PITÁGORAS 
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Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 
Ementa 
Microestrutura e estrutura da matéria; As funções químicas; Reaçõ...
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Material usado na disciplina 
Bibliografia adotada: Leitura obrigatória 
A...
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Regras 
Encontro das equipes de aprendizagem: 
• Nenhum aluno pode partici...
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Conteúdo da disciplina 
1 MICROESTRUTURA E ESTRUTURA DA MATÉRIA 
1.1 A mi...
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Exercício # 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO 
Procedimentos básicos em laborat...
8 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 
Conteúdo da disciplina 
2 AS FUNÇÕES QUÍMICAS 
2.1 Introdução às funções q...
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2.4. Colocando o conhecimento em prática 
2.4.1. Aplicação em grupo 
Exerc...
10 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 
2.6. Para saber mais 
Título: BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. ...
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Conteúdo da disciplina 
3 REAÇÕES QUÍMICAS 
3.1 Equações químicas e cálcu...
12 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 
3.4. Colocando o conhecimento em prática 
3.4.1. Aplicação em grupo 
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O conceito de células de combustível existe há mais de 150 anos, é atribu...
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Obstáculos ao uso das células de combustível 
É difícil obter hidrogênio,...
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4 A QUÍMICA NOS PROCESSOS PRODUTIVOS 
4.1 A quími...
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Exercício # 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO 
Propriedades físicas de alguns ...
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5 A QUÍMICA E O MEIO AMBIENTE 
5.1 Uso da água e ...
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  1. 1. PITÁGORAS FACULDADE O texto desta publicação, ou qualquer parte dela, não poderá ser reproduzido ou transmitido em nenhuma forma ou por qualquer meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópias, gravação, arquivamento em um sistema de informação sem uma prévia permissão por escrito dos direitos autorais do proprietário. Copyright© by Faculdade Pitágoras. Todos os direitos reservados. Química Geral e Inorgânica 1 QGINORG 1 v1.0 - AGO/2009 Concebido por Luiz Carlos Santos, Doutor Faculdade Pitágoras
  2. 2. 3 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Ementa Microestrutura e estrutura da matéria; As funções químicas; Reações químicas; A química nos processos produtivos; A química e o meio ambiente. Objetivos de aprendizagem • Familiarizar o aluno com o estudo da química. • Tornar o aprendizado dinâmico, agradável e que agregue conhecimento. • Desenvolver o conhecimento sobre: as teorias atômicas e estrutura da matéria, as funções orgânicas e inorgânicas, sobre os diversos tipos de reações químicas e relacionar com o trabalho e o meio ambiente. • Habilitar o aluno a relacionar a química com o meio de trabalho, analisando criticamente os efeitos dos processos químicos. • Desenvolver, no futuro engenheiro, os principais processos químicos industriais, capacitando-o ao desenvolvimento, aprofundamento e aperfeiçoamento que, por ventura, sejam necessários em sua vida profissional. Conteúdo da disciplina 1 MICROESTRUTURA E ESTRUTURA DA MATÉRIA 1.1 A microestrutura da matéria. 1.2 As fórmulas químicas, moleculares e empíricas. 1.3 As estruturas dos sólidos. 1.4 Ligações e interações químicas. 1.5 Líquidos e sólidos. 2 AS FUNÇÕES QUÍMICAS 2.1 Introdução às funções químicas. 2.2 Hidrocarbonetos. 2.3 As demais funções orgânicas. 2.4 Ácidos e bases. 2.5 Sais e óxidos. 3 REAÇÕES QUÍMICAS 3.1 Equações químicas e cálculos estequiométricos. 3.2 Reações de oxidação-redução. 3.3 Equilíbrio químico. 3.4 Eletroquímica. 3.5 Corrosão, pilhas, baterias e células de combustível. 4 A QUÍMICA NOS PROCESSOS PRODUTIVOS 4.1 A química na indústria cimenteira. 4.2 Processamento industrial e equipamentos utilizados no processo produtivo. 4.3 Petróleo: histórico, reservas, constituintes e produtos do refino. 4.4 Indústria petroquímica. 4.5 Fabricação de produtos petroquímicos. 5 A QUÍMICA E O MEIO AMBIENTE 5.1 Uso da água e geração de esgotos. 5.2 Reutilização e tratamentos de águas. 5.3 Métodos de tratamentos de água. 5.4 Política ambiental brasileira. 5.5 Tratamentos de águas industriais e dos esgotos.
  3. 3. 4 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Material usado na disciplina Bibliografia adotada: Leitura obrigatória ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001. SHREVER, R. N.; BRINKS J. A. Indústrias de processos químicos. 4.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1997. SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. 7.ed. Vol. 1 e 2. Rio de Janeiro: LTC, 2000. Bibliografia adicional: Para saber mais ATKINS, P. W.; Paula, J. Físico-química, vol.1. Rio de Janeiro: LTC, 2003. BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química. Rio de Janeiro: LTC, 1988. PERLINGEIRO, C. A. G. Engenharia de processos – análise, simulação, otimização e síntese. São Paulo: Edgar Blücher, 2005. PHILIPPI, A.; ROMERO, M. A.; BRUNA, G. C. Curso de gestão ambiental. 1.ed. Barueri: Os autores, 2007. RUSSEL, J. B. Química geral. 2.ed. Vol. 1 e 2. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 1994. Aula zero Visão geral Metodologia de ensino/aprendizagem da Faculdade Pitágoras: Utilização de módulos, cada um dos quais podendo se subdividir nos seguintes momentos: • Aula expositiva: informação, conhecimento, aprendizagem de conceitos e princípios. • Encontros das equipes de aprendizagem: desenvolvimento de habilidades e competências, não só da disciplina em questão, mas também habilidade de trabalhar em grupos e equipes. Ênfase em projetos e pesquisas dos alunos, fazendo a relação entre a teoria e o mundo real. • Em algumas disciplinas mais instrumentais, os encontros das equipes serão substituídos por aulas práticas. • Avaliações. Visão geral da disciplina • A Química Geral e Inorgânica 1 é uma disciplina de extrema importância, pois ela desenvolverá no aluno a habilidade de relacionar todo o aprendizado agregado em outras disciplinas, no trabalho e no cotidiano. • É a disciplina base para outras que necessitam de um embasamento teórico sobre os assuntos abordados. • Auxiliará, principalmente, nos processos físico-químicos que ocorrem no cotidiano. Objetivos • Ensinar todas as leis básicas da química relacionando-as com ocorrências do dia-a-dia. • Ensinar a avaliar processos em que reações químicas ocorrem interferindo e modificando de forma a promover uma otimização. • Ensinar os alunos a serem éticos em cuidar do meio ambiente de forma responsável. Competências Definir a melhor interação entre matérias-primas e equipamentos. • Otimizar a produtividade através do estudo de novas rotas de processo através da proposição de modificações em equipamentos e linhas de produção. • Desenvolver criticamente as principais fases que envolvem o processamento industrial, instalação e manutenção industrial.
