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SÉRIE PETRÓLEO E GÁS

QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E

GÁS

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI

Robson Braga de AndradePresidente

DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA – DIRET

Rafael Esmeraldo Lucchesi RamacciottiDiretor de Educação e Tecnologia

SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI

Conselho Nacional

Robson Braga de AndradePresidente

SENAI – Departamento Nacional

Rafael Esmeraldo Lucchesi RamacciottiDiretor Geral

Gustavo Leal Sales FilhoDiretor de Operações

QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E

GÁS

SÉRIE PETRÓLEO E GÁS

© 2012. SENAI – Departamento Nacional

© 2012. SENAI – Departamento Regional do Rio de Janeiro

Reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI.

Esta publicação foi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI do Rio de Janeiro, com a coordenação do SENAI – Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância.

SENAI – Departamento NacionalUnidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP

SENAI – Departamento Regional do Rio de JaneiroNúcleo de Educação a Distância – NUCED

FICHA CATALOGRÁFICACatalogação-na-Publicação (CIP) – Brasil Biblioteca Artes Gráficas – SENAI-RJ

SENAI/DN.Química aplicada a petróleo e gás / SENAI/DN [e] SENAI/RJ. – Brasília :

SENAI/DN, 2012.138 p. : il. ; 29,7 cm. – (Série Petróleo e Gás).

ISBN 978-85-

1. Indústria petroquímica. 2. Química. I. SENAI/RJ. II. Serviço Nacional deAprendizagem Industrial. III. Título. IV. Série.

CDD: 665.5

S491q

SedeSetor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Edifício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br

SENAIServiço Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Nacional

Lista de ilustrações

Figura 1 – Na Química, a transformação 13Figura 2 – Representação molécular da EDTA 17Figura 3 – Linha do tempo 17Figura 4 – Modelo atômico de Dalton 18Figura 5 – Modelo atômico de Thomson 19Figura 6 – Modelo atômico de Bohr 20Figura 7 – Tabela periódica 22Figura 8 – Ligação iônica entre o sódio (Na) e o Cloro (Cl) 23Figura 9 – Ligação iônica entre o alumínio e o oxigênio 24Figura 10 – Representação simbólica da ligação metálica (nuvem eletrônica) 25Figura 11 – Caso1: Ligação covalente entre dois átomos de nitrogênio

Caso 2: Ligação covalente entre o carbono e o oxigênio 26Figura 12 – Ligação covalente dativa 26Figura 13 – Ligação covalente entre berílio e hidrogênio 27Figura 14 – Ligação de formação do hexafl uoreto de enxofre 27Figura 15 – Tabela periódica 28Figura 16 – Mistura de água e óleo 36Figura 17 – Aspecto da mistura entre a água e o óleo 36Figura 18 – Demonstração das três fases (óleo, gelo e água) 37Figura 19 – Curva de solubilidade de uma substância hipotética 38Figura 20 – Curva de solubilidade de diversas substâncias 38Figura 21 – Diluição de uma solução 41Figura 22 – Gelo fl utuando quando em água 42Figura 23 – Demonstração da viscosidade 43Figura 24 – Fluidos e não fl uidos 43Figura 25 – Resistência ao escoamento 44Figura 26 – Maça oxidada 47Figura 27 – Material corroído 47Figura 28 – Alguns exemplos de materiais corroídos 50Figura 29 – Corrosão na indústria petrolífera 52Figura 30 – Dissociação do ácido clorídrico 53Figura 31 – Dissociação do hidróxido de sódio 56Figura 32 – Soda caústica 58Figura 33 – Limão 59Figura 34 – Leite de magnésia 60Figura 35 – Carbonato de cálcio 62Figura 36 – Estrutura de Lewis para o carbono 64Figura 37 – Representação da molécula de metano 64

Figura 38 – Relação entre as grandezas de pressão 82Figura 39 – Curva dos pontos de fusão e ebulição da água 83Figura 40 – Densímetro de posto de combustíveis 84Figura 41 – Página do INMETRO na internet 91Figura 42 – Ciclo do gás carbônico 97Figura 43 – Representação de meio ambiente e sustentabilidade 98Figura 44 – Opções de armazenamento do petróleo e gás 99Figura 45 – Esquema simplifi cado dos componentes dos óleos brutos 101Figura 46 – Percentual dos componentes do óleo cru 109Figura 47 – Representação da torre de destilação 109Figura 48 – Representação esquemática das indústrias petrolíferas 106Figura 49 – Normas técnicas são as bases para auxiliar a amostragem e conservação 111Figura 50 – Representação proporcional de uma amostra 113Figura 51 – Exemplo de recipientes de coleta de amostras 114Figura 52 – Curva de distribuição normal 116Figura 53 – Curva de distribuição normal 117Figura 54 – Curva normal X 6 sigmas 119Figura 55 – Comprimento de onda eletromagnética 123Figura 56 – Representações de periculosidade de substâncias químicas (NBR 14725) 126

Sumário

1. Introdução 13

2. Fundamentos de Química 17

2.1 Química geral 17

2.1.1 Introdução à Química aplicada 17

2.1.2 Ligações químicas 20

2.1.3 Polaridade 27

2.1.4 Forças intermoleculares 29

2.1.5 Balanceamento de reações 30

2.1.6 Estequiometria 32

2.1.7 Misturas homogêneas e heterogêneas 35

2.1.8 Soluções 37

2.1.9 Concentração das soluções 39

2.1.10 Densidade 42

2.1.11 Viscosidade 43

2.1.12 Conceitos fundamentais de eletroquímica (corrosão) 44

2.2 Química Inorgânica 53

2.2.1 Ácidos 53

2.2.2 Bases 55

2.2.3 Sais 60

2.2.4 Óxidos 62

2.3 Química Orgânica 64

2.3.1 Classifi cação das cadeias carbônicas 65

2.3.2 Hidrocarbonetos 68

2.3.3 Funções oxigenadas 74

2.3.4 Compostos nitrogenados 79

2.4 Estudo dos gases 81

2.4.1 Variáveis de estado de um gás 82

2.4.2 Transformações com massa gasosa fi xa 85

2.4.3 Condições normais de temperatura e pressão (CNTP) 87

2.4.4 Equação de Clapeyron 87

2.4.5 Hipótese de Avogadro 88

2.4.6 Mistura de gases 88

2.4.7 Densidade dos gases, difusão e efusão de gases 89

3. Petróleo, gás e seus derivados 97

3.1 Geologia do petróleo 98

3.2 Composição do petróleo 100

3.3 Derivados do petróleo e gás 103

3.4 Indústria do petróleo (produtos de primeira, segunda e terceira geração) 105

4. Técnicas de amostragem e conservação 111

4.1 Técnicas de amostragem e de conservação de amostra para área de petróleo e gás 112

4.1.1 Medidas de centralização 115

4.1.2 Medidas de dispersão 115

4.1.3 Distribuição normal 116

4.2 Técnicas de análise para a área de petróleo e gás 121

4.2.1 Densidade 121

4.2.2 Viscosidade 121

4.2.3 Potenciometria 122

4.2.4 Cromatografi a 122

4.2.5 Espectroscopia 123

4.3 Interpretação das fi chas de informação de produtos químicos (FISPQ) 124

4.4 Boas práticas de laboratório 125

Referências 133

Introdução

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Figura 1 – Na Química, a transformação

1

O processo de transformação química e energética que ocorre na formação geológica do pe-tróleo gera inúmeras informações, que são utilizadas para determinação das características qua-litativas e quantitativas dos produtos formados. A elaboração de melhores formas do aprovei-tamento da exploração permite a segurança dos envolvidos e a sustentabilidade, não gerando assim problemas ambientais e de processo. A Química permite o estudo e pesquisa dos mais di-versos problemas do dia a dia. Ela relaciona a complexidade de temas como: alimentação, saú-de, energia, transporte, água, petróleo e também investigação científi ca aplicada a temas rele-vantes da sociedade, em que o macro e o micro relacionam-se em suas proporcionalidades den-tro dos desafi os impostos por ela.

A ciência, a tecnologia, o meio ambiente e a sociedade são avaliados hoje como faces de uma mesma dinâmica, em que a pesquisa e o desenvolvimento tecnológico forjam uma sociedade empreendedora, sem colocar em risco a qualidade de vida e compreendendo que todos per-tencem a um mesmo ciclo natural. O respeito a todos os ecossistemas existentes qualifi ca e di-namiza essa mesma sociedade.

QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS14

Procuramos abordar neste livro, no capítulo 2, inicialmente os conceitos funda-mentais de Química, facilitando a compreensão futura de termos básicos utiliza-dos durante as etapas de exploração, obtenção e processo do petróleo e seus de-rivados, permitindo assim uma formação profi ssional baseada no dinamismo ne-cessário aos alicerces dos conteúdos posteriores. A aplicabilidade desses concei-tos tem como principal função os aspectos qualitativos, pois é gerando conheci-mento que o profi ssional poderá se desenvolver cada vez mais.

O capítulo 3 desta unidade envolve as principais características do petróleo, gás e seus derivados, relacionando-os a conceitos iniciais e fundamentando-os de for-ma inseparável da Química aplicada. O refi no e os produtos gerados pelas indús-trias de primeira, segunda e terceira geração baseiam-se no tipo de óleo bruto ini-cialmente extraído, infl uenciando, portanto, na quantidade e qualidade esperadas nos processos, seja como matéria-prima ou como produto acabado.

As técnicas de amostragem apresentadas no capítulo 4 evidenciam que não é possível gerar avaliações signifi cativas de processos tão expressivos sem o apro-veitamento das ferramentas estatísticas. A avaliação química aplicada a petróleo, gás e derivados só tem valor quando a amostra é retirada corretamente e apre-senta-se signifi cativa de toda a produção, muitas vezes, dada em milhares de to-neladas em que as variáveis de processo (pressão, nível, temperatura, volume e outros) são controladas a partir dos dados estatísticos estipulados da amostra-gem realizada. Abordamos aqui a grande importância relacionada à forma de con-servação de amostras, o reconhecimento da leitura de rótulos de reagentes quí-micos e de suas fi chas de segurança, permitindo que durante a formação profi s-sional o aluno tenha a dinâmica e refl exão dos limites dados por esses reagentes e produtos, permitindo a avaliação da sua segurança e dos profi ssionais envolvi-dos durante os processos de produção e análise da matéria-prima e do produto acabado. As ferramentas de qualidade são apresentadas apenas para uma fami-liarização inicial. Seu aprofundamento se dará nos módulos seguintes, mas fun-damenta a Química aplicada a petróleo e gás, amarra a relação entre os concei-tos da formação profi ssionalizante e evidencia a necessidade de uma gestão pe-la qualidade total.

Nos módulos seguintes você verá, com mais profundidade, o desenvolvimen-to do nosso tema central: QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS.

Na página ao lado está a matriz curricular do curso para facilitar

seu entendimento sobre o percurso que terá que realizar.

INTRODUÇÃO 15

Química Aplicada a Petróleo e Gás

COMPONENTES CURRICULARES CARGA HORÁRIA

Módulo Básico

Módulo Específi co Profi ssional (1ª Etapa)

Módulo Específi co Profi ssional (2ª Etapa)

CARGA HORÁRIA TOTAL: TÉCNICO EM PETRÓLEO E GÁS: 1.200H

Fundamentos Técnicos e Científi cos de Petróleo e Gás

Comunicação/Informática – 32h

Fundamentos da Indústria de Petróleo e Gás – 60h

QSMS – 24h

Metrologia e Instrumentação Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h

Química Aplicada a Petróleo e Gás – 80h

Física Aplicada a Petróleo e Gás – 80h

Operação de Sistema Produtivo na Cadeia de Petróleo e Gás

Exploração On-shore e Off -shore – 160h

Tecnologias do Sistema Produtivo On-shore e Off -shore – 160h

Processamento de Petróleo e Gás – 100h

Logística e Manutenção da Cadeia de Petróleo e Gás – 64h

Planejamento e Atividade na Cadeia de Petróleo e Gás

Gestão de Pessoas – 40h

Gestão da Produção – 80h

Controle da Qualidade de Insumos, Produtos e Processos na Cadeia de Petróleo e Gás

Ensaios Analíticos na Cadeia de Petróleo e Gás – 80h

Avaliação de Desempenho de Insumos, Produtos e Processos – 60h

Manutenção em Sistemas Produtivos na Cadeia de Petróleo e Gás

Manutenção Industrial – 100h

356h

484h

360h

2.1 QUÍMICA GERAL

2.1.1 INTRODUÇÃO À QUÍMICA APLICADA

A Química geral é um instrumento de estudo necessário para a resolução de problemas em muitas áreas de atuação. Pode ser utilizada na agricultura, oceanografi a, na engenharia, no cam-po alimentício e na produção de novas tecnologias, entre outros. A evolução química teve o apoio de diversos cientistas. Pode-se dizer que por meio de várias experiências foi possível de-fi nir conceitos até então desconhecidos para a sociedade da época. A descoberta do átomo em 450 a.C. por Demócrito causou grandes mudanças na sociedade de modo geral, trazendo alguns conceitos que foram aprimorados ao longo do tempo (Figura 3).

Fundamentos de Química

2

Figura 2 – Representação molécular da EDTA, substância utilizada na Química analítica e de processos

Figura 3 – Linha do tempo

In-F

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In-F

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cela

450 a.C.Defi nição do átomo

Modelo de Thomson

Descoberta do nêutron

Reformulação do modelo

atômico por Bohr

1803 1850 19111886 19321913

18 QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS

Para Demócrito, o átomo constitui toda e qualquer matéria, e esses átomos se-riam caracetrizados como qualitativamente iguais, diferenciando-se apenas na for-ma, no tamanho e na massa.

No século XIX, mais precisamente em 1803, um cientista chamado John Dalton utilizando as leis da conservação de mas-sa e da composição defi nida, sugeriu uma teoria que explicava este e outros concei-tos químicos.

Dalton utilizou o antigo conceito de Demócrito sobre a existência dos átomos e manteve esse conceito com evidências experimentais. Suas principais evidên-cias formularam conceitos como: Figura 4 – Modelo atômico de Dalton

Dalton nasceu em Eaglesfield, Crumbria, em 6 de setem-bro de 1766, foi considerado o químico e físico inglês fundador da teoria atômica moderna.

VOCÊSABIA?

Em 1850, o conceito de Dalton sobre a indivisibilidade do átomo começou a ser repensado. Um cientista chamado Willian Crookes demonstrou um experimento com tubos de descarga de gás, geralmente chamados de tubos Crookes. Esse ex-perimento conseguiu explicar a existência de partículas carregadas negativamen-te, partículas estas que receberam o nome de elétrons. Em 1886, Goldstein refor-mulou o experimento de Crookes explicando a existência de partículas positivas denominadas prótons. Após essas descobertas, o conceito de Dalton sobre a indi-visibilidade do átomo começou a ser questionado.

In-F

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/Cris

Mar

cela

Toda e qualquer matéria é composta por átomos (Figura 4).

Os átomos não podem ser criados nem destruídos.

Um dado elemento é caracterizado por seus átomos sendo todos os seus átomos idênticos em todos os aspectos.

Os átomos de diferentes elementos têm propriedades diferentes.

Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fi xa.

Todas as transformações químicas consistem em combinação, separação ou rearranjo de átomos.

2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA 19

Após 48 anos do surgimento do modelo de Dalton, o cientista J. J. Thomson su-geriu que o átomo poderia consistir em uma esfera carregada positivamente con-tendo alguns elétrons incrustados nessa esfera positiva.

Joseph John Thomson, nascido em 1856, ficou também conhecido por J. J. Thomson; recebeu o Nobel de Física em 1906 pela descoberta do elétron.

Ernest Rutherford foi um físico e químico neozelandês que se tornou conhecido como o pai da Física Nuclear.Niels Henrick David Bohr foi um físico dinamarquês cujos trabalhos contribuíram decisivamente para a compreen-são da estrutura atômica e da Física Quântica.

VOCÊSABIA?

VOCÊSABIA?

Seguindo a linha do tempo da atomística, em 1911 o modelo de Thomson foi substituído por um modelo em que o átomo consiste em um pequeno núcleo ro-deado por um grande volume no qual os elétrons estão distribuídos. Esse mode-lo nuclear foi criado pelo cientista Rutherford. Em 1913, esse modelo foi reformu-lado pelo então cientista Niels Bohr. Seguido a formulação do modelo de Ruther-ford, em 1932, houve a descoberta da terceira partícula atômica pelo físico inglês J. Chadwick. Essa partícula não possui carga elétrica e possui a mesma massa de um próton. Essa partícula recebeu o nome de nêutron, devido à sua característica eletricamente neutra.

Figura 5 – Modelo atômico de Thomson

Esse modelo de átomo fi cou conhecido como “pudim de passas”. Confi ra na Fi-gura 5, abaixo.

In-F

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cela


O novo modelo atômico introduziu alguns conceitos revolucionários que con-duziram fi nalmente ao desenvolvimento do modelo moderno da estrutura atômi-ca. O modelo de Bohr pode ser visualizado na Figura 6.

Para Bohr, os elétrons giravam ao redor de um núcleo positivo, de forma que esses elétrons estavam distribuídos em camadas ou órbitas bem defi nidas. Ao gi-rar em uma mesma órbita, o elétron não perde nem ganha energia. Ao saltar pa-ra outra órbita, o elétron adquire energia e emite essa energia adquirida ao retor-nar para a sua órbita de origem. O modelo de Bohr foi comparado ao sistema so-lar, sendo o núcleo o Sol e os elétrons, os planetas.

2.1.2 LIGAÇÕES QUÍMICAS

Todas as substâncias estão unidas de alguma forma. Das substâncias mais simples, como o sal de cozinha (cloreto de sódio), até as substâncias mais complexas, como o petróleo, por exemplo. A união entre os elementos que compõem as substâncias cha-ma-se ligação química. Cada elemento possui uma quantidade de elétrons. Um áto-mo de um mesmo elemento possui sempre a mesma quantidade de elétrons. Por exemplo, todo e qualquer hidrogênio no seu estado fundamental possui apenas um elétron, assim como todo oxigênio no seu estado fundamental possui oito elétrons.

De acordo com Bohr, esses elétrons estão divididos em órbitas, ou seja, em ca-madas, comportando um número máximo de elétrons. As sete camadas eletrôni-cas são: K, L, M, N, O, P e Q.

Figura 6 – Modelo atômico de Bohr

Núcleo positivo

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cela

K = 1a

L = 2a

N = 4a

M = 3a

O = 5a

P = 6a

Q = 7a


Distribuição em camadas eletrônicas

K suporta no máximo dois elétrons e L suporta no máximo oito elétrons. Ao atingir o máximo de uma camada, partimos para preencher a camada seguinte com os elétrons restantes e assim sucessivamente. O exemplo 2 representa o clo-ro, que possui 17 elétrons.

Exemplo 2

CAMADAS QUANTIDADE DE ELÉTRONS

K = 2, L = 6

K = 2, L = 8, M = 7

Observe que, neste caso, foi necessária uma terceira camada (M), pois a cama-da L suporta até oito elétrons.

ESTABILIDADE ELETRÔNICA

Outro conceito importante é o da estabilidade eletrônica. Um elemento é con-siderável estável quando atinge oito elétrons na última camada (camada de valên-cia). Esta teoria é chamada de regra do octeto.

K

L

M

N

O

P

Q

2

8

18

32

32

18

2

O oxigênio é um dos elementos encontrados no petróleo na forma de diferen-tes tipos de óxidos; ele é formado de oito elétrons. Neste caso, sua distribuição em camadas eletrônicas seria:

Exemplo 1


VOCÊSABIA?

Ao observar a tabela periódica (Figura 7), nota-se que apenas os gases nobres que estão localizados no grupo 18 possuem oito elétrons na sua última camada. Para que os outros elementos atinjam essa estabilidade, é necessário que doem, recebam ou compartilhem seus elétrons. Essa doação, recebimento ou comparti-lhamento ocorre por meio da união entre os átomos a qual chamamos de ligação química. Essas ligações ocorrem de acordo com as características dos elementos que estão se unindo.

Antes de dar continuidade ao conceito de ligações quími-cas, precisamos entender a forma com que os elementos estão agrupados. Sentindo a necessidade de agrupar os elementos e facilitar o entendimento sobre o seu comporta-mento, em 1913 criou-se a classificação periódica moderna, em que se agrupavam os elementos químicos em ordem crescente de número atômico. A esse agrupamento de elementos em forma de tabela, chamamos tabela periódi-ca (Figura 7). A tabela periódica é dividida em famílias e períodos. As famílias são as colunas verticais e os períodos são as colu-nas horizontais. Observe que a tabela é formada por sete períodos. Cada período indica a quantidade de camadas que o elemento possui. Por exemplo, os elementos no primeiro período possuem apenas uma camada, ou seja apenas a camada K, os elementos localizados no segundo período possuem duas camadas, ou seja K e L e assim sucessivamente.

