

2. METALURGIA

Habitualmente, os processos metalrgicos per cor -rem as seguintes etapas:

extrao do minrio; purificao do minrio; reduo do minrio para que o metal seja obtido; refinao do metal para aumentar seu grau de

pureza; formao de ligas metlicas, se necessrio.

Metalurgia do alumnioPrincipais etapas da metalurgia do alumnio:

O alumnio vem ganhando cada vez mais destaqueem nossa civilizao, sendo usado para a fabricao depanelas, portes, janelas, boxes para banheiro, antenasde TV, latas de refrigerantes etc.

Metalurgia do cobrePrincipais etapas da metalurgia do cobre:

O cobre oxida-se na presena da umidade do ar, O2e CO2, conforme a equao qumica:

A aplicao maior do cobre como materialcondutor (fios e cabos). Outros usos so:

tubos de condensadores e encanamentos motores eltricos ligas: lato: Cu + Zn; bronze: Cu + Sn

Siderurgia: a metalurgia do ferroO processo metalrgico do ferro recebe o nome

particular de siderurgia e, de modo geral, obedeceaos seguintes procedimentos:

Colocao de minrio de ferro (Fe2O3), calcrio(CaCO3) e coque (C) no topo de um alto-forno.

a camada slida mais externa, com pro -fundidade de at 30 km.

Minerais so as substncias presentes na -turalmente na crosta terrestre.

Minrio o nome dado a um mineral cujaextrao economicamente vivel.

Minrio SubstnciaprincipalSubstncia

extrada

Hematita Fe2O3 Fe

Bauxita Al2O3 . nH2O Al

Calcosita Cu2S Cu

Cassiterita SnO2 Sn

Calcrio CaCO3 CaO (cal)

o conjunto de operaes que visa obterum metal a partir do minrio corres pon -dente.

2Cu(s) + H2O(l) + O2(g) + CO2(g) Cu(OH)2 . CuCO3produto verdeazinhavre oumalaquita


342

Essa etapa produz calor para o processo e formags CO (redutor siderrgico), que reage com os xidosde ferro em di fe ren tes tempe ratu ras.

O ferro que sai diretamente do al to-forno con tm cer - ca de 5% de carbono, muito que bra dio e cha ma-seferro-gu sa.

O ao (liga me tlica mais usa da na nossa civili -zao), com cerca de 1,5% de carbono, obtido pelareao do ferro-gusa com gs O2.

O ferro-doce usado na fabricao de eletrom.Observaes

O calcrio, que se decompe em CaO e CO2, utilizado para retirar impurezas do minrio (Fe2O3).

Os produtos dessas reaes constituem a es -cria, que fica flutuando no ferro-gusa.

3. LIGAS METLIGAS

As ligas metlicas possuem algumas propriedadesque os metais puros no apresentam e por isso soproduzidas e muito utilizadas.

Misturas que contm dois ou maiselementos, sendo pelo menos um delesmetal.

equao global: Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2ferro-gusa

CaO + SiO2 CaSiO3CaO + Al2O3 CaAl2O4

1 Queima do coque (C + O2 CO)2

Liga metlica Composio Usos

Lato Cu + Zntubos, radiadores, armas, cartuchos,

torneira

Bronze Cu + Sn sinos, esttuas, moedas

Ao Fe + C peas metlicas, construo civil

Ao inox Fe + C + Cr + Ni talheres, peas de carro, brocas

Solda Pb + Sn usada por funileiros e eletricistas

Ouro 18K Au + Cu + Ag joias

Amlgama dental Hg + Ag obturaes


343

Flotao. Quando se tem um minrio do tipo sulfeto(CuFeS2, Cu2S, CuS), a sua concentrao feita pelo processode flotao.

O minrio modo, misturado com gua e leo, adicionadona aparelhagem esque matizada abaixo.

Uma corrente de ar injetada atravs da mistura eformam-se bolhas.

A ganga do minrio formada de partculas que somolhadas pela gua e ficam no fundo da aparelhagem, de onde retirada.

As partculas de sulfeto de cobre so hidrofbicas, isto ,no so molhadas pela gua e so cobertas por leo. Essaspartculas so arrastadas para cima pelas bolhas da espuma,que removida con tinuamente.

Reciclagem do alumnio. A obteno do alumnio pelaeletrlise do xido de alumnio fundido requer um elevadoconsumo de energia eltrica.

Anualmente, bilhes de latas de alumnio so descartados,criando um problema eco lgico.

As reservas de bauxita esto diminuindo.

Para sanar esses problemas, faz-se a reciclagem do alu mnio.

Smbolo da reciclagem.

