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Água
Introdução: • É constituída por 2 gases: Hidrogênio Oxigênio Na proporção 2:1, ou seja 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio
Sua Fórmula Química é H20
• Sinônimos: Ácido hidroxílico Hidróxido de hidrogênio Óxido de hidrogênio Monóxido de dihidrogênio
Água
Generalidades: • É essencial para todas as formas conhecidas de vida na Terra • Se a água é encontrada em um determinado planeta pode-se esperar que haja vida neste planeta • ¾ da superfície da Terra são cobertos pela água (75%) • Equivale a 1,5 bilhões de km3 de água em todo o planeta • Nas seguintes proporções: 97,5% oceanos 2,4% geleiras e calotas polares 1,6% aquíferos 0,6% rios, lagoas e lagos 0,001% atmosfera
97,5% de água salgada
2,5% de água doce
Estados Físico da Água no Planeta Líquido Sólido Gasoso
Água
Generalidades: • O Volume da água na Terra é de, aproximadamente, 1.360.000.000 km3, mas apenas 9% pode ser consumida pelos seres humanos, ou seja Água Potável. • Água Potável se caracteriza por apresentar menos de 1000 coliformes fecais e menos de 10 micro-organismo patogênico por litro de água. • A escassez de água potável é um Problema Muita Grave, e já começou: 29 países já têm problema com falta de água e tende a piorar. Até 2025, dois de três habitantes do planeta serão afetados de alguma forma pela escassez. • É um problema em escala mundial e que nunca houve nenhum problema semelhante • A falta de água da afeta o Oriente Médio, China, Índia e o Norte da África. A ONU calcula que até 2050, 50 países sofrerão com a crise de abastecimento de água
Água
Generalidades: • A água se move constantemente na Terra através do Ciclo da Água, conhecido cientificamente como o Ciclo Hidrológico, que refere-se a troca permanente de água da hidrosfera, entre a atmosfera, as águas do solo (superficiais e subterrâneas) e das plantas, com mudanças permanentes do estado físico da agua • Os processos de transferências do Ciclo Hidrológico: Evaporação Transpiração Evapotranspiração Precipitação Escoamento Infiltração Absorção Percolação: minas d´água ou nascentes
Água
Funções: • Nos Seres Vivos: 10% Humanos: 75% composto da água Proteção contra doenças: desidratação, cálculo renal, infecções urinárias Proteção contra o envelhecimento Regula a temperatura Diluidora dos sólidos: transporta os nutrientes e metabólitos entre os órgãos Determina um bom funcionamento dos órgãos: ingerida por via oral e eliminada na filtração hídrica renal (urina) e pela transpiração dos poros
Água
Funções: • Nas Indústrias: 21% Transferência de Calor:
o Refrigeradora: Torres de Resfriamento o Aquecimento: Caldeiras
Geradora de Energia: o Termoelétricas: vapor d`água para mover as turbinas adaptadas a geradores
Aplicação nos Processos: o Transportadora: transporte de materiais o Diluidora: a maiorias das reações químicas são realizadas em soluções
Lavagens de máquinas e equipamentos Irrigação da áreas verdes Sanitários
Água
Funções: • Nas Indústrias: 21%
Alguns exemplos de consumo de água na produção: o 1 garrafa – 3 litros o 1 calça Jeans – 8.000 litros o 1 micro computador – 30.000 litros o 1 carro – 380.000 litros o 1 kg de trigo (produção) 500 a 4.000 litros o 1 litro cerveja – 10 litros o 1 kg batata – 106 litros o 1 kg galinha – 3.500 litros o 1 kg carne – 10.000 litros
Água
Funções: • Na Geologia: Mateorização (formação de rocha, solos e minerais): superfícies Padrões das falhas geológicas: subterrâneas Vulcões: manto
Água
Propriedades: • Molécula Polar • Formam “Pontes de Hidrogênio” • Dilatação anômala • Solvente universal • Tensão Superficial • Densidade maior (3,984oC) • Estável na Atmosfera • Incolor • Calor Específico
Água
Propriedades: • Dilatação anômala: A água entre 0oC e 4oC se torna menos densa: congela a superfície o Contração da moléculas: “pontes de hidrogênio” o Diminuição do volume
V: volume
T: temperatura (oC)
V
V min
4
Densidade máxima
Água
Propriedades: • Estável na Atmosfera: absorve a radiação infravermelha, atenuando o efeito estufa
Água
Propriedades: • Estável na Atmosfera: absorve a radiação infravermelha, atenuando o efeito estufa
Água
Propriedades: • Incolor: possibilita a penetração dos raios ultravioleta (luz), que serão necessários para a fotossíntese marinha
Água
Propriedades: • Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto
Calor Específico da água é 4,18 J/goC: para aquecer em 1oC a quantidade de 1g de água é necessário que ela absorva 4,18J de energia Regula a temperatura corpórea e o clima global
Água
Propriedades: • Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto
Ácidos
Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único cátion o H+.