Figura 7 – Tabela periódica

1

HHidrogênio

3

LiLítio

11

NaSódio

19

KPotássio

23

VVanádio

27

CoCobalto

33

AsArsênio

15

PFósforo

7

NNitrogênio

21

ScEscândio

25

MnManganês

31

GaGálio

13

AlAlumínio

5

BBoro

29

CuCobre

35

BrBromo

17

ClCloro

9

FFlúor

37

RbRubídio

41

NbNióbio

45

RhRódio

51

SbAntimônio

39

YÍtrio

43

TcTecnécio

49

InÍndio

47

AgPrata

53

IIodo

55

CsCésio

73

TaTantálio

77

IrIrídio

83

BiBismuto

57 – 7175

ReRênio

81

TiTálio

79

AuOuro

85

AtAstato

87

FrFrâncio

105

DbDúbio

109

MtMeitnério

115

UupUnunpentium

89 – 103107

BhBóhrio

113

UutUnuntrium

111

RgRoentgenium

117

UusUnunseptium

2

HeHélio

4

BeBerílio

12

MgMagnésio

20

CaCálcio

24

CrCromo

28

NiNíquel

34

SeSelênio

16

SEnxofre

8

OOxigênio

22

TiTitânio

26

FeFerro

32

GeGermânio

14

SiSilício

6

CCarbono

30

ZnZinco

36

KrCriptônio

18

ArArgon

10

NeNeón

38

SrEstrôncio

42

MoMolibdênio

46

PdPaládio

52

TeTelúrio

40

ZrZircônio

44

RuRutênio

50

SrEstanho

48

CdCádmio

54

XeXenônio

56

BaBário

74

WTungstênio

78

PtPlatina

84

PoPolônio

72

HfHáfnio

76

OsÓsmio

82

PbChumbo

80

HgMercúrio

86

RnRadônio

88

RaRádio

106

SgSeabórgio

110

DsDarmstádio

116

UuhUnunhexium

104

RfRuterfórdio

108

HsHássio

114

UuqUnunquadium

112

UubUnunbium

118

UuoUnunoctium

1

3

5

7

2

4

6

1373 1595 171121 1484 16106 1812

40

ZrZircônio

RepresentaçãoIn

-Fól

io/C

ris M

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57 – 71

89 – 103

58

CeCério

90

ThTório

62

SmSamário

94

PuPlutônio

68

ErÉrbio

100

FmFérmio

60

NdNeodímio

92

UUrânio

66

DyDisprósio

98

CfCalifórnio

64

GdGadolínio

96

CmCúrio

70

YbItérbio

102

NoNobélio

59

PrPraseodímio

91

PaProtactínio

63

EuEurópio

95

AmAmerício

69

TmTúlio

101

MdMendelévio

57

LaLatânio

89

AcActínio

61

PmPromécio

93

NpNetúnio

67

HoHólmio

99

EsEinstênio

65

TbTérbio

97

BkBerquélio

71

LuLutércio

103

LrLaurêncio


LIGAÇÃO IÔNICA

Este tipo de ligação ocorre entre um elemento metálico e outro elemento ame-tálico. Nesse caso há transferência defi nitiva do elétron de um elemento para o ou-tro, conforme o exemplo abaixo.

O sal de cozinha é um elemento muito comum, utilizado principalmente na culinária. O sal de cozinha de nome cloreto de sódio é formado pela união do áto-mo de sódio (Na) com o átomo de cloro (Cl). O átomo de sódio possui 11 elétrons e o átomo de cloro, 17 elétrons. Fazendo a distribuição em camadas para esses ele-mentos, temos:

Na K = 2, L = 8, M =1 Cl K = 2, L = 8, M = 7

Para que o átomo de cloro se torne estável, é necessário que ele ganhe um elé-tron. O sódio, por sua vez precisa, doar um elétron para que sua última camada fi -que com oito elétrons.

Neste caso, o sódio doa defi nitivamente o seu elétron da última camada para o cloro, conforme a Figura 8.

Um exemplo mais complexo é o do óxido de alumínio, ou melhor, a união en-tre átomos de oxigênio com átomos de alumínio. O alumínio é um metal que pos-sui 13 elétrons e o oxigênio, como já visto possui oito elétrons. Fazendo a distri-buição por camadas desses elementos têm-se:

Figura 8 – Ligação iônica entre o sódio (Na) e o cloro (Cl)

O K = 2, L = 6 Al K = 2, L = 8, M = 3

Note que o oxigênio precisa de dois elétrons para se tornar estável e o alumí-nio precisa doar 3 elétrons. Em uma ligação química não pode sobrar nem faltar elétrons; portanto, teremos que utilizar mais elementos para formar um compos-to estável. A Figura 9 demonstra como deve ser feita a união entre esses átomos.

Na Na+ Cl–Cl

In-F

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/Cris

Mar

cela


Note que, ao doar dois elétrons para o primeiro oxigênio, ainda sobra um outro elétron no elemento alumínio. Nesse caso, pega-se um segundo átomo de oxigênio e doa-se esse elétron. Esse segundo átomo de oxigênio fi ca com sete elétrons, ne-cessitando de mais um elétron para atingir a estabilidade. Então, pega-se mais um átomo de alumínio para que esse átomo doe um elétron, estabilizando esse segun-do átomo de oxigênio. No entanto, sobram dois elétrons no segundo átomo de alu-mínio. Para que esse átomo se estabilize, pega-se um terceiro átomo de oxigênio e doam-se estes dois elétrons, estabilizando tanto o segundo átomo de alumínio co-mo o terceiro átomo de oxigênio. Em resumo, tem-se um total de dois átomos de alumínio e três átomos de oxigênio, estando todos estabilizados.

O

O

O

Al

Al

Figura 9 – Ligação iônica entre o alumínio e o oxigênio

ÍonsUm átomo, quando ganha ou perde elétrons, adquire car-gas, podendo ser positivas ou negativas. Quando um átomo doa elétron ele fica com carga positiva.

Por exemplo:O sódio, ao doar um elétron, passa de Na para Na+; um elemento que perde dois elétrons adquire carga 2+.

Por exemplo:O magnésio, ao doar dois elétrons, passa a Mg2+.

Os elementos da família 3A, ao doarem seus três elétrons, ficam com carga 3+. Estes íons com carga positiva são chamados de cátions.Quando um elemento recebe elétrons, fica com carga nega-tiva. Por exemplo: quando o cloro recebe um elétron, ele passa de Cl para Cl–.Quando um elemento recebe dois elétrons, ele fica com carga 2–. Quando um elemento recebe três elétrons, ele fica com carga 3–.

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

2Al+3 + 3O–2 Al2O3

Portanto:

VOCÊSABIA?


LIGAÇÃO METÁLICA

Este tipo de ligação ocorre com elementos do tipo metálico. De acordo com a teoria da nuvem eletrônica, conhecida também como mar de elétrons, pode-se di-zer que os elementos metálicos possuem elétrons “soltos”, ou seja, “livres”. Esta nu-vem de elétrons mantém os átomos dos elementos metálicos unidos, formando assim a ligação metálica.

LIGAÇÃO COVALENTE

A ligação covalente pode ser caracterizada como o tipo de união em que não há doação de elétrons e sim o compartilhamento de um ou mais pares de elé-trons entre átomos, causando atração mútua. Essa ligação ocorre entre elemen-tos iguais e elementos não metálicos. A Figura 11 demonstra dois casos de liga-ção covalente. No Caso 1, a primeira molécula expressa a união entre dois átomos de nitrogênio. O nitrogênio está na família 15, portanto necessita de mais três elétrons para atingir a estabilidade. Como ambos os átomos são de nitrogênio, não é possivel que um doe elétrons para o outro. Nesse caso eles compartilham seus elétrons. Como cada nitrogênio precisa de três elétrons, foram necessários três compartilhamentos.

No Caso 2, tem-se a molécula do gás carbônico (CO2). O carbono está localiza-do na família 14 e o oxigênio, na família 16. Portanto, para o carbono se estabilizar será necessário que o mesmo tenha mais quatro elétrons e o oxigênio, apenas dois elétrons. Para fazer esta ligação, o primeiro oxigênio compartilha dois elétrons seus com dois elétrons do carbono. O oxigênio se estabiliza, porém o carbono fi ca com apenas seis elétrons. Neste caso, um segundo átomo de oxigênio compartilha dois elétrons seus com dois elétrons do carbono. Sendo assim, o segundo átomo de oxigênio atinge a estabilidade e o carbono também, estando todos os átomos com oito elétrons na camada de valência.

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

Li, Na, K, ... Mg, Ca, Sr, ...

Figura 10 – Representação simbólica da ligação metálica (nuvem eletrônica)


In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

LIGAÇÃO COVALENTE DATIVA

Observe a Figura 12. Nela é possível observar que o par de elétrons assinala-do, que liga o enxofre ao segundo oxigênio, inicialmente era apenas do enxofre. Portanto, esse tipo de ligação não pode ser classifi cado apenas como uma liga-ção covalente, pois o par de elétrons é cedido por apenas um dos átomos, ou se-ja, neste caso o segundo átomo de oxigênio não compartilha seus elétrons com o enxofre.

N NCaso 1

O C O

Caso 2

Figura 11 – Caso1: Ligação covalente entre dois átomos de nitrogênioCaso 2: Ligação covalente entre o carbono e o oxigênio

Figura 12 – Ligação covalente dativa

Confi ra que, na Figura 12, todos os átomos

permanecem com oito elétrons ao seu redor. A esse tipo de ligação chamamos de ligação

covalente dativa.Na página ao lado, veja o boxe com as exceções a

regra do octeto.

O S

2 1

O

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

H Be O

Um caso em que o elemento apresenta estabilidade com mais de oito elé-trons pode ser visto na união entre o enxofre e o fósforo. A molécula de SF6 (Figura 14) demonstra o elemento enxofre com 12 elétrons ao seu redor.

xx

F

F

F S

xx

xx

xx

xo

xx

xx

xx

x o

xx

xx

xx

o x

xx

xx

xx

oxxx

xx

xx

xo

xx

xx

xo F

F

F

Figura 14 – Ligação de formação do hexafl uoreto de enxofre

2.1.3 POLARIDADE

A polaridade de uma molécula está relacionada com o valor de eletronegatividade envolvido na ligação química. A eletronegatividade é uma propriedade que caracteri-za a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de elétrons que está sendo compartilhado em uma ligação do tipo covalente. Os elementos que apresentam maio-res valores de eletronegatividade são os elementos da família 17, também conhecidos como halogênios. As ligações podem ser defi nidas como polares ou apolares. As liga-ções do tipo apolar são aquelas em que a diferença de eletronegatividade é igual a ze-ro. A Figura 15 apresenta uma tabela com os valores de eletronegatividade.

Figura 13 – Ligação covalente entre berílio e hidrogênio

S

F

Exceções à regra do octeto

Existem alguns elementos que não obedecem à regra do octeto, ou seja, se estabilizam com menos ou com mais de oito elétrons. Um exemplo clássico de elemento que se estabiliza com menos de oito elétrons é o berílio (Be). A molé-cula de BeH2 evidencia que esse composto se estabiliza com apenas quatro elé-trons (Figura 13).


VOCÊSABIA?

Figura 15 – Tabela periódica

Linus Pauling (1901- 1994) é considerado até hoje um grande cientista, pois foi o único químico a receber o Prêmio Nobel duas vezes. Em 1962, por ter contribuído ativamente contra testes e usos de materiais nucleares.Publicou vários trabalhos sobre a estrutura atômica, tendo como preocupação principal explicar e entender osfenômenos atômicos.

Um exemplo de molécula apolar é a molécula de O2. Observando a Tabela de Eletronegatividade verifi camos que o oxigênio possui um valor de eletronegativida-de igual a 3,5. Calculando a diferença de eletronegatividade da molécula teremos:

� = 3,5 – 3,5� = 0 (ligação covalente apolar)

Uma ligação covalente é considerada polar quando a diferença de eletronega-tividade é diferente de zero. A molécula de HCl é um exemplo disso. O valor de ele-tronegatividade do hidrogênio é 2,1 e do cloro 3. Calculando a diferença de ele-tronegatividade temos:

Escala de eletronegatividade de Pauling

H2,11 He

Li1,02

Na0,93

K0,84

Rb0,85

Cs0,76

Fr0,77

1GrupoPeríodo

Co1,9Rh2,2Ir

2,2Mt

9

V1,6Nb1,6Ta1,5Db

5

Ga1,6In

1,7Ti

1,8Uut

13

Sc1,3Y

1,2

*

**

3

Cu1,9Ad1,9Au2,4Rg

11

Mn1,5Tc1,9Re1,9Bh

7

As2,0Sb1,9Bi1,9Uup

15

Be1,5

NeF4,0

O3,5

N3,0

C2,5

B2,0

Mg1,2

ArCl3,0

S2,5

P2,1

Si1,8

Ai1,5

Ca1,0Sr1,0Ba0,9Ra0,9

2

Ni1,8Pd2,2Pt2,2Ds

10

Cr1,6Mo1,8W1,7Sg

6

Ge1,8Sn1,8Pb1,9Uuq

14

Br3,0

Kr

I2,5

Xe

At2,2Uus

17

Rn

Uuo

18

Ti1,5Zr1,4Hf1,3Rf

4

Zn1,6Cd1,7Hg1,9Uub

12

Fe1,8Ru2,2Os2,2Hs

8

Se2,4Te2,1Po2,0Uuh

16

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


2.1.4 FORÇAS INTERMOLECULARES

As forças intermoleculares são as forças que mantêm as moléculas unidas umas às outras. As forças intermoleculares podem ser divididas em:

� = 3 – 2,1� = 0,9 Eletronegatividade diferente de

zero; logo, ligação covalente polar

Van der WallsAs forças de Van der Walls podem ser identifi cadas quando em uma ligação covalente polar verifi ca-se em algum momento que a nuvem eletrônica tende para um dos polos da ligação.

Dipolo-DipoloÉ a força de atração que acontece entre duas moléculas polares, ligando-as pelos seus respectivos polos, ou seja, o polo positivo de uma molécula se liga ao polo negativo da outra molécula.

O exemplo abaixo representa um momento de dipolo entre a molécula de HF. Lembre que o hidrogênio apresenta eletronegatividade 2,1 e o flúor tem eletronegatividade 4.

Ou seja, o polo negativo da molécula flúor se liga ao polo positivo da molécula hidrogênio.

Pontes de hidrogênioAcontecem quando temos dentro das moléculas ligações de hidrogênio com elementos de eletrone-gatividade alta, como nitrogênio, oxigênio e fl úor. Pode acontecer tanto entre duas moléculas diferen-tes, o caso da água, como dentro de uma mesma molécula – ocorre também em moléculas muito grandes, como uma proteína. A força da ponte de hidrogênio varia de acordo com o átomo eletronega-tivo ligado a ele. Como o fl úor é o que possui a maior eletronegatividade, a ponte de hidrogênio ligada a ele é a que possui mais força.

H F H F Momento de dipolo entre o fl úor e o hidrogênio


VOCÊSABIA?

VOCÊSABIA?

2.1.5 BALANCEAMENTO DE REAÇÕES

Balancear uma reação signifi ca equilibrar os coefi cientes de uma reação, ou seja, a quantidade de um mesmo elemento no reagente deverá ser igual no produto. O exemplo abaixo demonstra uma reação balanceada.

2H2 + O2 2H2O

Observe que os elementos que estão antes da seta () representam os reagen-tes e o elemento que se encontra depois da seta é o produto. Uma reação pode ter um ou mais reagentes e um ou mais produtos.

Reação balanceada

De acordo com a reação, temos no reagente 4 hidrogênios e 2 oxigênios e no produto 4 hidrogênios e 2 oxigênios. O coefi ciente multiplica todos os elementos em uma molécula; por exemplo, 2H2O. O coefi ciente 2 está multiplicando o hidro-gênio e o oxigênio. No caso do índice, ele multiplica apenas o elemento em que ele se encontra. Portanto, no caso da molécula de H2O, este 2 que está embaixo do hidrogênio está multiplicando somente o hidrogênio.

Em caso de moléculas que possuam parênteses, o número que está do lado de fora do parêntese está multiplicando todos os elementos que estão dentro dele. Por exemplo: a molécula de Al(OH)3 significa que temos 1 alumínio (Al), 3 oxigênios (O) e 3 hidrogênios (H). Observe que o alumínio não está dentro do parêntese; portanto, não deve ser multiplicado por 3.

O coeficiente é o número que antecede os elementos, e o índice é o número que está embaixo do elemento. Por exemplo:

É importante ressaltar que nem sempre as reações se encontram balanceadas, sendo necessário balanceá-las. Para fazer o balanceamento correto, utilizamos al-gumas regras.

2H2 ÍndiceCoefi ciente


1– Observar o elemento que aparece apenas uma vez no primeiro membro (re-agente) e uma vez no segundo membro (produto).

2 – Começar o balanceamento pelo elemento que possui o maior índice. Lem-bre-se de que ele deverá aparecer apenas uma vez em ambos os lados.

3 – Transferir o índice de um membro para o outro lado, utilizando-o como co-efi ciente.

4 – Prosseguir da mesma forma com os outros elementos até que todos este-jam balanceados.

5 – Apenas o índice pode tornar-se coefi ciente, e nunca o coefi ciente se tornar índice.

H2 + Cl2 HCl

Veja a representação de uma reação de formação do HCl. Analisando esta rea-ção, verifi ca-se que ela não se encontra balanceada. No primeiro membro, têm-se 2 hidrogênios e 2 cloros e no segundo membro apenas 1 hidrogênio e 1 cloro.

Neste caso, é necessário balanceá-la. Veja que tanto o cloro quanto o hidrogê-nio aparecem apenas uma vez de cada lado. Observando o segundo passo, tanto o cloro quanto o hidrogênio possuem índice 2, o que torna indiferente a escolha entre cloro e hidrogênio para transpor os índices. Supondo a escolha do hidrogê-nio para transpor o índice teríamos:

Observe que a reação 2 encontra-se balanceada. No primeiro membro têm-se 2 hi-drogênios e 2 cloros e no segundo membro têm-se também 2 hidrogênios e 2 cloros.

H2 + Cl2 HCl

H2 + Cl2 2 HCl

Reação 1

Reação 2


2.1.6 ESTEQUIOMETRIA

A estequiometria permite calcular a quantidade de uma determinada substân-cia que está reagindo ou que está sendo produzida numa determinada reação.

Para calcular a quantidade de uma determinada substância em uma reação quí-mica, é necessário que a equação mencionada esteja balanceada, ou seja, todos os elementos participantes da reação deverão estar equilibrados.

O segundo passo para a estequiometria é fazer uma regra de três entre os ele-mentos participantes da reação. O coefi ciente de um elemento em uma reação química representa o seu número de mol (quantidade de matéria). Por exemplo, na reação:

C2D3 2C + 3D

O número de mol está sempre relacionado à massa atômica que o elemento possui. O hidrogênio possui massa atômica de 1g/mol, ou seja, cada 1 mol de hi-drogênio possui 1g. Seguindo a proporção, 2 mol de hidrogênio têm 2g e assim sucessivamente. O mesmo ocorre com os demais elementos.

Por exemplo

A massa do sódio na tabela periódica é de 23g/mol, o que signifi ca que a cada 1 mol de sódio (Na) temos 23g. Se tivéssemos 4 mol de sódio teríamos:

Temos:

1 mol de C2D3

2 mol de C

3 mol de D

X = 92g de Na

1 mol de sódio (Na) 23g

4 mol de sódio (Na) x

1mol . X = 4mol . 23g

92g . mol1mol

X =


Um exemplo mais complexo é quando temos uma molécula composta por mais de um elemento em uma reação. Supondo a reação 3 de neutralização de forma-ção do sal de cozinha (NaCl) pela junção de um ácido com uma base, temos:

H = 1g Cl = 35,5gNa = 23g O = 16g

De acordo com a tabela periódica, temos os seguintes valores de massa para os elementos da reação:

HCl + NaOH NaCl + H2OReação 3

Imagine se quiséssemos calcular a massa de NaCl produzida em 365g de HCl. Observe que a relação está entre HCl e NaCl. A reação 3 a que se refere o exemplo está balanceada, pois temos no reagente 2 hidrogênios (H), 1 sódio (Na), 1 oxigê-nio (O), 1 cloro (Cl) e, no produto, as mesmas quantidades.

Os coefi cientes da reação são todos iguais a 1, ou seja temos 1 mol de cada mo-lécula na reação; com isso, podemos concluir que para cada 1 mol de HCl temos 1 mol de NaCl produzido.

A massa total de HCl será igual à massa do hidrogênio somada à massa do cloro, ou seja: (1 + 35,5)g, totalizando 36,5g. O mesmo ocorre com a molécula de NaCl, sendo sua massa total a soma da massa do sódio com a massa do cloro, (23 +35,5)g. Sabendo essas massas podemos estabelecer a regra de três.

1 . 36,5g de HCl 1 . 58,5g

365g de HCl X

Resolvendo a regra de três:

36,5 X = 58,5 . 365

21352,536,5

X =

X = 585g de NaCl


Para fazer a regra de três, escolha um dos elementos.