  4. 4. 5 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Regras Encontro das equipes de aprendizagem: • Nenhum aluno pode participar dos encontros das equipes de aprendizagem sem fazer parte de uma equipe. • O aluno deve ler o material indicado no Guia do Aluno anteriormente. Não é possível desenvolver satisfatoriamente uma atividade sem um mínimo de conhecimento do conteúdo ministrado nas aulas expositivas. • O aluno deve trazer o material indicado para a sala de aula. • A participação será avaliada a cada encontro das equipes. A nota de participação não é nota de presença. Avaliações: o que se avalia? • Avaliação de conteúdos. • Produtos: estruturas internas que revelam o grau de proficiência do aluno para elaborar os conteúdos, relacioná-los com conhecimentos anteriores e aplicá-los a situações concretas, conhecidas ou novas. • Estratégias cognitivas e metacognitivas: capacidade do aluno em monitorar e regular o próprio processo de aprender a aprender. Avaliação Avaliações dos alunos: • Conhecimentos adquiridos. • Habilidades e competências específicas da disciplina, principalmente, a competência argumentativa. • Atitudes: abertura às idéias e aos argumentos dos outros, mostrando disponibilidade para rever suas próprias opiniões; cooperação com os outros, mostrando que a crítica só é eficaz através do diálogo justo e honesto, no seio de uma comunidade. • Participação efetiva nas aulas (não é apenas presença). Anotações em sala de aula Por que fazer anotações das aulas? • Fazer anotações das aulas obriga o aluno a prestar atenção cuidadosa às aulas e a testar o seu entendimento da matéria lecionada. Isso ajuda o aprendizado e poupa tempo de estudo. • A revisão das anotações mostra o que é mais importante na matéria lecionada e o que deve ser estudado com mais cuidado. • É mais fácil guardar na memória as próprias anotações do que os textos dos livros. • Ajuda a memorização. • Promove entendimento muito mais profundo da matéria do que a simples escuta. Avaliação do rendimento escolar O aproveitamento escolar do aluno será verificado por disciplina, mediante a avaliação das atividades escolares e da assiduidade, exigindo-se para aprovação a obtenção de, no mínimo, 60 (sessenta) pontos em um total de 100 (cem) pontos e 75% (setenta e cinco por cento) de freqüência nas atividades programadas. A verificação do rendimento escolar será feita através de: → avaliações individuais, compreendendo provas ou trabalhos produzidos ao longo da disciplina, que valerão ao todo 70 (setenta) pontos. → avaliações de tarefas ou trabalhos produzidos por equipes de aprendizagem durante a disciplina valendo, ao todo, 30 (trinta) pontos. → distribuição de pontos entre as avaliações individuais e as avaliações das equipes, da seguinte forma: Etapa 1: 30 pontos – até o final da terceira semana de aula, sendo 20 pontos em avaliações individuais e 10 pontos em equipe. Etapa 2: 30 pontos – até o final da sexta semana de aula, sendo 20 pontos em avaliações individuais e 10 pontos em equipe. Etapa 3: 40 pontos – até o final da décima semana de aula, sendo 30 pontos em avaliações individuais e 10 pontos em equipe. Ao final de cada termo, em data prevista no calendário acadêmico, o aluno poderá fazer uma avaliação suplementar, a título de recuperação, para cada disciplina, que substituirá o conjunto das notas individuais obtidas pelo aluno (total de 70 pontos). → A nota da prova suplementar só produzirá efeitos para apuração da nota final do aluno se for maior do que os pontos obtidos no conjunto das notas individuais das 3 etapas. → O aproveitamento final do aluno em cada disciplina será expresso também em conceitos, conforme a seguinte escala: Conceito A: entre 90 e 100 pontos Conceito B: entre 80 e 89 pontos Conceito C: entre 70 e 79 pontos Conceito D: entre 60 e 69 pontos Conceito E: entre 0 e 59 pontos Será considerado reprovado o aluno que obtiver conceito final E na disciplina.
  5. 5. 6 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Conteúdo da disciplina 1 MICROESTRUTURA E ESTRUTURA DA MATÉRIA 1.1 A microestrutura da matéria. 1.2 As fórmulas químicas, moleculares e empíricas. 1.3 As estruturas dos sólidos. 1.4 Ligações e interações químicas. 1.5 Líquidos e sólidos. 1.1. Um começo de conversa Nesta unidade, o aluno irá aprender a microestrutura e estrutura da matéria. Para tanto, os tópicos estão organizados de tal forma que o aprendizado será iniciado pelas teorias dos átomos e sua divisão, isto é, elétrons, prótons e nêutrons. Posteriormente, a abordagem prosseguirá com a união de átomos para formar a matéria, matéria essa que pode estar nos estados sólido, líquido ou gasoso. O objetivo principal desta unidade inicial é habilitar o aluno a conhecer os diversos tipos de materiais pelo tipo de ligação química que garantirá suas propriedades física e química. 1.2. Ponto de partida – tópico gerador Atualmente, estamos familiarizados com o fato de que os átomos são partículas submicroscópicas e fazem parte de toda a matéria. Como unidade fundamental do elemento, é composto por partículas ainda menores. Atualmente, acreditamos na existência dos átomos, e com o desenvolvimento de microscópios eletrônicos de forças atômicas, tunelamento e de transmissão, podemos visualizar as suas posições em determinados materiais. Nos tempos passados, a existência dos átomos era evidenciada por técnicas indiretas, mas precisas. Em muitas substâncias, os átomos se agrupam em pares e até mesmo em milhões deles. Essas uniões são chamadas de moléculas. Microscopicamente, no interior de uma molécula, os átomos estão reunidos por afinidade química chamada de ligações químicas. Cada tipo de ligação garante um grupo de propriedades físicas e químicas. Entretanto, apesar de muitos compostos consistirem de moléculas, nem todas as substâncias são moleculares na natureza. Alguns materiais são formados por um aglomerado de átomos muito grande sendo referidos como moléculas gigantes. A grande importância em conhecer a estrutura de um átomo é devido, principalmente, à sua inter-relação com as propriedades da matéria. O comportamento físico e químico de uma matéria está intimamente ligado a seu tipo de ligação química, de como ele interage, do tipo de processamento e da sua estrutura. 1.3. Leitura obrigatória Adotada: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Capítulos: B - Elementos e átomos. C - Compostos. 1 - Átomos: o Mundo Quântico. 2 - Ligações químicas. 5 - Líquidos e sólidos. 1.4. Colocando o conhecimento em prática 1.4.1. Aplicação em grupo Exercício # 1 Estabeleça se os seguintes elementos estão ou não propensos a formar um cátion ou ânion e escreva a fórmula para o íon: a) enxofre: b) potássio: c) estrôncio: d) cloro: e) zinco: f) magnésio: g) oxigênio: Exercício # 2 Explicar por que sólidos como o NaCl têm altos pontos de fusão e ainda assim se dissolvem na água, ao passo que sólidos reticulares como o diamente têm pontos de fusão altíssimos e não se dissolvem em água. Exercício # 3 O potássio cristaliza-se em uma estrutura bcc. O raio atômico do potássio é 235 pm. Determine a) o número de átomos por célula unitária: b) o número de coordenação do retículo: c) o comprimento da aresta da célula unitária: Unidade 1 Microestrutura e estrutura da matéria
