quimica inorganica

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<p>Curso de Formao de Tcnicos de Operao Jr do Abastecimento</p> <p>2 edio</p> <p>Qumica AplicadaGeral e Inorgnica</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>1</p> <p>QualificAbast</p> <p>ndiceMETODOLOGIA CIENTFICA (a) Observao e dados (b) Leis (c) Hipteses e teorias A MATRIA (a) Volume, massa e inrcia (b) Estados da matria (c) tomos e molculas (d) A distribuio eletrnica (e) Classificao da matria TABELA PERIDICA LIGAES QUMICAS (a) Ligao inica (a.1) Substncia inica (b) Ligao covalente (b.1) Polaridade das ligaes covalentes (b.2) Substncias moleculares e covalentes (c) Ligaes metlicas (d) Nmero de oxidao GASES (a) Lei de Boyle-Mariotte: relao presso x volume (b) Lei de Charles: relao temperatura x volume (c) Lei de Gay-Lussac das combinaes dos volumes (d) Equao de estado de um gs ideal (d.1) Gases ideais x gases reais (e) Propriedades de um gs (e.1) Volume molar (e.2) Densidade (e.3) Lei de Dalton das presses parciais para mistura de gases (e.4) Difuso de um gs (f) Mistura de gases LQUIDOS (a) Equilbrio lquido-vapor (b) Equilbrio lquido-slido (c) Densidade relativa dos lquidos SOLUES (a) Concentrao das solues (a.1) Concentrao comum (a.2) Concentrao molar (a.3) Molalidade (a.4) Frao e percentagem molar (a.5) Frao mssica (a.6) Parte por milho ppm (b) Densidade de misturas (c) Solubilidade (d) Propriedades coligativas (d.1) Reduo da presso de vaporPETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>06 06 07 08 10 10 11 13 19 23 28 31 33 34 36 39 41 43 44 47 47 48 48 49 50 51 52 52 55 55 56 58 58 61 62 63 64 64 65 65 66 67 67 67 68 70 71</p> <p>2</p> <p>QualificAbast</p> <p>ndice(d.2) Elevao do ponto de ebulio ebuliometria (d.3) Diminuio do ponto de congelamento crioscopia (d.4) Presso osmtica (e) Fracionamento de Misturas (e.1) Fracionamento de misturas heterogneas (e.2) Fracionamento de misturas homogneas FUNES INORGNICAS (a) cidos e bases (a.1) Classificao dos cidos (a.2) Nomenclatura dos cidos (a.3) Principais cidos utilizados em uma refinaria (a.4) Nomenclatura das bases (a.5) Classificao das bases (a.6) Principais bases utilizadas em uma refinaria (a.7) Reaes cido-base (a.8) Ao sobre indicadores (b) Sais (b.1) Nomenclatura dos sais (b.2) Classificao dos sais (b.3) Principais sais utilizados em refinarias (c) xidos (c.1) Nomenclatura dos xidos (c.2) Classificao dos xidos REAES QUMICAS (a) A equao qumica (a) Classificao das reaes qumicas (b.1) Reao de oxirreduo (b.2) Reao de anlise ou decomposio (b.3) Reao de sntese ou composio (b.4) Reao de deslocamento ou simples troca (b.5) Reao de dupla troca (b.6) Reao cido-base (b.7) Reao exotrmica e endotrmica (b.8) Espontaneidade de uma reao CINTICA QUMICA (a) Influncia da concentrao na velocidade de reao (b) Influncia da temperatura na velocidade de reao (c) Influncia do catalisador na velocidade de reao CLCULO ESTEQUIOMTRICO EQUILBRIO QUMICO (a) Deslocamento do equilbrio qumico (b) Constante de equilbrio (c) Equilbrio inico em soluo aquosa (c.1) Produto inico da gua (c.2) A escala de pH potencial hidrogeninico (c.3) Soluo tampo 74 74 74 75 75 77 79 82 86 88 91 91 92 93 93 94 94 94 95 96 96 97 98 100 100 102 102 103 104 104 106 108 108 109 111 111 115 116 117 119 119 122 123 124 125 127</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>3</p> <p>QualificAbast</p> <p>ndiceELETROQUMICA (a) Pilhas ou clulas galvnicas (b) Potencialpadro de eletrodo (c) Clulas eletrolticas ALGUNS ELEMENTOS IMPORTANTES E SEUS COMPOSTOS (a) Hidrognio (b) Oxignio (c) Flor (d) Cloro (e) Iodo (f) Bromo (g) Enxofre (h) Nitrognio (i) Fsforo (j) Alumnio (l) Ferro (m) Cobre (n) Cromo (o) Vandio (p) Titnio REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ANEXO A ANEXO B TABELAS METODOLOGIA CIENTFICA Tabela 1 - Dados experimentais para a formulao da Lei de Charles A MATRIA Tabela 1 - Distribuio