A reciclagem do alumnio constitui uma grande economiade energia. Analise os dados seguintes:

a) Energia necessria para obter 1 mol de Al (27g) a partirda bauxita: 297kJ.

b) Energia necessria para obter 1 mol de Al (27g) pelareci cla gem do alumnio: 15,4kJ (quase 95% menor).

Metalurgia do estanho (Sn)

Propriedades do estanho

Ponto de fuso: 232C Ponto de ebulio: 2623C

A folha de Flandres uma folha de ao com uma coberturade estanho. O estanho oxida-se, formando uma pelcula de xidode estanho aderente que impede a continuao da oxidao.

O principal minrio de estanho a cassiterita (SnO2). Oestanho obtido fazendo-se a reduo do minrio com carvosob aquecimento.

Metalurgia do zinco e do chumboChumboPonto de fuso: 327C Ponto de ebulio: 1751C

ZincoPonto de fuso: 420C Ponto de ebulio: 907CDensidade: 7,14g/cm3

A ustulao de sulfetos de metais mais reativos forne cexido do metal. Este reduzido com carvo e obtm-se o metal.

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2blenda

ZnO + C Zn + CO

2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2galena

PbO + C Pb + CO

+4reduo

SnO2 + 2C 2CO + Sn

0

Flotao, reciclagem do alumnio e metalurgia do estanho, zinco e chumbo


344

1. LEI DE LAVOISIER (LEI DA CONSERVAO DA MASSA OU LEI DA CONSERVAO DA MATRIA)

Lavoisier fez inmeras experincias nas quais

pesava as substncias participantes, antes e depois da

reao. Lavoisier verificou que a massa total do sistema

permanecia inalterada quando a reao ocorria num

sistema fechado. Surgiu ento a lei:

Esquematizando:A + B C + DmA mB mC mD m = massa

Exemplo

xido vermelho de mercrio + gs oxigniomercrio

2,38g 2,19g 0,19g

estado inicial estado final

2,38g = 2,19g + 0,19g

Se a reao acima fosse feita em recipiente aberto,teramos a impresso que a massa diminui, pois gsoxignio est saindo do recipiente. A reduo seria de0,19g.

A queima de um metal (Mg, Fe, Al etc), emrecipiente aberto, indica que a massa aumenta, poisocorre a incorporao do oxignio do ar para formarxido correspondente.

2. LEI DE PROUST (LEI DAS PROPORESCONSTANTES OU LEI DAS PROPORES DEFINIDAS)

Proust fez anlises qualitativas e quantitativas deinmeras substncias obtidas por diferentes processose verificou que uma mesma substncia tinha sempre amesma composio qualitativa e quantitativa. Assim,qualquer amostra de cloreto de sdio apresentavasempre sdio e cloro combinados na mesma proporoem massa. Surgiu, ento, a lei:

Exemplo: decomposio da gua

Comparando-se a proporo entre as massas dehidrognio e oxignio em cada experincia, temos:

ConclusoA substncia pura gua formada de hidrognio e

oxignio, sempre na proporo constante de 1/8 emmassa.

A Lei de Proust foi posteriormente estendida a qual-quer reao qumica:

Esquematizando:

A + B C + D

mA mB mC mDm = massa

mA mB mC mD

Exemplo

decomposio da gua

As massas mantiveram a mesma proporo.

Estabelecidas as leis de Lavoisier e Proust, surgiram

os clculos estequiomtricos na Qumica.

Numa reao qumica, a soma das massasdos reagentes igual soma das massasdos produtos.

mA + mB = mC + mD

Uma mesma substncia apresenta sempreos mesmos elementos cujas massas estoem proporo constante.

Expe-rincia

1.a

2.a

3.a

Massa dagua

decomposta18g

72g

90g

Massa dehidrognio

obtida2g

8g

10g

Massa deoxignio obtida

16g

64g

80g

massa de hidrognio 2g 8g 10g 1 = = = = massa de oxignio 16g 64g 80g 8

Em uma reao qumica, h uma proporocons tan te entre as massas das substnciasparticipantes.

mA mB mC mD = = = = constantemA mB mC mD

gua hidrognio + oxignio

1a. experincia 90g 10g 80g

x 2 x 2 x 2

2a. experincia 180g 20g 160g

MDULO 28 Leis das combinaes qumicas: leis de Lavoisier, Proust e Gay-Lussac


3. LEIS VOLUMTRICAS DE GAY-LUSSAC

Essas podem ser reunidas num nico enunciado:

Exemplo: decomposio do vapor-dgua

Proporo volumtrica

Vvapor-dgua : Vhidrognio : Voxignio = 2 : 2 : 1

Observao

Exemplo

decomposio do vapor-dgua

vapor-dgua gs hidrognio + gs oxignio

ou

2 H2O(v) 2 H2(g) + O2(g)

2 mol 2 mol 1 mol

proporo em mols = 2 : 2 : 1

proporo volumtrica = 2 : 2 : 1

A proporo volumtrica dos gases em umareao (volumes medidos na mesma pressoe temperatura) constante e de nmerosinteiros e geralmente pequenos.