Hx A xH+ (aq) + Ax- (aq) água
Ácidos
Grupos: • Hidrácidos: ácidos sem oxigênio HF: ácido fluorídrico HCl: ácido clorídrico HBr: ácido bromídrico HI: ácido iodídrico H2S: ácido sufídrico HCN: ácido cianídrico
Ácidos
Grupos: • Oxiácidos: ácidos com oxigênio HClO3: ácido clórico H2SO4: ácido sulfúrico HNO3: ácido nítrico H3PO4: ácido fosfórico H2CO3: ácido carbônico
Ácidos
Classificação: • Número de Hidrogênios ionizáveis Monoácidos: 1 H+ Diácidos: 2 H+ Triácidos: 3 H+ Tetrácidos: 4 H+
Ácidos
Classificação: • Número de Hidrogênios ionizáveis Hidrácidos: todos os hidrogênios presentes na molécula são ionizáveis Oxiácidos: são ionizáveis apenas o hidrogênios ligados ao átomo de oxigênio
O P O H
H
H
O
O P O H
O
H
O
H
H3PO4 H3PO3
Ácidos
Classificação: • Grau de ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas
o Fortes o Semifortes o Fracos
α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas
Ácidos
Classificação: • Grau de ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas
o Hidrácidos:
α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas
Fortes Semifortes Fracos
α ≥ 50% 5% < α > 50% α ≤ 5%
HCl, HBr, HI HF H2S, HCN
Ácidos
Classificação: • Grau de ionização (α):
o Oxiácidos: determina-se o x, onde:
Fortes Semifortes Fracos
Valor de x 3 ou 2 1 0
Exemplos HBrO4 H2SO4
H3PO4 HNO2
HClOH4SiO4
x = nº de átomos de oxigênio - nº de átomos de hidrogênio
Observações: H2Co3 (ácido carbônico): é um ácido instável, logo, se decompõe mais facilmente do que se ioniza, logo, é fraco. H3CCOOH (ácido acético): pode ser obtido a partir do álcool comum e é um ácido fraco.
Ácidos
Classificação: • Volatilidade: se caracteriza pela facilidade com que os ácidos passam do estado líquido para o gasoso.