  6. 6. 7 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Exercício # 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO Procedimentos básicos em laboratório Descrição • Em um primeiro momento, deverá ser feita a apresentação do ambiente com os principais recursos e equipamentos disponíveis para a realização das aulas experimentais, inclusive a apostila com os Roteiros de Planejamento e de Procedimentos. • Juntamente com a apresentação, é importante que sejam destacados os principais cuidados que deverão ser tomados para a garantia da realização de um trabalho seguro com o menor risco possível. • Após serem dadas as orientações necessárias para a atividade, o segundo momento da aula consiste na execução do PROCEDIMENTO 1, descrito na Apostila de Práticas e Laboratório. • Esta atividade tem por objetivo capacitar o aluno quanto a alguns procedimentos básicos do laboratório: medição de volumes de líquidos em instrumentos como proveta, pipeta volumétrica, bureta e béquer. Na terceira parte da aula, o aluno deverá seguir as orientações do PROCEDIMENTO 2 da apostila, fazendo a leitura do rótulo de cada produto químico disponibilizado em sua bancada e dos documentos pertinentes. • A equipe deverá apresentar as questões relativas aos procedimentos realizados, devidamente respondidos, conforme orientação do professor. Material para a Atividade: Instrumentos de medição de volume de líquidos (béquer, proveta, pipeta volumétrica, bureta), pêra, alguns produtos químicos com rotulagem completa, documentos pertinentes aos produtos disponibilizados (Laudo de análises e fichas de emergência). 1.4.2. Aplicação individual Exercício # 1 Quanto mais alto é o teor de carbono, mais duro e quebradiço é o aço. Qual é a diferença entre essas duas propriedades? Exercício # 2 Por que o vidro escoa, nas CNTP, após um determinado tempo, se ele é um sólido? Exercício # 2 Quais são as propriedades gerais dos metais que os fazem diferentes dos outros sólidos? 1.4.3. Avaliação / Reflexão sobre a unidade Questões 1. Por que a água é representada pela fórmula H2O, mas a água do mar não possui fórmula química? 2. Entre as substâncias, sacarose, cloreto de sódio, diamante e platina – quais são elementares e quais são substâncias compostas? Por quê? 3. Por que só encontramos substâncias iônicas no estado sólido à temperatura ambiente? 4. Quais são as principais características macroscópicas e microscópicas dos sólidos? 5. Qual é a importância ou a necessidade de se fabricarem as ligas metálicas? Por que não utilizarmos os metais na forma pura? 1.5. Recapitulando Nada mais sensato do que iniciar o estudo da Química Geral e Inorgânica 1 de uma forma que os engenheiros a entendam. Primeiramente, justificam-se todos os aspectos do macroscópico dos materiais pelo lado microscópico, isto é, a organização dos átomos de um determinado material é explicada: as suas características físicas e químicas. Em um aprofundamento ainda maior, o estudo do átomo (prótons, eletrons e neutrons) explica as propriedades de cada elemento químico. Nesta unidade, iniciaram-se os estudos com as teorias atômicas e as divisões do átomo. Em seguida, passou-se para o arranjo de átomos que formam as células unitárias e as ligações químicas e, por consegüinte, a formação dos materiais. As estruturas dos sólidos e líquidos foram abordadas pelos tipos de ligações e interações químicas. 1.6. Para saber mais Título: BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. Título: RUSSEL, J. B.; Química geral. 2.ed. Vol. 1. 1.6.1. Ampliando seus conhecimentos Para melhor entendimento das unidades seguintes, o aluno deve estudar os livros da bibliografia adotada, especialmente os assuntos referentes às teorias atômicas, pois, a partir delas, será agregado conhecimento suficiente para o entendimento das funções químicas, reações, estequiometria e a aplicação desses assuntos não só nas reações químicas como na química dos processos produtivos. 1.6.2. Referências e links interessantes Livros LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed. São Paulo: Edgard Blücher. 1999. SHRIVER, D. F. ATKINS, P. W. Química inorgânica. 3.ed. Porto Alegre: Bookman. 2003. Unidade 1 Microestrutura e estrutura da matéria
  7. 7. 8 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Conteúdo da disciplina 2 AS FUNÇÕES QUÍMICAS 2.1 Introdução às funções químicas. 2.2 Hidrocarbonetos. 2.3 As demais funções orgânicas. 2.4 Ácidos e bases. 2.5 Sais e óxidos. 2.1. Um começo de conversa O objetivo central desta unidade é esclarecer o aluno sobre as funções químicas. Essas funções estão divididas em duas: funções orgânicas e funções inorgânicas. E essas, por sua vez, estão subdivididas em outras partes. A química orgânica é definida como sendo a química dos compostos de carbono. Esses compostos estão subdivididos em hidrocarbonetos e agrupamentos de compostos por semelhanças nas propriedades físicas e químicas, por exemplo, os álcoois e os compostos aromáticos. Na descrição dos hidrocarbonetos, serão abordados a nomenclatura, as estruturas, os compostos de cadeias abertas e fechadas e compostos cíclicos e alifáticos. Por sua vez, esses tópicos serão utilizados posteriormente nas demais funções. 2.2. Ponto de partida – tópico gerador O nome química orgânica vem desde épocas remotas quando se acreditava que os compostos orgânicos não poderiam ser sintetizados, eles só poderiam ser produzidos por organismos vivos, animais e vegetais. Posteriormente, chegou-se à conclusão de que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratórios. As fontes principais de material orgânico, de onde se podem obter compostos orgânicos simples são: o petróleo e o carvão. O estudo da química orgânica do carbono conduzirá o aluno ao melhor entendimento e abrangância dessas fontes na vida humana. Atualmente, o petróleo é a principal fonte de produtos utilizados no dia-a-dia, desde a indústria de plásticos até a indústria farmacêutica, além de ser uma das fontes principais de combustível. O estudo e entendimento dos tópicos desta unidade agregarão conhecimento para o aprendizado de unidades posteriores, por exemplo, a unidade 4. 2.3. Leitura obrigatória Adotada: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Capítulos: 10 - Ácidos e bases. 15 - Os elementos: os quatro últimos grupos principais. 18 - Química Orgânica I: Os hidrocarbonetos. 19 - Química Orgânica II: Os grupos funcionais. Adotada: SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. 7.ed. Vol. 1 e 2. Capítulos: 2 - Compostos de carbono representativos. 2.1 - Ligações covalentes carbono-carbono. 2.2 - Hidrocarbonetos. 2.3 - Ligações covalentes polares. 4 - Alcanos. 4.1 - Introdução aos alcanos e cicloalcanos. 4.2 - Formas dos alcanos. 4.3 - Nomenclatura da IUPAC para os alcanos. 11 - Álcoois e éteres. 1 1.1 - Estrutura e nomenclatura. 14 - Compostos aromáticos. 1 4.1 - Introdução. 1 4.2 - Nomenclatura dos derivados do benzeno. 16 - Aldeídos e cetonas I. 1 6.1 - Introdução. 1 6.2 - Nomenclatura dos aldeídos e cetonas. 18 - Ácidos carboxílicos e seus derivados. 1 8.1 - Introdução. 1 8.2 - Nomenclatura e propriedades físicas. 20 - Aminas. 2 0.1 - Nomenclatura. 2 0.2 - Propriedades físicas e estrutura das aminas. 21 - Fenóis e haletos de arila. 2 1.1 - Estrutura e nomenclatura dos fenóis. 2 1.2 - Fenóis naturais. 2 1.2 - Propriedades física dos fenóis Unidade 2 As funções químicas