dos eltrons Tabela 2 - Componentes e fases de alguns sistemas TABELA PERIDICA Tabela 1 - Nomes dos grupos dos elementos representativos LIGAES QUMICAS Tabela 1 - Nox de alguns elementos SOLUES Tabela 1 - Exemplos de solues FUNES INORGNICAS Tabela 1 - Classificao quanto ao n. de hidrognios ionizveis Tabela 2 - Indicadores cido-base CINTICA QUMICA Tabela 1 - Cintica de reao ELETROQUMICA Tabela 1 - Potenciais-padro de eletrodo 128 128 132 135 136 136 137 138 139 140 140 140 142 143 143 144 144 144 145 145 146 147 152</p> <p>07 20 27 30 46 63 87 94 112 133</p> <p>APL ICA DA</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>4</p> <p>QualificAbast</p> <p>ndiceFIGURAS METODOLOGIA CIENTFICA Figura 1 - Esquema de desenvolvimento de um mtodo cientfico A MATRIA Figura 1 - Estrutura didtica do tomo Figura 2 - Eletrosfera e nveis atmicos Figura 3 - Distribuio eletrnica Figura 4 - Camada e eltron de valncia do tomo de potssio (K) Figura 5 - Clasificao da matria Figura 6 - Eletrlise da gua Figura 7 - Formas alotrpicas do carbono Figura 8 - Gs liquefeito de petrleo (GLP), uma mistura de C3H8 e C4H10 TABELA PERIDICA Figura 1 - Classificao peridica dos elementos Figura 2 - Subnvel mais energtico de cada grupo da tabela peridica LIGAES QUMICAS Figura 1 - Formao do slido inico Figura 2 - Estrutura do NaCl Figura 3 - Nuvem eletrnica em estrutura metlica LQUIDOS Figura 1 - Grfico de presso de vapor para o ter dietlico, etanol e gua SOLUES Figura 1 - Variao da solubilidade com a temperatura Figura 2 - Reduo da presso de vapor Figura 3 - Presso de vapor (a) parcial para a substncia 1; (b) parcial para a substncia 2; e (c) total da soluo Figura 4 - Aparelhagem de laboratrio para destilao fracionada FUNES INORGNICAS Figura 1 - Ensaio de condutibilidade eltrica de solues REAES QUMICAS Figura 1 - Ordem de reatividade de metais e no-metais CINTICA QUMICA Figura 1 - Clculo da velocidade instantnea de uma reao Figura 2 - Energia de ativao EQUILBRIO QUMICO Figura 1 - Escalas de pH e pOH ELETROQUMICA Figura 1 - Corroso do ferro da esponja de ao Figura 2 - Pilha ou clula galvnica de zinco/cobre 09 14 19 20 21 23 24 25 26 28 29 35 36 44 59 68 71 73 78 80 105 113 115 126 129 131</p> <p>APL ICA DA</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>5</p> <p>QualificAbast</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>6</p> <p>QualificAbast</p> <p>[Metodologia cientfica</p> <p>Todos os processos de desenvolvimento cientfico (e conseqentemente tecnolgico) so em sua grande maioria concebidos luz do mtodo cientfico. O mtodo cientfico, como o prprio nome enaltece, constitudo de procedimentos rigorosos de observao e registro de dados, a partir dos quais hipteses, teorias e leis so definidas, comprovadas, publicadas e utilizadas em busca do avano da humanidade.</p> <p>(a) Observao e dadosO processo do mtodo cientfico tem incio a partir da observao de algum fenmeno. Embora essas observaes sejam algumas vezes acidentais, elas devem ser feitas sob condies rigorosamente controladas para terem validade dentro do mtodo cientfico. Essas obser vaes podem ser de cunho qualitativo ou quantitativo. As observaes qualitativas no esto em busca de nmeros ou quantidades, mas buscam observar outros aspectos, tais como cor, odor, liberao ou absoro de calor, reatividade ou no. Por exemplo, a qumica analtica qualitativa utiliza a caracterizao de substncias atravs da cor que elas apresentam aps reagirem com substncias j conhecidas. Por sua vez, as observaes e testes quantitativos procuram quantificar com nmeros os fenmenos observados. Podese, ento, utilizar um instrumento para obter o valor numrico do comprimento de onda refletido por uma superfcie que apresente uma cor e, dessa maneira, determinar exatamente (quantitativamente) a cor desta superfcie.