REAGENTE LIMITANTE

É o reagente que delimita a reação, ou seja, aquele que é consumido primeiro no processo. Suponha a reação 4 entre o hidróxido de cálcio e o ácido fl uorídrico.

KOH + HF KF + H2OReação 4

Sabendo que foram misturados 560g de KOH com 180g de HF, calcule o rea-gente limitante e o excesso de reagente na reação. Observe que a reação acima en-contra-se balanceada e temos 1mol para cada substância. Veja que a cada 1mol de KOH temos 1mol de HF. A tabela periódica, por sua vez, nos dá os seguintes valores de massa atômica para os elementos em questão:

K = 39μ F = 19μH = 1μ O = 16μ

Somando as massas temos para o KOH:

1 mol = (39 + 16 + 1) = 56g

1 mol = (1+19) = 20g

PRIMEIRA HIPÓTESE

Suponha que o elemento escolhido seja o KOH.

A regra de três seria:

56g de KOH 20g de HF

560g de KOH X

Calculando:

56 X = 560 . 20

11.20056

X =

X = 200g de HF

Somando as massas temos para o HF:

Logo:

μ = Unidade de massa atômica


Na primeira hipótese vemos que, para gastar as 560g de KOH, teríamos que ter 200g de fl úor e, no entanto, temos apenas 180g. Na segunda hipótese isso é con-fi rmado, pois para gastar as 180g de fl úor só seriam necessários 504g de KOH e, no entanto, temos 560g de KOH. Contudo, conclui-se que o ácido fl uorídrico (HF) é o reagente limitante, pois ele é consumido totalmente primeiro, ou seja, é o que acaba primeiro durante a reação. Sabendo qual elemento é o reagente limitante podemos calcular o excesso. O reagente que se encontra em excesso é o KOH. O excesso é calculado subtraindo-se da massa inicial a massa realmente gasta até o término da reação.

A massa inicial do KOH era 560g. Sabendo que a reação acaba quando todo re-agente limitante (neste caso HF) é consumido, vimos que seriam necessários 504g de KOH. Logo, o excesso de KOH será 560-504, totalizando 56g de excesso de KOH.

2.1.7 MISTURAS HOMOGÊNEAS E HETEROGÊNEAS

As misturas podem ser classifi cadas de acordo com o seu aspecto. Uma mistu-ra homogênea é aquela que apresenta aspecto uniforme, ou seja, em qualquer ponto da solução suas propriedades são iguais.

A mistura heterogênea, por sua vez, não apresenta aspecto uniforme e suas propriedades variam para cada fase.

Fase

Uma fase pode ser considerada toda a porção homogênea dentro de um siste-ma heterogêneo.

SEGUNDA HIPÓTESE

Suponha que o elemento escolhido seja o HF.

A regra de três seria:

56g de KOH ---------------- 20g de HF

x ------------------------- 180g de HF

Calculando:

20 X = 56 . 180

10080020

X =

X = 504g de KOH


Por exemplo

A Figura 16 apresenta a mistura de óleo e água. Observe que, ao colocar óleo em um copo com água, o óleo em nenhum momento se torna homogêneo com a água.

A Figura 17 demonstra como fi ca o aspecto da mistura entre óleo e água. Note que a mistura não apresenta uniformidade; porém, ao analisar as substâncias se-paradamente, é possível observar que tanto o óleo quanto a água apresentam as-pecto uniforme. A cada porção com aspecto uniforme chamamos de fase. Neste caso, a mistura água e óleo possui duas fases, ou seja o óleo representa uma fase e a água representa outra fase.

Figura 16 – Mistura de água e óleo

Figura 17 – Aspecto da mistura entre a água e o óleo

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins


VOCÊSABIA?

Figura 18 – Demonstração das três fases (óleo, gelo e água)

Apesar da existência de três fases no exemplo mostrado na Figura 18 acima, temos apenas duas substâncias, na qual uma delas (água) encontra-se em dois estados físicos diferentes (líquido e sólido).

2.1.8 SOLUÇÕES

Toda mistura homogênea formada por duas ou mais substâncias é chamada de solução verdadeira. A maioria das reações químicas ocorre em solução aquosa, pois a água é conhecida como solvente universal, sendo de fundamental impor-tância o conhecimento das relações existentes em uma solução.

SOLUÇÃO = SOLUTO + SOLVENTE

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins

Água

Gelo

Óleo

Observe a Figura 18. Veja que temos no recipiente uma mistura entre gelo, água e óleo. Neste caso temos três fases. O óleo representa a primeira fase (menos densa), seguido pela pedra de gelo (segunda fase) e a terceira representada pela água líquida.

SUPERSATURADA Quantidade

de soluto maior que seu coefi ciente de solubilidade

SATURADA É a quantidade

máxima de soluto que o solvente pode diluir

INSATURADA Menor

quantidade de soluto que seu coefi ciente de solubilidade

O coefi ciente de solubilidade é a quantidade máxima de soluto para determinado solvente a uma

dada temperatura. Em relação à solubilidade podemos classifi car as soluções assim:

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


VOCÊSABIA?

Figura 19 – Curva de solubilidade de uma substância hipotética

Soluçõessupersaturadas

Soluçõesinsaturadas

Soluções saturadas (Curva de solubilidade)

Temperatura (ºC)

Quantidade de soluto100g de água

Cada substância possui curva de solubilidade diferente. Algumas substâncias aumentam a quantidade de soluto com o aumento da temperatura, porém outras têm sua solubilidade reduzida com o aumento da temperatura.

Figura 20 – Curva de solubilidade de diversas substâncias

150

Solubilidade em gramas de substância por 100g de água

AgNO3

KI

NaNO3

KBr

KNO3

NH4Cl

Na4SO4

KOH

NaCl

KCl

Na2SO410H2O

10 5030 70 9020 6040 80 100

110

70

30

130

90

50

10

140

100

60

20

120

80

40

m1(g)

CaCl26H2O

CaCl24H2O

CaCl22H2O

t (ºC)

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


OUTRAS FORMAS DE CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES

As substâncias podem ser classifi cadas de acordo com a condutividade elétrica:

Condutividade elétricaEletrolíticas ou iônicas

Diluida

Não eletrolíticas ou moleculares

Concentrada

Proporção soluto / Solvente

2.1.9 CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES

A relação proporcional entre a quantidade de soluto e o solvente pode ser ex-pressa por diversas formas:

Concentração comum

É a massa do soluto em gramas (g) por litro de solução (L).

Concentração em quantidade de matéria (mol)

Corresponde ao número de mol do soluto por litro de solução. Mol é o nome da unidade de base do Sistema Internacional de Medidas (SI), que estabelece a propor-cionalidade da quantidade de matéria e a massa molar da própria substância.

C = g/L

m = g

V = L

mV

C =

m = mol/L

m = g

V = L

nV

mol =

m

moln =

De acordo com a proporção soluto/solvente:


Título (massa e volume)

É o quociente entre a (massa ou volume) de um determinado soluto em rela-ção à massa ou volume de uma solução.

msoluto

msoluçãoT =

1 parte de soluto

106 partes de solução1ppm =

n1

n1 + n2x1 =

n2

n1 + n2x2 =

Vsoluto

VsoluçãoT =ou

ppm e ppb

Em soluções muito diluídas, a relação entre a massa do soluto e o volume de solvente tende a se igualar. Chamamos de ppm a relação de uma parte do soluto para um milhão de partes do solvente e ppb uma parte do soluto para um bilhão de partes do solvente.

Fração molar

É a relação entre o número de mol do soluto e o número de mol totais da solu-ção, podendo-se calcular também a fração correspondente de mol do solvente em relação ao número de mol totais da solução.

Fração molar do soluto

Fração molar do solvente


DILUIÇÃO DAS SOLUÇÕES

Em processos em que ocorre a necessidade da adição de solventes para a di-minuição de sua concentração, teremos a chamada diluição.

Retirada da alíquota

Diluição com solvente

Solução diluída

MISTURA DE SOLUÇÕES DE UM MESMO SOLUTO

Para um mesmo soluto, o produto de uma concentração fi nal por seu volume fi -nal será o somatório do produto das concentrações iniciais por seus respectivos vo-lumes.

Figura 21 – Diluição de uma solução

Cf . Vf = C1V1 + C2V2

MISTURA DE SOLUÇÕES COM REAÇÃO QUÍMICA

Neste caso, só podemos estabelecer a concentração dos produtos após a veri-fi cação da estequiometria da reação.

Exemplo

Um frasco contendo 200mL de uma solução aquosa de HCL 0,20 mol/L reagiu completamente com 50mL de uma solução aquosa de Ca(OH)2. Qual a concentra-ção em quantidade de matéria do hidróxido formado?

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2OTemos, portanto, uma reação de neutralização


É importante associar o conceito de densidade em função da temperatura, pois um mesmo material tem diferentes valo-res de densidade em função de diferentes estados físicos. Por exemplo, a água no es-tado líquido possui densidade de 1g/cm3, já no estado sólido (gelo) possui densida-de de 0,92g/cm3.

Portanto, o gelo em um copo com água líquida irá fl utuar (Figura 22). O gelo fl utua porque possui menor densidade em com-paração com a água líquida.

Dois mol de ácido clorídrico reagem com 1 mol de hidróxido de cálcio, forman-do 1 mol de cloreto de cálcio e 2 mol de água.

2.1.10 DENSIDADE

A densidade é uma medida importante, pois relaciona o volume de um deter-minado material com uma determinada temperatura. Para calcular a densidade basta dividir a massa do material pelo seu volume, conforme a fórmula abaixo:

mb = 0,4mol/ L

ma x Va(L)

mb x Vb(L)ab

=

0,20 x 0,2

mb x 0,0521

=

HClV = 200mLm = 0,20mol/L

+Ca(OH)2V = 50mLm = ?

d = Densidade (g/cm3)

V = Volume (cm3)

m = Massa (m)

mV

d =

Figura 22 – Gelo fl utuando quando em água

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins


2.1.11 VISCOSIDADE

A viscosidade é uma propriedade associada aos fl uidos e está relacionada à di-fi culdade de escoamento da substância (Figura 23).

Para ser considerado um fl uido, a substância deve adquirir a forma do recipien-te em que for depositado. Entretanto, isso não ocorre em todas as situações. Na si-tuação da direita temos uma pedra em um recipiente. Veja que a pedra não adqui-re a forma do recipiente em que ela está diferentemente do gás que está no balão e do líquido que está na garrafa; ambos adquirem a forma do recipiente. Fazendo uma analogia entre as fi guras, verifi ca-se que os componentes sólidos não são fl ui-dos, pois não adquirem a forma do recipiente. Assim, apenas líquidos e gases po-dem ser considerado fl uidos.

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins

In-F

ólio

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é Ca

rlos

Mar

tins

Figura 23 – Demonstração da viscosidade

Figura 24 – Fluidos e não fl uidos

Os fl uidos possuem a característica de adquirir a forma dos seus recipientes. Ob-serve que a Figura 24 apresenta três situações distintas.


A viscosidade é a medida de quanto um fl uido resiste ao escoamento (Figura 25), ou seja, é uma medida que se relaciona a tempo de escoamento. Assim, como a densidade, a viscosidade também depende da temperatura. Quanto maior a tem-peratura, menor a viscosidade e assim o líquido escoa com maior facilidade.

2.1.12 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE ELETROQUÍMICA

Figura 25 – Resistência ao escoamento

Observe que o potássio (K) doou um elétron para o cloro (Cl). Neste caso dizemos que o potássio se oxidou. Oxidação é o nome dado à perda de elétrons. É importante ressaltar que, para existir oxidação, é necessário que ocorra a redução simultaneamen-te de outro elemento. A redução é caracterizada pelo ganho de elétrons. Na represen-tação acima, observe que o cloro está recebendo o elétron doado pelo potássio. Lo-go, podemos dizer que o cloro está sofrendo redução. Quando isso ocorre em uma re-ação, dizemos que essa reação é de oxirredução, porque nela há transferência de elé-trons. Outro conceito importante é o de agente oxidante e agente redutor. Agente oxi-dante é aquele que promove a oxidação de algum elemento, faz com que um elemen-to se oxide. Já sabemos que, para um elemento se oxidar, outro elemento terá que so-frer redução, o elemento que é agente oxidante terá que sofrer redução. O mesmo ocorre com o elemento que é agente redutor. Agente redutor é aquele que promove a redução de outro elemento. Neste caso ele terá que sofrer oxidação.

K + HCl HCl + 1/2H2

KCl K+ + Cl–

Quem sofre oxidação é agente redutor

Quem sofre redução é agente oxidante

Veja esta representação:

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins

H2O


NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX)

O número de oxidação representa a carga que o elemento possui. Existem ele-mentos que já possuem número de oxidação fi xo. Outros elementos podem ter NOX variáveis. Os elementos que possuem NOX fi xo são:

O oxigênio possui NOX = –2, com exceção dos peróxidos e superóxidos.

O hidrogênio possui NOX = +1, com exceção dos hidretos metálicos.

Os elementos da família 1 da tabela periódica possuem todos NOX = +1.

Os elementos da família 2 da tabela periódica possuem todos NOX = +2.

O alumínio possui NOX = +3.

Os elementos da família 17 em compostos binários têm NOX = –1.

Os elementos que não possuem NOX fi xo são os elementos da família 15, 16 e 17.

Observe estes exemplos:

Logo X = –1

O número de oxidação do cloro é igual a –1.

+1 + X = 0

Logo, o seu NOX = +1; o oxigênio possui NOX = –2

Em uma molécula que não possui carga, a soma dos números de oxidação deve ser igual a zero.

O hidrogênio está localizado na família 1

HCl

H2SO4

O hidrogênio está localizado na família 1. Portanto seu NOX = +1. Seguindo a regra de que as moléculas têm que ter soma de cargas igual a zero, temos:


Agora temos que calcular o NOX para o enxofre (S).

Temos:

Calculando:

2 . (+1) + X + 4 . (–2) = 0

+ 2 + X – 8 = 0

X = + 8 – 2

X = + 6

H = +1

S = X

O = –2

Logo:

+1 + X + 2 . (–2) = 0

X = 4 – 1

X = + 3

H família 1 NOX = +1

Cl família 17 NOX = X

O família 16 NOX = –2

Observe que o NOX do hidrogênio foi multiplicado por 2 porque na mesma mo-lécula temos 2 átomos de hidrogênio.

O mesmo acontece com o oxigênio, que na molécula tem 4 átomos.

HClO2

Observe que nesta molécula o cloro não está em uma das pontas da molécula; portanto, não podemos defi nir seu NOX como –1. Neste caso temos que calcular, já que ele é o elemento intermediário na molécula.

CORROSÃO

Muitas reações químicas espontâneas ocorrem na natureza, como por exem-plo a variação de cor dos produtos alimentícios, resultante na sua decomposição. Nos metais há também a decomposição, com a formação de óxidos nas sua super-fícies. Confi ra nas Figuras 26 e 27.


Para compreender a maioria dessas transformações, devemos lembrar que ca-da elemento químico é formado por estruturas totalmente diferentes umas das outras, até mesmo tratando-se das partículas subatômicas que os compõem. Isso gera um comportamento diferente desses elementos na formação dos compos-tos com maior estabilidade.

Na busca pela estabilidade, os elementos podem perder ou ganhar elétrons, ge-rando alteração em seu número de oxidação. Esse potencial de perda ou ganho de-nomina-se potencial padrão de redução medido em volts. Podemos prever se uma reação química é espontânea ou não com o auxílio da Tabela 1, na página seguinte.

Figura 26 – Maça oxidada

Figura 27 – Material corroído

In-F

ólio

/Jos

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rlos

Mar

tins

José

Mar

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Pint

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elho


Tabela1 – Potencial de redução dos elementos químicos

SEMI-REAÇÃO E0(V)

Li+(aq) + e– Li(s)

K+(aq) + e– K(s)

Ba2+(aq) + 2e– Ba(s)

Ca2+(aq) + 2e– Ca(s)

Na+(aq) + e– Na(s)

Mg2+(aq) + 2e– Mg(s)

Al3+(aq) + 3e– Al(s)

Mn2+(aq) + 2e– Mn(s)

Zn2+(aq) + 2e– Zn(s)

Cr3+(aq) + 3e– Cr(s)

Fe3+(aq) + 2e– Fe(s)

Cd2+(aq) + 2e– Cd(s)

Co2+(aq) + 2e– Co(s)

Ni2+(aq) + 2e– Ni(s)

Sn2+(aq) + 2e– Sn(s)

Pb2+(aq) + 2e– Pb(s)

2H+(aq) + 2e– H2(s)

Sn4+(aq) + 2e– Sn2+(s)

Cu2+(aq) + e– Cu(aq)

Cu2+(aq) + 2e– Cu(s)

O2+ 2H2O + 4e– 4OH–(aq)

I2(s) + 2e– 2I–(aq)

O2(g) + 2H+(aq) + 2e– H2O2(aq)

Fe3+(aq) + e– Fe2+(aq)

Ag+(aq) + e– Ag(s)

Hg2+2(aq) + 2e– 2Hg(l)

2Hg2+(aq) + 2e– Hg2+2(aq)

Br2(l) + 2e– 2Br+(l)

O2(g) + 4H+(aq) + 4e– 2H2O

Cr2O2–7(aq) + 14H+(aq) + 6e– 2Cr3+(aq) + 7H2O

Cl2(g) + 4e– 2Cl–

Au3+(aq) + 3e– Au(s)

MnO–4(aq) + 8H+(aq) + 5e– Mn2+(aq) + 4H2O

PbO2(s) + 4H+(aq) + SP2–4 (aq) + 2e– PbSO4(s) + 2H2O

H2O2(aq) + 2H+ (aq) + 2e– 2H2O

Co3+ (aq) + e– Co2+(aq)

O3(g) + 2H+(aq) + 2e– O2(g) + H2O(I)

F2(g) + 2e– 2F– (aq)

–3,05

–2,93

–2,90

–2,87

–2,71

–2,3

–1,66

–1,18

–0,76

–0,74

–0,44

–0,40

–0,28

–0,25

–0,14

–0,13

–0,00

+0,13

+0,15

+0,34

+0,40

+0,53

+0,68

+0,77

+0,80

+0,85

+0,92

+1,07

+1,23

+1,33

+1,36

+1,50

+1,51

+1,70

+1,77

+1,82

+2,07

+2,87


Grande parte dos materiais metálicos deteriora-se com o uso, quando expos-tos a ambientes oxidantes ou corrosivos. Como não é possível eliminar de todo a corrosão, a melhor maneira de garantir um bom projeto de engenharia está nos processos de controle da corrosão.

A corrosão pode ser defi nida como uma deterioração dos metais provocada por uma reação de oxirredução. Veja novamente a Figura 27.

A corrosão eletroquímica acontece, por exemplo, numa pilha do seu rádio ou lanterna. Vamos mostrar a corrosão que ocorre em uma barra de ferro na presen-ça de ácido clorídrico (HCl).

Com auxílio da Tabela1 – potencial de redução dos elementos químicos, na pá-gina ao lado, acompanhe as reações:

Oxidação

Fe0 Fe2+ + 2eE0 = + 0,44v (inverte a reação)

Equação global

Fe0 + 2H+ Fe2+ + H2

Redução

2H+ + 2e H2E0 = – 0,00v (permanece)

Fe2+ + 2e Fe0

E0 = – 0,44v2H+ + 2e H2

E0 = – 0,00v

Observe pelas reações que o valor do potencial do hidrogênio em solução (ácida) é maior que a do metal (ferro). Logo quem possui maior potencial de redução vai re-duzir a outra substância. No entanto, deverá fl uir sua equação no sentido da oxidação.

Anodo

É o eletrodo no qual há oxidação. Ele perde elétrons (–).

Catodo

É o eletrodo no qual há redução. Ele recebe elétrons (+)

Acompanhe os exemplos.

Anodo

Fe0 Fe2+ + 2eE0 = + 0,44v (inverte a reação)

Redução

2H+ + 2e H2E0 = – 0,00v (permanece)


Figura 28 – Alguns exemplos de materiais corroídos

José

Mar

iano

Soa

res

Pint

o Co

elho


Aqui ocorreu a corrosão de metal (ferro). A formação de seu íon corresponden-te indica que o metal passou para sua forma solúvel, ocorrendo portanto o des-gaste do material. Veja alguns processos corrosivos de diferentes formas:

Alveolar

Uniforme

Placas

Esfoliação

AlveolarQuando a corrosão produz escavações na superfície metálica.

UniformeQuando se processa em toda a extensão da superfície, ocasionando perda uni-

forme da espessura do material.

PlacasQuando não ocorre em toda extensão da superfície metálica e sim em regiões

da superfície, formando placas com escavações.

EsfoliaçãoÉ um tipo de corrosão subsuperfi cial, que se inicia em uma superfície limpa,

mas se espalha abaixo dela.

A corrosão, como foi descrita, ocorre pela a exposição do material em contato com a atmosfera. Alguns fatores que infl uenciam no processo de corrosão são:

Umidade relativa.

Substâncias poluentes, como materiais particulados e gases.

Fatores como o clima, vento, insolação, chuvas e a temperatura em que se encontra o material.