  8. 8. 9 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 2.4. Colocando o conhecimento em prática 2.4.1. Aplicação em grupo Exercício # 1 Descreva a nomenclatura e a fórmula química de todos os ácidos oxigenados: a) formados pela adição ou retirada de oxigênio: HClO3, H2SO4, HNO3, H3PO4; b) que se comportam igual ao enxofre: Se e Te; c) que se comportam igual ao fósforo: As e Sb; d) que se comportam igual ao cloro: Br e I. Exercício # 2 Descrever as reações de dissociação iônica com as respectivas nomenclaturas das seguintes bases: Ca(OH)2, Mg(OH)2, Zn(OH)2, KOH, LiOH, NH4OH, Al(OH)3 e Fe(OH)3. Exercício # 3 Descreva as reações de neutralização com as respectivas nomenclaturas para a formação dos seguintes sais e, quando não for possível, indicar a substância: NaCl, K3PO4, (NH4)2SO4, KHSO4, BaHPO4, NaHCO3, Ca(OH)Cl, Al(OH)2NO3 e Al(OH)2Br. Exercício 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO Propriedades ácidas e básicas das soluções. Descrição • Na primeira, o grupo deverá verificar quais materiais são ácidos e quais são básicos usando papéis de tornassol vermelho e azul. • Na segunda, o grupo determinará os valores de pH de cada material, usando o sensor de pH conectado à interface da calculadora TI-89. • E, por último, o grupo testará cada solução com pequenas quantidades de soluções caseiras, como o extrato de repolho roxo e o extrato de amora, indicando as diferentes cores para cada meio. Material para a Atividade Bastão de vidro, 7 tubos de ensaios pequenos, suporte para tubos de ensaio, béquer de 250mL, calculadora gráfica TI-89, sensor de pH, interface CBL 2, programa DATAMATE, papel de tornassol vermelho e azul, papel-toalha, repolho-roxo, amora, 7 soluções de diferentes compostos ácidos, básicos e neutros. Unidade 2 As funções químicas 2.4.2. Aplicação individual Exercício # 1 A substância 2-propanona pode ser chamada simplesmente de propanona, já que não existe um composto com o nome de 1-propanona. Explique por quê. Exercício # 2 Por que os alcanos ramificados têm pontos de fusão e pontos de ebulição menores que os alcanos não-ramificados com o mesmo número de átomos de carbono? Exercício # 3 Quais dos elementos a seguir formam óxidos poliânions, óxidos policátions e não formam nenhum dos dois? Dados: Al, As, Cu, Mo, Si, B, Ti, Li, Mg, Be, Au e Hg. 2.4.3. Avaliação / Reflexão sobre a unidade Questões 1. Por que os compostos ramificados têm pontos de fusão e de ebulição menores que os alcanos não-ramificados com o mesmo número de átomos de carbono? 2. O que são hidrogênios ionizáveis? Demonstrar a fórmula estrutural dos ácidos fosforoso e fosfórico e quantos hidrogênios ionizáveis cada um possui. 3. O ácido sulfúrico é mais forte do que o ácido sulfuroso porque possui mais moléculas de hidrogênio em sua fórmula molecular. 4. Nos ácidos fosforoso e hipofosforoso, o hidrogênio que está ligado diretamente ao oxigênio é chamado de hidrogênio ionizável. 5. Óxidos neutros ou indiferentes são óxidos que reagem com água, mas não reagem com ácidos nem com bases. Entretanto, eles reagem com outras substâncias como é o caso do NO que reage com o O2. 2.5. Recapitulando As funções químicas estão divididas em dois grandes grupos: as funções orgânicas e as inorgânicas. Por sua vez, cada grupo está subdividido em grupos que possuem propriedades e químicas semelhantes. As funções orgânicas fazem parte da química do carbono e estão subdivididas pelo radicais característicos que cada subgrupo apresenta. O ponto de partida para essas funções são os hidrocarbonetos, que servem de base para as nomenclaturas e ramificações. As funções inorgânicas estão classificadas pelas propriedades químicas semelhantes, suas nomenclaturas são distintas e não seguem uma regra geral para todas as funções, apenas dentro de cada função. Essas funções estão subdivididas em ácidos, bases, sais e óxidos. Os sais, na maioria das vezes, são originados das reações de neutralização sendo; ácido + base → sal + água.
  9. 9. 10 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 2.6. Para saber mais Título: BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. Título: RUSSEL, J. B.; Química geral. 2.ed. Vol. 1 e 2. 2.6.1. Ampliando seus conhecimentos O resumo do artigo a seguir foi extraído do site http://www.gci.inf.br/edicoes_anteriores/03/10_poluicao_ marinha.pdf e serve como referência para ampliar os conhecimentos sobre os hidrocarbonetos. Para melhor entendimento do texto, o aluno deve consultar o link e as bibliografias citadas. O uso sustentável dos recursos costeiros deve ser baseado, entre outros aspectos, no conhecimento do funcionamento dos ecossistemas locais e nas suas respostas aos impactos ocasionados pelas atividades antrópicas. Este tipo de conhecimento não é facilmente estabelecido, em função da natureza dinâmica e da resiliência desses ambientes. No caso da contaminação por hidrocarbonetos de petróleo em áreas costeiras, devem ser considerados, além do constante risco da ocorrência de acidentes, aspectos como as múltiplas fontes pontuais e difusas de introdução crônica desses contaminantes, a grande variedade de toxicidade de compostos individuais e questões socioeconômicas relacionadas com o uso de petróleo como fonte de energia. Neste trabalho, são discutidos alguns aspectos da contaminação por hidrocarbonetos de petróleo na zona costeira, assim como é proposto um projeto a ser desenvolvido na baía da Ilha Grande/RJ que visa discutir a necessidade de integração de informações científicas e socioeconômicas para o correto manejo da contaminação por petróleo nessa região. 2.6.2. Referências e links interessantes Links http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htm#acetal http://www.brasilescola.com/quimica/quimica-organica.htm http://www.cdcc.sc.usp.br/quimica/experimentos/teor.html http://www.colegioweb.com.br/quimica/o-que-sao-funcoes-inorganicas http://www.gci.inf.br/edicoes_anteriores/03/10_poluicao_marinha.pdf http://www.rainhadapaz.g12.br/projetos/quimica/textos/links_assuntos.htm http://www.silex.com.br/sorbex.htm Unidade 2 As funções químicas
  10. 10. 11 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Conteúdo da disciplina 3 REAÇÕES QUÍMICAS 3.1 Equações químicas e cálculos estequiométricos. 3.2 Reações de oxidação-redução. 3.3 Equilíbrio químico. 3.4 Eletroquímica. 3.5 Corrosão, pilhas, baterias e células de combustível. 