o Voláteis: a grande maioria dos ácidos: HF, HCl, HCN, H2S, HNO3, H3CCOOH, etc o Fixos: os menos voláteis, mais comuns, são apenas 2: H2SO4 e H3PO4
Ácidos
Propriedades: • Sabor azedo • Líquido fumegante • Líquido corrosivo • Ação sobre os indicadores de pH: baixo pH • Condutibilidade elétrica em meio aquoso • Extremamente perigoso • Reação com metais: determina a formação de um sal deste metal e libera o gás hidrogênio • Reação com os ânions carbonato e bicarbonato formando um sal, água e libera gás carbônico:
CaCO3 (s) + 2HCL (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) NaHCO3 (s) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
Ácidos
Aplicações: • ácido fluorídrico (HF): corrói o vidro • ácido clorídrico (HCl): suco gástrico • ácido sulfídrico (H2S): ovo podre • ácido cianídrico (HCN): mandioca e sol, ácido tóxico • ácido sulfúrico (H2SO4): baterias dos automóveis • ácido carbônico (H2CO3): presente nos refrigerantes • ácido fosfórico (H3PO4): refrigerante a base de cola • ácido nítrico (HNO3): fabricação de explosivos • ácido acético (H3CCOOH): produção do vinagre
Bases ou Hidróxidos
Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único tipo de ânion os íons OH- (Hidroxila).
São portanto Hidróxidos de Metais (cátion):
Nomenclatura: hidróxido de (nome do cátion) se o cátion apresentar deferentes eletrovalência, no final do nome, o número da carga elétrica do cátion será expressa em algarismo romano ou utilisamos o sufíxo “oso” para a menor carga e “ico” para a maior carga Exemplo:
Fe(OH)2: hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso Fe(OH)3: hidróxido de ferro III ou hidróxido férrico
C(OH)x Cx+ (aq) + x OH- (aq) água
NaOH Na+ + OH-
Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH- água
Al(OH)3 Al3+ + 3OH-
água
água
Bases ou Hidróxidos
Classificação: • Número de Hidroxila • Solubilidade em água • Grau de Dissociação
Bases ou Hidróxidos
Classificação: • Número de Hidroxila: os grupos de hidroxilas liberadas por fórmulas
NaOH Na+ + OH-
Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH-
Al(OH)3 Al3+ + 3OH-
água
água
água
Pb(OH)4 Pb+4 + 4 OH-
Monobases Dibases Tribases Tetrabases
Nº de OH- na fórmula 1 OH- 2 OH- 3 OH- 4 OH-
Exemplos NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)4
água
Bases ou Hidróxidos
Classificação: • Solubilidade em água: se caracteriza pela quantidade em gramas da base que se dissolve em 1 litro de água, a 200C
Solubilidade (em gramas) de base / litro de água (a 200C)
CsOH 3.857 Ca(OH)2 1,65
KOH 1.120 Mg(OH)2 0,009
NaOH 1.090 Al(OH)3 0,008
Ba(OH)2 38,9 Fe(OH)2 0,001
Sr(OH)2 3,9 Fe(OH)3 0,0000001
Solubilidade (em gramas) de base / litro de água (a 200C)
Metais Alcalinos Metais
Alcalinos Terrosos Outros Metais
Solúveis Pouco Solúveis Praticamente
Insolúveis
Bases ou Hidróxidos
Classificação: • Grau de Dissociação: está relacionada com a solubilidade das bases, quanto maior a solubilidade maior será sua força de dissociação, logo será considerada uma Base Forte. Logo, se uma base for pouco solúvel apresentará uma força de dissociação menor, portanto, será uma Base Fraca
Características das Bases
Base Solúvel Elevado Grau de Dissociação Base Forte LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH,
Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2
Base Insolúvel Baixo Grau de Dissociação Base Fraca NH4OH e as bases dos demais metais
Bases ou Hidróxidos