Para minimizar os efeitos ocasionados por esses fatores, utilizam-se como for-ma de controle os revestimentos para proteção.

Os revestimentos mais utilizados são:

Tintas

Esmaltes vítreos

Plásticos

Películas protetoras

Revestimentos metálicos


As indústrias químicas, petrolíferas, petroquímicas, naval, entre outras, devem estabelecer rigorosas formas de con-trole dos processos corrosivos nos ambientes de produ-ção, tendo como objetivo os seguintes parâmetros:

Redução de custos nas substituições de peças ou equi-pamentos de produção (substituição de material corro-ído pode custar relativamente pouco em termos de perda de produção).

Perdas do processo na formação do produto acabado por motivo das diversas formas de contaminação.

Proteção dos funcionários envolvidos, com o objetivo de evitar paralisações acidentais.

Perda energética do processo, exigindo maior esforço dos equipamentos e, consequentemente, maior custo do produto final.

VOCÊSABIA?

Figura 29 – Corrosão na indústria petrolífera

José

Mar

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Pint

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elho

As tintas são consideradas o revestimento mais importante, devido à sua im-permeabilidade ao ar e à umidade. Geralmente as tintas são misturadas a pigmen-tos como zarcão, cromato de chumbo e cromato de zinco, que contribuem para a inibição da corrosão.


2.2 QUÍMICA INORGÂNICA

A Química Inorgânica estuda os elementos químicos com exceção do carbono, que compete à Química Orgânica. As substâncias inorgânicas são originadas dos minerais, e o número desses compostos é muito grande, sendo, portanto, dividi-dos em quatro funções conforme as suas características.

HCIágua H+ + Cl–

Os ácidos podem ser classifi cados de acordo com a presença ou não de oxigê-nio na sua molécula.

Ácidos compostos de oxigênio são chamados de oxiácidos.

Ácidos que não possuem oxigênio em sua composição são chamados de hi-drácidos.

Figura 30 – Dissociação do ácido clorídrico

As quatro funções da Química Inorgânica são:

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

2.2.1 ÁCIDOS

Os ácidos são substâncias que apresentam características como: sabor azedo; formam substâncias aquosas que conduzem eletricidade e podem modifi car a cor de certas substâncias.

São várias as substâncias que contêm algum tipo de ácido. Um exemplo típico, voltado à área industrial, são as baterias automotivas. Elas são compostas de áci-do sulfúrico. Os ácidos na indústria química possuem papel fundamental na pro-dução de novos materiais.

A defi nição de Arrhenius teoriza que um ácido, em presença de água, forma íons H+ (Veja a Figura 30).

SAIS

ÓXIDOS

ÁCIDOS

BASES

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS

Hidrácidos

Os hidrácidos, ou seja, ácidos que não possuem oxigênio em sua composição, são nomeados da seguinte maneira:

H2SO4 Ácido sulfúrico (oxiácido)

HCl Ácido clorídrico (hidrácido)

Oxiácidos

São ácidos que possuem o oxigênio na formação de seu composto.

Quando o elemento forma apenas um oxiácido, é nomeado da seguinte forma:

ácido + nome do ânion + ídrico

HCl – ácido clorídrico

HF – ácido fl uorídrico

HBr – ácido bromídrico

ácido + nome do ânion + ico

Quando o elemento forma dois oxiácidos, a nomenclatura é feita de acordo com o NOX do elemento.

Quando o elemento está no seu maior NOX, utilizamos a terminação ico, como por exemplo, na molécula de H2SO4.

Utilizando os conceitos de NOX previamente estudados, podemos dizer que o en-xofre (S) possui NOX 6. Neste caso, o enxofre está no seu maior NOX, ele está alocado na família 16, e portanto pode ter no máximo NOX = + 6 . Neste caso, a nomenclatura é:

Ácido sulfúrico (H2SO4)


Quando o elemento está no seu menor NOX, utilizamos a terminação oso, co-mo por exemplo, na molécula de H2SO3. Calculando o NOX do enxofre nessa mo-lécula, verifi ca-se que ele apresenta valor igual a 4. Sabendo que o NOX máximo do enxofre é 6, podemos concluir que na molécula de H2SO3 o enxofre não está no seu maior NOX. Neste caso, a nomenclatura utilizada deverá ser diferente, em-pregando a terminação oso, conforme o exemplo abaixo:

Ácido sulfuroso (H2SO3)

2.2.2 BASES

As bases são substâncias que apresentam algumas características essenciais na indústria química. Em geral as bases são tóxicas e corrosivas.

Fazem algumas substâncias retornarem à sua cor natural, caso tenham sido al-teradas por alguma substância ácida.

Existem alguns elementos que formam três ou mais oxiáci-dos. Neste caso, obedecem a uma nova regra. Observe a nomenclatura de acordo com o NOX. O primeiro exemplo mostra o NOX mais alto e assim suces-sivamente.

Os exemplos abaixo demonstram o uso dessas nomenclaturas:

Ácido + per (nome do ânion) + ico

Ácido + nome do ânion + ico

Ácido + nome do ânion + oso

Ácido + hipo (nome do ânion) + osoNOX

HClO4 – Cloro no seu maior NOX, valor 7 ácido perclórico

HClO3 – Cloro no seu segundo maior NOX, valor 5 ácido clórico

HClO2 – Cloro no seu segundo menor NOX, valor 3 ácido cloroso

HClO – Cloro no seu menor NOX, valor 1 ácido hipocloroso

As bases são condutoras de eletricidade, quando

em solução aquosa.

VOCÊSABIA?


As bases podem ser classificadas de acordo com o número de hidroxilas (OH–). O número de hidroxilas de uma base pode variar de um até quatro. Esse número depende do elemento ao qual a base está ligada.O valor do NOX (número de oxidação) para a hidroxila é igual a –1. Como as bases são elementos que não possuem carga, a soma do NOX dos elementos que a compõem tem que ser igual a zero.

Observe o exemplo abaixo.

Ca(OH)2Neste caso temos duas hidroxilas. O cálcio está na família 2, portanto seu NOX é +2. Para que a soma dos NOX seja igual a zero temos que ter duas hidroxilas (OH), partindo do princípio de que cada uma tenha o valor de NOX -1. Logo temos:

+ 2 + 2 x (–1) = 0

Em relação à solubilidade em água, as bases podem ser classifi cadas como:

Praticamente insolúveis Pouco solúveis Solúveis

As bases solúveis são as bases formadas por metais alcalinos, ou seja, elemen-tos da família 1, com exceção do hidrogênio.

As base pouco solúveis são aquelas compostas por metais da família 2 ou pe-los outros metais.

As bases também podem ser classifi cadas de acordo com o seu grau de ioniza-ção, que é o seu grau de dissociação iônica em água.

As bases com dissociação de praticamente 100% são chamadas de bases for-tes e são compostas por metais da família 1 e 2. As bases fracas são aquelas que apresentam grau de ionização menor que 5% e são formadas pelos demais metais da tabela periódica.

NaOH H2O Na+ + OH–

Figura 31 – Dissociação do hidróxido de sódio

Para Arrhenius, uma base pode ser defi nida como um composto que em solu-ção aquosa libera íons OH– (hidroxila).

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

VOCÊSABIA?


NOMENCLATURA DAS BASES

Quando um elemento forma apenas uma base (monobásico), possui apenas uma hidroxila. A nomenclatura é feita da seguinte forma:

Hidróxido de + nome do elemento metálico

NaOH Hidróxido de sódio

Sn(OH)4– hidróxido estânico

Maior NOX + icoMenor NOX + oso

As monobases são aquelas formadas por elementos da família 1.

Veja o exemplo abaixo:

Quando o elemento forma duas bases, (dibásico) utiliza-se a regra do maior e do menor NOX vista anteriormente para os elementos ácidos. Quando o metal es-tiver no seu maior NOX, utilizaremos o sufi xo ico; quando o elemento o metal es-tiver no seu menor NOX, utilizamos o sufi xo oso.

O estanho forma duas bases, o Sn(OH)4 e o Sn(OH)2, e está localizado na famí-lia 14, portanto o maior NOX que este elemento pode atingir é + 4. Na base Sn(OH)4, o estanho possui valor de NOX igual a + 4; portanto, para nomeá-la utilizaremos o sufi xo ico. Observe:

In-F

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la M

oura

O estanho na base Sn(OH)2 apresenta NOX igual a + 2; portanto, nesta molécula ele não está no seu maior NOX, sendo necessário o emprego do sufi xo oso na nomenclatura.


PROPRIEDADES DOS ÁCIDOS E DAS BASES

Vamos verifi car algumas diferenças entre os ácidos e as bases no quadro a seguir.

A soda cáustica, também conhecida como hidróxido de sódio, é um sólido branco produzido industrialmente por eletrólise e apresenta características tóxicas e corrosivas. No que diz respeito à indústria petrolífera, o hidróxido de sódio é utilizado na purificação dos derivados do petróleo. Na indústria química, o hidróxido de sódio é utilizado na produção de sabão.

Figura 32 – Soda caústica

Quando um ácido modifi ca a cor de uma substância, a base faz com que aquela substância retome a sua cor inicial

A união de um ácido com uma base forma sal e água. A essa reação damos o nome de neutralização

PROPRIEDADES ÁCIDOS BASES

São moleculares

Em grande parte são solúveis

Conduzem corrente em água

Família 1 e 2 iônicos e as demais bases moleculares

Em grande parte insolúveis

Conduzem corrente em água. Os hidróxidos alcalinos iônicos conduzem corrente elétrica quando fundidos

Estrutura

Solubilidade

Condutividade elétrica

Como indicadores

União

REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO

Uma reação de neutralização é uma junção entre um ácido e uma base. Os pro-dutos resultantes dessa reação são sal e água. Confi ra no exemplo a seguir.

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Mar

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VOCÊSABIA?


A reação acima representa a união entre o ácido clorídrico (ácido) e o hidróxi-do de sódio (base). Esta reação tem como produto o sal, cloreto de sódio e uma molécula de água.

MEDIDA DE ACIDEZ E BASICIDADE

Para medir a acidez ou a basicidade de uma solução utilizamos uma escala de pH. Essa escala varia de zero a quatorze. Substâncias que apresentam valor de pH menor que 7 são classifi cadas como ácidas. Substâncias que apresentam valor de pH igual a 7 são denominadas neutras. As que apresentam valor de pH maior que 7 são denominadas básicas. Medir o pH torna-se uma importante ferramenta pa-ra a indústria. Por meio da aferição do pH podemos controlar o nível de acidez e basicidade das substâncias. Essas características estão diretamente ligadas ao sa-bor, cor e dissociação dos elementos, como os alimentos, por exemplo.

O limão é um exemplo de alimento de características ácidas. Para medir o ca-ráter ácido ou básico de uma substância utilizamos os indicadores de acidez e ba-sicidade. Um teste muito utilizado em laboratório é o papel tornassol (azul e ver-melho). O papel tornassol azul mede a acidez das substâncias. Caso as substâncias apresentem características ácidas, o papel, ao entrar em contato com essas subs-tâncias, torna-se de coloração avermelhada.

HCl (ácido)

+ +NaOH(base)

NaCl(sal)

H2O(água)

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Figura 33 – Limão


Para medir o valor de pH utiliza-se uma fi ta que é comparada a um padrão de acordo com a sua coloração. Cada combinação de cores representa um valor de pH.

2.2.3 SAIS

São substâncias em que sua molécula é formada com pelo menos um cátion diferente de H+ e 1 ânion diferente de OH–.

FÓRMULA GERAL

Todo sal é formado por um cátion (X) proveniente da base que o gerou e de um ânion (Y) proveniente do ácido da reação de neutralização. Para colocar os índi-ces embaixo dos elementos na molécula basta verifi car o NOX do elemento ao la-do. Por exemplo, o NOX do cátion será o índice do ânion e o NOX do ânion será o índice do cátion, conforme o esquema a seguir:

Xb logo Xa YbYa

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Figura 34 – Leite de magnésia

Um exemplo de substância básica é o leite de magnésia, muito conhecido por todos nós. Neste caso utilizamos o papel tornassol vermelho. Ele identifi ca se a substância apresenta características básicas. Em contato com a substância básica, o papel tornassol vermelho torna-se de cor azul.


NOMENCLATURA DOS SAIS

A nomenclatura dos sais está relacionada com o ácido e a base que o forma-ram. Observe o esquema abaixo:

Todo sal proveniente de um ácido não oxigenado de nomenclatura ídrico terá na nomenclatura do sal correspondente a terminação eto. Sais formados por áci-dos oxigenados em que os ânions encontram-se no seu menor NOX (oso) serão nomeados com a terminação ito. Sais formados por um ácido de nomenclatura ico, ou seja, que estão no seu maior NOX serão nomeados com a terminação ato. A nomenclatura será feita da seguinte forma:

ídrico

oso

ico

ÁCIDO

eto

ito

ato

SAL

Confi ra no exemplo ao lado

NaCl Cloreto de sódio

Neste caso o sal (NaCl) é formado por um ácido não oxigenado, portanto a termi-nação para o ânion do sal será eto. Observe que o ânion proveniente do sal é o cloro (Cl) e o cátion proveniente da base é o sódio (Na). Assim a nomenclatura deverá ser:

HCl + NaOH NaCl + H2O

Nome do ácido de origem

Nome do cátion oriundo da base

etoitoato

de

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Mar

cela

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

Ca2+ CaCl2Cl –

Al+3 Al2(SO4)3SO–24

Exemplo


2.2.4 ÓXIDOS

Os óxidos podem ser defi nidos como compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Obrigatoriamente o oxigênio tem que estar presente para ser óxido. A estrutura de um óxido, ou seja, sua fórmula geral é dada da mesma forma que a do sal. O valor do NOX do ânion será o índice do cátion e vice-versa.

Carbonato de cálcio (CaCO3)

O carbonato de cálcio é um importante sal. É comumente encon-trado na forma de calcita, calcário e mármore. O uso mais co-mum na indústria para o carbonato de cálcio é na produção de cal virgem (CaO) e na produção do cimento. Na agricultura, o carbonato de cálcio é utilizado para reduzir a acidez do solo.

Figura 35 – Carbonato de cálcio

Xb logo Xa YbYa

CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DOS ÓXIDOS

Os óxidos podem ser classifi cados de acordo com suas características de rea-ção e os produtos provenientes dessas reações.

Óxidos básicos

São aqueles que, ao reagir com a água, formam uma base ou reagem com um ácido formando sal e água.

Na2O + H2O 2 NaOH

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VOCÊSABIA?


Existem alguns tipos de óxidos que se formam ou reagem de maneira diferenciada dos óxidos ácidos e básicos:

Óxidos neutrosSão óxidos que, ao contrário dos óxidos ácidos e dos ácidos básicos, não reagem com a água. Estes óxidos também não reagem com compostos ácidos nem com compostos básicos.

Óxidos duplosSão óxidos que apresentam comportamento como se dois óxidos tivessem se unido formando um só elemento.

PeróxidosSão óxidos que, ao reagir com a água ou com ácidos diluídos, produzem a água oxigenada.

Na2O Óxido de sódio

A nomenclatura dos óxidos é feita assim:

1 Quando forma só um óxido:

Óxido de + nome do elemento

ÓXIDOS ÁCIDOS

São óxidos que reagem com a água, produzindo um ácido, ou com uma base, produzindo sal e água.

2 Quando forma mais de um óxido:

Utiliza-se a terminação ico (maior NOX) e oso (menor NOX).Veja os exemplos para o ferro:

Fe2O3 Óxido férrico FeO Óxido ferroso

Pb3O4 2PbO + PbO2

SO3 + H2O H2SO4

H2O2

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Veja os exemplos

A nomenclatura dos óxidos ácidos é feita assim:

Anidrido + nome do ânion + ico ou oso

SO3 Anidrido sulfúrico SO2 Anidrido sulfuroso

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VOCÊSABIA?


2.3 QUÍMICA ORGÂNICA

A Química Orgânica é a parte da Química que estuda os compostos do carbono. Os compostos orgânicos podem ser divididos em orgânicos naturais e sintéticos.

Os compostos orgânicos naturais são aqueles provenientes da natureza de for-ma vegetal ou animal, como o carvão mineral, o petróleo e o gás natural, entre ou-tros.

Já os compostos orgânicos sintéticos são aqueles produzidos pelas indústrias químicas, como os medicamentos, entre outros produtos.

O carbono é um elemento de número atômico 6 e está localizado na família 4 A, tendo, portanto, 4 elétrons na sua última camada.

Seguindo a regra do octeto, o carbono precisará de 8 ligações para que se tor-ne estável. A Figura 36 apresenta a estrutura de Lewis para o carbono. A Figura 37 apresenta a molécula do metano, em que o carbono encontra-se estabilizado.

Figura 36 – Estrutura de Lewis para o carbono

As quatro valências do carbono são iguais entre si. Somente diferentes tipos de ligante determinam os tipos de compostos formados.

Outras características importantes do carbono:

Figura 37 – Representação da molécula de metano

LIGAÇÕES SIMPLES LIGAÇÕES DUPLAS LIGAÇÕES TRIPLAS

Forma diferentes tipos de ligação


H

H

H

H H

CL

H C C C H

H H

H H H

Br

H C C C CH3

NO2

2.3.1 CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS

Veja como as cadeias carbônicas podem ser classifi cadas:

Aberta ou fechada

Normal ou ramifi cada

Saturada ou insaturada

Homogênea ou heterogênea

Liga-se a vários elementos químicos

Oxigênio, nitrogênio, enxofre, fósforo, cloro, fl úor, iodo e outros

H

H

H H

H HH

H C CH CH C H

H

H

H H H H

HH

H C C C C C C H

H

H H H

H H

HH

H C C C C C H

Forma cadeias


ABERTAS OU FECHADAS

Cadeias abertas são aquelas que possuem pontas, também conhecidas como alifáticas. As cadeias fechadas são aquelas que formam ciclos.

NORMAL OU RAMIFICADA

As cadeias carbônicas normais são aquelas que apresentam uma única sequência. As cadeias ramifi cadas são aquelas que apresentam ramifi cações. Veja os exemplos:

H C C C C C C H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H C C H

H C C H

H

H

HCadeia fechada

Cadeia aberta

H C C C H

H

H

H

H

H

H

Cadeia normal

Cadeia ramifi cada

H C C C H

H

H

H

H

H

H C H

H


SATURADA OU INSATURADA

As cadeias carbônicas classifi cadas como saturadas são aquelas que apresen-tam apenas ligações simples entre os carbonos. São insaturadas quando apresen-tam ligações duplas ou triplas.

Observe que, no primeiro exemplo, a cadeia apresenta apenas ligações simples (−); portanto, será classifi cada como saturada. Já no segundo exemplo apresenta ligação dupla (=), portanto deverá ser considerada insaturada.

HOMOGÊNEA OU HETEROGÊNEA

As cadeias carbônicas homogêneas são aquelas em que não existe nenhum átomo diferente do carbono (heteroátomo) entre os carbonos. Na cadeia hetero-gênea existe um heteroátomo entre os carbonos.

H C C C H

H

H

H

H

H

H

H C C C H

H

H

HH

H

Cadeia insaturada

Cadeia saturada

Na página seguinte, confi ra nos exemplos que, quando o heteroátomo está na ponta da cadeia carbônica, ela será considerada homogênea.

Veja que a representação mostra uma cadeia sem heteroátomos; portanto, é classifi cada como homogênea. In

-Fól

io/P

aula

Mou

ra


2.3.2 HIDROCARBONETOS

São compostos formados apenas por átomos de carbono, e hidrogênio. O no-me hidrocarboneto é justifi cado:

hidro-hidrogênio carboneto-carbono

Os hidrocarbonetos podem possuir cadeias abertas ou fechadas, saturadas ou insaturadas e normais ou ramifi cadas. Para cada tipo existe uma nomenclatura e classifi cação.

ALCANOS E CICLOALCANOS

Os alcanos são compostos de cadeia aberta que possuem apenas ligações simples.

Os cicloalcanos são compostos de cadeia fechada que também só possuem li-gações simples, conforme as representações mostradas na página ao lado.

Cadeia heterogêneaAqui o oxigênio se encontra entre dois carbonos. É uma cadeia heterogênea.

H C O C H

H

H

H

H

Cadeia homogênea

H C C C H

H

H

H

H

H

H

Aqui o oxigênio está na ponta da cadeia, ele não está entre dois carbonos, é classifi cada então como cadeia homogênea.

VOCÊSABIA?

H C C O H

H

H

H

H


NOMENCLATURA

QUANTIDADE DE CARBONOS

QUANTIDADE DE CARBONOS

PREFIXO PREFIXO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Met

Et

Prop

But

Pent

Hex

Hept

Oct

Non

Dec

De forma geral, a nomenclatura dos compostos orgânicos é feita utilizando-se um prefi xo para a quantidade de carbonos presentes na cadeia. Esses prefi xos são utilizados para todos os compostos orgânicos.

O sufi xo será determinado de acordo com a classifi cação do composto. No ca-so dos alcanos utilizamos a terminação ano. Observe a fi gura.

