Química Inorgânica Ambiental

Transcrição

1 Química Inorgânica Ambiental Docente: Prof. Clara F. Magalhães Ano Lectivo: 2003/04 Curso(s): Licenciatura em Ensino de Física e Química Escolaridade: 3h T - 0h TP - 3h P Unidades de Crédito: 4.0 O B J E C T I V O S Na disciplina de Química Inorgânica Ambiental pretende-se que os alunos simultaneamente adquiram novos conhecimentos e façam a aplicação dos conhecimentos a situações do mundo real onde habitam. No conjunto das aulas teóricas e práticas pretende-se, de um modo mais específico, que os alunos sejam capazes de: conhecer e interpretar, criticamente, com base nas teorias vigentes alguns fenómenos ambientais com grande expressão actual; interpretar alguns fenómenos do mundo físico com base nas propriedades químicas das substâncias - principalmente substâncias classificadas como inorgânicas; aplicar metodologias científicas para o estudo e interpretação dos fenómenos - quer naturais quer induzidos pela actividade humana; recolher, seleccionar, interpretar e organizar informação sobre um tema e apresentá-la de forma escrita e oral; planificar a realização de trabalhos práticos ao longo de um intervalo de tempo pré-definido; conhecer e analisar de forma crítica algumas implicações da Ciência e da Tecnologia na sociedade actual. Aulas teóricas M E T O D O L O G I A No primeiro dia de aulas são apresentados aos alunos, como propostas de discussão, o programa a ser desenvolvido durante o semestre, o método de funcionamento das aulas teóricas e propostas de avaliação. Estas propostas são negociadas entre a docente e os alunos e aplicadas após os ajustes necessários. As aulas teóricas são leccionadas com o auxílio de meios audiovisuais, como a projecção de transparências, diapositivos e filmes vídeo. As transparências são entendidas como auxiliares da aula e não como instrumentos a serem reproduzidos pelos alunos para servirem de substituto de outras fontes de informação. Aliás, em geral, apresentam unicamente figuras ou esquemas necessários para ilustrar ou sintetizar conceitos. Aulas práticas Com o programa de trabalhos práticos pretende-se, não tanto exemplificar conceitos ou situações analisadas nas aulas teóricas, mas complementar os conhecimentos estudados naquelas aulas. Cada grupo deve estudar todos os trabalhos a realizar no início do ano lectivo e planificar a sua realização para todo o semestre. Uma outra finalidade de todos estes trabalhos práticos é auxiliar os alunos na observação e possível interpretação das observações. Pretende-se que os alunos sejam capazes de identificar todos os estádios de transformação, verificar a diferença nas cinéticas e conseguir explicar as condições de formação do produto final. Para além da observação é importante um registo correcto das mesmas e por isso os alunos têm que ter um caderno de laboratório onde registarão todos os dados, resultados, cálculos e informações recolhidos ao longo da execução dos trabalhos experimentais. Este caderno será consultado pelo professor sempre que necessário, de forma a poder auxiliar o aluno no acompanhamento das experiências. Alguns trabalhos experimentais, nomeadamente os do conjunto experimental nº1 e a experiência n.º 4 não podem ser unicamente observados durante as aulas e os alunos têm que planear os tempos de observação tendo em atenção a variação da cinética de uma reacção, assim como prever a sua velocidade de acordo com as características do meio. Na primeira aula, é discutida com os alunos a metodologia de funcionamento das aulas práticas. Nessa mesma aula os alunos, após se dividirem por grupos, devem responsabilizar-se por uma das experiências. Em relação à experiência de que ficou responsável, o grupo deve: Química Inorgânica Ambiental Ano Lectivo: 2003/04 Pág. 1 de 5