Expe-rincia

1.a

2.a

3.a

Volume de-composto devapor-dgua

1L

2L

4L

Volumeproduzido de gs hidrognio

1L

2L

4L

Volumeproduzido de gs oxignio

0,5L

1L

2L

proporo volumtrica = proporo em mols

345

MDULO 29 Reaes Orgnicas III: Polmeros I

1. POLMEROS

So molculas maiores formadas pela unio de mo -l cu las menores (monmeros).

Temos dois tipos principais de polmeros: polmerosde adio e de condensao.

2. POLMEROS DE ADIO

Polietileno

P.V.C.

Teflon

Borracha

3. POLMEROS DE CONDENSAO

Nilon (poliamida)

CH3

H

monmeropropileno

polmeropolipropileno

H

H

n

H3C

H

H

H( (n

C = C

C C

n H2 H2 H2 H2

P. Cat.

n

etileno(eteno)

polietileno

( (C = C C C

n C C H2 H2

P. Cat.

n

H H

cloreto de vinila(cloroeteno)

poli(cloreto devinila) (P.V.C.)

Cl Cl( ( C C

nP. Cat.

n( (C = C C C F2 F2

tetrafluoreteno teflon

F2 F2

n C C C C C C C CH2 H2 H2 H2

HCH3 HCH3 n

borracha(poli-isopreno)

2-metil-1,3-butadieno(isopreno)

( (

C (CH2)4 C

OH

O

HO

O

n

cido hexanodioico(cido adpico)

+ n H N (CH2)6 N H

+

H H

1,6-diamino-hexano(hexametilenodiamina)

C (CH2)4 C N (CH2)6 N + 2n H2O

H

H

O O

n

nilon (poliamida)


Dcron ou terilene (polister)

cido tereftlico(cido paraftlico)

n C C

O

OH

+

O

HO

+ n HO C C OHH2 H2

1,2-etanodiol(etilenoglicol)

C C O C C O

O O

H2 H2 + 2n H2O

dcron (polister)tereftalato de polietileno (PET)

Polmeros de Condensao

Frmula do polmeroNomedo po -lmero

Aplica-es

C C O CH2 CH2 O

O O

n

Dcron(po-

lister)

Fibrassintticas,

filmes

C (CH2)4 C N (CH2)6 N

H H n

O

O

Nilon

66(polia-mida)

Fibrassintticas

N

H

N C C

O O n

H

Kevlar(polia-mida)

Fibrassintticas de

granderesistncia(colete prova de

balas)

C

O

n

CH3

O C O

CH3 Lexan(policar-bo nato)

Transparentee resisten te

(visor decapacete de astro -

nauta, cole te prova de

balas)

Polmeros de Adio

Frmula domonmero

Nome domon-mero

Nome dopolmero Aplicaes

H

C = CH

H

H

Etileno(eteno) Polietileno

Isolante el -trico, garra fas,copos, brin -

quedos, sacosde plstico

H

C = CCH3

H

H

Propileno(propeno)

Polipropi-leno

Garrafas,filmes, tapetes

H

C = CCl

H

H

Cloreto devinila

Poli (cloretode vinila)(P.V.C.)

Tubulaes,discos, capas

para chuva

H

C = CCN

H

H

Acrilonitrilo(cianeto de

vinila)

Poliacrilo-nitrilo (orlon)

Tecidos.tapetes

H

C = C

H

H

Estireno(vinilben-

zeno)

Poliesti-reno

(isopor)

Isolantetrmico,

geladeiras,embalagens,

objetosdomsticos

C C

H

H

O C CH3

H

O

Acetato de vinila

Poli(acetato de

vinila)(P.V.A.)

Tintas,adesivos

C C

H

H

C O CH3

CH3

O

Metilacri-lato demetila

Poli(meta-crilato de

metila)(acrlico)

Objetostransparentes,tintas, lentesde contato

C C

F

F

F

F

Tetra-

fluoretilenoPolitetra-

fluoretileno(Teflon)

Gaxetas,revestimentosantiaderentes

C C

H

H CH3

C C

H H

H

2-metil-1,3-bu -tadieno

(isopreno)

Poli-iso-preno

(borracha)

Elastmeronatural

C C

H

H H

C C

H H

H

C C

H

H H

1,3-buta -dieno eestireno

Borracha de

butadienoe estireno

(SBR)(copol-mero)

Elastmerosinttico

346


347

1. UTILIZAO DOS POLMEROS

Polmeros podem ser usados de trs formas:plsticos, fibras e elas tmeros.