Esta molécula é composta por três carbonos; portanto, seu prefi xo será prop. Co-mo é composta apenas por ligações simples (alcano) sua terminação será ano, logo:

H C C C H

H

H

H

H

H

H

Prop + ano = propano

H C C C C C C H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Alcano Cicloalcano

CH2

CH2

CH2

CH2

H2C

H2C


No caso dos compostos cíclicos, é preciso colocar a palavra ciclo para indicar que é um composto de cadeia fechada. A representação apresenta seis carbonos.

Neste caso, por ser uma cadeia fechada, a nomenclatura será ciclo-hexano. Ve-ja a confi guração:

Observe que a contagem em ambos os casos é feita pela extremidade mais pró-xima da dupla ligação. Todas as duas moléculas possuem quatro carbonos, por-tanto o prefi xo será but.

No primeiro caso a insaturação está no carbono 1; portanto, but-1-eno, ou ape-nas buteno. No segundo caso, a insaturação se encontra no segundo carbono, portanto but-2-eno.

CH2

CH2

CH2

CH2

2HC

2HC

ALCENOS

Os alcenos são compostos de cadeia aberta que possuem ligações simples e li-gação do tipo dupla. Sua nomenclatura é feita utilizando os prefi xos de acordo com a quantidade de carbonos e a terminação eno. A contagem dos carbonos é feita ini-ciando-se pela extremidade mais próxima da dupla ligação. É necessário que na no-menclatura seja descrito o número em que se encontra a insaturação (=).

C C C CH2

4

H3

2 1

H

3

H2

C C C CH3

H3 HH

But-1-eno

But-2-eno

1 3 42


A contagem é feita pela extremidade mais próxima da insaturação. A tripla li-gação encontra-se no segundo carbono (da direita para esquerda). Como temos no total cinco carbonos, o prefi xo será pent. Portanto temos pent-2-ino.

HIDROCARBONETOS RAMIFICADOS

Os hidrocarbonetos, sejam eles alcanos, alcenos, alcinos ou compostos cíclicos, podem apresentar ramifi cações. Neste caso, é necessário evidenciá-las na nomen-clatura; para tanto é necessário colocar o número onde se encontra a ramifi cação na cadeia carbônica. As ramifi cações podem ser: metil para um carbono, etil pa-ra dois carbonos, propil para três carbonos, butil para quatro carbonos e assim sucessivamente.

A cadeia principal sempre será a maior cadeia carbônica, seja ela aberta ou fe-chada. Em caso de haver insaturações além de ramifi cações, a contagem dos car-bonos será feita a partir da extremidade mais próxima da insaturação. No caso dos alcanos, que possuem apenas ligações simples, a contagem deverá ser feita a par-tir da extremidade mais próxima da ramifi cação.

H C C C C C H

H

H

H

H

H

H

ALCINOS

Os alcinos são compostos de cadeia aberta que possuem ligações simples e li-gação do tipo tripla. Sua nomenclatura é feita utilizando os prefi xos de acordo com a quantidade de carbono e a terminação ino. A contagem dos carbonos é feita ini-ciando-se pela extremidade mais próxima à tripla ligação. É necessário que na no-menclatura seja descrito o número em que se encontra a insaturação ( ).

Caso existam ramifi cações iguais na mesma molécula, podemos utilizar para nomeá-las os prefi xos:

di

tri

tetra

Confi ra, a seguir, quatro exemplos. In-F

ólio

/Pau

la M

oura


Primeiro exemplo A cadeia principal está em amarelo. É composta de cinco carbonos li-gados apenas por ligações simples (alcanos). Portanto, teremos o prefi xo pent e a ter-minação ano. No caso das ramifi cações que precedem à nomenclatura, estão localiza-das nos carbonos 2 e 3. Ambas são do tipo metil, pois são compostas apenas de um carbono cada. Neste caso, este composto será nomeado como 2,3 dimetil pentano. Observe que precisamos colocar os dois números em que estão localizadas as ramifi -cações. O prefi xo di signifi ca que possuímos duas ramifi cações do mesmo tipo.

Segundo exemplo Revela uma cadeia principal composta por sete carbonos, todos com ligações do tipo simples. Portanto, a cadeia principal terá como prefi xo hept e o sufi xo ano. A contagem deverá ser feita da esquerda para a direita, pois as ra-mifi cações estão mais próximas da extremidade da esquerda. Temos duas ramifi -cações do tipo metil nos carbonos 2 e 6 e uma ramifi cação do tipo etil localizada no carbono 3. Logo a nomenclatura fi cará assim:

Terceiro exemplo Demonstra uma cadeia principal composta por seis carbonos e contendo uma ligação dupla (=) alceno. Portanto, a cadeia principal terá como pre-fi xo hex e como sufi xo eno, lembrando que a dupla ligação está no carbono 2. No caso das ramifi cações temos uma ramifi cação do tipo metil no carbono 2 e uma ramifi cação do tipo etil no carbono 4. Veja a ramifi cação:

4-etil-2-metil-hex-2-eno C C C C C CH3

H3 CH3 H CH2

CH3

H2

H

C C C C C C CH3

H3

CH3

H

H CH3H H

H HH C H

CH3

C C C C C

H3 CH3 CH3 H2 H3 2,3 dimetil pentano

1 3 4 52

1 3 4 5 62

2,6 dimetil-3 etil-heptano


Quarto exemplo Demonstra uma ca-deia principal com seis carbonos e uma insaturação dupla no carbono 2. A ramifi cação é do tipo metil e es-tá localizada no carbono 5. Confi ra a nomenclatura ao lado:

HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS

São compostos que possuem em sua fórmula estrutural pelo menos um anel benzênico na molécula.

C C C C C C

H3 H3CH3 H2 H H

H

5-metil-hex-2-eno

H

H

HH

HH

C

C

C C

C C

A melhor forma de obtenção dos compostos aromáticos em produção indus-trial é por meio da hulha (variedade de carvão mineral) em processos especiais de destilação. Esses hidrocarbonetos não seguem uma norma fi xa em sua nomencla-tura, sendo usualmente adotados os nomes comerciais. Os compostos aromáticos apresentam propriedades químicas semelhantes às dos hidrocarbonetos, possuin-do seu ponto de fusão um pouco mais elevado, já que suas moléculas são planas, o que permite maior interação intermolecular.

Benzeno

Metil benzenoTolueno

1,2-Dimetil benzenoOrto-dimetil benzeno2-Metil tolueno

1,4-Dimetil benzenoPara-dimetil benzeno4-Metil tolueno

Isopropil benzenoCumeno

Vinil benzenoEstireno

Fenil benzenoDifenilo

Naftaleno Antraceno Fenantreno

CH3 CH3

H3C CH3H3C

H3C C CH3

H

C CH3

H

Aqui estão alguns exemplos de compostos aromáticos

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


O PETRÓLEO E OS HIDROCARBONETOS

O petróleo é uma substância formada por uma mistura de diversos compostos orgânicos. Dentre eles estão compostos mais complexos, em que os elementos enxofre e nitrogênio estão presentes e são responsáveis pela poluição liberada na queima de alguns combustíveis, como por exemplo a gasolina e o diesel. Os prin-cipais componentes do petróleo são os alcanos.

O GÁS NATURAL

O gás natural é uma mistura de gases em que o metano (CH4) tem uma com-posição acima de 70%. Os demais gases que compõem o gás natural são H2S, CO2, NO2, entre outros. O gás natural, assim como o petróleo, são encontrados em lo-cais subterrâneos denominados jazidas. No Brasil, as reservas de gás natural estão localizadas principalmente em Santos e em Campos.

2.3.3 FUNÇÕES OXIGENADAS

Diferentemente dos hidrocarbonetos, as funções orgânicas oxigenadas não pos-suem apenas carbono e hidrogênio em sua composição; possuem também átomos de oxigênio. Em relação à nomenclatura, podemos destacar que os prefi xos utiliza-dos para os hidrocarbonetos são utilizados para todas as funções oxigenadas.

ÁLCOOL

São compostos orgânicos que possuem uma ou mais hidroxilas (OH) ligadas a carbonos saturados, ou seja, que fazem ligações simples.

A nomenclatura destes compostos é dada de forma que numeramos a cadeia carbônica a partir da extremidade onde está ligado o grupo funcional. Numera-mos apenas os carbonos. A terminação para o álcool é ol.

Neste caso também é preciso indicar em qual carbono está ligada a hidroxila e evidenciá-la na nomenclatura. Confi ra nos exemplos 1 e 2.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

Como combustível, o gás natural se destaca pelo seu alto poder calorífi co e por ser menos poluente do que os combustíveis derivados do petróleo.


Nesta molécula (exemplo 1) temos dois carbonos e a hidroxila está ligada ao primeiro carbono. O nome des-te composto é etano-1-ol. É etano porque temos dois carbonos na cadeia, ano por ter apenas ligações sim-ples entre carbonos e ol porque se trata de um álcool, que por sua vez está localizado no carbono 1.

Neste caso (exemplo 2) temos três carbonos e a hidroxila está ligada ao carbono 2. O nome deste composto é pro-pano-2-ol. Prop porque se trata de uma molécula com três carbonos, ano porque as ligações entre os carbonos são do tipo simples e ol porque se trata de um álcool (OH), que por sua vez está ligado ao segundo carbono.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

Caso a molécula

possua ramifi cações, a

contagem de carbonos

será feita a partir do

carbono em que a

hidroxila estiver

diretamente ligada.

H C C OH

H

H

H

H

Exemplo 2

Exemplo 1

H C C C H

H

H

H

OH

H

H

O grupo funcional que representa o álcool é R-OH, em que R é uma cadeia carbônica saturada.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

FENOL

São compostos orgânicos oxigenados em que a hidroxila (OH) está ligada di-retamente ao anel aromático.

A nomenclatura destes compostos é feita de forma diferente. Utilizamos à pa-lavra hidroxi para designar a hidroxila.

O etanol é o composto mais importante dos álcoois. Pode ser utilizado na limpeza doméstica, como solvente indus-trial e principalmente como combustível. No Brasil, o álcool é obtido pelo processo de fermentação da cana-de-açúcar.

VOCÊSABIA?


A molécula do exemplo 1 é chamada de hidroxi-benzeno. Hidroxi devido à hidroxila e benzeno, pois o composto aromático é o benzeno. Na molécula do exemplo 2 temos uma ramifi cação do tipo metil. Neste caso, ela também fará par-te da nomenclatura. A contagem dos carbonos é feita a partir do carbono a que a hidroxila (OH) está ligada. A nomenclatura é 2-metil-1-hidroxi-benzeno. Obser-ve que a ramifi cação está ligada ao segundo carbono.

OH

Exemplo 1

Exemplo 1

Exemplo 2

CH3

OH2

5

13

64

ÉTER

Os éteres são compostos orgânicos em que o oxigênio está ligado a duas ca-deias carbônicas ao mesmo tempo, ou seja o oxigênio está entre dois carbonos.

A nomenclatura é feita nomeando-se primeiro o menor grupo acrescentando a palavra oxi e depois se nomeia o segundo grupo utilizando a regra dos hidrocar-bonetos. Acompanhe os exemplos 1 e 2.

No exemplo 1, ambas as cadeias carbônicas são compostas de apenas um car-bono. Neste caso, o prefi xo utilizado será met. A nomenclatura deste composto é metóxi-metano. Met por só ter um carbono, oxi por ser um éter e metano por-que o segundo grupo é um hidrocarboneto de cadeia simples (alcano) composto por apenas um carbono.

No exemplo 2, temos duas cadeias carbônicas, uma com um carbono e outra com dois carbonos. Seguindo a regra, temos a nomenclatura metóxi-etano. Me-nor grupo + oxi seguido do nome do segundo grupo. Prefi xo met porque o me-nor grupo possui apenas 1 carbono e prefi xo et para o segundo grupo por ter dois carbonos. A cadeia é saturada, por isso a terminação ano.

H C O C H

H

H

H

H

H C C O CH3

H H

H H

Exemplo 2

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

O grupo funcional que representa o éter é R-O-R’, em que R e R’ são cadeias carbônicas saturadas iguais ou diferentes.


ALDEÍDOS

São compostos orgânicos em que um carbono da extremidade faz uma dupla ligação com o oxigênio e uma ligação simples com o hidrogênio.

No exemplo 1, a nomenclatura é feita contando os carbonos a partir do carbo-no do grupo funcional e a terminação utilizada é al. Caso a cadeia possua ramifi -cações, é necessário que ela seja identifi cada na nomenclatura. Et porque só te-mos dois carbonos e al por ser uma molécula de aldeído.

No exemplo 2, metil porque a ramifi cação só possui um carbono e está locali-zada no carbono 2, prop porque a cadeia principal possui três carbonos e al por ser um aldeído.

Exemplo 1

H C C

H

H

H

O

Etanal

Exemplo 2

H C C C

H H

H

H H C H

H

O

2-metil-propanal

CETONA

São compostos que possuem uma carbonila (C = O) entre carbonos.

A nomenclatura é feita contando os carbonos a partir do carbono que está na ex-tremidade mais próxima do grupo funcional e a terminação utilizada é ona.

Caso a cadeia possua ramifi cações, é necessário que ela seja identifi cada na no-menclatura.

A molécula mostrada como exemplo é identifi cada como propan-2-ona; prop por ter três carbonos na cadeia principal e 2-ona por ser cetona e se localizar no se-gundo carbono.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

O grupo funcional que representa o aldeído é

em que R é uma cadeia carbônica.

R CO

H(CHO) ou

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

Veja no exemplo ao lado.

O grupo funcional que representa a cetona é C = O.

H C C C H

H

H

HO

H

Exemplo


ÁCIDO CARBOXÍLICO

Os ácidos carboxílicos são compostos orgânicos oxigenados que se caracteri-zam por conter em sua molécula o grupamento COOH na cadeia carbônica.

A nomenclatura destes compostos é feita de forma que a contagem inicia-se pelo carbono do grupo funcional (carboxila). A terminação utilizada é oico. Caso haja ramifi cação, ela deve ser expressa na nomenclatura. Por ser um ácido, a pala-vra ácido também consta na nomenclatura. A seguir veja dois exemplos.

No exemplo 1, a nomenclatura é assim descrita, pois ácido representa uma molécula de caráter ácido. O pre-fi xo pent corresponde à quantidade de cinco carbonos e oico por ser um ácido carboxílico.

No exemplo 2, a palavra ácido ca-racteriza a molécula, 3 metil repre-senta a ramifi cação que está ligada ao carbono 3 da cadeia principal e oico por ser um ácido carboxílico.

ÉSTERES

Os ésteres são compostos orgânicos formados por meio da troca do hidrogê-nio no grupamento carboxila por uma cadeira carbônica aberta ou fechada.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

A nomenclatura dos ésteres é assim representada:

Acompanhe o exemplo 1, Etanoato de metila e o exemplo 2, Benzoato de metila, mostrados na página ao lado.

Primeiro grupo + ato + segundo grupo + ila

H C C C C C

H H H H

H HH H

O

OH

Ácido pentanoico

Ácido 3-metil-butanoico

H C C C C

H H H

H HCH3 H

O

OH

Exemplo 1

Exemplo 2

4 3 2 1

O grupo funcional que representa o ácido carboxílico é

COH

OCOOH ouIn

-Fól

io/P

aula

Mou

ra


Veja no exemplo1: etano porque o primeiro grupo apresenta dois carbonos e apenas ligações simples entre os carbonos; + ato, que indi-ca o éster, met por ter apenas um carbono no segundo grupo + ila que representa a nomenclatura do éster.

No exemplo 2, benzoato por-que o primeiro grupo é constituí-do pelo aromático benzeno + ato, que representa a nomenclatura do éster, met porque o segundo gru-po apresenta apenas um carbono e ila, que também representa a nomenclatura do éster.

H C C

H HH

H HH

O

O C H

Etanoato de metila

Benzoato de metila

Exemplo 1

Exemplo 2

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

H

H

O C H

O

AMINAS

H C C NH2

H H

H H

H C N C C H

H H H

H H H H

H C C N C C H

H H H H

H H H H

Primárias

Secundárias

Terciárias

2.3.4 COMPOSTOS NITROGENADOS

AMINAS

São compostos que possuem origem nos derivados da molécula de amônia (NH3), quando temos a substituição de um ou mais hidrogênios ligados à molécu-la por um hidrocarboneto.


Segundo a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), a nomen-clatura estabelecida, coloca como terminação a palavra amina. Veja os exemplos:

Etilamina

Etil-metilamina

Fenil-dietilamina

H C C NH2

H H

H H

H C N C C H

H H H

H H H H

H C C N C C H

H H H H

H H H H

AMIDAS

São compostos derivados do ácido carboxílico por substituição do grupo oxi-drila (OH–) pelo grupo (–NH2). Sua nomenclatura recomenda colocar a palavra amida após o hidrocarboneto correspondente. Confi ra nos exemplos:

Exemplo 1

H C C C

H H

H H

O

NH2

Propanoamida

H C C C

H HH

H HHCH2

CH3

O

N C CH3

Exemplo 2

n,n-dietil-propanoamida

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


NITROCOMPOSTOS

São formados pelo grupo funcional denominado nitro (–NO2). A IUPAC reco-menda o emprego do prefi xo nitro na nomenclatura desses compostos.

NITRILOS

Apresentam o grupo funcional – C N; sua nomenclatura; possui a termina-ção nitrilo com o hidrocarboneto correspondente.

É também empregado o prefi xo cianeto em sua nomenclatura.

H C C C N

H H

H H

Propanonitrilo ou Cianeto de etila

Exemplo 1

H C C NO2

H H

H HNitro etano

2.4 ESTUDO DOS GASES

O estudo dos gases possibilita a você compreender a relação desses gases e a aplicação correta das variáveis de processo como pressão, temperatura e nível.

Permite também um entendimento maior das tecnologias atualmente aplica-das no processo de extração e produção de gás natural e de outras frações gaso-sas do petróleo.

In-F

ólio

/Pau

la M

ouraO gás natural é

uma mistura de hidrocarbonetos que têm origem na decomposição da matéria orgânica.


Unidade Símbolo Equivelência

2.4.1 VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS

PRESSÃO

É uma grandeza que relaciona a força aplicada a uma superfície. A colisão en-tre as moléculas do gás em determinado recipiente gera uma força resultante de-nominada pressão relativa, pois leva em consideração a pressão atmosférica lo-cal. Portanto, a pressão medida de um gás em uma tubulação pode ser chamada de pressão relativa ou manométrica.

Pressão absoluta

Pressão de vácuo Pressão manométrica

Pressão diferencial

Pressão diferencial

Grau de vácuo

Vácuo perfeito Pressão atmosféricaIn

-Fól

io/C

ris M

arce

la

A pressão de um gás pode ser medida em atmosfera (atm), centímetro de mer-cúrio (cmHg) e milímetro de mercúrio (mmHg).

Figura 38 – Relação entre as grandezas de pressão

CONVERSÃO DE UNIDADES – PRESSÃO

Pascal

Atmosfera

Bar

Torricelli

Milímetro de mercúrio (convencional)

Libra por polegada quadrada

Milímetro de água

Pa

atm

bar

Torr

mmHg

psi

mmH2O

= 1 N.m–2 = 1 kg.m–1.s–2

= 101325 Pa = 101325 N.m–2

= 105 Pa

= (101325/760) Pa ~ 133,323 Pa

= 1 torr

~ 6,894 757 x 103 Pa

~ 9,859 503 Pa


TEMPERATURA

É a medida da energia cinética ou grau de liberdade que as moléculas possuem em um sistema equilibrado. A transferência de energia térmica entre os corpos possibilita a elaboração de diversos tipos de escala, resultando nas mais variadas formas de medi-la: escalas Celcius, Fahrenheit, Kelvin, Rankine entre outras.

Em trabalhos científi cos, o Kelvin é adotado de forma unânime, principalmen-te por apresentar teoricamente seu valor absoluto.

Nem sempre o aumento da temperatura está diretamente relacionado ao aumento de energia, como, por exemplo, nas mudanças de estado físico.

Figura 39 – Curva dos pontos de fusão e ebulição da água

Temperatura

Quantidade de calor absorvido

TE

TF

A

B C

D E

F

Corpo sem energia alguma = 0 K

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

Cada trecho no diagrama indica:

AB – Somente sólido

BC – Sólido em fusão + líquido

CD – Líquido

DE – Líquido em ebulição + vapor

EF – Vapor

TF – Temperatura de fusão

TE – Temperatura de ebulição

Neste caso verifi camos a presença de calor sensível (com variação de temperatura) e calor latente (sem variação de temperatura, porém propiciando a mudança de estado físico)

VOCÊSABIA?


CONVERSÃO DE UNIDADES – TEMPERATURA

ºF – Graus Fahrenheit

ºC – Graus Célsius ou Centígrados

ºR – Graus Rankine ou Réaumur

K – Kelvin

ºC ºR ºF – 32 K – 2735 4 9 5

= = =

VOLUME

Toda matéria ocupa lugar no espaço. Portanto, a medida da quantidade de es-paço ocupado por um sólido, líquido ou gás poderá ser avaliada em unidades co-mo cm3, m3, in3, entre outras unidades.

