Química Ambiental Ana Cecília Bulhões Figueira Aula 4.
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Química Ambiental
Ana Cecília Bulhões Figueira
Aula 4
Sumário• Nomenclatura de ácidos e bases
• Solução tampão
• Reações ácido-base em águas naturais
• Reações de oxidação e redução – redox
• Agentes oxidantes e redutores
• Números de oxidação (nox)
• Reações redox em águas naturais2
Nomenclatura de Ácidos• Ácidos inorgânicos são representados pelo átomo
de H na frente do ânion correspondente.
• É formado pelo ânion ligado a um número de íons H+ suficientes para neutralizar sua carga formal.
HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4
Nomes dos ácidos relacionam-se aos nomes dos ânions que os dão origem.
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a) Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –eto, têm seus nomes formados:
ácido + nome do ânion + terminação –ídrico
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Nome do ânion Nome do ácido
Cl- íon cloreto HCl ácido clorídrico
Br- íon brometo HBr ácido bromídrico
S2- íon sulfeto H2S ácido sulfídrico
Nomenclatura de Ácidos
b) Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –ito ou –ato, têm seus nomes formados:
ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico
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Nome do ânion Nome do ácidoClO2
- íon clorito HClO2 ácido clorosoClO- íon hipoclorito HClO ácido hipoclorosoClO3
- íon clorato HClO3 ácido clóricoClO4
- íon perclorato HClO4 ácido perclórico
Nomenclatura de Ácidos
Nomenclatura de Bases Bases inorgânicas são formadas pelo ânion hidróxido (OH-).Nomes são dados por:ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion correspondente
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Fórmula química Nome da base
NaOH Hidróxido de sódio
KOH Hidróxido de potássio
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio
Mg(OH)2 Hidróxido de magnésio
Al(OH)3 Hidróxido de alumínio
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Ácidos e bases – Solução tampão• Solução que não apresenta variação de pH
quando uma pequena quantidade de ácido ou base é adicionada a ela.
• Solução tampão tem espécies ácidas que neutralizam os íons OH- e espécies básicas que neutralizam os íons H+.
HX(aq) H+(aq) + X-
(aq)
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Como preparar uma solução tampão?
• Adicionando base conjugada a um ácido fraco tampão ácido acético/acetato de sódio: H3C2OOH --- H3C2OONa
• Adicionando uma base fraca a seu ácido conjugado
amônia/cloreto de amônio: NH3 --- NH4Cl
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Águas naturais contêm CO2 dissolvido e seus ânions derivados:
CO32-, base moderadamente forte
HCO3-, ácido conjugado fraco
além de cátions: Ca2+ e Mg2+
O pH dessas águas naturais raramente é exatamente igual a 7,0.
Reações ácido-base em águas naturais
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O Sistema CO2/CarbonatoAo dissolver-se na água, o CO2(g) origina o ácido carbônico <H2CO3>:
CO2(g) + H2O(l) <H2CO3(aq)> (1)
O ácido carbônico dissocia-se em meio aquoso formando o íon bicarbonato, HCO3
- e íon H+:
H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3
-(aq)
(2)
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Por outro lado, as rochas calcárias fornecem o íon carbonato CO3
2-:
CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO3
2-(aq) (3)
O carbonato reage com H2O liberando OH-:
CO32-
(aq) + H2O(l) HCO3-(aq) + OH-
(aq) (4)
O Sistema CO2/Carbonato
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As espécies H+ e OH- neutralizam-se, controlando o pH das águas naturais:
O Sistema CO2/Carbonato
Ocorrem em inúmeras ocasiões: meio fisiológico, industrial ou no ambiente.
Caracterizam-se pela transferência de elétrons entre as substâncias.
Processos de oxidação: perda de elétrons. Processos de redução: ganho de elétrons.
Átomo oxidado transfere e- a um átomo reduzido
Reações de Oxidação-Redução (Redox)
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Como reconhecer as reações redox?