PlsticosSo materiais que podem ser mol dados. So mais

leves que o vidro e os metais, possuem baixo coefi -ciente de atrito e tm grande resis tncia s variaesclimticas e a agentes qumicos.

So classificados em termo pls ticos e ter -mofixos.

a)TermoplsticosPo dem tambm ser chamados de li nea res.

Amolecem quando aque ci dos, o que lhes vale acondio de se rem mol dados aps terem sido prepa -rados. Isto acontece porque en tre as cadeiaspolimricas existem apenas foras intermoleculares,que so fracas, e, portanto, fceis de serem rompidas(figura 1).

b)TermofixosSo polmeros tridimensionais. Po dem tambm ser

chamados de re si nas.No amolecem quando aque ci dos aps terem sido

preparados, pois en tre as cadeias polimricas exis tem li -ga es covalentes, que so mais for tes que as ligaesintermo lecu lares. Em geral, so mais resis tentes e maisca ros que os termo pls ticos, mas como no podem serreciclados, so menos utilizados (figura 2).

Alguns exemplos de termo plsticos etermofixos.

Fibras

So materiais formados por mo lculas longas, finase filamen tosas, que se alinham uma ao lado das ou trasatravs de estiramento no eixo longitudinal. Asmolculas perma ne cem nesta posio devido s forasintermoleculares existentes.

Portanto, para um polmero ser utilizado como fibra,deve obedecer a duas condies.

a) A cadeia deve ser linear para permitir oalinhamento longitudinal.

b) As foras intermoleculares de vem conseguirmanter esse alinha mento.

Elastmeros

Tambm chamados borrachas sintticas, sopolmeros com ele vado grau de elasticidade, ou seja, seesticados retornam forma ori ginal. Quando se dis -tende o material, as molculas se alinham, mas no pe -manecem desta forma, pois as foras inter mo lecularesso mais fracas do que nas fibras. Deve haver poucasligaes covalentes para impedir o escor re gamento deumas sobre as outras, mas no destruir a flexi bilidade.

Polmeros

Elastmeros Plsticos

Fibras

Termofixos Termoplsticos

vinil poliolefinas fluorcarbonos estirenos acrlicos poliamidas polisteres acetatos policarbonatos polisteres

fenlicospolisteres insaturadosuretanossiliconesmelaminasepxidos

MDULO 30 Polmeros II


2. VULCANIZAO DA BORRACHA

Processo inventado por Charles Goodyear e Thomaz

Hancock, que tem como objetivo, melhorar al gu mas

propriedades da borracha (re sis tncia trao e

abraso que re lativamente pequena, diminuir a so lu -

bilidade em solventes org ni cos).

Este processo realizado por meio do aquecimento

da borracha com en xofre. Ocorre adio de en xofre nas

duplas ligaes, ser vindo de ponte entre as cadeias

car bnicas.

Quanto mais enxofre for adicio nado, mais rgida

ser a borracha.

Uma borracha totalmente rgida contm cerca de

45% de enxofre.

... CH2 C = CH CH2 ...

... CH2 C = CH CH2 ...

CH3

CH3

S e calor

... CH2 C CH CH2 ...

CH3

S

S

... CH2 C CH CH2 ...

CH3

348

O plstico que conduz a eletricidade

Os norte-americanos Alan Mac Diarmid e Alan Heeger e o japons Hideki Shirakawa foram os ganhadores doPrmio Nobel de Qumica de 2000, honraria concedida pela Real Academia Sueca de Cincias. Eles so osresponsveis por uma pesquisa publicada na dcada de 70 e que provou que os polmeros, tradicionalmenteconhecidos como isolantes eltricos, tambm podem ter funo inversa, ou seja, conduzir eletricidade.

Para se tornar um condutor, o polmero precisa, como um metal, ter eltrons livres e a primeira condio para queisso ocorra que exista uma alternncia entre as ligaes simples e duplas de carbono, situao conhecida comoligao dupla conjugada. Tal configurao encontrada no poliacetileno, um polmero composto por vrias molculasde acetileno, representado na figura.

Mas, para se tornar um bom condutor eltrico, o polmero tambm precisa passar por um processo chamado de"dopagem", que lhe dar a capacidade de ganhar ou perder eltrons por meio de reaes de oxidao ou reduo. Soos "buracos" abertos por aqueles processos na cadeia de eltrons que permitem a passagem da corrente eltrica.Fazendo-se a oxidao do poliacetileno com vapor de iodo, este arranca eltrons do polmero criando os buracos.

H

CC

H

CC

H

H

C

H

C

H

CC

H

H H

CC

H

C

H

poliacetileno

n H C C H acetileno


qui mica

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