Substâncias Químicas - Resumo

 

SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS E SUAS APLICAÇÕES

QUÍMICA - PROFESSOR: JOÃO

 

1.     ÁCIDO CLORÍDRICO

         O composto químico ácido clorídrico é uma solução aquosa, altamente ácida, de cloreto de hidrogênio (HCl). É extremamente corrosivo e deve ser manuseado apenas com as devidas precauções. O ácido clorídrico é normalmente utilizado como reagente químico, e é um dos ácidos fortes que se ioniza completamente em solução aquosa. O ácido clorídrico concentrado tem um pH menor que 1. Uma solução aquosa de HCl 1 molar tem pH = 0. O ácido clorídrico foi descoberto pela primeira vez em torno do ano 800 pelo alquimista persa Jabir Ibn Hayyan (Geber), misturando sal comum com ácido sulfúrico (vitríolo):

 

2 NaCl + H₂SO₄ ==> Na₂SO₄ + 2 HCl

            Pelo fato de ser obtido do sal comum era conhecido entre os alquimistas europeus como "espírito do sal" ou "ácido do sal". No estado gasoso era chamado de "ar ácido marinho". O antigo ácido muriático teve a mesma origem ("muriático" significa "pertencente a salmoura ou a sal"). O ácido clorídrico, na forma impura, ainda é vendido sob essa designação para a remoção de manchas resultantes da umidade em pisos e paredes de pedras, azulejos, tijolos e outros. "Aqua regia" (água regia) é um nome antigo que designa a mistura de ácido clorídrico e ácido nítrico, mistura esta capaz de dissolver metais nobres, como o Ouro (Au). Os sucos digestivos humanos consistem numa mistura de ácido clorídrico e várias enzimas que ajudam a partir as proteínas presentes na comida. A temperatura ambiente, o cloreto de hidrogênio é um gás incolor a ligeiramente amarelado, corrosivo, não inflamável, mais pesado que o ar e de odor fortemente irritante. Quando exposto ao ar, o cloreto de hidrogênio forma vapores corrosivos de coloração branca. O cloreto de hidrogênio pode ser liberado pelos vulcões. O cloreto de hidrogênio tem numerosos usos: se usa, por exemplo, para limpar, tratar e galvanizar metais, curtir couros , e na produção e refinação de uma grande variedade de produtos. O cloreto de hidrogênio pode formar-se durante a queima de muitos plásticos. Quando entra em contato com a umidade do ar forma o ácido clorídrico. O ácido clorídrico é produzido atualmente pela reação do gás cloro com gás hidrogênio produzindo o gás cloreto de hidrogênio:

 

H₂ + Cl₂ ==> 2 HCl

O cloreto de hidrogênio puro obtido é dissolvido em água produzindo o ácido clorídrico.

1.1 EFEITOS NOCIVOS

O cloreto de hidrogênio é irritante e corrosivo para qualquer tecido com que tenha contato. A exposição a níveis baixos produzem irritação na garganta e nariz. Em níveis mais elevados pode levar até ao estreitamento dos bronquíolos, acumulando líquidos nos pulmões, podendo levar a morte. Dependendo da concentração, o cloreto de hidrogênio pode produzir desde uma leve irritação até queimaduras graves na pele e olhos.

2.     ÁCIDO NÍTRICO

         O ácido nítrico, de fórmula molecular HNO₃, é um ácido de elevado grau de ionização e volátil à temperatura ambiente. Entre os sais do ácido nítrico estão incluídos importantes compostos como o nitrato de potássio (nitro ou salitre empregado na fabricação de pólvora) e o nitrato de amônio como fertilizante. O ácido nítrico também pode ser utilizado na obtenção de um éster, em um processo chamado de esterificação:

                                 Ácido nítrico + Álcool metílico ===> Nitrato de metila + água

 

NO₂ - OH + HO - CH₃ ===> NO₂- O - CH₃ + H₂O

Os alquimistas chamavam de aqua fortis o ácido nítrico e aqua regia a mistura de ácido nítrico e clorídrico, conhecida pela sua capacidade de dissolver o ouro.

3.     ÁCIDO SULFÚRICO

Ácido sulfúrico é uma substância química cuja fórmula é H₂SO₄. Em temperatura ambiente apresenta-se em forma líquida incolor e possui grande viscosidade. Possui propriedades altamente corrosivas (principalmente quando em contato com a pele). Também é conhecido popularmente como vitríolo. Tem seu ponto de fusão em 10,36 graus celsius e ponto de ebulição em 340 graus celsius. Ao misturar com água libera uma quantidade considerável de calor.