3.1. Um começo de conversa As equações químicas são uma das partes mais importantes para o entendimento das reações. Uma equação química deve ser balanceada, isto é, cada elemento deve ter o mesmo número de átomos em ambos os lados da equação. O balanceamento significa a necessária igualdade de massas entre os dois lados da equação uma vez que não pode haver perda ou ganho de massa. As reações de oxidação-redução e equilíbrio químico, em que o conhecimento prévio sobre valência e íons (cátions e anions) será necessário, também fazem parte das equações químicas. Uma reação de óxido-redução significa a transferência de elétrons e, conseqüentemente, variação no número de oxidação (NOX). Alguns elementos apresentam NOX fixo e outros variáveis como o caso do Fe2+ e Fe3+. Resumindo, oxidar significa perder elétrons e aumentar o NOX e reduzir, por sua vez, significa ganhar elétrons e diminuir o NOX. No exemplo do ferro, ele pode oxidar ou reduzir. No desenvolvimento desta unidade, serão abordados os subtópicos relacionados, equilíbrio químico, eletroquímica (eletrólise), corrosão, pilhas, baterias e células de combustível. A eletroquímica é uma das aplicações mais úteis das reações de oxidação-redução, ou seja, é a produção de energia elétrica a partir das reações químicas (células eletroquímicas). A eletrólise é um processo que separa os elementos químicos de um composto através do uso da eletricidade. De maneira sumária, procede-se primeiro com a decomposição do composto em íons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente contínua através desses íons, são obtidos os elementos químicos. Em muitos casos, dependendo da substância a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre, além de formar elementos ocorre também a formação de novos compostos. O processo da eletrólise é uma reação de oxidação- redução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não espontâneo. A corrosão, mais corriqueiramente em metais ou corrosão metálica, é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica em um produto com mais baixo gasto de energia. Nesse processo, o resultado são produtos de corrosão e a liberação de energia. A corrosão metálica ocorre sempre na presença de moléculas de água e oxigênio em um meio condutor. Como exemplo de corrosão, podemos citar a exposição de uma barra metálica aos intempéries da água do mar. O termo bateria é usado para uma célula eletroquímica simples ou um grupo de células eletroquímicas unidas. A bateria mais comum é a pilha seca. Outra bateria primária é a bateria alcalina. Pilhas alcalinas secas são semelhantes às pilhas de LELANCHÉ, exceto que a mistura de eletrólitos contém hidróxido de potássio, como base forte, e a área superficial de zinco é aumentada. Por fim, mas não menos importante, as células de combustível, Diferentemente das baterias, elas são estruturas de conversão de energia. Muitas das células de combustível convertem energia das reações de oxidação-redução de reagentes gasosos diretamente em eletricidade. Eles são uma especial aplicação da química de oxidação-redução. A mais popular aplicação das células de combustível tem sido no programa espacial da NASA nos Estados Unidos. 3.2. Ponto de partida – tópico gerador Uma das partes da química que tem uma grande importância é a estequiometria das reações. Quando os alunos chegarem a esta unidade, eles estarão aptos a representar as reações químicas. O cálculo estequiométrico, apesar de temido por muitos alunos, torna-se de fácil aprendizado quando alguns passos são seguidos, sendo eles: i) montagem e balanceamento das equações químicas; ii) escrita dos coeficientes das equações químicas; iii) adaptação das proporções às unidades utilizadas; iv) utilização da matemática simples, regra de 3, nos ajustes das equações. As reações que os elementos têm entre si para formar um composto são representadas por equações químicas. As substâncias no lado esquerdo de uma determinada equação química são chamadas reagentes e, no lado direito, produtos. Os números antes dos símbolos indicam a quantidade de moléculas. Os símbolos entre parênteses indicam o estado físico: (s) sólido, (l) líquido, (g) gasoso e (aq) solução aquosa. Essas notações devem-se ao fato de que algumas substâncias só reagem, ou reagem mais rapidamente, no estado físico apresentado. Deve-se sempre lembrar de que a equação química indica a possibilidade de uma reação ocorrer. A reação nem sempre ocorrerá com o simples contato físico das substâncias necessitando de aquecimento, meio aquoso ou de ignição. 3.3. Leitura obrigatória Adotada: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Capítulos: H - Equações químicas. K - Reações redox. L - Estequiometria de reações. M - Reagentes limitantes. 9 - Equilíbrio químico. 12 - Eletroquímica. Unidade 3 Reações químicas
  11. 11. 12 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 3.4. Colocando o conhecimento em prática 3.4.1. Aplicação em grupo Exercício # 1 Encontre os coeficientes das reações químicas abaixo. Lembre-se de que os coeficientes são os menores números inteiros que correspondem ao balanceamento. Fe + O2 → Fe2O3 Zn + HCl → ZnCl2 + H2 C3H6O + O2 → CO2 + H2O C5H12 + O2 → CO2 + H2O Fe2O3 + Al → Al2O3 + Fe Mn3O4 + Al → Al2O3 + Mn HgSO4 + Al → Al2(SO4)3 + Hg Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O Exercício # 2 Em quais das seguintes reações a constante de equilíbrio depende das unidades de concentração? a) COHOCOHgggg()()()()+↔+222 b) COCCOCgggll22()()()↔+ C) NONOggg()()()↔+122122 Exercício # 3 A oxidação de telhados de cobre a uma substância com a cor verde característica é um exemplo de oxidação atmosférica em ambiente úmido. Estimar o potencial para oxidação do cobre pelo oxigênio. 3.4.2. Aplicação individual Exercício # 1 Explique o que são baterias primárias e secundárias e exemplifique. Exercício # 2 Por que as indústrias eletrolíticas são instaladas em regiões cuja energia elétrica é abundante? Exercício # 3 Explique o que é efeito do anodo na produção de alumínio metálico. 3.4.3. Avaliação / Reflexão sobre a unidade Questões 1. Descreva a classificação das baterias diferenciando-as. 2. O que é efeito de polarização em uma bateria? 3. Quais são as principais aplicações da eletroquímica? 4. Representar a equação química da eletrólise do HBr em solução aquosa. 5. Representar a equação química da eletrólise do CuSO4 em solução aquosa. 3.5. Recapitulando Este tópico, inicialmente, abordou assuntos relativos às reações químicas em geral. Num segundo momento, e para início e desenvolvimento das aulas, abordaram-se as reações químicas com os cálculos estequiométricos necessários para as reações de oxidação-redução que, por sua vez, são de extrema importância para a finalização desta unidade. O equilíbrio químico, a eletroquímica (incluindo a eletrólise), corrosão, pilhas, baterias e as células de combustíveis utilizam de reações de oxidação-redução. 3.6. Para saber mais Título: ATKINS, P. W.; Paula, J. Físico-química, vol.1. Título: BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. Título: CASTELLAN, G. Fundamentos de físico-química. Título: RUSSEL, J. B.; Química geral. 2.ed. Vol. 2. 3.6.1. Ampliando seus conhecimentos O artigo abaixo foi extraído do site http://educar.sc.usp.br/quimapoio/cell.html e serve como referência para ampliar os conhecimentos sobre as células de combustível. Para melhor entendimento do texto, o aluno deve consultar as bibliografia citadas e os links interessantes. Unidade 3 Reações químicas
