QUEM SOMOS NÓS? DO QUE SOMOS CONSTITUÍDOS? PORQUE SOMOS CONSTITUÍDOS ASSIM? A EXPLICAÇÃO ANTIGA: DEUSES e DEUSAS

Transcrição

1 QUEM SOMOS NÓS? DO QUE SOMOS CONSTITUÍDOS? PORQUE SOMOS CONSTITUÍDOS ASSIM? A EXPLICAÇÃO ANTIGA: DEUSES e DEUSAS Greco-Romana ZEUS (JÚPITER): Rei dos Deuses AFRODITE (VÊNUS): Deusa do Amor DIONÍSIO (BACO): Deus do Vinho NETUNO (POSEIDON): Deus das Águas ARES (MARTE): Deus da Guerra

2 GRÉCIA, 500 A.C.: FILÓLOFOS DA NATUREZA TERRA, ÁGUA, AR e FOGO constituíam tudo o que há na natureza DEMÓCRITO e LEUCIPO: propõem que a matéria é composta por ÁTOMOS, que seriam aproximadamente 100 diferentes partículas indivisíveis. IDADE MÉDIA Filosofia se distancia do estudo da matéria e passa a se aprofundar na compreensão do homem e da vida em sociedade. ALQUIMISTAS

3 1525 Theophrastus Bombastus Paracelsus von Hohenheim (médico e cientista Suíço) 1661 Robert Boyle

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5 Século XVIII

6 SÉCULOS XVIII, XIX, XX: TEORIAS ATÔMICAS John Dalton ( )

7 SÉCULOS XVIII, XIX, XX: TEORIAS ATÔMICAS J. J. Thomson (1897)

8 SÉCULOS XVIII, XIX, XX: TEORIAS ATÔMICAS Ernest Rutherford (1908)

9 SÉCULOS XVIII, XIX, XX: TEORIAS ATÔMICAS Ernest Rutherford (1908) Problemas do modelo proposto: 1) uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva parada, adquire movimento espiralado em direção à carga positiva acabando por colidir com ela; 2) uma carga em movimento perde energia constantemente, emitindo radiação. Porém, sabe-se que o átomo em seu estado normal não emite radiação.

10 SÉCULOS XVIII, XIX, XX: TEORIAS ATÔMICAS Niels Bohr (1913) Propôs que os elétrons circulavam em órbitas com energias definidas e que um elétron num átomo pode adquirir apenas certas energias. - Quanto maior a energia do elétron, mais afastado ele está do núcleo. Um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em órbitas específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao redor do núcleo em quaisquer órbitas.

11 O surgimento da MECÂNICA QUÂNTICA Efeito Fotoelétrico: Se a LUZ não é MATÉRIA, como pode deslocar a matéria (no caso o elétron)? Plank propôs que a radiação eletromagnética era constituída de partículas, que foram chamados de fótons.

12 Plank propôs que a radiação eletromagnética era constituída de partículas, que foram chamados de fótons. Mas experimentos como a difração nos levam a vê-la como ondas. DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

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14 Erwin Shrödinger

15 Energia Um elétron ao redor do núcleo pode ser interpretado como uma Partícula na Caixa Função matemática das coordenadas de posição Energia total Energia potencial do elétron no núcleo L Uma partícula em um recipiente não pode ter energia igual a zero, ou seja, não pode estar parada quando confinada a um determinado volume.

16 Quatro números quânticos: são fornecidos pela resolução da equação de Schrödinger N o quântico principal: CAMADA (n = 1, 2, 3, 4...) N o quântico momento angular orbital: SUBCAMADA (l = 0, 1, 2, 3... = s p d f...) N o quântico magnético (m = -l, 0, +l) N o quântico magnético de spin (m s = +1/2, -1/2) Todo elétron pode ser descrito por quatro números quânticos Cada elétron em um átomo tem um único conjunto de quatro números quânticos = Princípio de exclusão de Pauli Orbital s Orbital p

17 Orbital d

18 Orbital f

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20 Então, como se dá o preenchimento para que se tenha a configuração de mais baixa energia? Diagrama de Linus Pauling

21 E porque os orbitais tem energia diferentes dentro de uma mesma camada? Repulsões inter-eletrônicas! Forças de atração pelo núcleo e repulsão elétron-elétron

22 Em 2002, haviam 115 elementos conhecidos. A maior parte dos elementos foi descoberta entre 1735 e Como organizar 115 elementos diferentes de forma que possamos fazer previsões sobre elementos não descobertos? Ordenar os elementos de modo que reflita as tendências nas propriedades químicas e físicas. A primeira tentativa (Mendeleev ) ordenou os elementos em ordem crescente de massa atômica.