Nunca derramar água sobre o ácido, o que pode causar acidentes devido à avidez deste último pela água, o que o faz espirrar, as vezes violentamente, podendo atingir os olhos. Se for preciso diluir o ácido, derrame-o lenta e cuidadosamente sobre a água. Ao reagir com metais dá origem aos sulfatos, por exemplo, a reação de H₂SO₄ com Fe resulta em So₄Fe (sulfato de ferro), liberando H₂ (Hidrogênio).

 4.     HIDRÓXIDO DE SÓDIO

         O hidróxido de sódio (NaOH), também conhecido como soda cáustica, é um uma substância usada na indústria (principalmente como uma base química) na fabricação de papel, tecidos e detergentes. O hidróxido de sódio se apresenta ocasionalmente como uso doméstico para a desobstrução de encanamentos e sumidouros pois é altamente corrosivo, podendo produzir queimaduras, cicatrizes, e cegueira devido a sua elevada reatividade

Quando o hidróxido de sódio reage com a água, aquecido suficientemente pode produzir chamas, sendo altamente recomendável possuir um extintor adequado quando trabalhar com este produto. O hidróxido de sódio é produzido por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. É um subproduto deste processo que é utilizado para a obtenção do cloro.

O amoníaco, gás amoníaco ou amônia é um composto químico cuja molécula é constituida por um átomo de nitrogênio (N) e três átomos de hidrogênio (H) de fórmula NH₃. Atualmente o processo de Haber (cujo desenvolvimento valeu a w:Fritz Haber o w:Prémio Nobel da Química de 1919) é o mais importante método de obtenção da amônia. Neste processos os gases nitrogênio e hidrogênio são combinados diretamente a uma pressão de 20 MPa e temperatura de 500°C, utilizando o ferro como catalisador:

 N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Para a produção da amônia, o nitrogênio é obtido do ar atmosférico e o hidrogênio a partir do gás natural.

4.1 APLICAÇÕES

            Muito usado em ciclos de compressão (refrigeração) devido ao seu elevado calor de vaporização e temperatura crítica. Também é utilizado em processos de absorção em combinação com a água. O amoníaco e seus derivados ureia, nitrato de amônio e outros são usados na agricultura como fertilizantes. Também é componente de vários produtos de limpeza.

 

4.2 MEIO AMBIENTE

O amoníaco é facilmente biodegradável. As plantas o absorvem com muita facilidade, sendo um nutriente muito importante como fornecedor de nitrogênio. Em concentrações muito altas na água de consumo pode causar danos graves, já que o amoníaco interfere no transporte do oxigênio pela hemoglobina.

 5.     NITRATO DE AMÔNIA

Nitrato de amônia é utilizado como adubo, e também na fabricação de explosivos, os chamados ANFOS, que possuem grande poder destrutivo.Sua fórmula molecular é: (NH₄)⁺(NO₃)^-. Uma de suas particularidades agronômicas é que detém ao mesmo tempo duas formas de fornecimento de nitrogênio ao solo, a nítrica (NO₃^2-), e a amoniacal (NH₄⁺). Como a forma amoniacal tem carga elétrica positiva (+), pode se ligar aos colóides do solo, principalmente nas argilas, pois as mesmas tem cargas elétricas negativas. O mesmo não ocorre com a forma nítrica que tem carga elétrica negativa (-), não sendo portanto absorvida pelas argilas, podendo sofrer o processo de perda chamado lixiviação ou percolação, que é transporte às camadas mais profundas dos solos, escapando assim da ação absorvedora das raízes das plantas.

6.     CARBOIDRATOS

Carboidratos, carbohidratos, hidratos de carbono, glicídios, glícidos, glucídeos, glúcidos, glúcides ou açúcares são substâncias, sintetizadas pelos organismos vivos, de função mista poliálcool-aldeído ou poliálcool-cetona. Os carboidratos são compostos ternários formados de carbono, hidrogênio e oxigênio em geral, na proporção de um carbono para dois hidrogênio para um oxigênio ou seja: C(H₂O).

Os nomes carboidratos e hidratos de carbono explicam-se pelo fato de serem substâncias constituídas, basicamente de carbono e água. Em alguns casos, podem também apresentar nitrogênio (N) ou enxofre (S) na sua composição. Quimicamente, os carboidratos são definidos como poli-hidroxi-aldeídos ou poli-hidroxi-cetonas.

· Glicose (C₆H₁₂O₆) - é um poli-hidroxi-aldeído porque possui muitos radicais hidroxila ( -OH) e um radical aldeído ( -CHO).