2 verificar se existe todo o material e os reagentes necessários à realização do trabalho por toda a turma e providenciar com o docente a aquisição dos reagentes e materiais em falta; preparar os reagentes necessários para a sua execução, por toda a turma, tendo em atenção um consumo racional dos mesmos; caso exista a necessidade de execução de partes diferentes das experiências pelos vários grupos, fazer esta distribuição e coligir e tratar no final os resultados de todos os grupos; saber quais os perigos das substâncias que se vão utilizar no trabalho, informar os colegas dos cuidados a ter no seu manuseamento e providenciar à sua recolha de modo a não serem despejadas para o lixo ou pelo cano de esgoto; apresentar as conclusões a toda a turma assim como o relatório pormenorizado do trabalho experimental que lhe foi confiado. Sobre cada trabalho cada grupo tem de apresentar as folhas de registo, tratamento e discussão dos resultados após a conclusão do trabalho prático, mas além disso tem que apresentar um relatório completo sobre o trabalho que lhe ficou confiado. Neste relatório devem constar os seguintes pontos: Introdução - pequena exposição dos objectivos a alcançar durante a execução do programa das aulas práticas. Materiais e métodos - descrição dos materiais e reagentes utilizados, das precauções no manuseamento dos reagentes e preparação das soluções e dos seus perigos humanos e ambientais; descrição dos cuidados a ter na recolha dos produtos das reacções, e uma descrição breve dos métodos utilizados, com ênfase nos objectivos e razões pelas quais foram usados ao longo de todo o esquema de execução do trabalho. Resultados - registo do conjunto de dados e resultados obtidos ao longo da experiência, de preferência sobre a forma de tabelas. Bibliografia - indicação dos livros, artigos e outros trabalhos consultados para a execução do trabalho e do relatório. A V A L I A Ç Ã O A avaliação dos conhecimentos é feita de acordo com o regulamento de estudos de licenciatura em vigor na Universidade de Aveiro, para os cursos organizados em unidades de crédito. A avaliação abrange as componentes teórica e prática desta disciplina. Pretende-se que os alunos participem em ambas as componentes ao longo do semestre e, por conseguinte, a avaliação deve também reflectir essa participação, não tomando no entanto, o formato de avaliação contínua, que exige pelo menos quatro momentos de avaliação, mas de avaliação final, que exige a realização de uma prova presencial e de duração limitada, a realizar no final do semestre. Para efeito de avaliação individual da aprendizagem na disciplina ter-se-ão em conta os parâmetros seguintes com os pesos respectivos: apresentação de uma monografia escrita sobre o traçado de um gráfico de ácido-base ou de oxidação-redução: 5% resultado do trabalho a desenvolver nas aulas práticas: 25% Para a avaliação das aulas práticas consideram-se os parâmetros seguintes: participação nas tarefas das aulas: 5% resposta a questões individuais durante o decurso das aulas: 5% caderno de laboratório: 5% relatório pormenorizado de um trabalho prático: 10%. resultado de um teste escrito de 3 horas a realizar no final do semestre e relativo à aplicação da informação apresentada nas aulas teóricas e práticas: 70%. P R O G R A M A Parte I - Reacções em sistemas homogéneos e heterogéneos 1.1. Revisão breve dos conceitos básicos de Termodinâmica - funções termodinâmicas e sua aplicação a sistemas químicos Termodinâmica aplicada ao equilíbrio químico em sistemas ideais Termodinâmica aplicada ao equilíbrio químico em sistemas reais 1.4. Aplicação do modelo termodinâmico aos equilíbrios: ácido-base ; dissolução-precipitação; oxidação-redução. Parte II - Elementos químicos no ambiente, na indústria e nos seres vivos 2.1. Introdução Revisão breve dos conceitos básicos de química inorgânica - propriedades químicas dos elementos e suas variações periódicas Os elementos químicos na atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera A atmosfera: composição e processos químicos Estrutura da atmosfera Composição da atmosfera: componentes maioritários, minoritários e vestigiais Interacção da radiação solar com a matéria. Química Inorgânica Ambiental Ano Lectivo: 2003/04 Pág. 2 de 5