  12. 12. 13 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno O conceito de células de combustível existe há mais de 150 anos, é atribuída a paternidade da célula de combustível a William Grove. Ele teve a idéia durante seus experimentos sobre eletrólise de água, quando imaginou como seria o processo inverso, ou seja, reagir hidrogênio com oxigênio para gerar eletricidade. O termo célula de combustível surgiu em 1839, criado por Ludwig Mond e Charles Langer. A primeira célula de combustível bem-sucedida aconteceu devido às descobertas do engenheiro Francis Bacon em 1932. Problemas técnicos adiaram a sua realização até 1959, por Harry Karl Ihrig. No final dos anos 50, a NASA precisou pensar em geradores de eletricidade para missões espaciais. O projeto Apollo e as missões espaciais Shuttle fizeram uso das células de combustível. As células de combustível são baterias (pilhas) que convertem energia química diretamente em energia elétrica e térmica, elas possuem uma operação contínua graças à alimentação constante de um combustível. A conversão ocorre por meio de duas reações químicas parciais em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado: a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo. Tendo o hidrogênio como combustível e o oxigênio como oxidante, na célula de combustível a formação de água e a produção de água, além da liberação de elétrons livres, podem gerar trabalho elétrico. Os prótons gerados na reação anódica são conduzidos pelo eletrólito até o cátodo, onde se ligam aos ânions oxigênio (O2–), formando água. Diferentemente dos motores de combustão, que têm sua eficiência teórica (máxima) determinada pelo ciclo de Carnot, a eficiência teórica das células de combustível é dada pelo quociente entre a energia livre da reação (ΔG) pela entalpia da reação (ΔH), segundo a equação: η eletroquímico) = ΔG/ΔH A eficiência dada pela equação acima tem uma fraca dependência da temperatura quando comparada à dada pelo ciclo de Carnot, assim as células de combustível, mesmo e especialmente em baixas temperaturas; na prática , obtêm-se eficiências de 55% a 60%. Esse indicador, não isoladamente, não é a principal vantagem de sistemas de geração de energia com célula de combustível, mas sim o seu fator ecológico, além de serem silenciosos, compactos e de fácil manutenção. Existem vários tipos de células de combustível, classificadas segundo o tipo de eletrólito que utilizam e, conseqüentemente, a sua temperatura de operação. Tipos, características e aplicações das células de combustível: • Tipo: PEMFC (proton exchange membrane fuel cell – célula de combustível com membrana para troca de próton); eletrólito: polímero (próton), faixa de temperatura: 20oC-120oC; vantagens: alta densidade de potência, operação flexível, mobilidade; desvantagens: custo da membrana e catalisador, contaminação do catalisador com monóxido de carbono; aplicações: veículos automotores, espaçonaves, unidades estacionárias. • Tipo: PAFC (phosphoric acid fuel cell – célula de combustível de ácido fosfórico); eletrólito: próton; faixa de temperatura: 160oC – 220oC; maior desenvolvimento tecnológico – tolerância a CO; desvantagens: controle de porosidade do eletrodo, eficiência limitada pela corrosão; aplicações: unidades estacionárias, geração de calor. • Tipo: MCFC (Molten carbonate fuel cell – célula de combustível de carbonato); eletrólito: carbonatos fundidos; faixa de temperatura: 550oC-660oC; vantagens: tolerância a monóxido e dióxido de carbono, eletrodos de níquel; desvantagens: corrosão do cátodo, interface trifásica de difícil controle; aplicações: unidades estacionárias, cogeração de eletricidade e calor. • Tipo: SOFC (solid oxid fuel cell – célula de combustível de óxido sólido); eletrólito: zircônia (aníon oxigênio); faixa de temperatura: 850oC-1000oC; vantagens: alta eficiência (cinética favorável); desvantagens: problemas de materiais , expansão térmica; aplicações: unidades estacionárias, cogeração de eletricidade e calor. As células de combustível em si não produzem resíduos tóxicos ou nocivos ao ambiente, já não se pode dizer o mesmo da produção de hidrogênio. A molécula de hidrogênio não é encontrada na natureza, a maneira de obtê-la é a partir de outras moléculas. Uma fonte da molécula de hidrogênio são os hidrocarbonetos, o petróleo , por exemplo, é formado por hidrocarbonetos, mas conseguir hidrogênio a partir deles tem como subproduto carbono que reage como oxigênio atmosférico resultando em dióxido de carbono. Outra opção é utilizar a água como fonte de hidrogênio. Basta quebrá-la, entretanto esse processo despende muita energia, o que torna tal método de produção da molécula de hidrogênio muito caro. Existe aqui ,inclusive , um outro grave problema , se a energia elétrica a ser utilizada para a eletrólise da água (nesse processo de produção de hidrogênio) for fornecida por uma termelétrica, esta produz também carbono, que vai para a atmosfera, ou seja, para conseguir hidrogênio, nesse caso, polui-se. Apenas quem dispor de usinas hidrelétricas e usinas atômicas (que em condições normais não são poluentes) não terá o ônus da produção de carbono, mas gastarão mais dinheiro para alcançar esse objetivo. Projeto brasileiro O primeiro projeto brasileiro de implantação da tecnologia de células de combustível em um sistema de transporte coletivo pretende ser não poluente e econômico. Criado pelo Ministério de Minas e Energia é financiado na maior parte pela ONU, o programa entra em sua segunda fase em 2001. A primeira fase, que durou dois anos e acabou em abril de 2000, consistiu em estudos de viabilidade. A Segunda etapa, com custo de 25 milhões de dólares, envolve a compra de oito ônibus e de eletrolisadores, equipamentos para produzir hidrogênio a partir da água, com eletricidade. Trolebus tem um custo de R$ 2,37 por quilômetro , o ônibus a diesel tem um custo de R$ 1,66, o ônibus movido a células de combustível tem um custo de R$ 2,21, apesar de maior do que o custo do trolebus , mas o ônibus movido a células de combustível não faz barulho, não esquenta e não trepida. Os outros oito ônibus, que colocarão São Paulo entre as poucas cidades que utilizam veículos movidos a células de combustível para transporte coletivo (as outras são Vancouver, no Canadá e Chicago, nos EUA), devem circular inicialmente até 2005, data em que será encerrada a Segunda fase. Ela servirá para testar a eficiência do sistema, com vistas à implantação de um sistema maior (200 ônibus). Finalmente, em 2010, o sistema deve chegar ao estágio de produção em série, propiciando a substituição da atual frota de ônibus. México, China, Egito e Índia estão entre os países em desenvolvimento que estão desenvolvendo projetos semelhantes ao brasileiro., afinal o petróleo não irá durar para sempre. A Islândia (segundo a revista “New Scientist”) pretende substituir todos os seus veículos automotores por equipamentos movidos a hidrogênio até 2020. Mesmo a indústria de petróleo está se preparando para a conversão. A Shell já possui uma divisão de pesquisas com hidrogênio. A montadora DaimlerChrysler além de fabricar ônibus movidos a células de combustível, também está investindo na criação de carros movidos a hidrogênio. A BMW pretende desenvolver carros movidos com a própria combustão do hidrogênio, em motores de explosão, de forma similar à que ocorre com a gasolina no interior dos automóveis. Em 1874, o escritor Júlio Verne, em seu livro: “A Ilha Misteriosa”, afirmou que quando os combustíveis fósseis fossem totalmente consumidos, o hidrogênio seria uma fonte inesgotável de luz e calor”. Não é incrível? Unidade 3 Reações químicas