A unidade de medida de volume no Sistema Internacional de Unidades é o me-tro cúbico (m3), sendo também aceito o litro (L).

Unidade Símbolo Equivelência

CONVERSÃO DE UNIDADES – VOLUME

metro cúbico

litro

lambda

barril (US)

galão (US)

galão (UK)

m3

l, L, l

λ

US-bl

US-gal

B-gal

= 1m3

= dm³ = 10–3m3

= μl = 10–6d87m3

~ 158,987dm3

= 3,78541dm3

= 4,546 09dm3

O aparelho utilizado para medir a densidade dos materiais é o densíme-tro. Esse aparelho pode ser encontrado com facilida-de nos postos de gasolina; tem a finali-dade de medir a densidade do álcool que está sendo vendido.

Figura 40 – Densímetro de posto de combustíveis

In-F

ólio

/Jos

é Ca

rlos

Mar

tins

VOCÊSABIA?


2.4.2 TRANSFORMAÇÕES COM MASSA GASOSA FIXA

Transformações gasosas podem ocorrer em uma massa constante, quando apli-camos valores diferentes às variáveis deste gás. Chamamos de gás ideal ou gás perfeito o modelo teórico que obedece às equações:

Onde:

p = pressão

V = volume

T = temperatura

K = constante

n = número de mol

R = constante geral dos gases

p . VT

= k p . V = n . R .Te

P1 . V1T1

= k1 P2 . V2T2

= k2e

k1 = k2 P1 . V1 P2 . V2T1 T2

=

Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pres-são tende a zero e a temperatura se eleva.

Submetendo um gás a qualquer variação, suas condições iniciais e fi nais serão dadas pelas equações:

Como a mesma quantidade de gás, as constantes k1 e k2 são iguais, temos:

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

Como você verifi cou, constatamos aqui que o volume é inversamente proporcional à pressão e diretamente proporcional à temperatura.


Transformações isotérmicas

Ocorrem sem alteração da temperatura do respectivo gás(Lei de Boyle e Mariotte):

V1 V2T1 T2

=

P1 P2T1 T2

=

P1 . V1 = P2 . V2 = K

Transformações isobáricas

Ocorrem sem alteração da pressão. É conhecida como a Lei de Charles e Gay--Lussac.

Transformações isocóricas

Ocorrem sem alteração do volume. É conhecida como a Segunda Lei de Char-les e Gay-Lussac.

O físico e químico inglês John Dalton (1766-1844), criador da teoria atômica, publicou o artigo Absorção de gases pela água e outros líquidos, estabelecendo o princípio básico de sua teoria:

A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma das pressões parciais dos gases que a constituem

A pressão parcial, nesse caso, seria a pressão de cada gás individualmente. Com base nessa teoria, criou a Teoria de Dalton, na qual constatou que os átomos de determinado elemento eram iguais e de peso invariável, concluindo que átomos de diferentes elementos são diferentes entre si.

In-F

ólio

/Pau

la M

oura

As equações acima se aplicam somente para massas fi xas do respectivo gás e em condições ideais.

VOCÊSABIA?


Exemplo

Em uma bombona de 50 litros são colocados 5 mol de um gás perfeito à tem-peratura de 300K. Qual a pressão exercida pelo gás nessas condições?

2.4.3 CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP)

Um gás encontra-se nas CNTP quando suas variáveis possuem os valores:

p = 1 atm 760mmHgou T = 00C 273Kou

2.4.4 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON

Podemos calcular uma constante universal para os gases ideais, sabendo que as transformações das variáveis do estado do gás geram um valor único para as unidades correspondentes.

atm. Lmol . K

R = 0,082

1mol . K

R = 8,31

2calmol . K

R =

R = 62,3mmHg . L / K . mol

P . V = n . R . T

n . R . TV

p =

R = 0,082 atm . L / K . mol

Esta constante foi calculada relacionando uma massa fi xa de gás (1 mol) e justifi cando o uso da expressão:

Resolução

n = 5 mol

V = 50L

T = 300 K

p . V = n . R . T

5 . 0,082 . 30050

p = = 2,46 atm

Devemos aplicar a constante universal que corresponda a unidades usadas pelas variáveis de estado.


2.4.5 HIPÓTESE DE AVOGADRO

Reconhecendo que diferentes tipos de moléculas gasosas possuem diferentes massas, Amedeo Avogadro elaborou a lei conhecida como Hipótese de Avogadro:

Volumes iguais de diferentes gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, possuem a mesma quantidade de matéria

Volume molar

É o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão), ou seja, na temperatura de 273K e 1 atm de pressão.

22,4L / mol

2.4.6 MISTURA DE GASES

A maior parte dos sistemas gasosos naturais encontra-se na forma de misturas, principalmente por possuírem miscibilidade, independente da proporção dos for-madores da mistura.

Pressão parcial

Conhecida como Lei de Dalton das pressões parciais.

A pressão de um sistema corresponde à soma das pressões exercidas pelos componentes da mistura

Como a massa de um gás ocupa um volume cons-tante, podemos relacionar a pressão total e parcial com a fração molar do respectivo gás.

Volume parcial

É o volume que o gás ocuparia sob a infl uência da pressão total da mistura ga-sosa e sob a mesma temperatura; é a Lei de Amagat.

PTotal = P1 + P2 + ...

P1 = PTotal . X1

VTotal = VA + VB + ... + VN

VA = XA . VT P . VT = nT . RT

nA

nTotalXA =


O volume parcial de cada gás da mistura corresponde proporcionalmente à quantidade de matéria do gás (número de mol), sendo uma relação do volume ocupado por um dos componentes e o volume total. Temos a mesma relação de sua fração molar (XA).

Cálculo de combustíveis gasosos

Quando uma combustão em que tanto os reagentes quanto os produtos de uma reação encontram-se em seu estado gasoso, temos maior facilidade para calcular por meio da estequiometria em volume, utilizando a equação dos gases perfeitos.

2.4.7 DENSIDADE DOS GASES, DIFUSÃO E EFUSÃO DE GASES

DENSIDADE ABSOLUTA

A densidade absoluta de um gás é o quociente entre a massa e o volume des-se gás, avaliado segundo a sua temperatura e pressão. Podemos deduzir a densi-dade absoluta de um gás aplicando a equação de estado dos gases ideais:

P1 . V1 P2 . V2T1 T2

=

A combustão do gás propano obedece à estequiometria da reação para as mesmas condições de temperatura e pressão.

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O

Nesta reação, as proporções molares 1:5 e 3:4 não depen-dem das condições de temperatura e pressão, pois utilizam a unidade química de quantidade de matéria (mol), ou seja, está diretamente relacionada a sua massa.

mMM

P . V = R . Tou

Onde:

P = Pressão

V = Volume

m = massa

R = Constante do gás

T = Temperatura

MM = Massa molecular

n = Número de real

P . V = n . R . T

VOCÊSABIA?


Em termos gerais, sendo a densidade a razão entre a massa e seu volume, temos:

PMRT

mV

=

Onde:

P = Pressão


m = massa em gramas

R = Constante dos gases

T = Temperatura

V = Volume

A unidade usada é g / L

DENSIDADE RELATIVA

É dada pela relação entre suas densidades absolutas.

DIFUSÃO E EFUSÃO DOS GASES

DifusãoMiscibilidade espontânea

EfusãoPassagem de um gás por

pequenos orifícios

Por meio de resultados experimentais, o físico inglês Graham, em 1928, estabe-leceu a seguinte relação matemática:

A velocidade de difusão e efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade

v1

v2 =

d2

d1

PMART

dA = PMBRT

dB =

dAdB

MAMB

=

dAdB

PMA/RTPMB/RT

=

Podemos concluir, por estas relações, que quanto maior for a massa molar de um gás, maior será sua densidade.

Onde:

P = Pressão

d = Densidade


R = Constante dos gases

T = Temperatura

Onde:

v = Velocidade

d = Densidade


Para a mesma pressão e temperatura, a relação entre as densidades de dois ga-ses é igual à relação entre suas massas molares.

SAIBA MAIS

No Brasil, o INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia tem como uma de suas competências:

Verificar a observância das normas técnicas e legais no que se refere às unidades de medidas, métodos de medição, medidas materializadas, instrumentos de medição e produtos pré-medidos

O INMETRO possui um laboratório de análise de gases e atua no desenvolvimento de novas metodologias analíticas para o processo de certificação de misturas gasosas a partir de padrões primários de referência (Padrões Primários de Misturas Gasosas – PPMG), trabalhando em linhas de pesquisa e ensaios de proficiência.

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Figura 41 – Página do INMETRO na internet

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Entre no site do INMETRO e faça sua pesquisa.

www.inmetro.gov.br


A QUÍMICA DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Todas as indústrias que trabalham com calor, utilizando a água como veículo na transferência de energia, dependem diretamente que os parâmetros químicos dessa água atendam a especifi cações que evitem problemas.

Esses problemas são: entupimento das tubulações de vazão, oxidação dos materiais metálicos dos equipamentos envolvidos no processo, condutividade elétrica e aumento ou redução descontrolada da condutividade gerada pelos equipamentos.

SUSTENTABILIDADE APLICADA

A água extraída em grandes campos petrolíferos durante muito tempo foi

desperdiçada, não sendo possível aproveitar as suas inúmeras aplicabilida-

des nos processos industriais. A reutilização da água, hoje, é uma realidade,

e seu aproveitamento na geração de vapor permite processos com melhor

resultado, principalmente quando usadas para retirar o óleo altamente vis-

coso dos depósitos rochosos onde o encontramos.

A qualidade da água usada nesses processos deve ser rigorosamente moni-

torada, a fi m de evitar problemas de incrustações provocados por sais inso-

lúveis formados principalmente por cálcio e magnésio e processos corrosi-

vos devido à condutividade da água, acidez e outros parâmetros que devem

ser controlados.

Mesmo exigindo formas de controle, o aproveitamento dessa água permi-

te uma diminuição signifi cativa do uso da água que possui parâmetros de

potabilidade (própria para consumo humano), o que gera benefícios para

toda a sociedade, de forma a contribuir no ciclo de sustentabilidade no qual

todos devem estar envolvidos com seu uso consciente de forma efi ciente,

permitindo um futuro digno com água de qualidade para todos.

Muitos estudos ainda são realizados para que seu aproveitamento possa ser

feito em outras áreas, como por exemplo na agricultura, dependendo da

avaliação completa de seu impacto sobre o ser humano, proporcionando

um consumo com qualidade e segurança.

CASOS E RELATOS


Esses problemas podem ocasionar acidentes perigosos em locais de trabalho como, plataformas de petróleo, indústrias de polímeros, entre outros.

Veja alguns exemplos de parâmetros de controle em água de processo em caldeiras e refrigeração:

Condutividade

Dureza

pH In-F

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Condutividade

Alguns íons, como os cloretos (Cl–) em solução aquosa, permitem o aumento do fl uxo de elétrons em solução, tornando a solução mais condutora e aumentan-do os processos, como os de corrosão.

Dureza

Também chamada de água dura. Este controle é efetuado verifi cando-se a re-dução de íons de cálcio e magnésio em solução. Estes são responsáveis pela for-mação de incrustações em tubulações, diminuindo a capacidade de fl uxo de e au-mentando o risco de explosão da caldeira em vale.

pH

O potencial hidrogeniônico (pH) é controlado evitando reações paralelas ou mesmo a solubilização dos metais que participam da instrumentação de análise e de processo. Outras importantes análises são efetuadas, como: alcalinidade, fosfa-tos, sílica entre outros, em que a compreensão desses parâmetros químicos pelo analista e pelo operador é de grande importância na redução dos riscos inerentes ao processo.

Plataformas de petróleo, refi narias e indústrias devem obrigatoriamente con-trolar a qualidade da água de seus processos. Isso evita acidentes que possam con-taminar o meio ambiente e gerar prejuízo para a sociedade.

Na página seguinte você vai encontrar o texto

RECAPITULANDO, sobre o capítulo que você

acabou de estudar.


Partículas negativas elétrons

Partículas positivas prótons

Partículas sem cargas nêutrons

Ligação iônica

Há transferência defi nitiva do elétron de um elemento para o outro.

Ligação covalente

Há o compartilhamento dos elétrons.

Ligação metálica

Os elementos metálicos possuem elétrons “soltos”, ou seja, “livres”.

Esta nuvem de elétrons mantém os átomos dos elementos metálicos uni-dos, formando assim a ligação metálica.

Balanceamento de reação

Balancear uma reação signifi ca equilibrar os coefi cientes de uma reação. A quantidade de um mesmo elemento no reagente deve ser igual no produto.

Reagente limitante

É o reagente que delimita a reação. É aquele que é consumido primeiro no processo.

Corrosão

A corrosão pode ser defi nida como uma deterioração dos metais provoca-da por uma reação de oxirredução.

Oxirredução

Reação em que há perda e ganho de elétrons.

Química orgânica

A Química Orgânica é a parte da Química que estuda os compostos do carbono. Os compostos orgânicos podem ser divididos em orgânicos naturais e sintéticos.

Alcanos

São os hidrocarbonetos mais encontrados no petróleo.

RECAPITULANDO

95

Anotações:

2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA

Na Química estudamos o amplo contexto das substâncias formadoras da mistura de hidro-carbonetos (petróleo), desde a origem de seus compostos aos diferentes processos químicos de menor ou maior complexidade, sendo aplicado como matéria-prima ou mesmo como produto acabado. Para compreender de forma adequada o comportamento químico das diversas subs-tâncias presentes no petróleo, sua origem, seu processo de refi no e sua utilização em processos industriais, faremos uma introdução à Química do Carbono. Inicialmente foi chamada de Quími-ca Orgânica, pois seus compostos eram inicialmente encontrados em organismos vivos.

Atualmente, mais de 9 milhões de substâncias orgânicas são conhecidas pelo homem, devi-do às inúmeras propriedades do carbono

Milhares de compostos orgânicos e inorgânicos apresentam o elemento carbono em suas es-truturas moleculares. É o composto mais abundante na atmosfera, sendo solúvel em água na for-ma de CO2, atuando no ciclo do carbono por difusão (troca da água do mar com a atmosfera).

Petróleo, gás e seus derivados

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3

Figura 42 – Ciclo do gás carbônico

Combustão

Petróleo

Difusão

Rochas sedimentares

AtmosferaFotosínteseCO2O2


3.1 GEOLOGIA DO PETRÓLEO

A aplicação conjunta dos procedimentos técnicos e científi cos da Geologia (ci-ência que estuda a Terra, sua composição, estrutura e propriedades físico-quími-cas) com técnicas diversas relacionadas à busca do petróleo e seus derivados per-mite o estudo de aspectos particulares relacionados à exploração dos diferentes tipos de petróleo associados à origem dos reservatórios.

As bacias sedimentares (depressões da superfície terrestre) evidenciam que o petróleo pode ter sido formado pela transformação da matéria orgânica prove-niente da superfície e depositada na forma de sedimentos em regiões onde não há a presença de oxigênio. Depois de milhares de anos após as reativações tectô-nicas ocorre a ascensão dos hidrocarbonetos, que, em presença de bactérias, in-teragem formando os diversos tipos de óleos (leves e pesados).

Nas atividades biológicas, os compostos orgânicos são quebrados, liberando CO2, que no processo de fotossíntese é convertido novamente em carbono (C) inorgânico. A decomposição e oxidação dos organismos vivos, quando soterrados, geram a formação de combustíveis fósseis (carvão ou petróleo), reinserindo-os no ciclo de formação do carbono.

Ciclos biogeoquimicos

Os processos naturais que envolvem diferentes substâncias químicas em processos físicos, químicos e biológicos permi-tem o equilíbrio da concentração deles na Terra e são fun-damentais para a compreensão do nosso meio ambiente, e levam o homem a ter uma interação sem prejuízo, respei-tando princípios de sustentabilidade. A água, o carbono, o oxigênio, o fósforo e outros elementos são exemplos de substâncias que participam desses processos naturais.

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Figura 43 – Representação de meio ambiente e sustentabilidade

VOCÊSABIA?

3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS 99

Confi ra os principais aspectos avaliados em bacias sedimentares para exploração do petróleoRocha reservatório ou rocha fonteLocal de acúmulo formado por rochas porosas e permeáveis, permitindo sua extração.

Selo ou rocha selanteUnidade de baixa permeabilidade, que impede o fl uxo de hidrocarbonetos da rocha reservatório.

TrapaJustaposição entre a rocha reservatório e a rocha selante que impede a fuga do hidrocarboneto do reservatório de origem (característica estrutural).

TempoCronologia e histórico do processo.

MaturaçãoAvaliação histórica termal da rocha fonte, cronologia da geração e expulsão dos hidrocarbonetos existentes.

MigraçãoEstudo do movimento dos hidrocarbonetos na rocha fonte para uma área em particular.

Todas as características físicas de um reservatório são de fundamental importân-cia na exploração dos hidrocarbonetos existentes. Elas permitem maior controle dos aspectos econômicos da exploração e principalmente avaliam os riscos ambientais inerentes ao processo, o que permite prever possíveis danos e minimizá-los. A Figu-ra 52 mostra que a Geologia estudada exige diferentes formas de trabalhar a ex-tração de petróleo para um melhor aproveitamento.

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Figura 44 – Opções de armazenamento do petróleo e gás

32

41 5

1 Reservatório esgotado de petróleo e gás

2 Uso forçado de gás carbônico na recuperação de petróleo e gás

3 Formação de salinas profundas – off shore

4 Formação de salinas profundas – onshore

5 Uso de gás carbônico na maior recuperação de metano em leito de carvão

Petróleo ou gás produzido

Injeção de gás carbônico

Armazenamento de gás carbônico


3.2 COMPOSIÇÃO DO PETRÓLEO

É um líquido escuro de composição indefi nida, em que a mistura de hidrocar-bonetos está mais associada à sua formação geológica. Quimicamente constitui--se de uma mistura de de compostos orgânicos (principalmente alcanos de cadeia linear), alifáticos, alicíclicos e aromáticos. Podemos expressar sua composição a partir dos elementos que são obtidos em sua destilação ou fracionamento. Outras composições menores também podem ser encontradas, como enxofre, nitrogê-nio, oxigênio e metais. A Tabela 1 mostra a composição média do petróleo cru tí-pico em teor percentual com os elementos químicos correspondentes.

Tabela 2 – Composição química do petróleo

Hidrogênio

Enxofre

Oxigênio

11-14%

0,06-8%

0,1-2%

83-87%

0,11-1,7%

até 0,3%

Carbono

Nitrogênio

Metais (Fe, Ni, V, entre outro)

PRINCIPAIS COMPONENTES DO ÓLEO BRUTO

Parafi nas

Hidrocarbonetos lineares ou ramifi cados, de fórmula geral Cn H2n + 2, geralmen-te com até 20 átomos de carbono.

Exemplo

Metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, hexano, heptano, n-oc-tano, iso-octano, entre outros.

Apresentam-se no estado líquido ou gasoso, de acordo com a temperatura.

Cicloalcanos

Hidrocarbonetos saturados de cadeia fechada mas sem ligações duplas (CnH2n) e com um ou mais anéis por molécula.

Exemplo

Ciclopentano; metilciclopentano; ciclohexano; metilciclohexano, entre outros.

Estes compostos são normalmente líquidos.

Aromáticos

Hidrocarbonetos que apresentam anel aromático de seis carbonos com liga-ções duplas alternadas, podendo possuir mais de um anel na formação de seus compostos.

Fonte: Fundamentos do Refi no de Petróleo – Tecnologia e Economia.


Exemplo

Benzeno, tolueno, xileno, naftaleno etc. Estes compostos são normalmente lí-quidos à temperatura ambiente.

Alquenos

Hidrocarbonetos lineares ou ramifi cados com ligações duplas (CnH2n).

Exemplo

Etileno, buteno, isobuteno, entre outros.

Estes compostos podem ser gases ou líquidos. Os alquenos raramente estão presentes no petróleo bruto, mas surgem durante o processo de refi nação.

Resinas e asfaltenos

Substâncias de peso molecular elevado, não relacionadas com qualquer classe defi nida de compostos orgânicos, conhecidas como resinas (gomas), asfaltenos, carbenos e carboides. Nelas estão presentes, além do carbono e hidrogênio, o oxi-gênio e o enxofre.

Em alguns casos, aparecem nitrogênio e metais. Os asfaltenos pertencem à fra-ção de compostos mais pesados e polares de óleos crus. São complexos conten-do inúmeros grupos funcionais diferentes, estruturas moleculares e massa mole-cular relativamente elevada.