· Frutose (C₆H₁₂O₆) - é um poli-hidroxi-cetona porque possui muitos radicais hidroxila ( -OH) e um radical cetona ( -CO).

Os carboidratos podem ser classificados em três categorias básicas: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

6.1 MONOSSACARÍDEOS

Os monossacarídeos ou açúcares simples constituem as moléculas dos carboidratos, as quais são relativamente pequenas, solúveis em água e não hidrolisáveis.
Em geral, eles obedecem à fórmula básica dos carboidratos: C_n(H₂O)_n. Assim, de acordo com o valor de n que varia de 3 a 7, temos os seguintes tipos de monossacarídeos:

• Triose: C₃H₆O₃
•  Tetrose: C₄H₈O₄
•  Pentose: C₅H₁₀O₅
•  Hexoses: C₆H₁₂O₆

6.2 DISSACARÍDEOS

            Os oligossacarídeos ou açúcares pequenos são carboidratos constituídos de duas a dez moléculas de monossacarídeos. Interessa-nos, aqui, apenas aqueles formados por duas unidades de monossacarídeos, também chamados dissacarídeos. Dissacarídeos são açúcares duplos constituídos, por ligação glicossídica, de dois monossacarídeos hexoses com desprendimento de uma molécula de água (síntese de desidratação). Dissacarídeos têm moléculas relativamente pequenas, solúveis em água, razão por que interferem, assim como os monossacarídeos no equilíbrio osmótico das células. São também a principal forma de transporte dos carboidratos. Como são constituídos por duas hexoses, têm função energética. Os principais dissacarídeos são a sacarose , a maltose, a lactose e a celobiose.

 

 6.3 POLISSACARÍDEOS

 

Os polissacarídeos ou açúcares múltiplos são carboidratos formados pela união de mais de dez moléculas monossacarídeas, constituindo, assim, um polímero de monossacarídeos, geralmente de hexoses. Ao contrário dos mono e dos dissacarídeos, os polissacarídeos são insolúveis em água; não alteram, pois, o equilíbrio osmótico das células e se prestam muito bem à função de armazenamento ou reserva nutritiva.

De acordo com a função que exercem os polissacarídeos classificam-se em energéticos e estruturais. Polissacarídeos energéticos têm função de reserva nutritiva. Os mais importantes são o amido e o glicogênio. Polissacarídeos estruturais entram na formação de algumas estruturas do corpo dos seres vivos. Os mais importantes são a celulose e a quitina.

 

7.     PROTEÍNAS

 

Proteína (do grego πρωτεϊνη, primeiro) é uma macromolécula cujos monómeros são alfa-aminoácidos. As proteínas são parte constituinte dos tecidos biológicos e muitas delas funcionam como enzimas. Juntamente com os açucares e lipídios constituem a alimentação básica dos animais. São substâncias sólidas, incolores, coloidais,insolúveis em solventes orgânicos, outros com alguma solubilidade em água, e outros com alguma solubilidade em soluções aquosas diluídas de ácidos, bases ou sais.

As proteínas são compostos orgânicos de estrutura complexa e massa molecular elevada (entre 15.000 e 20.000.000 u) e são sintetizadas pelos organismos vivos através da condensação de um grande número de moléculas de alfa-aminoácidos, através de ligações denominadas ligações peptídicas.

São também compostos quaternários de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N), e constituídas por dois grupos funcionais: o grupo amina (R-NH-) e o grupo carboxila (R-CO-), derivados dos aminoácidos e que estabelecem as ligações peptídicas.

Existem 20 aminoácidos conhecidos, dos quais 8 são essenciais (essenciais significa que o nosso organismo não é capaz de produzir, por isso temos de os ingerir através dos alimentos para os possuir). Uma cadeia de aminoácidos denomina-se de "peptideo", estas podem possuir 2 aminoácidos (dipeptídeos), 3 aminoácidos (tripeptídeos), 4 aminoácidos (tetrapeptídeos), e muitos aminoácidos (polipeptídeos). O termo proteína é dado quando na composição do polipeptídeo entram centenas, milhares ou milhões de aminoácidos.

As ligações entre aminoácidos denominam-se por ligações peptidicas e estabelecem-se entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila de outro aminoácido e dá-se a perda de uma molécula de água. Portanto, as proteínas são complexos constituídas por cadeias de aminoácido ligadas por ligações peptídicas. São macromoléculas com, no mínimo centenas de aminoácidos. São polímeros que se originam de uma reação de polimerização de aminoácidos que são os monômeros.