Propriedades: • Sabor adstringente, que “amarra” a boca • Líquido extremamente perigoso • Ação sobre os indicadores de pH: alto pH • Reações com ácidos: ocorrerá a neutralização pela formação de água e a formação de um sal (salificação)
Bases ou Hidróxidos
Aplicações: • hidróxido de sódio (NaOH): produção de sabão • hidróxido de magnésio (Mg(OH)2): antiácido gástrico • hidróxido de cálcio (Ca(OH)2: a cal utilizada nas pinturas e na argamassa • hidróxido de amônio NH4OH: nos fertilizantes agrícolas e produtos de limpeza
Sais Minerais
Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem dissociação, produzindo pelo menos um cátion diferente do H+ pelo menos um ânion diferente do OH-
Na+Cl- (s) Na+(aq) + Cl-(aq) água
Ag+NO3- (s) Ag+(aq) + NO-3 (aq) água
Na+HCO3- (s) Na+(aq) + HCO-3 (aq) água
Sais Minerais
Definição:
Ânions
acetato: H3CCOO- bicarbonato: HCO3- bissulfato: HSO4-
brometo: Br- carbonato: CO32- cianeto: CN-
cloreto: Cl- fluoreto: F- fosfato: PO43-
hipoclorito: ClO- iodeto: I- nitrato: NO3-
nitrito: NO2- permanganato: MnO4- pirofosfato: P2O74-
sulfato: SO42- sulfeto: S2- sulfito: SO32-
Cátions
+ 1 Li+, Na+, K+, Ag+, NH4+, Cu+
+2 Mg2+, Ca2+, Ba2+, Zn2+,Cu2+, Fe2+
+3 Al3+, Fe3+
Sais Minerais
Características: • Sabor salgado • Sólidos: compostos iônicos • Maior solubilidade: maior condutibilidade elétrica • Várias cores
Sais Minerais
Aplicações: • cloreto de sódio (NaCl): bócio • nitrato de sódio (NaNO3): fertilizante e pólvora • carbonato de cálcio (CaCO3): calcário, mármore, corais e conchas • carbonato da sódio (Na2CO3): produção de vidro • bicarbonato de sódio (NaHCO3): antiácidos, fermentos químicos e extintor de incêndio • sulfato de cálcio (CaSO4): gesso e giz • fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2): nos ossos • hipoclorito de sódio (NaClO): água sanitária • sulfato de alumínio (Al2(SO4)3): tratamento da água que em meio básico determina floculação
Água
Potencial de ionização da água: na temperatura 250C
HOH H+ + OH-
Ki = [H+] . [OH-] [H2O]
Ki . [H2O] = [H+] . [OH-]
Kw = [H+] . [OH-]
como [H2O] é constante, o produto Ki . [H2O] também é constante e será chamado de Kw , o produto iônico da água
Kw só varia com a temperatura
Em 1 litro de H2O a 250C temos: [H+] = [OH-] = 1,0 . 10-7 mol/L
Kw = 10-7 . 10-7
Kw = 10-14
Kw = [H+] . [OH-]
Kw = [H+] . [OH-]
10-14 = [H+] . [OH-]
log 10-14 = log [H+] + log [OH-]
- log 10-14 = (-log [H+]) + (-log [OH-]) - log = p (potencial)
14 = pH + pOH
Potencial Hidrogeniônico: pH = -log [H+]
Potencial Hidroxiliônico pOH = -log [OH-]
Kw = 10-14
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/L
pH = pOH = 7 meio neutro: pH = 7 meio ácido: pH < 7 meio básico: pH > 7
Água
Potencial de ionização da água: na temperatura 250C
pH das Soluções: É o símbolo para determinar a grandeza físico-química do Potencial Hidrogeniônico, que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa.
Água
[H+] = 10-4 mol/L pH = -log 10-4 : pH = 4 [OH-] = 10-10 mol/L pOH = -log 10-10 : pOH = 10
pH + pOH = 14
Água
pH das Soluções:
Solução Tampão
Definição: É a solução capaz de manter o seu pH constante mesmo que seja adicionado pequenas quantidades de ácidos e de bases mesmo que sejam ácidos e bases fortes.
Solução Tampão
Constituição: • Solução Tampão Ácida:
o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio
• Solução Tampão Alcalina: o Base Fraca e o Sal Derivado
NH4OH + NH4Cl hidróxido de amônia e cloreto de amônia
Solução Tampão
Constituição: • Solução Tampão Ácida:
o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio
CH3COOH H3CCOO- + H+
CH3COONa H3CCOO- + Na+