</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>7</p> <p>QualificAbast</p> <p>A seqncia do mtodo cientfico se d com os registros das observaes, os quais so chamados de dados. atravs dos dados que se pode definir uma lei ou basear a formulao de uma teoria. Os dados das observaes quantitativas so freqentemente dispostos em tabelas numricas e podem tambm ser representados por relaes matemticas e grficos. Para a obteno de equaes matemticas, normalmente se lanam os dados tabelados em um grfico, com base na curva traada, obtm-se a equao utilizando-se algum mtodo matemtico (geralmente mtodos numricos).</p> <p>(b) LeisA anlise dos dados pode indicar uma relao intrnseca entre eles, que se revela atravs de uma tendncia ou uma constante que os relaciona. Essas relaes entre os dados so descritas como leis. Vamos tomar como exemplo a Lei de Charles. De acordo com essa lei, o volume de um gs diretamente proporcional sua temperatura absoluta, sob presso constante. Em outras palavras, um aumento na temperatura provoca um aumento no volume do gs, de acordo com uma constante. Observe a Tabela 1. Nessa tabela esto registrados os dados observados em sucessivos experimentos realizados com um gs, semelhantemente ao experimento de Charles. Nesse experimento, mostra-se que variando a temperatura de um gs contido em um recipiente, o volume que este gs ocupa proporcional a essa variao de temperatura. Tabela 1 Dados experimentais para a formulo da Lei de CharlesExperimento Temperatura (K) Volume (L) Temperatura/Volume (K/L)</p> <p>1 2 3 4</p> <p>273 283 293 303</p> <p>14,92 15,46 16,01 16,56</p> <p>18,3 18,3 18,3 18,3</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>8</p> <p>QualificAbast</p> <p>A razo entre a temperatura do gs e o volume ocupado por este gs uma constante. Este mesmo experimento, realizado para outros gases, tambm mostrou que a razo mantinha-se constante. Essa concluso sobre a relao entre os dados observados est enunciada sob a Lei de Charles.</p> <p>(c) Hipteses e teoriasAps a observao e registro de dados cientficos, pode-se ento procurar a relao entre eles e enunciar-se uma lei que descreva esse fenmeno. Entretanto, a lei no explica por que os eventos ocorrem dessa maneira. Ento, o levantamento de hipteses (tentativas de respostas ou previses) feito para explicar Por qu?, Como?, Qual a razo desse resultado?, observado para esse fenmeno. As respostas que se sustentam aps vrios experimentos so chamadas de teorias. O sucesso de uma teoria reside no fato de ela conseguir prever, com certa confiabilidade, resultados de diferentes experimentos sob a mesma tica para a qual foi desenvolvida. Caso os novos experimentos concordem com os resultados previamente prescritos pela teoria, esta aceita e torna-se ainda mais confivel. Caso os resultados prticos observados no estejam de acordo com a teoria, esta modificada para conseguir explicar os novos resultados ou ento inteiramente abandonada, sendo necessrio o desenvolvimento de uma nova teoria. A teoria, ento, constituda de um modelo, que busca primeiramente explicar os dados observados e posteriormente prever novos resultados. Dessa maneira, o mtodo cientfico constitui-se de um processo lgico de descrio e compreenso da natureza, e o Homem, atravs da Qumica, Fsica e outras cincias, segue sua evoluo. Temos, ento, um ciclo fechado, como mostra a Figura 1, que apresenta as relaes entre observaes, dados, leis, teorias propostas e novos experimentos. Devemos considerar, no entanto, que por mais bem-sucedido e consistente que seja um modelo terico, ele apenas a descrio idealizada do fenmeno,</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>9</p> <p>QualificAbast</p> <p>tendo sido formulado por pessoas, em uma determinada poca, e no descreve perfeitamente a realidade. Portanto, dependendo do avano tecnolgico, teorias que antes pareciam ilustrar a realidade podem ser superadas.