Figura 45 – Esquema simplifi cado dos componentes dos óleos brutos

ALIFÁTICOS

25%

C1 – C60

METÁLICOS

< 100ppm

AROMÁTICOS

17%

(C6 – C5)1

NAFTENOS

50%

Cicloalcanos

SULFURADOS

< 8%

SH

S

NITROGENADOS

< 1%

NH

OXIGENADOS

< 3%

O

CO OH

ÓLEO CRU

HIDROCARBONETOS OUTROS COMPOSTOSIn

-Fól

io/C

ris M

arce

la


CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO

O petróleo está diretamente relacionado à sua rocha reservatória, ou seja, às condições geológicas de sua formação, que permitem esta classifi cação:

Petróleo de base parafínica

Petróleo de base naftênica

Petróleo de base aromática

A diferença entre estes óleos é perceptível durante o processo de destilação. O petróleo de base parafínica apresenta, como resíduo, substâncias ceráceas con-tendo principalmente elementos da série parafínica. tO petróleo de base naftêni-ca apresenta resíduo asfáltico. O petróleo aromático apresenta, em seus compo-nentes, derivados da cadeia do benzeno.

O Instituto Americano do Petróleo (API, do inglês American Petroleum Institu-te) classifi ca os óleos crus baseado em sua densidade. Atualmente essa classifi ca-ção também é empregada no Brasil com a fi nalidade de defi nir parâmetros de qua-lidade para o respectivo óleo.

A característica do petróleo em função da gravidade API é defi nida por graus, conforme a Tabela 3:

Tabela 3 – Classifi cação de grau API

Faixa API Descrição Viscosidade Cor Componentes

0º – 22,3º

22,3º – 31,3º

31,3º – 47º

PESADO

MÉDIO

LEVE

Extrema

Média

Fluido

Escuro

Marrom

Amarelo claro

Asfalto

Gasolina e diesel

Condensado/

gasolina

Fatores que podem afetar o ºAPI do petróleo

Idade geológica das rochas terciárias de origem do óleo

Profundidade dos reservatórios

Teor de enxofre

Tectonismo (tensões nas camadas geológicas)

Salinidade dos poços de origem


3.3 DERIVADOS DO PETRÓLEO E GÁS

Após a extração e transporte, o petróleo passa por um processo de separação e purifi cação de seus componentes, chamado de refi no. O óleo bruto, após aque-cimento (forno), começa a desprender vapores, que se elevam da base (área mais quente) para o alto da torre de destilação (área mais fria). A condensação em pra-tos correspondentes permite a separação de forma específi ca de seus componen-tes. Observe a Figura 47.

Figura 46 – Percentual dos componentes do óleo cru

Figura 47 – Representação da torre de destilação

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Naftenos – 50%

Aromáticos – 7%

Asfálticos – 8%

Outros – 10%

Saturados – 25%

GásPetróleo

Retorta

Forno

Nafta

Gasolina

Querosene

Óleo diesel

Óleo lubrifi cante

Óleo combustível

Asfalto

Um óleo cru com uma gravidade API de 35º pode ter esta composição:


A composição do óleo, como escrito anteriormente, pode variar signifi cativa-mente, o que irá impor sistemas complexos com múltiplas operações até a forma-ção dos produtos fi nais, que são:

Combustíveis

Gasolina, GLP, querosene e outros.

Produtos acabados não combustíveis

Solventes, lubrifi cantes, graxas, asfalto e coque (para produção de ferro-gusa).

Intermediários da indústria química

Nafta, etano, propano, butano, etileno, propileno, butilenos, butadieno e BTX (benzeno, tolueno e xileno).

Algumas operações realizadas pelas refi narias de petróleo, para obtenção dos produtos fi nais são:

Topping

Destilação fracionada.

Craqueamento

É a quebra de frações mais pesadas (moléculas maiores) do petróleo. Este pro-cesso é realizado com o uso de calor e/ou catalisadores para melhor aproveitamen-to fi nal dos produtos formados.

Combinação de hidrocarbonetos

O processo envolve duas ou mais moléculas para a formação de uma molécu-la maior, como por exemplo combinar dois combustíveis gasosos com o propósi-to de produzir um combustível líquido.

Exemplo

Produção de gasolina de alta octanagem.

Rearranjo de hidrocarbonetos (reforming)

Altera a estrutura da molécula original sem modifi car o número de átomos de carbono da molécula, modifi cando, portanto, suas propriedades físicas e químicas (formação de isômeros).

Tratamento e blending

Remoção de substâncias indesejaveis na formação do produto fi nal, como en-xofre, nitrogênio, metais pesados e outras impurezas. O blending corresponde à última etapa do tratamento, em que pode ocorrer a recuperação de parte do que foi removido (mistura a formulação do produto), permitindo que o produto aten-da as especifi cações desejadas.


3.4 INDÚSTRIA DO PETRÓLEO (PRODUTOS DE PRIMEIRA, SEGUNDA E TERCEIRA GERAÇÃO)

Os produtos fi nais gerados pelas refi narias de petróleo servem de matéria-pri-ma para o segmentos indústriais e são organizados em produtos de primeira, se-gunda e terceira geração, de acordo com o destino ou fi nalidade.

INDÚSTRIAS DE PRIMEIRA GERAÇÃO

Correspondem às indústrias petroquímicas básicas, também denominados de “craqueadores”. Essas empresas compram a nafta da Petrobras para fabricar pro-dutos petroquímicos básicos, utilizados no segmento industrial.

Exemplos

Olefi nas, principalmente eteno, propeno e butadieno

Aromáticos, tais como benzeno, tolueno e xilenos

INDÚSTRIAS DE SEGUNDA GERAÇÃO

Estas empresas processam os produtos petroquímicos básicos, gerando produtos intermediários utilizados como matérias-primas na fabricação de plásticos e borrachas.

Exemplos

Polietileno, poliestireno e EDC/PVC (produzidos a partir do eteno)

Polipropileno e acrilonitrila (produzidos a partir do propeno)

Cumeno e etilbenzeno (produzidos a partir do benzeno)

Polibutadieno (produzido a partir do butadieno)

Estes produtos intermediários são feitos na forma sólida (placas ou em pó) e transportados para as indústrias de terceira geração.

INDÚSTRIAS DE TERCEIRA GERAÇÃO

Também chamados de transformadores, pois a partir da matéria-prima produ-zida pelas indústria de segunda geração a sua aplicabilidade torna-se diretamen-te voltada para o consumidor fi nal, na forma de utensílios como materiais de em-balagem, garrafas, tintas, autopeças, brinquedos e bens de consumo eletrônico.


Exemplos

Plásticos (produzidos a partir de polietileno, polipropileno e PVC

Fibras acrílicas (produzidas a partir de acrilonitrila)

Náilon (produzido a partir de fenol, no Brasil)

Elastômeros (produzidos a partir de butadieno)

Embalagens descartáveis (produzidas a partir de poliestireno e polipropileno)

Figura 48 – Representação esquemática das indústrias petrolíferas

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PRIMEIRA GERAÇÃO

PRIMEIRA GERAÇÃO

Propeno

Butadieno

Gasolina automotiva

Borracha de estireno Butadieno

Látex – SBR

ABS

DMT

Ácido tereftálico

PET

Filmes, embalagens, garrafas, utensílios

domésticos, fi os e cabos

Tubos, conexões, fi lmes, calçados, frascos, fi os e cabos

Autopeças, sacarias e embalagens

Borrachas, papel e celulose, auxiliar têxtil, calçados

Eletrônicos e embalagens

Fibras sintéticas e borrachas para automóveis,

eletroeletrônicos e telefones

Embalagens e fi bras têxteis de poliéster

SEGUNDA GERAÇÃO

SEGUNDA GERAÇÃO

TERCEIRA GERAÇÃO

TERCEIRA GERAÇÃO

Nafta/Gás Petroquímicos básicos Resinas/Outros

PetróleoNafta

Gás natural Etano Eteno

Paraxileno

Polietileno

Dicloretano/PVC

Polioropileno

Etilbenzeno PoliestirenoBenzeno

Cloro

Buteno

Estireno

Refinaria Petroquímico básico

Resinas Transformadores


APLICAÇÕES DO OURO NEGRO

É comum imaginar que algo dourado tenha seu valor na própria palavra,

ou seja, possui brilho; realmente as inúmeras aplicações do petróleo em

diversos materiais contribuem com a qualidade que vivemos em nosso dia

a dia. Na prática, o petróleo, ao prover inúmeros combustíveis que são usa-

dos, seja na produção de eletricidade (Furnas), nos veículos automotivos,

nas indústrias de polímeros e em outros segmentos, mostra que seu valor

está além das percepções de um líquido escuro e viscoso, mas promove

com brilhantismo os processos tecnológicos que melhoram a vida em so-

ciedade.

Os mais diversos segmentos industriais utilizam o petróleo como matéria-

-prima, sendo, portanto, um recurso mineral imprescindível para a socie-

dade por sua excelência.

As indústrias de primeira, segunda e terceira geração de petróleo envolvem

diversos processos físicos e químicos que concorrem para a melhoria da vi-

da em sociedade.

As evoluções tecnológicas permitem o aprimoramento das técnicas utiliza-

das, diminuindo custos e seus impactos no meio ambiente. A mistura de

compostos orgânicos presentes no ouro negro nos fornece uma grande de-

manda de possibilidades na criação de novos produtos, necessitando, por-

tanto, de pesquisa e desenvolvimento, gerando uma crescente necessida-

de de formação de profi ssionais qualifi cados para as diversas áreas analíti-

cas de produção e de qualidade.

CASOS E RELATOS

Na página seguinte você vai encontrar o texto

RECAPITULANDO sobre o capítulo PETRÓLEO, GÁS E SEUS DEVIRADOS.

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COMPONENTES DO ÓLEO BRUTO

Parafi nas

Hidrocarbonetos lineares ou ramifi cados, de fórmula geral CnH2n + 2 , geral-mente com até 20 átomos de carbono.

Cicloalcanos

Hidrocarbonetos saturados de cadeia fechada mas sem ligações duplas (CnH2n) e com um ou mais anéis por molécula.

Aromáticos

Hidrocarbonetos que apresentam anel aromático de seis carbonos com li-gações duplas alternadas, podendo possuir mais de um anel na formação de seus compostos.

Alquenos

Hidrocarbonetos lineares ou ramifi cados com ligações duplas (CnH2n).

Exemplo

Etileno, buteno, isobuteno, entre outros.

Resinas e asfaltenos

Substâncias de peso molecular elevado, que não são relacionadas com qual-quer classe defi nida de compostos orgânicos; conhecidas como resinas (go-mas), asfaltenos, carbenos e carboides.

Petróleo de base aromática

A diferença entre estes óleos é perceptível durante o processo de destilação, em que os petróleos de base parafínica apresentam, como resíduo, substân-cias ceráceas contendo principalmente elementos da série parafínica.

O petróleo naftênico apresenta resíduo asfáltico.

O petróleo aromático apresenta, em seus componentes, derivados da ca-deia do benzeno.

RECAPITULANDO

109

Anotações:

3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS

O emprego de normas técnicas para amostragem e conservação permite evidenciar o tempo necessário para estocar adequadamente, não modifi cando suas características que representam a composição da totalidade na área ou do tanque amostrado. Veja as normas mais utilizadas:

ABNT NBR-5725Guia para inspeção por amostragem no controle e certifi cação de qualidade

ABNT NBR-5726Plano de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos

ABNT NBR-5727Norma de utilização da norma NBR-5726

ABNT NBR-5728Procedimentos estatísticos para determinação de validade de inspeção por atributos feita

pelos fornecedores

ABNT NBR-10007Amostragem de resíduos sólidos

Técnicas de amostragem e conservação

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Figura 49 – Normas técnicas são as bases para auxiliar a amostragem e conservação


ABNT NBR-14883Petróleo e produtos de petróleo – Amostragem manual

Portaria ANP nº 238Regulamento técnico que estabelece os procedimentos para a coleta de amos-

tras de rocha e de fl uidos de poços perfurados pelos operadores nas bacias sedi-mentares brasileiras.

De acordo com essas normas citadas, vários fatores devem ser considerados para que tenhamos amostras representativas:

Ensaios analíticos a serem realizados.

Tipos de recipientes de amostra a serem utilizados.

Instruções específi cas para materiais especiais a serem amostrados.

4.1 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO DE AMOSTRA PARA A ÁREA DE PETRÓLEO E GÁS

Para compreender os procedimentos adotados pelas indústrias da cadeia petro-química, algumas terminologias são essenciais para compreensão do manual dos equi-pamentos utilizados e as normas técnicas que se aplicam a esses equipamentos.

Amostragem

Operações realizadas com o objetivo de obter uma pequena porção (amostra) que represente toda composição produzida (lote).

Amostra analítica

Pequena porção do material objeto da análise química que representa a com-posição média qualitativa e/ou quantitativa do lote.

Analito

Espécie química identifi cada durante procedimento analítico (cálcio, por exem-plo) presente em amostra de água para determinação de dureza.

Emulsão

Mistura óleo/água que não se separa facilmente.

Alíquota

Porção de amostra coletada a partir de recipiente primário ou intermediário pa-ra análise. Entende-se por recipientes primários de amostra os frascos de vidro e plástico, latas, amostrador de alçapão e receptores de amostras fi xos e portáteis.

4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO 113

Sinal analítico (ou sinal)

Resposta instrumental gerada de forma amplifi cada sobre as propriedades ana-lisadas (absorbância, intensidade de emissão etc.)

Matriz

Engloba todos os constituintes de amostra. Logo, além do analito a matriz con-tém os outros componentes chamados “concomitantes”.

Sensibilidade

Capacidade de um instrumento em distinguir pequenas diferenças na concen-tração de um analito.

Limite de detecção

É o menor nível de concentração (ou quantidade) de analito detectável por um instrumento.

Seletividade

Refere-se ao quão um método analítico está livre de interferências de outras espécies presentes na matriz.

Uma amostra pode ser considerada uma porção ou parte de uma população de interesse, e sua retirada está diretamente relacionada à necessidade de controle estatístico de processos; portanto, a amostra deverá ser representativa do processo em estudo.

Figura 50 – Representação proporcional de uma amostra

População

Amostra

Amostragem

In-F

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/Cris

Mar

cela


A aparelhagem adotada na coleta de amostra possui variedade de formas, ta-manhos e materiais. Por esse motivo, o produto a ser coletado deverá ser conhe-cido, para garantir que não haverá interação do referido produto com o recipien-te de coleta.

Outra prática adotada pelas indústrias de petróleo e gás no momento da cole-ta da amostra é a de não exceder em 80% do volume total do recipiente, a fi m de permitir a expansão térmica do material coletado e facilitar sua homogeneização.

Algumas instruções especiais descritas na NBR 14883 (Petróleo e produtos de petróleo – Amostragem manual) diminuem os erros de coleta, quando referem-se a materiais como petróleo e óleos combustíveis residuais:

1. Não retirar amostra próximo ao fundo do tanque. Ali a concentração de água livre é maior, não permitindo uma avaliação correta dessa concentração.

2. Não retirar amostra em interfaces emulcionadas ou em formação de borras.

3. Recomenda-se retirar amostras durante transferências de tanques quando houver a concordância entre as partes envolvidas no processo.

4. Amostras voláteis ou sensíveis à luz devem ser protegidas, de forma a garan-tir a estabilidade durante o processo de análise.

Exemplo

Utilização de vidro âmbar ou envolvidos com material opaco.

Figura 51 – Exemplo de recipientes de coleta de amostras

O laboratório, ao receber as amostras, deve manter a integridade e conservação delas, resfriando as amostras voláteis antes de serem abertas.

In-F

ólio

/Jos

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Mar

tins


4.1.1 MEDIDAS DE CENTRALIZAÇÃO

Quando avaliamos estatisticamente uma amostra, percebemos que muitos va-lores tendem a concentrar-se onde valores intermediários apresentam frequência maiores do que os valores extremos.

Algumas medidas de centralização muito usadas em planos de amostragem são:

Média

É a soma dos valores amostrados dividido pelo número total de termos:

Onde:

X – Média dos valores

�X – Somatório dos valores

n – Número de termos

X = �Xn

Mediana

É a medida central, quando os termos são colocados em ordem crescente de valores. No caso de a quantidade dos termos ser ímpar, a mediana será o valor cen-tral. Quando o número de termos for par, a mediana será a soma dos dois valores centrais dividido por 2.

Onde:

X – Mediana dos valores

n – Número de termos

X = n2

Par: X = n + 1

2

Ímpar:

Moda

É o valor mais frequente disponibilizado em uma amostra.

4.1.2 MEDIDAS DE DISPERSÃO

São medidas que localizam as sensíveis diferenças que ocorrem entre os pró-prios valores. Demonstram a variabilidade da distribuição. São medidas estatísti-cas de dispersão adotadas em amostragem para o controle de processos:

Amplitude (R)

É a diferença entre o maior e o menor valor medido em uma amostra.


Variança (s)

Variável aleatória de medida da dispersão estatística, indicando o distanciamen-to que determinados valores possuem do valor esperado.

Desvio padrão (σ)

É o índice de variabilidade entre os termos da amostra.

s = �(X – X)2

n – 1

σ = �(X – X)2

n – 1

4.1.3 DISTRIBUIÇÃO NORMAL

É uma das mais importantes ferramentas estatísticas de aplicação da probabi-lidade usando dados amostrados que fazem referência a medidas de centraliza-ção e de dispersão. Sua importância está relacionada à compreensão do compor-tamento da Curva de Gauss (ou Curva de Sino) frente aos diferentes valores numé-ricos que se afastam da média.

A proporção de área sob a curva entre esses dois valores é a probabilidade de que o referido valor seja encontrado dentro dos intervalos. Cada curva de distri-buição normal é caracterizada pelos parâmetros μ (média) e σ (desvio padrão).

Percentual do grupo

99,7%

95,4%

68,3%

34,1%

13,6% 13,6% 2,1%2,1%

55 85 115 14570 100 130

34,1%

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

Figura 52 – Curva de distribuição normal


Com a finalidade de padronizar uma metodologia que transforme qualquer distribuição normal N(μ, σ) em um único tipo de função, caracte-rizada por ter média μ = 0 e desvio pa-drão σ = 1, aplicamos a chamada fun-ção de distribuição normal reduzida.

As probabilidades resultantes da integração da função f(z) estão cal-culadas e apresentadas na Tabela 4, onde Z é o valor do escore desejado (área resultante da média até o inter-valo desejado).

In-F

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/Cris

Mar

cela

X1 X2μFigura 53 – Curva de distribuição normal

Z = X – μ

σ

Tabela 4 – Referência para avaliação da área compreendida pela curva normal reduzida N(0;1), de 0 a z*)

0,00 0,040,02 0,06 0,080,01 0,050,03 0,07 0,09

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,22,32,42,52,62,72,82,93,0

0,00000,03980,07930,11790,15540,19150,22570,25800,28810,31590,34130,36430,38490,40320,41920,43320,44520,45540,46410,47130,47720,48210,48610,48930,49181,49380,49530,49650,49740,49810,4987

0,01600,05570,948

0,13310,17000,20540,23890,27040,29950,32640,35080,37290,39250,40990,42510,43820,44950,591

0,46710,47380,47930,48380,48750,49040,49270,49450,49590,49690,49770,49840,4988

0,00800,04780,08710,12550,16280,19850,23240,26420,29390,32120,34610,36860,38880,40660,42220,43570,44740,45730,46560,47260,47830,48300,48680,48980,49220,49410,49560,49670,49760,49820,4987

0,02390,06360,10260,14060,17720,21230,24540,27640,30510,33150,35540,37700,39620,41310,42790,44060,45150,46080,46860,47500,48030,48460,48810,49090,49310,49480,49610,49710,49790,49850,4989

0,03190,07140,11030,14800,18440,21900,25170,28230,31060,33650,35990,38100,39970,41620,43060,44290,45350,46250,46990,47610,48120,48540,48870,49130,49340,49510,49630,49730,49800,49860,4990

0,00400,04380,08320,12170,15910,19500,22910,26110,29100,31860,34380,36650,38690,40490,42070,43450,44630,45640,46490,47190,47780,48260,48640,48960,49200,49400,49550,49660,49750,49820,4987

0,01990,05960,09870,13680,17360,20880,24220,27340,30230,32890,35310,37490,39440,41150,42650,43940,45050,45990,46780,47440,47980,48420,48780,49060,49290,49460,49300,49700,49780,49840,4989

0,01200,05170,09100,12930,16640,20190,23570,26730,29670,32380,34850,37080,39070,40820,42360,43700,44840,45820,46640,47320,47880,48340,48710,49010,49250,49430,49570,48680,49770,49830,4988

0,02790,06750,10640,14430,18080,21570,24860,27940,30780,33400,35770,37900,39800,41470,42920,44180,45250,46160,46930,47560,48080,48500,48840,49110,49320,49490,49620,49720,49790,49850,4989

0,03590,07530,11410,15170,18790,22240,25490,28520,31330,33890,36210,38300,40150,41770,43190,44410,45450,46330,47060,47670,48170,48570,48900,49160,49360,49520,49640,49740,49810,49860,4990


EXEMPLOS APLICADOS AO CONTROLE DE PROCESSOS POR AMOSTRAGEM

Exemplo 1

O rendimento, em óleo, de algumas espécies de oleaginosas com potencial pa-ra a produção de biodiesel é apresentado na tabela abaixo.

Solução

Moda é o valor que ocorre com maior frequência. Logo, a moda é o valor 0,80.