23 Faltaram alguns elementos nesse esquema. Ex.: em 1871, Mendeleev observou que a posição mais adequada para o As seria abaixo do P, e não do Si, o que deixou um elemento faltando abaixo do Si. Ele previu um número de propriedades para este elemento. Em 1886 o Ge foi descoberto. As propriedades do Ge se equiparam bem à previsão de Mendeleev.

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25 QUEM SOMOS NÓS? DO QUE SOMOS CONSTITUÍDOS? R: ÁTOMOS PORQUE SOMOS CONSTITUÍDOS ASSIM? CORPO HUMANO (número total de átomos) Hidrogênio = 62,8% Oxigênio = 25,4% Carbono = 9,4% Nitrogênio = 1,4% Na, Ca, K, Mg, P, S, Cl = 0,9% Outros = 0,1%

26 QUEM SOMOS NÓS? DO QUE SOMOS CONSTITUÍDOS? R: ÁTOMOS PORQUE SOMOS CONSTITUÍDOS ASSIM? DEPENDE DO AMBIENTE EM QUE SOMOS FORMADOS!!! ÁGUA A composição dos organismos vivos está associada com os limites disponíveis nos ambientes em que são formados. Como geralmente é a água, a composição é determinada pelo emprego de elementos mais solúveis e mais estáveis neste solvente.

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28 Abundância dos Elementos no Universo

29 Abundância dos Elementos no Universo Elementos essenciais para a vida estão entre os mais abundantes no universo. Abundância - Na, Mg, K, Ca - Si, Al, Fe, Ni, Cr, Ar, Ne, F Porque a escolha de uns e não de outros? Cátions mais estáveis em água!

30 Origem da VIDA no MAR: Concentração dos elementos na água do mar.

31 E os metais (atmosfera oxigenada)

32 Funções: Metais - Não são empregados em grande quantidade se não forem solúveis e estáveis em meio aquoso. Quando utilizados, são bastante empregados em equilíbrios iônicos (mobilidade) e o Ca 2+ em estruturas rígidas. Ex.: ossos Composto iônico de estrutura rígida e insolúvel!!!

33 RAIO ATÔMICO O raio atômico de um elemento é definido como sendo a metade da distância entre os núcleos de átomos vizinhos. Não é possível medir o raio exato de um átomo

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35 Tendências nos tamanhos dos íons O tamanho do íon é a distância entre os íons em um composto iônico. O tamanho do íon também depende da carga nuclear, do número de elétrons e dos orbitais que contenham os elétrons de valência. Os cátions deixam vago o orbital mais volumoso e são menores do que os átomos que lhes dão origem. Ex.: 20 Ca = 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 4s 2 56Fe = 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 6, 4s 2 Os ânions adicionam elétrons ao orbital mais volumoso e são maiores do que os átomos que lhe dão origem. Ex.: 9F = 1s 2, 2s 2, 2p 5 8O = 1s 2, 2s 2, 2p 4

36 Comparação entre o tamanho dos íons e seus átomos neutros

37 ENERGIA DE IONIZAÇÃO Energia necessária para remover um elétron de um átomo na fase gasosa

38 ENERGIA DE IONIZAÇÃO

39 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

40 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

41 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

42 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

43 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

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45 Metais: - Os organismos não podem então usar suas propriedades de condução de eletricidade para a transferência de informações entre os órgãos. Como fazer? Metais aparecem envolvidos em processos redox quando estão associados a moléculas orgânicas.

46 Funções: Não - Metais F, Cl, Br, I, S : - se apresentam como ânions em balanço com cargas positivas dos cátions. H, C, O, S, N e P - apresentam funções estruturais como na formação do DNA e de membranas. Na pele existem termorreceptores, mecanorreceptores e receptores da dor.

47 Limitantes: Temperatura Processos devem ser compatíveis com a temperatura dos organismos Alguns organismos precisam produzir NH 3 a partir do N 2. Industrialmente, este processo exige altas temperaturas e alta pressão. N2 + 3 H 2 2NH 3 Organismos possuem catalisadores de grande eficiência, originados de milhões de anos de evolução e adaptação ao ambiente.

