Química Ambiental Ana Cecília Bulhões Figueira Aula 4.

Química Ambiental

Ana Cecília Bulhões Figueira

Aula 4

Sumário• Nomenclatura de ácidos e bases

• Solução tampão

• Reações ácido-base em águas naturais

• Reações de oxidação e redução – redox

• Agentes oxidantes e redutores

• Números de oxidação (nox)

• Reações redox em águas naturais2

Nomenclatura de Ácidos• Ácidos inorgânicos são representados pelo átomo

de H na frente do ânion correspondente.

• É formado pelo ânion ligado a um número de íons H+ suficientes para neutralizar sua carga formal.

HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4

Nomes dos ácidos relacionam-se aos nomes dos ânions que os dão origem.

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a) Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –eto, têm seus nomes formados:

ácido + nome do ânion + terminação –ídrico

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Nome do ânion Nome do ácido

Cl- íon cloreto HCl ácido clorídrico

Br- íon brometo HBr ácido bromídrico

S2- íon sulfeto H2S ácido sulfídrico

Nomenclatura de Ácidos

b) Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –ito ou –ato, têm seus nomes formados:

ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico

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Nome do ânion Nome do ácidoClO2

- íon clorito HClO2 ácido clorosoClO- íon hipoclorito HClO ácido hipoclorosoClO3

- íon clorato HClO3 ácido clóricoClO4

- íon perclorato HClO4 ácido perclórico

Nomenclatura de Ácidos

Nomenclatura de Bases Bases inorgânicas são formadas pelo ânion hidróxido (OH-).Nomes são dados por:ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion correspondente

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Fórmula química Nome da base

NaOH Hidróxido de sódio

KOH Hidróxido de potássio

Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio

Mg(OH)2 Hidróxido de magnésio

Al(OH)3 Hidróxido de alumínio

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Ácidos e bases – Solução tampão• Solução que não apresenta variação de pH

quando uma pequena quantidade de ácido ou base é adicionada a ela.

• Solução tampão tem espécies ácidas que neutralizam os íons OH- e espécies básicas que neutralizam os íons H+.

HX(aq) H+(aq) + X-

(aq)

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Como preparar uma solução tampão?

• Adicionando base conjugada a um ácido fraco tampão ácido acético/acetato de sódio: H3C2OOH --- H3C2OONa

• Adicionando uma base fraca a seu ácido conjugado

amônia/cloreto de amônio: NH3 --- NH4Cl

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Águas naturais contêm CO2 dissolvido e seus ânions derivados:

CO32-, base moderadamente forte

HCO3-, ácido conjugado fraco

além de cátions: Ca2+ e Mg2+

O pH dessas águas naturais raramente é exatamente igual a 7,0.

Reações ácido-base em águas naturais

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O Sistema CO2/CarbonatoAo dissolver-se na água, o CO2(g) origina o ácido carbônico <H2CO3>:

CO2(g) + H2O(l) <H2CO3(aq)> (1)

O ácido carbônico dissocia-se em meio aquoso formando o íon bicarbonato, HCO3

- e íon H+:

H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3

-(aq)

(2)

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Por outro lado, as rochas calcárias fornecem o íon carbonato CO3

2-:

CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO3

2-(aq) (3)

O carbonato reage com H2O liberando OH-:

CO32-

(aq) + H2O(l) HCO3-(aq) + OH-

(aq) (4)

O Sistema CO2/Carbonato

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As espécies H+ e OH- neutralizam-se, controlando o pH das águas naturais:

O Sistema CO2/Carbonato

Ocorrem em inúmeras ocasiões: meio fisiológico, industrial ou no ambiente.

Caracterizam-se pela transferência de elétrons entre as substâncias.

Processos de oxidação: perda de elétrons. Processos de redução: ganho de elétrons.

Átomo oxidado transfere e- a um átomo reduzido

Reações de Oxidação-Redução (Redox)

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Como reconhecer as reações redox?

Através do número de oxidação (nox)

Em processos de Oxidação: corresponde a um aumento no número de oxidação (perda de elétrons);

Em processos de Redução: corresponde a uma diminuição no número de oxidação (ganho de elétrons);

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Como atribuir números de oxidação?

O número de oxidação (nox) de um elemento não combinado com outros elementos é 0 (estado fundamental).

A soma dos números de oxidação (nox) de todos os átomos em uma espécie é igual à sua carga total.

Para os demais elementos, usam-se regras

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Regras práticas:

1.O número de oxidação do hidrogênio (H) é +1, quando combinado com não-metais e -1 em combinação com metais.

2.Os números de oxidação dos elementos dos Grupos 1 e 2 são iguais ao número de seu grupo.

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3. O número de oxidação de todos os halogênios é -1, a menos que o halogênio esteja em combinação com o oxigênio ou outro halogênio mais alto no grupo.

4. O número de oxidação do oxigênio é -2 na maioria dos seus compostos. As exceções são os compostos com o hidrogênio e em certos metais como peróxidos (O2

2-), superóxidos (O2-) e ozonetos

(O3-).

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Agentes oxidantes e redutores •Agente oxidante é a espécie que sofre redução (ganha elétrons – diminui nox).

•Agente redutor é a espécie que sofre oxidação (perde elétrons – aumenta nox).