Através do número de oxidação (nox)
Em processos de Oxidação: corresponde a um aumento no número de oxidação (perda de elétrons);
Em processos de Redução: corresponde a uma diminuição no número de oxidação (ganho de elétrons);
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
Como atribuir números de oxidação?
O número de oxidação (nox) de um elemento não combinado com outros elementos é 0 (estado fundamental).
A soma dos números de oxidação (nox) de todos os átomos em uma espécie é igual à sua carga total.
Para os demais elementos, usam-se regras
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
Regras práticas:
1.O número de oxidação do hidrogênio (H) é +1, quando combinado com não-metais e -1 em combinação com metais.
2.Os números de oxidação dos elementos dos Grupos 1 e 2 são iguais ao número de seu grupo.
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
3. O número de oxidação de todos os halogênios é -1, a menos que o halogênio esteja em combinação com o oxigênio ou outro halogênio mais alto no grupo.
4. O número de oxidação do oxigênio é -2 na maioria dos seus compostos. As exceções são os compostos com o hidrogênio e em certos metais como peróxidos (O2
2-), superóxidos (O2-) e ozonetos
(O3-).
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Reações de Oxidação-Redução (Redox)
Agentes oxidantes e redutores •Agente oxidante é a espécie que sofre redução (ganha elétrons – diminui nox).
•Agente redutor é a espécie que sofre oxidação (perde elétrons – aumenta nox).
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+
(aq) + Cu(s)
Ganha 2e- = reduz = agente oxidante
Perde 2e- = oxida = agente redutor
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Espécie nox
Zn(s) 0Zn2+
(aq) +2Cu2+
(aq) +2Cu(s) 0
Reações de Oxidação-Redução (Redox)
• As reações redox são importantes nas águas naturais
• São fundamentais na sobrevida dos organismos aquáticos
OXIGÊNIO DISSOLVIDO (O2diss)
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Reações de Redox em águas naturais
• O2 é o agente oxidante mais importante nas águas naturais;
• Quando reagem em meio aquoso, os átomos de O têm seu nox alterado de 0 a -2 (H2O e OH-):
O2 + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)
ou
O2 + 2H2O(l) + 4e- 4OH-(aq)
A concentração do O2 dissolvido em águas se dá por:O2(g) ↔ O2(aq)
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Reações de Redox em águas naturais
OXIGÊNIO DISSOLVIDO
•[O2] dissolvido é baixa (1,3.10-3 molL-1 atm-1);
•A solubilidade do O2 a 25°C é 8,7 miligramas por litro de água ( 8,7 ppm);
•Já a 0°C é 14,7 ppm > a 35°C é 7,0 ppm;
•Como os peixes necessitam de 5 ppm de O2 na água para manter-se vivos - sua sobrevivência em águas aquecidas pode ser problemática;
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Reações de Redox em águas naturais
DEMANDA DE OXIGÊNIO - DO •A substância mais oxidada pelo O2 dissolvido é a matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de animais).
•Supõe-se que a matéria orgânica seja em sua totalidade carboidrato polimerizado:
CH2O(aq) + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) carboidrato
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Reações de Redox em águas naturais
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO - DBO •A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada demanda bioquímica de oxigênio, DBO. •A DBO = quantidade de O2 consumida como resultado da oxidação da matéria orgânica.
• A DBO média para água superficial não poluída é de cerca de 0,7 miligramas de O2 por litro.