</p> <p>Figura 1 Esquema de desenvolvimento de um mtodo cientfico</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>10</p> <p>QualificAbast</p> <p>[A matria</p> <p>A matria pode ser definida como tudo aquilo que ocupa lugar no espao e que possui massa. Ento, tudo que tenha volume e massa, por menores que sejam, definido como matria.</p> <p>(a) Volume, massa e inrciaO conceito de massa um pouco mais complexo que o conceito de volume. Volume, como bem sabemos, o lugar geomtrico que um corpo ocupa no espao e pode ser definido em funo dos eixos de coordenadas cartesianas. A massa de um corpo exprime a capacidade deste mesmo corpo em se manter no estado de inrcia. Inrcia a resistncia de um corpo em modificar seu estado de repouso ou movimento uniforme na presena de uma fora aplicada sobre si. Um objeto em repouso e um objeto em movimento com determinada velocidade e direo tendem a permanecer nessas condies indefinidamente. Desse modo, dois corpos com massas diferentes sero perturbados de maneira diferente (atingiro velocidades e alcance distintos) se sobre eles for aplicada uma fora de igual intensidade e direo. Atravs da observao, o clebre fsico Isaac Newton descobriu que a fora aplicada sobre um corpo proporcional acelerao experimentada por este corpo, tendo como constante de proporcionalidade a sua massa. Assim, F = m.a onde m a massa kg, a a acelerao m/s2 e F a fora em N.</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>11</p> <p>QualificAbast</p> <p>A massa de um objeto determinada atravs de instrumentos de medio que comparam o objeto a ser pesado (o termo pesado erroneamente utilizado e a seguir ser explicado o porqu) com um outro objeto ou conjunto de objetos com a massa j conhecida (um padro). Esses instrumentos so as balanas, que so usadas em laboratrios (onde necessrio medir massas to pequenas, que at a gordura presente nos dedos do analista, se em contato com o recipiente que contm o material a ser pesado, interfere no valor real), em indstrias (onde so necessrios medir toneladas de materiais), passando pelo nosso dia-a-dia, quando, por exemplo, compramos batatas em um supermercado. Como citado anteriormente, o conceito de massa ao longo dos tempos tem sido erroneamente confundido com o conceito de peso. Peso a medida da fora com que uma massa atrai a outra. Por exemplo, no planeta Terra, o peso de um objeto a intensidade com que a fora gravitacional da Terra atrai o objeto. O peso de um corpo depende ento da massa do objeto a ser atrado, da massa da Terra e da distncia que este corpo se encontra do centro da Terra. Um corpo tem no nvel do mar um peso maior do que se estivesse no topo da mais alta montanha do mundo, o Monte Everest. Porm, a massa do corpo a mesma. Dessa maneira, fica claro que os conceitos de massa e peso so diferentes e devem ser distinguidos de modo que quando essas grandezas forem mencionadas em um artigo ou na aprendizagem de um novo conceito, sejam compreendidas no seu sentido cientfico e no no sentido coloquial.</p> <p>(b) Estados da matriaAs propriedades fsicas dos corpos permitem que sejam definidos trs estados fsicos da matria. Esses estados dependem basicamente das condies de temperatura e presso sob as quais o corpo est submetido. Slidos: possuem forma e volume prprios, pois as molculas que os constituem esto fortemente unidas por foras intermoleculares, organizadas na grande maioria dos slidos em retculos cristalinos. Alteraes na presso e temperatura</p> <p>PETROBRAS ABASTECIMENTO 2008</p> <p>12</p> <p>QualificAbast</p> <p>(desde que no haja transformao de estado fsico) provocam pequenas modificaes de contrao ou expanso, podendo ser em muitos casos desprezadas, dependendo da aplicao. Um slido apresenta uma estrutura extremamente compacta, na qual as partculas esto fortemente ligadas. Lquidos: suas molculas no esto organizadas em estruturas definidas e no se encontram fortemente interligadas, possuindo um certo grau de...</p>