3 Reacções envolvendo o oxigénio atmosférico. Alguma química do oxigénio Reacções envolvendo o azoto atmosférico. Alguma química do azoto Reacções de ácido-base na atmosfera. Seu impacto ambiental Interacção entre a atmosfera e a hidrosfera Reacções envolvendo o dióxido de carbono atmosférico Alguma química do carbono A água no ambiente: composição e processos químicos Águas naturais: sua composição e distribuição Reacções de oxidação-redução Reacções de complexação O ph de águas naturais e factores que o influenciam Fenómenos de adsorção em águas naturais Sistemas em equilíbrio instável: partículas coloidais. Modelos da dupla camada A água e a actividade humana Fontes e utilização da água Da água natural à água potável Águas residuais Interacção da hidrosfera com a litosfera Minerais primários e secundários Processos de formação de minerais secundários Reacções de dissolução-precipitação Reacções de oxidação-redução Os metais no ambiente e nos seres vivos Elementos essenciais e tóxicos Metais essenciais aos seres vivos: predominantes e vestigiais. Parte III - Princípios básicos de radioquímica e sua aplicação 3.1. História resumida da radioactividade natural e artificial Lei geral de desintegração radioactiva Transformações nucleares Isótopos radioactivos naturais e artificiais Radionuclidos artificiais Estabilidade e instabilidade de núcleos Processos de decaimento radioactivo Acções ionizantes e poderes penetrantes das emissões α, β e γ. B I B L I O G R A F I A A bibliografia que se apresenta é aquela a que os alunos podem ter acesso tanto para as aulas teóricas como para as aulas práticas, sem prejuízo de consultarem outras fontes. *P. A. Cox, The Elements on Earth, Oxford University Press, Oxford, 1995 *N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, 1984 *W. Stumm e J. J. Morgan, Aquatic Chemistry, 2nd edition, John Wiley and Sons, New York, 1981 *S. E. Manahan, Environmental Chemistry, 6th edition, CRC Press, Lewis Publishers, Boca Raton, 1994 *D. F. Shriver, P. W. Atkins e C. H. Langford, Inorganic Chemistry, 2nd edition, Oxford University Press, Oxford, 1994 *T. W. Swaddle, Inorganic Chemistry, Academic Press, San Diego, California, 1997 H. A. C. McKay, Principles of Radiochemistry, Butterworths, London, 1971 N. Bunce, Environmental Chemistry, 2nd edition, Wuerz Publishing Ltd., Winnipeg, 1998 P. W. Atkins, Physical Chemistry, 3rd edition, Oxford University Press, Oxford, 1987 J. N. Murrell e A. D. Jenkins, Properties of Liquids and Solutions, 2nd edition, John Wiley and Sons, Chichester, 1994 J. E. Andrews, P. Brimblecombe, T. D. Jickells e P. S. Liss, An Introduction to Environmental Chemistry, Blackwell Science, Oxford, 1996 C. Baird, Environmental Chemistry, W. H. Freeman and Company, New York, 1995 R. M. Harrison (ed.), Understanding our Environment: An Introduction to Environmental Chemistry and Polution, 2nd edition, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1992 P. O'Neill, Environmental Chemistry, 2nd edition, Chapman and Hall, London, 1993 R. W. Raiswell, P. Brimblecombe, D. L. Dent e P. S. Liss, Environmental Chemistry, Edward Arnold, London, 1994 W. H. Schlesinger, Biogeochemistry - an Analysis of Global Change, Academic Press, San Diego, California, 1991 F. A. Cotton e G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 5th edition, John Wiley and Sons, New York, 1988 W. W. Porterfield, Inorganic Chemistry, a Unified Approach, 2nd edition, Academic Press, San Diego, California, 1993 G. Wulfsberg, Principles of Descriptive Inorganic Chemistry, University Science Books, Sausalito, Califórnia, 1991 P. Henderson, Inorganic Geochemistry, Pergamon Press, Oxford, 1986 R. Gill, Chemical Fundamentals of Geology, HarperCollins Academic, London, 1989 Química Inorgânica Ambiental Ano Lectivo: 2003/04 Pág. 3 de 5