48 Limitantes: Processos REDOX 2 H 2 O (l) 2 H 2 (g) + O 2 (g) E0 = E0 (reduzido) E0 (oxidado) E 0 = - 0,83-0,40 = - 1,23 V não espontânea Zn (s) + H 3 O + (aq) Zn 2+ (aq) + H 2 (g) + 2H 2 O (l) E o = 0 - (- 0,76) = + 0,76 espontânea 2 Na (s) + H 2 O (l) 2 Na + (aq) + H 2 (g) + 2 OH - (aq) E o = -0,42 - (- 2,71) = + 2,29 espontânea

49 QUEM SOMOS NÓS? DO QUE SOMOS CONSTITUÍDOS? PORQUE SOMOS CONSTITUÍDOS ASSIM? COMO PODEMOS USAR O QUE A NATUREZA CRIOU P/ NOSSO BENEFÍCIO?

50 Aplicações Industriais Alimentação Infantil Lactose, concentrado protéico de soro de leite*, oleína de palma, leite desnatado, óleo de canola, óleo de palmiste, óleo de milho, sais minerais (citrato de cálcio, cloreto de potássio, cloreto de magnésio, citrato de sódio, sulfato ferroso, sulfato de zinco, sulfato de cobre, iodeto de potássio, sulfato de manganês, selenato de sódio), vitaminas (vitamina C, niacina, vitamina E, pantotenato de cálcio, vitamina A, vitamina B6, vitamina B1, vitamina D, vitamina B2, ácido fólico, vitamina K, biotina), óleo de peixe**, lecitina de soja, ácido graxo araquidônico, L-arginina, L-carnitina, nucleotídeos, taurina bitartarato de colina, inositol, L- histidina. Não Contém Glúten. *fonte protéica **óleo de peixe é fonte de ácido docosahexaenóico (DHA)

51 Aplicações Industriais Reposição de Vitaminas Essenciais Cada comprimido revestido contêm: Acetato de retinol e betacaroteno (vit. A) UI; Acetato de dl-alfa-tocoferila; (vit. E) 30 UI; Ácido ascórbico (vit. C) 60 mg; Ácido pantotênico (como pantotenato de cálcio) 10 mg; Ácido fólico 400 mcg; Biotina 30 mg; Cálcio (como fosfato de cálcio dibásico) 162 mg; Cianocobalamina (vit. B12) 6 mcg; Cloridrato de piridoxina (vit.b6) 2 mg; Cloro (como cloreto de potássio) 36,3 mg; Cobre (como óxido cúprico) 2 mg; Colecalciferol (Vit. D3) 400 UI; Cromo (como cloreto de cromo) 25 mcg; Estanho (como cloreto estanhoso) 10 mcg; Ferro (como fumarato ferroso) 18 mg; Fitonadiona (vit. K1) 25 mcg; Fósforo (como fosfato de cálcio dibásico 125 mg; Iodo (como iodeto de potássio) 150 mcg; Magnésio (como óxido de magnésio) 100 mg; Manganês (como sulfato e manganês) 2,5 mg; Molibdênio (como molibdato de sódio) 25 mcg; Mononitrato de tiamina (vit. B1) 1,5 mg; Nicotinamida 20 mg; Níquel (como sulfato niqueloso) 5 mcg; Potássio (como cloreto de potássio) 40 mg; Riboflavina (vit. B2) 1,7 mg; Selênio (como selenato de sódio) 25 mcg; Silício (como metassilicato de sódio) 10 mcg; Vanádio (como metavenadato da sódio) 10 mcg; Zinco (como óxido de zinco) 15 mg.

52 Aplicações Industriais Cremes Dentais Esmalte dos dentes é formado pela hidroxiapatita. O estrago nos dentes é causado pelo ataque dos ácidos formados na digestão dos alimentos por bactérias. Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) + 4 H 3 O + (aq) 5 Ca 2+ (aq) + 3HPO 4 2- (aq) + 5 H 2 O (l) Tratamento com Flúor forma uma cobertura mais resistente ao ataque: Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) + F - (aq) Ca 5 (PO 4 ) 3 F (s) + OH - (aq)

53 Pesquisas

54 Pesquisas

55 Bibliografia Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3 a ed., São Paulo, 1980 Brent, R., The Golden book of Chemistry Experiments, Golden Press, New York,1960