  13. 13. 14 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Obstáculos ao uso das células de combustível É difícil obter hidrogênio, sua fabricação pode envolver a queima de combustíveis fósseis, tornando- a poluente. Hidrogênio é inflamável e exige sistemas grandes de contenção de combustível. Seu armazenamento é complicado, pois ocupa muito espaço e rende pouco. • Extraído do artigo: “O poder do hidrogênio” publicado na Folha de São Paulo de 10/12/2000 no caderno “Mais” de autoria de Salvador Nogueira. • E do artigo: “O hidrogênio como opção energética” de Gerhardt Ett publicado no Informativo CRQ-IV de set-out de 2000. • Além do artigo: “What is a fuel cell?”, extraída de http://www.ttcorp.com/fccg/fc-what1.htm (fact sheet, a publication of the fuel cell commercialization group, Washington, D.C.) 3.6.2. Referências e links interessantes Links http://educar.sc.usp.br/quimapoio/cell.html http://www.abmbrasil.com.br/news/clipping/clipping_por_data.asp?dia=3&mes=10&ano=2005 http://www.abraco.org.br/23smate.htm http://www.amigosdanatureza.org.br/index.php?s=glossario&a=listar&letra=V http://www.cetesb.sp.gov.br/Agua/rios/variaveis.asp http://www.ekachemicals.com.br/eka/index.htm Unidade 3 Reações químicas
  14. 14. 15 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Conteúdo da disciplina 4 A QUÍMICA NOS PROCESSOS PRODUTIVOS 4.1 A química na indústria cimenteira. 4.2 Processamento industrial e equipamentos utilizados no processo produtivo. 4.3 Petróleo: histórico, reservas, constituintes e produtos do refino. 4.4 Indústria petroquímica. 4.5 Fabricação de produtos petroquímicos. 4.1. Um começo de conversa Nesta unidade, serão apresentados dois dos principais processos produtivos do Estado de Minas Gerais com a visão da química geral. Esses processos produtivos são as indústrias do cimento e a do petróleo. Os aspectos dos processos produtivos serão abordados com o foco nos processamentos químicos e algumas operações unitárias que se tornarão importantes para um bom entendimento dessas áreas visto que, na indústria do cimento, estão inseridos conteúdos da química inorgânica e na indústria do petróleo, os conteúdos da química orgânica. Alguns tópicos aqui abordados já foram mencionados exaustivamente em unidades anteriores. O objetivo principal desta unidade é desenvolver a habilidade de compreensão dos processamentos químicos de ambas as indústrias. 4.2. Ponto de partida – tópico gerador Alguns aspectos como o desenvolvimento dos diversos tipos de cimentos e as suas composições estão estritamente ligados ao conhecimento das funções inorgânicas e suas propriedades. Essas propriedades garantem algumas características necessárias em aplicações especiais. Podem-se citar, por exemplo, as reações que ocorrem durante a fabricação do clínquer ou a clinquerização. Nesse processamento físico-químico, ocorrem reações de decomposição do carbonato de magnésio e reação do SiO2, Al2O3 e Fe2O3 com o calcário, decomposição do carbonato de cálcio, formação do 2CaO. SiO2, desaparecimento do SiO2 livre entre outras reações. Após essas etapa do processamento, o clínquer estará pronto para ser misturado com outros compostos químicos que formarão os diversos tipos de cimentos. Com relação à indústria petroquímica, podemos citar a o craqueamento do petróleo em que serão originados diversos tipos de compostos. O craqueamento nada mais é do que a quebra do petróleo bruto, ou óleo cru, em que um composto é dividido em partes menores pela ação de calor e/ou catalizador. Para o melhor entendimento deste subtópico, recomenda-se uma revisão e leitura das bibliografias principais das unidades 2 e 3. 4.3. Leitura obrigatória Adotada: ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Capítulos: 1 - Ácidos e bases. 15 - Os elementos: os quatro últimos grupos principais. 18 - Química orgânica I: os hidrocarbonetos. 19 - Química orgânica II: os grupos funcionais. Adotada: SHREVER, R. N.; BRINKS J. A. Indústrias de processos químicos. Capítulos: 10 - Cimentos Portland, compostos de cálcio e de magnésio. 37 - Refinação do petróleo. 38 - Indústria Petroquímica. Adotada: SOLOMONS, T. W. G.; FRYHLE, C. B. Química orgânica. 7.ed. Vol. 1 e 2. Capítulos: 2 - Compostos de carbono representativos. 2.1 - Ligações covalentes carbono-carbono. 2.2 - Hidrocarbonetos. 2.3 - Ligações covalentes polares. 4 - Alcanos. 4.1 - Introdução aos alcanos e cicloalcanos. 4.2 - Formas dos alcanos. 4.3 - Nomenclatura da IUPAC para os alcanos. 4.4. Colocando o conhecimento em prática 4.4.1. Aplicação em grupo Exercício # 1 Quais os compostos formados durante a clinquerização? São substâncias orgânicas ou inorgânicas? Descreva-as. Exercício # 2 Como o clínquer influencia na eficiência do cimento PORTLAND de alta resistência inicial? Exercício # 3 Atualmente, o consumo de petróleo tem sido intenso e a produção tende a ser mínima para suprir a necessidade. Responda: a) Quais as outras fontes de energia que poderiam substituir o petróleo? b) Esquematize, por desenho, o caminho do óleo em uma rocha porosa ou areia. c) Quais as medidas que foram e estão sendo tomadas para aumentar a produtividade na exploração de petróleo (rendimento)? Unidade 4 A química nos processos produtivos
  15. 15. 16 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Exercício # 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO Propriedades físicas de alguns compostos orgânicos. Descrição • Cada equipe terá, à disposição, algumas amostras de diferentes líquidos orgânicos (metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol, n-pentano e n-hexano). • Utilizando simultaneamente dois sensores de temperatura conectados à interface com a calculadora TI-89, a equipe construirá um gráfico que indique a variação de temperatura com o tempo de evaporação dos líquidos. • Serão comparados três pares de substâncias, conforme a indicação no roteiro da prática. • Com os dados obtidos e com as informações químicas sobre cada substância, o aluno poderá associar a volatilidade das substâncias com as diferentes interações intermoleculares em cada uma. Material para a Atividade Sensores de temperatura, interface CBL 2, calculadora TI-89, 06 amostras de diferentes líquidos orgânicos, tubos de ensaio, suporte para tubos de ensaio, tiras de papel de filtro (2,5 x 2,5 cm), anéis de borracha, fita adesiva. 4.4.2. Aplicação individual Exercício # 1 O que é xisto oleífero? Qual a sua composição e as frações dos produtos comerciais fornecidas por ele? Exercício # 2 Quais são os produtos chamados de destilados leves e pesados? Exercício # 3 O que são cimentos especiais? Quais as diferenças em relação ao cimento PORTLAND comum? 4.4.3. Avaliação / Reflexão sobre a unidade Questões 1. Qual é a função e importância da indústria petroquímica? 2. Quais são as principais operações unitárias envolvidas na indústria petroquímica? 3. A indústria petroquímica fornece produtos intermediários ou acabados? Explique. 4. O que é uma mistura crua? Como é feita? 5. Quais são os tipos de cimentos existentes no mercado e suas aplicações? 4.5. Recapitulando Esta unidade objetiva a descrição da química nos processos produtivos. Os processos produtivos escolhidos fazem parte do parque industrial do Estado de Minas Gerais sendo elas: as indústrias cimenteira e petroquímica. Em ambas, mostrou-se o histórico do processo produtivo, uma breve introdução e, por fim, a química desde o processamento ao produto final. 4.6. Para saber mais Título: BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. 4.6.1. Ampliando seus conhecimentos A indústria cimenteira é uma das mais rentáveis, pois as matérias-primas principais, o calcário e a argila, são abundantes. Usualmente, elas são instaladas próximo às fontes de matérias-primas. O grande desafio dessas indústrias é baixar o custo de produção aumentando o valor agregado quando as fonte não estão dentro dos padrões. Nesse caso, pesquisas têm mostrado que, para a indústria produzir um cimento dentro das especificações das normas NBR, elas têm de melhorar o processamento da matéria-prima fora da norma alternando o processo. Este é um dos casos de pesquisas e desafio para a engenharia. O aluno interessado em ampliar os conhecimentos deve procurar as bibliografias propostas, para saber mais e em referências e links interessantes em busca de maiores detalhes sobre o assunto. 4.6.2. Referências e links interessantes Livro PERLINGEIRO, C. A. G. Engenharia de Processos – análise, simulação, otimização e síntese. São Paulo: Edgar Blücher, 2005. Links http://www2.petrobras.com.br http://www.abcp.org.br http://www.cimentosliz.com.br http://www.votorantim.com.br Unidade 4 A química nos processos produtivos