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+

(aq) + Cu(s)

Ganha 2e- = reduz = agente oxidante

Perde 2e- = oxida = agente redutor

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Espécie nox

Zn(s) 0Zn2+

(aq) +2Cu2+

(aq) +2Cu(s) 0


• As reações redox são importantes nas águas naturais

• São fundamentais na sobrevida dos organismos aquáticos

OXIGÊNIO DISSOLVIDO (O2diss)

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Reações de Redox em águas naturais

• O2 é o agente oxidante mais importante nas águas naturais;

• Quando reagem em meio aquoso, os átomos de O têm seu nox alterado de 0 a -2 (H2O e OH-):

O2 + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)

ou

O2 + 2H2O(l) + 4e- 4OH-(aq)

A concentração do O2 dissolvido em águas se dá por:O2(g) ↔ O2(aq)

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OXIGÊNIO DISSOLVIDO

•[O2] dissolvido é baixa (1,3.10-3 molL-1 atm-1);

•A solubilidade do O2 a 25°C é 8,7 miligramas por litro de água ( 8,7 ppm);

•Já a 0°C é 14,7 ppm > a 35°C é 7,0 ppm;

•Como os peixes necessitam de 5 ppm de O2 na água para manter-se vivos - sua sobrevivência em águas aquecidas pode ser problemática;

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DEMANDA DE OXIGÊNIO - DO •A substância mais oxidada pelo O2 dissolvido é a matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de animais).

•Supõe-se que a matéria orgânica seja em sua totalidade carboidrato polimerizado:

CH2O(aq) + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) carboidrato

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DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO - DBO •A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada demanda bioquímica de oxigênio, DBO. •A DBO = quantidade de O2 consumida como resultado da oxidação da matéria orgânica.

• A DBO média para água superficial não poluída é de cerca de 0,7 miligramas de O2 por litro.

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Ensaio: Determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO5

•DBO5: quantidade de O2 necessária para oxidar a matéria orgânica degradada por ação bacteriana (5 dias a 20°C);

•Fornece dados sobre compostos biodegradáveis em efluentes domésticos e industriais;

MO + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) Micro-organismos

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DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO •Maneira mais rápida para medir a DO em água é através da DQO:

•A dissolução do íon dicromato (Cr2O72-) em H2SO4

forma um poderoso agente oxidante, que oxida a matéria orgânica (MO):

MO + Cr2O72-

(aq) + H+(aq) ↔ 2Cr3+

(aq) + CO2(aq) + H2O(l)

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DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO •Com a reação de DQO, estima-se a quantidade de Matéria Orgânica presente em uma amostra;

•Faz-se uso da relação entre consumo de íon dicromato (Cr2O7

2-) e O2 dissolvido 1 mol Cr2O72- =

1,5 mol O2

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COMPARAÇÃO ENTRE DBO E DQO

Demanda Bioquímica por O2

(DBO)Demanda Química por O2

(DQO)Parecida com processos naturais Diferente de processos naturais

Oxidação da MO via micro-organismos

Oxidação da MO via reagentes químicos

Cinco dias de análise RápidaPouca repetibilidade Melhor repetibilidade

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Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais

A MO pode ser decomposta pela ação de bactérias em condições anaeróbicas (ausência de O2).

•Condições anaeróbicas ocorrem em águas paradas, como as de pântanos, e as que se encontram na parte inferior de lagos profundos.

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•As bactérias anaeróbicas promovem a modificação do C: parte se oxida a CO2 e parte é reduzida a CH4: MO → CH4(g) + CO2(g)

Bactérias anaeróbicas

Reação de fermentação, onde ambos os agentes, oxidante e redutor, são materiais orgânicos.

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O CH4(g) é insolúvel em água e forma bolhas na su perfície da água em zonas pantanosas; o metano foi chamado de gás "dos pântanos".

A mesma reação química ocorre nos "diges tores" usados por moradores rurais para transformar excrementos animais em gás metano, que pode ser usado como combustível.

Bactérias anaeróbicas

MO → CH4(g) + CO2(g)

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Fechamento• Nomenclatura de ácidos e bases

• Solução tampão

• Reações ácido-base em águas naturais

• Reações de oxidação e redução – redox

• Agentes oxidantes e redutores

• Números de oxidação (nox)

• Reações redox em águas naturais31

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Atividade 4

EXERCÍCIO DE AULA – nomenclatura de ácidos e bases

Dê os nomes para as seguintes substâncias:

a)H2S

b)HNO3

c)HIO4

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d) LiOH

e) Al(OH)3

f) Be(OH)2

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EXERCÍCIO DE AULA – Resolução

Nomenclatura de ácidos:

• ácido + terminação –ídrico (ânion = -eto)

• ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico (-ico ou –ato)

Nomenclatura de bases:

• ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion

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ÁCIDOSH2S S-2 Ânion sulfeto Ácido sulfídricoHNO3 NO3

- Ânion nitrato Ácido nítricoHIO4 IO4

- Ânion periodato Ácido periódicoBASESLiOH Li+ Cátion lítio Hidróxido de lítioAl(OH)3 Al3+ Cátion alumínio Hidróxido de alumínioBe(OH)2 Be2+ Cátion berílio Hidróxido de berílio


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EXERCÍCIO DE AULA - nox

Determine os números de oxidação (nox) do enxofre (S) nos seguintes compostos:(a)SO2 (b)SO4

2-


-Primeiro passo: representar o n° oxidação do S por x.-O n° oxidação do O é -2 nos dois compostos.

(a) SO2: Pela regra, a soma dos nox dos átomos no composto neutro deve ser ZERO, então: nox S + [2.(nox O)] = 0 Então, x + [2.(-2)] = 0, portanto, x = +4 (b) SO4

2-: Pela regra, a soma dos números de oxidação dos átomos no íon é igual à carga do composto (-2), então:x + [4.(-2)] = -2, x = +6

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