8.     ÁCIDOS NUCLEICOS

Ácido nucléico é um tipo de composto químico, de elevado peso molecular, que possui ácido fosfórico, açúcares e bases purínicas e pirimidinicas. Ocorrem em todas as células vivas e são responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética e por sua tradução que é expressa pela síntese precisa das proteínas. (Ver: DNA e RNA)

9.     BORRACHA NATURAL

A borracha é o produto primário do cozimento do látex da seringueira. Hoje a borracha sintética pode ser produzida a partir de derivados de petróleo. O chamado ciclo da borracha é parte influente da história econômica e social do Brasil, notadamente da região da Amazônia na qual, a partir da extração e comercialização da borracha, ocorreu grande expansão na colonização desta região do Brasil, atraindo riqueza e causando transformação cultural e social e grande impulso à cidade de Manaus, até hoje maior centro e capital do estado do Amazonas.

10.  POLÍMEROS DE ADIÇÃO

São polímeros formados por reações que seguem mecanismos radicalares, essas reações prosseguem em três etapas: uma de iniciação, uma de propagação e uma de terminação. No geral, a etapa de iniciação é realizada por apenas uma reação, onde o iniciador sofre uma quebra homolítica, e as etapas posteriores são compostas por várias reações. Exemplos de polímeros de adição: polietileno, poliestireno, PVC e teflon.

11.  POLÍMEROS DE CONDENSAÇÃO

Os polímeros de condensação são obtidos pela reação de dois monômeros, com a eliminação de uma substância mais simples (como a água, o ácido clorídrico) e, às vezes por rearranjos entre as moléculas dos monômeros. Como exemplo podemos citar os poliésteres, que são polímeros obtidos pela estratificação entre um poliácido e um poliálcool, repetidas muitas vezes.

12.  POLIÉSTER E POLIAMIDA.

Quanto a reciclagem somente plásticos consumidos em massa, como o PE e PET, apresentam bom potencial econômico. Outro problema é o fato de os plásticos reciclados serem encarados como material de segunda classe. A reciclagem não é possível, a alternativa é queimar os plásticos, transformando-os em energia. Porém os que apresentam halogênio, como o PVC e o PTFE, geram gases tóxicos na queima. Para que isso não ocorra esse material deve ser encaminhado para dehalogenação antes da queima.

 13. FERRO

O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico , símbolo Fe , de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono dá-se origem a várias formas de aço.

Este metal de transição é encontrado no grupo 8 (8B) da Tabela Periódica. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante. É um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (NiFe), e sua rotação gera o campo magnético terrestre. O ferro tem sido historicamente importante, e um período da história recebeu o nome de Idade do ferro.

O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga metálica fundamental na produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte (automóveis, navios, etc), como elemento estrutural (de pontes, edifícios, etc), e infinidade de outras aplicações.

13. 1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS

 

É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético à temperatura ambiente. É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais, entre eles muitos óxidos e raramente é encontrado livre. Para obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são reduzidos com carbono, e imediatamente são submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas. Fundamentalmente é empregado na produção de aço, que é uma liga metálica de ferro com outros elementos, tanto metálicos quanto não metálicos, que conferem propriedades distintas ao material.

Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:

• Ferro α: É o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 °C. A estrutura cristalina é uma rede cúbica centrada no corpo e é ferromagnético.
•  Ferro β: 788 °C - 910 °C. Tem o mesmo sistema cristalino que o α, porém passa a ser paramagnético.
•  Ferro γ: 910 °C - 1400 °C; apresenta uma rede cúbica centrada nas faces.
•  Ferro δ: 1400 °C - 1539 °C; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no corpo.

13.2 ABUNDÂNCIA E OBTENÇÃO

É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre, e quarto de todos os elementos. Também abunda no Universo, havendo-se encontrados meteoritos que contêm este elemento. O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se: A hematita (Fe₂O₃), a magnetita (Fe₃O₄), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO₃), a pirita (FeS₂) e a ilmenita (FeTiO₃). Pode-se obter o ferro a partir dos óxidos com maior ou menor teor de impurezas. Muitos dos minerais de ferro são óxidos.

A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em alto forno. Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de coque, e carbonato de cálcio, CaCO₃ , que atua como escorificante.

No alto forno ocorrem as seguintes reações:

·  Formação de gases (óxidos de carbono):

O coque reage com o oxigênio produzindo gás carbônico (dióxido de carbono):

C + O₂ → CO₂

O dióxido de carbono reduz-se formando monóxido de carbono:

CO₂ + C → 2CO

Num processo contrário, o monóxido pode oxidar-se com oxigênio reproduzindo o gás carbônico:

2CO + O₂ → 2CO₂

O processo de oxidação do coque com oxigênio libera energia. Na parte inferior do alto forno a temperatura pode alcançar 1900 °C .