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Reações de Redox em águas naturais
Ensaio: Determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO5
•DBO5: quantidade de O2 necessária para oxidar a matéria orgânica degradada por ação bacteriana (5 dias a 20°C);
•Fornece dados sobre compostos biodegradáveis em efluentes domésticos e industriais;
MO + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) Micro-organismos
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Reações de Redox em águas naturais
DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO •Maneira mais rápida para medir a DO em água é através da DQO:
•A dissolução do íon dicromato (Cr2O72-) em H2SO4
forma um poderoso agente oxidante, que oxida a matéria orgânica (MO):
MO + Cr2O72-
(aq) + H+(aq) ↔ 2Cr3+
(aq) + CO2(aq) + H2O(l)
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Reações de Redox em águas naturais
DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO •Com a reação de DQO, estima-se a quantidade de Matéria Orgânica presente em uma amostra;
•Faz-se uso da relação entre consumo de íon dicromato (Cr2O7
2-) e O2 dissolvido 1 mol Cr2O72- =
1,5 mol O2
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Reações de Redox em águas naturais
COMPARAÇÃO ENTRE DBO E DQO
Demanda Bioquímica por O2
(DBO)Demanda Química por O2
(DQO)Parecida com processos naturais Diferente de processos naturais
Oxidação da MO via micro-organismos
Oxidação da MO via reagentes químicos
Cinco dias de análise RápidaPouca repetibilidade Melhor repetibilidade
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Reações de Redox em águas naturais
Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais
A MO pode ser decomposta pela ação de bactérias em condições anaeróbicas (ausência de O2).
•Condições anaeróbicas ocorrem em águas paradas, como as de pântanos, e as que se encontram na parte inferior de lagos profundos.
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Reações de Redox em águas naturais
Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais
•As bactérias anaeróbicas promovem a modificação do C: parte se oxida a CO2 e parte é reduzida a CH4: MO → CH4(g) + CO2(g)
Bactérias anaeróbicas
Reação de fermentação, onde ambos os agentes, oxidante e redutor, são materiais orgânicos.
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Reações de Redox em águas naturais
Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais
O CH4(g) é insolúvel em água e forma bolhas na su perfície da água em zonas pantanosas; o metano foi chamado de gás "dos pântanos".
A mesma reação química ocorre nos "diges tores" usados por moradores rurais para transformar excrementos animais em gás metano, que pode ser usado como combustível.
Bactérias anaeróbicas
MO → CH4(g) + CO2(g)
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Reações de Redox em águas naturais
Fechamento• Nomenclatura de ácidos e bases
• Solução tampão
• Reações ácido-base em águas naturais
• Reações de oxidação e redução – redox
• Agentes oxidantes e redutores
• Números de oxidação (nox)
• Reações redox em águas naturais31
Química Ambiental
Ana Cecília Bulhões Figueira
Atividade 4
EXERCÍCIO DE AULA – nomenclatura de ácidos e bases
Dê os nomes para as seguintes substâncias:
a)H2S
b)HNO3
c)HIO4
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d) LiOH
e) Al(OH)3
f) Be(OH)2
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EXERCÍCIO DE AULA – Resolução
Nomenclatura de ácidos:
• ácido + terminação –ídrico (ânion = -eto)
• ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico (-ico ou –ato)
Nomenclatura de bases:
• ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion
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ÁCIDOSH2S S-2 Ânion sulfeto Ácido sulfídricoHNO3 NO3
- Ânion nitrato Ácido nítricoHIO4 IO4
- Ânion periodato Ácido periódicoBASESLiOH Li+ Cátion lítio Hidróxido de lítioAl(OH)3 Al3+ Cátion alumínio Hidróxido de alumínioBe(OH)2 Be2+ Cátion berílio Hidróxido de berílio
EXERCÍCIO DE AULA – Resolução
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EXERCÍCIO DE AULA - nox
Determine os números de oxidação (nox) do enxofre (S) nos seguintes compostos:(a)SO2 (b)SO4
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EXERCÍCIO DE AULA – Resolução
-Primeiro passo: representar o n° oxidação do S por x.-O n° oxidação do O é -2 nos dois compostos.
(a) SO2: Pela regra, a soma dos nox dos átomos no composto neutro deve ser ZERO, então: nox S + [2.(nox O)] = 0 Então, x + [2.(-2)] = 0, portanto, x = +4 (b) SO4
2-: Pela regra, a soma dos números de oxidação dos átomos no íon é igual à carga do composto (-2), então:x + [4.(-2)] = -2, x = +6
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