a Água e suas relações funções...

A Água e Suas Relações

Funções Inorgânicas Ácidos, Bases e Sais

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

Generalidades: • Ciclo Hidrológico:

Água

Funções: • Nos Seres Vivos • Nas Indústrias • Na Agricultura • Na Geologia

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: 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: • Na Agricultura: 69% Irrigação do solo Utilização animal

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: • Molécula Polar • Formam “Pontes de Hidrogênio”

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: • Solvente universal

Água

Propriedades: • Tensão Superficial: Maior

Água

Propriedades: • Densidade maior (3,984oC)

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

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:

Funções Inorgânicas

Ácidos Bases Sais

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 • Oxiácidos

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 • Grau de Ionização • Volatilidade

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


Classificação: • Número de Hidroxila • Solubilidade em água • Grau de Dissociação


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


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


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


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)


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

Classificação: • Natureza dos Íons • Solubilidade em água

Sais Minerais

Classificação: • Natureza dos Íons o Sal Normal: o ânion não possui hidrogênio ionizável (H-) e também não apresenta o ânion OH-:

NaCl, BaSO4, Al2(SO4) o Hidrogenossais: apresentam 2 cátions, dos quais um deles é obrigatoriamente o H+ (hidrogênio ionizável) e um ânion:

NaHCO3 o Hidroxissal ou Sal Básico: sal que apresenta 2 ânions, dos quais um deles é o OH- (hidroxila) e somente um cátion

Ca2+(OH)Cl- = Ca2OHCl o Sal Duplo ou Misto: sal que apresenta 2 cátions diferentes (exceto o H+) ou 2 ânions diferentes (exceto o OH-)

Na+Li+SO42- = NaLiSO4 ou Ca2+Cl-ClO- = Ca(Cl)ClO o Sal Hidratado: apresenta, no retículo cristalino, moléculas de água em proporção definida (água de cristalização) e indicada na fórmula

CuSO4 ∙ 5H2O = sulfato de cobre II penta hidratado

Sais Minerais

Classificação: • Solubilidade em água: na prática, é o critério mais importante de classificar os sais

Solubilidade das substâncias em água (a 250C e 1 atm)

Solúveis (como regra)

Insolúveis (principais exceções)

Insolúveis (como regra)

Solúveis (principais exceções)

nitratos (NO3-) acetatos (H3CCOO-)

- sulfetos (S2-) metais alcalinos, alcalinos terrosos, e amônio

cloretos (Cl-) brometos (Br-) iodetos (I-)

Ag+, Pb2+, Hg22+ carbonato ( CO32-) metais alcalinos e amônio

sulfatos (SO42-) Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+ nitrato: NO3- metais alcalinos e amônio

Sais Minerais

Obtenção: • Reação de Neutralização: quando um ácido reage com uma base produzido o sal. o Neutralização Total: sal normal o Neutralização Parcial: Neutralização Parcial do Ácido: sal ácido

H3PO4 + 2NaOH NaH2PO4 + H2O Neutralização Parcial da Base: sal básico

HCL + Mg(OH)2 Mg(OH)Cl + H2O

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

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+

pH das Soluções: Exercício: Em uma solução a concentração molar de íons OH- é de 1,0 . 10-9 mol/L. Qual será o seu pH em 250C e o caráter do meio desta solução?

Água

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