Mediana é o número central (ou a média aritmética dos dois números centrais) de um determinado conjunto de números colocados em ordem crescente. Observe que 0,80 e 0,90 são os valores centrais. Assim, a mediana é (0,80 + 0,90) / 2 = 0,85.

Média é a soma de todos os termos amostrados, divididos pelo número de ter-mos: (0,60 + 0,80 +0,80 + 0,90 + 1,00 + 1,50) / 6 = 0,933 t/ha

Exemplo 2

A duração de um certo componente eletrônico tem média de 850 dias e des-vio padrão de 40 dias. Sabendo que a duração é normalmente distribuída, calcu-le a probabilidade de esse componente durar:

Z1 = = = –3,75X – XS

700 – 85040

X = 850

P (–3,75 < Z < 3,75) = P (–3,75 < Z < 0) + P (0 < Z < 3,75) =

= P (0 < Z < 3,75) + P (0 < Z < 3,75) = 0,4990 + 0,4990 = 0,998 ou 99,98%

S = 40

–3,75 < Z < 3,75

a) Entre 700 e 1.000 dias

700 X 1.000

Z2 = = = 3,751.000 – 85040

X – XS

Espécie Rendimento em óleo (t/ha)

SojaBabaçuAmendoim ColzaMamonaGirassol

0,600,800,800,901,001,50

Determine, do conjunto de dados dessa tabela:

Moda

Mediana

Média

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


SEIS SIGMAS NO GERENCIAMENTO DOS PROCESSOS

Empresas de grande porte da área de petróleo de derivados e demais seg-mentos industriais possuem como ferramenta na gestão do desempenho e da variabilidade de processos o 6σ. A letra grega sigma (σ), matematicamente, corresponde ao desvio padrão de uma determinada população, facilitando a avaliação da qualidade de uma infinita gama de possibilidades de produtos, serviços e processos.

Z = = = –1,75X – XS

800 – 85040

P ( Z > –1,25) = P (–1,25 < Z < 0) + P (Z > 0) =

= P (0 < Z < 1,25) + P (Z > 0) = 0,3944 + 0,5 = 0,8944 ou 89,44%

b) Mais de 800 dias

X 850800

µ – 3σ µ + 3σµ – 2σ µ + 2σµ – σ µ + σµ

Podemos observar na Figura 54 que a partir do valor central (μ = média) os des-vios padrões correspondentes são 3 acima da média e 3 abaixo da média, permi-tindo a cobertura de uma área total do gráfi co de 99,74%. Dessa forma, quando temos limites de controle que correspondam à área do gráfi co entre os seis des-vios padrões (6σ), operacionalmente o processo encontra-se estável, atendendo, portanto, a parâmetros de qualidade.

Figura 54 – Curva normal X 6 sigmas

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


O emprego do seis sigmas pelas indústrias em geral corresponde apenas a uma das ferramentas utilizadas na gestão pela qualidade total. O emprego de gráficos de controle, histogramas, fluxogramas e outros facilitadores desempenha um importante papel nas decisões tomadas gelo gestor.Outros exemplos de ferramentas da qualidade são:

5sCinco passos dirigidos à simples organização do espaço

PDCAPlanejar, desenvolver, checar e aplicar

FluxogramasGráficos que demonstram a sequência operacional do desenvolvimento de um processo

ISOSignifica Organização Internacional para Normalização (International Organization for Standardization)

FOCO NA QUALIDADE ALGUMAS DAS PRINCIPAIS FERRAMENTAS DE GESTÃO DIRECIONADAS PELO SEIS SIGMAS

Mapeamento de processos

Elaboração de fl uxogramas para identifi car os parâmetros críticos do processo, ciclos de retroalimentação e outras características que mostram a operação inefi -ciente ou efi ciente do processo.

Análise de sistemas de medição

Estabelece a capacidade de um sistema de medição na detecção de pequenas mudanças que infl uem no real desempenho de uma variável, possibilitando cali-bração de instrumentos ou até mesmo sua substituição.

Capabilidade de processos

Dimensiona a relação entre o desempenho de um processo e o desempenho esperado pelo cliente do processo.

Controle estatístico de processos (CEP)

Permite elaborar gráfi cos de controle no monitoramento de parâmetros críti-cos que norteiam a qualidade exigida pelo cliente e mantém o desempenho do processo, permitindo um ajuste muito mais preciso e seguro. Os parâmetros de controle também permitem a avaliação dos operadores em processo e o aponta-mento da necessidade de ajustes na variabilidade do processo.

VOCÊSABIA?


4.2 TÉCNICAS DE ANÁLISE PARA A ÁREA DE PETRÓLEO E GÁS

Os métodos analíticos utilizados por um laboratório de análise empregam mé-todos clássicos, como a gravimetria e a titulometria, ou métodos instrumentais, que fazem uso direto de equipamentos tecnológicos necessários à velocidade ine-rente aos sistemas de produção modernos. São os mais utilizados, pois permitem maior velocidade e precisão dos resultados, facilitando a gestão do processo em conformidade com a demanda de produção.

4.2.1 DENSIDADE

A determinação da massa específi ca e da densidade relativa de destilados de petróleo e óleos viscosos é abordada pela norma brasileira ABNT 14065:2006. Sua importância concentra-se na necessidade de identifi car a maior ou menor concen-tração de hidrocarbonetos com menor peso molecular.

Não confunda densidade relativa com ºAPI, pois a densi-dade relativa é avaliada em relação à densidade da água.A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade relativa.Quanto maior for a densidade relativa, menor será o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é mais leve.O aparelho mais utilizado para determinação de densida-de é o densímetro digital.

4.2.2 VISCOSIDADE

A difi culdade de escoamento de determinado óleo é avaliada pela sua viscosi-dade. As forças internas de atrito do fl uido em movimento no interior de uma tu-bulação demandam grande quantidade de energia.

Os aparelhos utilizados em suas determinações são os viscosímetros capilares e os viscosímeros rotativos.

Viscosímetros capilares

Medem a taxa de escoamento de um volume de fl uido através de um peque-no orifício a uma determinada temperatura.

Viscosímetros rotativos

São usados para a determinação da viscosidade dinâmica e medida a baixas temperaturas utilizando o torque em um eixo rotativo (agulha) para medir a resis-tência do fl uido ao escoamento.

VOCÊSABIA?


VOCÊSABIA?

4.2.3 POTENCIOMETRIA

A eletroanalítica compreende um grupo de métodos analíticos baseados nas pro-priedades elétricas das soluções. O método potenciométrico de análise baseia-se na medida do potencial de uma cela eletroquímica na variabilidade da corrente utilizada para detectar o ponto fi nal de titulações (titulações potenciométricas), ou para a de-terminação direta de um constituinte em uma amostra, por meio da medida do po-tencial de um eletrodo íon-seletivo; um equipamento simples, constituído de um ele-trodo de referência, um eletrodo indicador e um dispositivo para leitura do potencial.

O medidor de pH é de excepcional importância para controle da atividade do íon H+ em soluções, sendo comumente utilizados instrumentos com eletrodo de membrana de vidro, que é altamente seletivo e tem boa sensibilidade na de-tecção desse íon. Existem também outros tipos de eletrodos que podem detectar outras espécies iônicas e que também são utilizados.

4.2.4 CROMATOGRAFIA

É método físico-químico fundamentado na migração diferenciada dos compo-nentes químicos de uma amostra. As diferentes interações que ocorrem entre du-as fases imiscíveis (móvel e estacionária) permitem a separação de componentes, que são identifi cados por comparação com padrões previamente existentes. Apre-sentamos aqui uma ampla visão dos tipos de cromatografi as existentes.

O pH é uma variável de processo, portanto a correta calibra-ção do equipamento utilizado durante a análise é signifi cati-va. Permite avaliar processos corrosivos, o consumo de reagentes químicos e até mesmo a proporção de alguns componentes em análises quantitativas, como a titulação potenciométrica. A calibração permite uma medição confi á-vel, sendo fundamental no diagnóstico de todo o processo.

CROMATOGRAFIA

CENTRÍFUGACCD CP

PLANAR

CLÁSSICA CLAE CG CGAR

COLUNA

LÍQUIDA CSC GASOSA

In-F

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cela

CCD – Cromatografi a em camada delgada

CENTRÍFUGA – Chromatotron

CP – Cromatografi a em papel

CSC – Cromatografi a supercrítica

CLAE – Cromatografi a líquida de alta efi ciência

CG – Cromatografi a gasosa

CGAR – Cromatografi a gasosa de alta resolução


4.2.5 ESPECTROSCOPIA

As propriedades radiantes da luz servem de base na elaboração de métodos ana-líticos ópticos, que permitem análises quantitativas e qualitativas das substâncias. Atualmente, matéria e energia não são consideradas entidades distintas e, portan-to, correlacionam-se no aspecto relacionado a propriedades físicas e químicas.

LUZ VISÍVEL

A energia luminosa é caracterizada pela energia dos fótons que permitem a avaliação do comprimento de onda, frequência e velocidade de acordo com o meio de propagação; chamamos, portanto, a luz de onda eletromagnética.

INFRAVERMELHO

A caracterização do petróleo por espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) é utilizada com êxito na previsão de resultados relacionados às propriedades dos seus derivados como gasolina, diesel e até mesmo nos derivados do processo de craqueamento catalítico. Este tipo de equipamento, assim como na espectroscopia, também utiliza as propriedades das ondas eletromagnéticas, fugindo, no entanto, da faixa pertinente à luz visível, como podemos identifi car na Figura 55.

Figura 55 – Comprimento de onda eletromagnética

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


Esta técnica possui atrativos como:

Rapidez para obtenção dos resultados.

Método não destrutivo, mantendo a integridade da amostra e permitindo seu uso em outros tipos de ensaio.

Pode ser guardada de forma íntegra como testemunho dos valores encon-trados após análise ou mesmo ser usada em outros analisadores.

ULTRAVIOLETA

Este equipamento utiliza as mesmas propriedades dos equipamentos de es-pectroscopia anteriores. Trabalha com um comprimento de onda menor que os demais e isso permite maior gama de substâncias que podem ser analisadas, além de promover a desinfecção da amostra, o que evita erros devido ao crescimento microbiológico de interferentes analíticos.

4.3 INTERPRETAÇÃO DAS FICHAS DE INFORMAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS (FISPQ)

Os produtos químicos que são produzidos ou empregados de forma direta ou indireta na produção ou na análise de novos produtos devem obedecer às infor-mações referentes a proteção, segurança, saúde e meio ambiente descritas para cada produto químico. O documento de referência para a elaboração dessas fi chas é baseado na norma brasileira ABNT 14725-x (Produtos químicos – Informações sobre segurança, saúde e meio ambiente, Partes 1, 2, 3 e 4).

Essa é a ordem das informações de forma obrigatória:

1. Identifi cação do produto e da empresa

2. Identifi cação de perigos

3. Composição e informações sobre os ingredientes

4. Medidas de primeiros socorros

5. Medidas de combate a incêndio

6. Medidas de controle para derramamento ou vazamento

7. Manuseio e armazenamento


8. Controle de exposição e proteção individual

9. Propriedades físicas e químicas

10. Estabilidade e reatividade

11. Informações toxicológicas

12. Informações ecológicas

13. Considerações sobre tratamento e disposição

14. Informações sobre transporte

15. Regulamentações

16. Outras informações

Esta ultima seção deve fornecer qualquer outra informação que possa ser im-portante do ponto de vista da segurança, principalmente o uso de EPIs (equipa-mentos de proteção individual), saúde e meio ambiente.

4.4 BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO

Com o objetivo de proteger operadores, analistas, técnicos engenheiros e outros profi ssionais envolvidos diretamente na amostragem e/ou na determi-nação analítica de produtos realizados em laboratório físico, químico ou micro-biológico, as empresas adotam manuais e ministram cursos de forma regular, com a fi nalidade de padronizar os procedimentos que zelem pela segurança de todos envolvidos.

Alguns princípios gerais devem ser abordados para a compreensão de todos os trabalhadores envolvidos:

1. Alimentos e bebidas não podem ser consumidos no setor.

2. Equipamentos devem ser destinados apenas para seu propósito designado.

3. Os envolvidos no processo de análise devem conhecer as fi chas de seguran-ça dos produtos antes de manuseá-los (FISPQ), determinando causas de riscos po-tenciais e as precauções de segurança apropriadas antes de começar a utilizar no-vos equipamentos ou implantar novas técnicas no laboratório. Confi rmar se exis-tem condições e equipamentos de segurança sufi cientes para a implantação do novo procedimento.


4. Conhecer a localização e o uso correto dos equipamentos de segurança dis-poníveis.

5. Não proceder a vários eventos de forma concomitante, para que não ocor-ram riscos de acidente durante o processo analítico.

6. Certifi car-se de que todos estejam usando os equipamentos de segurança apropriados.

7. Assegurar-se de que todos os agentes estejam rotulados e estocados corre-tamente, identifi cando propriedades potencialmente perigosas, conforme exem-plos abaixo.

Figura 56 – Representações de periculosidade de substâncias químicas (NBR 14725)

Símbolo de perigo Denominação

Bomba explodindo

Chama

Chama sobre círculo

Cilindro de gás

Corrosão

Crânio e ossos cruzados

Ponto de exclamação

Perigoso à saúde

Meio ambiente

In-F

ólio

/Pau

la M

oura


8. Seguir os procedimentos de descarte adequados para cada reagente ou ma-terial de laboratório.

Consultar NBR 10004 (descarte de resíduos sólidos).

9. Nunca pipetar ou sugar diretamente com a boca materiais biológicos, peri-gosos, cáusticos, tóxicos, radioativos ou cancerígenos.

10. Proceder em conformidade com as normas técnicas vigentes, não permi-tindo a contaminação ambiental por uso indevido de materiais em excesso.

Verifi car se tem característica de: Corrosividade Infl amabilidade Toxicidade Reatividade

Resíduos classe 1 Perigoso

Resíduo não perigoso

NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

NÃO

SIM SIM

SIM

Resíduos com origem

desconhecida

Resíduos com origem conhecida

Consultar listagem 5

Consultar listagens 5 e 6

Analizar periculosidade

Avaliar características

de periculosidade

SIM

SIM

SIM

Contém substâncias da

listagem 4?

Tem alguma característica?

É perigoso?Existe razão

para considerar perigoso?

Está na listagem?

É produto ou subproduto fora de

especifi cações?

É resto de embalagem?

NÃO NÃO

SIM

In-F

ólio

/Cris

Mar

cela


QUALIDADE EM LABORATÓRIOS

Um sistema de qualidade em um laboratório é basicamente o fl uxo correto de informações que são utilizadas e geradas durante todo um processo de medição. O uso de ferramentas da gestão pela qualidade total, como o PDCA (planejar, de-senvolver, checar e agir), permitem uma correta relação entre o cumprimento das normas de qualidade ISO – 9000 e a dos Requisitos Gerais para Competência de Laboratórios de Ensaio e Calibração (ISO/IEC – 17025), que têm como principal ob-jetivo a acreditação de um laboratório, em que uma atestação de terceira parte, relacionada a um organismo de avaliação de conformidade, atesta formalmente ao laboratório sua competência para realizar tarefas específi cas.

A acreditação de laboratórios produz vantagens como:

Evidência da competência técnica

Aprimoramento das práticas laboratoriais

Reconhecimento e aceitação internacional de suas atividades

Conquista de novos mercados

A elaboração de procedimentos operacionais padronizados (POP), manuais de qualidade, registro dos resultados de medição permite a rastreabilidade de uma amostra avaliada em laboratório, descreve medidas globais que um laboratório deve utilizar para assegurar a qualidade em suas operações.

São objetivos da ISO/IEC-17025:

Atestar a competência dos laboratórios para realizar en-saios e/ou calibrações, estabele-cendo um padrão internacional e único de amostragem.

Facilitar a interpretação e a aplicação dos requisitos, evitan-do ao máximo opiniões diver-gentes e confl itantes.

Facilitar a forma de amostra-gem e desenvolvimento de novos métodos.

Estabelecer uma relação mais estreita, clara e sem ambiguida-de com a ISO 9001 e 9002.


REPRESENTATIVIDADE E AMOSTRAGEM

A conformidade que uma amostra possui ao relacioná-la com uma determi-nada população depende de inúmeros fatores, sendo de grande importân-cia os parâmetros de produção que permitem uma avaliação estatística do processo. Os critérios que são adotados para a aprovação de matérias-pri-mas ou produtos acabados dependem diretamente de fatores como arma-zenamento do material, da dinâmica do processo e fi nalmente da forma co-mo o mesmo é distribuído, chegando a seu destino fi nal.

Sem dúvida a amostragem que possa representar essa dinâmica deve ser elaborada de forma a diminuir ou até mesmo eliminar prováveis erros do processo, permitindo maior controle e confi abilidade dos resultados.

Todos os passos que direcionam uma análise confi ável possuem início na forma e na quantidade de amostra que é retirada de um determinado lote ou população. Os instrumentos analíticos de nada servem, assim como os procedimentos analíticos, se não forem aplicados a uma amostra signifi ca-tiva do todo. Ou seja, as avaliações estatísticas do processo permitem maior confi abilidade no resultado fi nal.

As perspectivas de segurança, como o uso de EPI e cuidados diferenciados com o tipo de amostra a ser coletado, também devem ser observados, per-mitindo uma interação durante todo o processo de avaliação.

CASOS E RELATOS

Na página seguinte você vai encontrar o texto RECAPITULANDO

sobre o capítulo TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO.

População

Amostra

Amostragem

Amostra

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A utilização de normas técnicas para amostragem e conservação de amos-tras permite evidenciar o tempo necessário para estocá-las adequadamen-te, não modifi cando suas características que representam a composição da totalidade na área ou tanque amostrado.

As propriedades radiantes da luz servem de base na elaboração de méto-dos analíticos ópticos, que permitem análises quantitativas e qualitativas das substâncias. Atualmente matéria e energia não são consideradas enti-dades distintas e, portanto, correlacionam-se no aspecto relacionado a pro-priedades físicas e químicas.

RECAPITULANDO

Anotações:


REFERÊNCIAS

ATKINS, Peter. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente.

BROWN, Lawrence S.; HOLME, Thomas A. Química geral aplicada à engenharia. Cengage, 2009.

RUSSEL, John B. Química geral. V. 1 e v. 2.

MINICURRÍCULO DOS AUTORES

GISELE TEIXEIRA SALEIRO

Graduada em Licenciatura em Química pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ri-beiro. Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais na mesma universidade, defendendo a dis-sertação intitulada Avaliação do processamento de cerâmica vermelha sob condições de queima rá-pida.

Na Universidade do Grande Rio – Unigranrio se formou em bacharel em Química Tecnológica. Como professora, leciona na área de educação profi ssional ligada à Química de Petróleo e Gás. Participou de diversos congressos na área de Química envolvendo a área ligada ao meio am-biente, com apresentação de trabalhos referentes a pesquisas realizadas durante a graduação e pós-graduação.

Atualmente é instrutora especialista do Senai na área de Petróleo e Gás no Centro de Referência em Automação e Simulação na cidade do Rio de Janeiro. Leciona disciplinas como Química Apli-cada, Tratamento de Água e Controle de Processos. Além disso, atua como professora universitá-ria na formação de engenheiros de petróleo, meio ambiente e químicos.

WILHERMYSON LIMA LEITE

Graduado em licenciatura e bacharelado em Química pela FTESM, iniciou seus estudos na área de Química com formação técnica no Ensino Médio. É especialista em Ensino de Ciências pelo Insti-tuto Federal do Rio de Janeiro. Ainda na graduação, iniciou sua carreira na indústria como técni-co em Química, supervisor de produção, analista químico de Controle de Qualidade e responsá-vel técnico, o que lhe garantiu experiência para posteriormente lecionar em escolas técnicas pro-fi ssionalizantes.

Atualmente é professor das redes estadual e particular de ensino médio e profi ssionalizante e, dentre essas instituições, destaque para o Senai, onde atua como instrutor especializado nas áre-as de Química Aplicada a Petróleo e Gás, Tratamento de Águas Industriais, Corrosão, Controle Es-tatístico de Processos e outras disciplinas correlatas.

SENAI – DEPARTAMENTO NACIONALUNIDADE DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA – UNIEP

Rolando Vargas VallejosGerente Executivo

Felipe Esteves MorgadoGerente Executivo Adjunto

Diana NeriCoordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros

i-ComunicaçãoProjeto Gráfi co

José Carlos MartinsDesign Educacional

Alexandre Rodrigues AlvesRevisão Ortográfi ca e Gramatical

Cris Marcela Paula MouraAndré Brito Ilustrações

Grafi ttoProdução Executiva

In-FólioProgramação Visual, Edição e Produção Editorial

SENAI – DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO DE JANEIRONÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA – NUCED

Luis Roberto ArrudaMarcela Gomes GeraldoCoordenação do Desenvolvimento dos Livros no Departamento Regional

Ana Beatriz Lima Guedes MonteiroCoordenação do Projeto

Gisele Teixeira SaleiroWilhermyson Lima Leite Elaboração

Cleber Magno do Sacramento Gisele Teixeira Saleiro Revisão Técnica

Biblioteca Artes Gráfi casNormalização

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