· Redução dos minerais que são óxidos:

Inicialmente, os óxidos de ferro são reduzidos na parte superior do alto forno, parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, já produzindo ferro metálico. Exemplo: redução da magnetita:

Fe₃O₄ + 3CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Posteriormente, na parte inferior do alto forno, onde a temperatura é mais elevada, ocorre a maior parte da redução dos óxidos com o coque (carbono):

Fe₃O₄ + C → 3FeO + CO

O carbonato de calcio se decompõem:

CaCO₃ → CaO + CO₂

e o dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono, como visto acima.

Na parte mais inferior do alto forno ocorre a carburação:

3Fe + 2CO → Fe₃C + CO₂

· Processos de enriquecimento:

Finalmente ocorre a combustão e a desulfuração (eliminação do enxofre) devido à injeção de ar no alto forno, e por último são separadas as frações: a escória do ferro fundido, que é a matéria-prima empregada na indústria.

O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário submetê-lo a um processo de refinação.

Em 2000, os cinco maiores países produtores de ferro eram a China, o Brasil, a Austrália, a Rússia e a Índia, com 70% da produção mundial.

 

13.3 COMPOSTOS

· Os estados de oxidação mais comuns são +2 e +3. Os óxidos de ferro mais conhecidos são o óxido de ferro II, FeO, o óxido de ferro III, Fe₂O₃, e o óxido misto Fe₃O₄. Forma numerosos sais e complexos com estes mesmos estados de oxidação. O hexacianoferrato II de ferro III, usado em pinturas, é conhecido como azul da Prússia ou azul de Turnbull.

· São conhecidos compostos de ferro com estados de oxidação +4, +5 e +6, porém são pouco comuns. No ferrato de potássio, K₂FeO₄, usado como oxidante, o ferro apresenta estado de oxidação +6. O estado de oxidação +4 é encontrados em poucos compostos e também em alguns processos enzimáticos.

· O Fe₃C é conhecido como cementita, contém 6,67 % em carbono. O ferro α é conhecido como ferrita, e a mistura de ferrita e cementita é denominada perlita ou ledeburita, dependendo do teor de carbono. A austenita é o ferro γ.

13.4 PAPEL BIOLÓGICO

O ferro é encontrado em praticamente todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funções. Existem diferentes proteínas que contêm o grupo hemo, que consiste na ligação da porfirina com um átomo de ferro. Alguns exemplos:A hemoglobina e a mioglobina. A primeira transporta oxigênio, O₂, e a segunda o armazena.

·    Os citocromos reduzem o oxigênio em água. Os citocromos P450 catalisam a oxidação de compostos hidrofóbicos, como fármacos ou drogas, para que possam ser excretados, e participam na síntese de diversas moléculas.

·    As peroxidases e catalases catalisam a oxidação de peróxidos, H₂O₂, que são tóxicos.

·    As proteínas de ferro/enxofre (Fe/S) participam em processos de transferência de elétrons.

·    Também é possível encontrar proteínas onde os átomos de ferro se enlaçam entre si através de pontes de oxigênio. São denominadas proteínas Fe-O-Fe. Alguns exemplos:

·    As bactérias metanotróficas, que usam o metano, CH₄, como fonte de energia e de carbono, usam proteínas deste tipo, chamadas monooxigenases, para catalisar a oxidação do metano.

·    A hemeritrina transporta oxigênio em alguns organismos marinhos.

· Algumas ribonucleótideo redutases contêm ferro. Catalisam a formação de desoxinucleótideos.

·  Os animais para transportar o ferro dentro do corpo empregam proteínas chamadas transferrinas. Para armazená-lo empregam a ferritina e a hemosiderina.

Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no organismo. O envenenamento por ferro é chamado de hemocromatose. Nas transfusões de sangue são usados ligantes que formam com o ferro complexos de alta estabilidade, evitando que ocorra uma queda demasiada de ferro livre. Estes ligantes são conhecidos como sideróforos. Muitos organismos empregam estes sideróforos para captar o ferro que necessitam. Também podem ser empregados como antibióticos, pois não permitem ferro livre disponível.

 Fonte: Wikipédia (Conteúdo editado).

 

"Eu mantenho o tema dos meus estudos sempre diante de mim, e espero até o amanhecer iniciar gradualmente, pouco a pouco, numa luz clara e completa." (Isaac Newton)