  16. 16. 17 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno Conteúdo da disciplina 5 A QUÍMICA E O MEIO AMBIENTE 5.1 Uso da água e geração de esgotos. 5.2 Reutilização e tratamentos de águas. 5.3 Métodos de tratamentos de água. 5.4 Política ambiental brasileira. 5.5 Tratamentos de águas industriais e dos esgotos. 5.1. Um começo de conversa O acondicionamento da água e o tratamento das águas servidas são funções essenciais das administrações municipais. Na atualidade, reconhece-se, com clareza, a importância da preparação conveniente da água para a indústria. Para o engenheiro, os rejeitos de águas industriais constituem um problema complicado e difícil. Sob essa ótica, o professor deverá conduzir esta unidade, procurando estabelecer um contraponto direto entre o desenvolvimento industrial, gerenciamento de processos e recursos industriais e sua relação com as questões ambientais. 5.2. Ponto de partida – tópico gerador Apesar de a água ocupar 2/3 da superfície terrestre, nem toda ela pode ser utilizada para consumo humano. Com essa preocupação, muitas organizações governamentais e não-governamentais estão preocupadas com o abastecimento, utilização e reutilização das águas de usos domésticos e industriais. Prevê-se, para alguns anos, em longo prazo, a escassez. Partindo-se desse ponto, programas educativos e informativos sobre utilização racional da água estão sendo realizados massivamente. Atualmente, os custos para tratamento da água de esgoto, doméstico ou industrial, têm sido muito caros. Esses dois tipos de esgotos são diferenciados, isto é, i) no esgoto doméstico, encontram-se apenas água, sólido e lodo e ii) nos esgotos industriais, a sua composição está diretamente ligada à atividade da empresa. Dessa forma, os governos federais e estaduais implementam políticas ambientais com resoluções para os padrões de corpos d’água, de lançamentos, de balneabilidade, de lançamento para efluentes urbanos e de uso agrícola de efluentes tratados entre outros. 5.3. Leitura obrigatória Adotada: SHREVER, R. N.; BRINKS J. A. Indústrias de processos químicos. Capítulo: 3 - Tratamento de água e proteção ambiental. 5.4. Colocando o conhecimento em prática 5.4.1. Aplicação em grupo Exercício # 1 Descrever sucintamente as etapas de tratamento de esgotos domésticos. Exercício # 2 Diferir os tipos de tratamentos de rejeitos utilizados pelas indústrias de couro, a de tecidos e de algodão. Exercício # 3 Quais os tipos de tratamentos de rejeitos utilizados pela indústria metalúrgica e de metais pesados. Exercício 4 – ATIVIDADE EM LABORATÓRIO Procedimentos básicos em laboratório. Descrição • A atividade consiste na realização de análises das amostras coletadas e registro das informações obtidas mediante a origem das amostras. • A equipe deverá se orientar conforme os procedimentos contidos na Apostila de Práticas de Laboratório. • A equipe deverá elaborar o relatório da atividade no mesmo dia da aula de aplicação. Material para a Atividade Sensor de pH, interface CBL 2, calculadora TI-89, béqueres de 50ml, bastão de vidro, termômetros, suporte com garra, soluções tampão pH = 4 e pH = 7. 5.4.2. Aplicação individual Exercício # 1 Quais os parâmetros da resolução do CONAMA que um balneário tem de obedecer para conseguir a licença de funcionamento? Exercício # 2 Diferencie exemplificando os tipos de esgotos domésticos urbanos e rurais e os tipos de tratamentos que devem ser aplicados a cada um. Para o rural, tome como base uma fazenda que possui: aves, suínos, caprinos, zebus, cavalos e aves exóticas. Exercício # 3 Descrever as modificações ocorridas após a implantação da política ambiental brasileira. Unidade 5 A química e o meio ambiente
  17. 17. 18 Química Geral e Inorgânica 1 – Guia do Aluno 5.4.3. Avaliação / Reflexão sobre a unidade Questões 1. Qual é a razão da implantação do Sistema Nacional de Recursos Hídricos pelo Brasil 2. Quais são os tipos de despejos das indústrias eletroeletrônicas e de automação? Eles têm semelhanças com a metalúrgica? 3. A indústria metal mecânica emite despejo? Qual é o tipo? Ele se assemelha ao de alguma outra? Comente as semelhanças. 4. O Sistema Nacional de Recursos Hídricos é viável? 5. Existe realmente a participação da comunidade na política ambiental brasileira? Como? 5.5. Recapitulando O objetivo principal desta unidade foi agregar conhecimento sobre a importância da química no meio ambiente, não como poluidora, mas sim como um agente de neutralização e descontaminação. Para tanto, tornou-se necessária uma abordagem dos geradores de poluição nas águas e esses foram divididos em despejos domésticos e industriais. Os despejos industriais foram subdivididos em grupos por área de produção e, outra vez, houve a necessidade de se explicitarem os métodos de tratamentos e onde a química estava inserida. Com a finalidade de descrever mais sucintamente os padrões de despejos domésticos e industriais, abordar-se de maneira geral a política ambiental brasileira envolvendo, também o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. E, por fim, abordaram-se os tratamentos de águas industriais e dos esgotos, respeitando-se as normas brasileiras. 5.6. Para saber mais Título: PHILIPPI, A.; ROMERO, M. A.; BRUNA, G. C. Curso de gestão ambiental. 5.6.1. Ampliando seus conhecimentos Alguns aspectos estão nas práticas utilizadas em empresas de diferentes áreas para tratamento de seus despejos. O ponto crítico situa-se no fato de que a empresa não abrirá suas portas para que seja descrita a sua metodologia de tratamento de rejeito. Outra solução é procurar manuais específicos de diferentes áreas, por exemplo, a petroquímica, a cimenteira, a metalúrgica, a química, etc. Diante desse estudo, o aluno estaria plenamente capacitado no conhecimento dos tratamentos de despejos industriais de diferentes áreas. 5.6.2. Referências e links interessantes Livros BRAGA, B.; HESPANHOL, I.; MIERZWA, J. C.; BARROS, M. T. L.; SPENCER, M.; PORTO, M.; NUCCI, N.; JULIANO, N.; EIGER, S. Introdução à engenharia ambiental. 2.ed. São Paulo: Pearsons Prentice Hall, 2005. MANZINI, E., VEZZOLI, C. O desenvolvimento de produtos sustentáveis. São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo (EDUSP), 2005. Links http://www.abqrs.com.br/pdf/TELI.pdf http://www.confortoengenharia.com.br/ http://www.feam.br http://www.ipv.pt/millenium/ect7_lpvc.htm http://www.mma.gov.br/conama Unidade 5 A química e o meio ambiente

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