4 P. A. Cox, The Elements, Their Origin, Abundance, and Distribution, Oxford University Press, Oxford, 1989 J. F. Duncan e G. B. Cook, Isotopes in Chemistry, Clarendon Press, Oxford,1968 Bibliografia específica A. Carneiro, Os Hidrocarbonetos clorofluorados, Comissão Nacional do Ambiente, Secretaria de Estado do Urbanismo e Ambiente, Lisboa, 1979 N. Dudley, Nitrates - the Threat to Food and Water, Green Print, London, 1990 J. J. R. Fraústo da Silva, Introdução à Química da Vida, Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Monte da Caparica, 1985 T. E. Graedel e P. J. Crutzen, Atmosphere, Climate, and Change, Scientific American Library, New York, 1995 S. J. Lippard e J. M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry, University Science Books, Mill Valley, California, 1994 D. L. Sparks, Environmental Soil Chemistry, Academic Press, San Diego, California, 1995 W. Stumm, Chemistry of the Solid-Water Interface - Processes at the Mineral-Water and Particle-Water Interface in Natural Systems, John Wiley and Sons, New York, 1992 P. A. Williams, Oxide Zone Geochemistry, Ellis Horwood Limited, Chichester, 1990 B. J. Alloway, "Soil Pollution and Land Contamination", in, R. M. Harrison (ed.), Pollution - Causes, Effects and Control, 3rd edition, The Royal Society of Chemistry, London, 1996, p I. Colbeck e A. R. Mackenzie, "Chemistry and Pollution of the Stratosphere", in, R. M. Harrison (ed.), Pollution - Causes, Effects and Control, 3rd edition, The Royal Society of Chemistry, London, 1996, p R. M. E. Diamant, "The Chemistry of Sewage Purification", in, J. O'M. Bockris (ed.), Environmental Chemistry, Plenum Press, New York and London, 1977, p P. Fabian, "Halogenated Hydrocarbons in the Atmosphere", in, O. Hutzinger (ed.), Air Pollution, Springer-Verlag, Berlin, 1986, p M. Freemantle, "Clorofluorocarbonetos e produtos alternativos", Impacte - Ciência e Sociedade, Publicações Europa- América, 1991, 8, p H. Güsten, "Formation, Transport and Control of Photochemical Smog", in, O. Hutzinger (ed.), Air Pollution, Springer- Verlag, Berlin, 1986, p R. M. Harrison, "Chemistry of the Troposphere", in, R. M. Harrison (ed.), Pollution - Causes, Effects and Control, 3rd edition, The Royal Society of Chemistry, London, 1996, p C. N. Hewitt, "Radioactivity in the Environment", in, R. M. Harrison (ed.), Pollution - Causes, Effects and Control, 3rd edition, The Royal Society of Chemistry, London, 1996, p L. M. Mayer, "Geochemistry of Chromium in the Oceans", in, J. O. Nriagu e E. Nieboer (eds.) Chromium in the Natural and Human Environment, Advances in Environmental Science and Technology, vol. 20, Wiley Interscience, 1988, p E. J. Sternglass, "Radioactivity", in, J. O'M. Bockris (ed.), Environmental Chemistry, Plenum Press, New York and London, 1977, p J. Lovelock, The Ages of Gaia, a Biography of our Living Earth, Oxford University Press, Oxford, 1989 M. L. Parsons, Global Warming, the Truth Behind the Mith, Insight Books, Plenum Press, New York, 1995 J. P. Peixoto, A Água no Ambiente, O Ambiente e o Homem, Secretaria de Estado do Ambiente e dos Recursos Naturais, Lisboa, 1989 "L'Effet de Serre", La Recherche (Spécial), 1992, 243 (Maio) T. E. Graedel, K. Nassau, J. P. Franey, "Copper patinas formed in the atmosphere. I - Introduction", Corros. Sci., 1987, 27 (7), D. Jenkins, V. L. Snoeyink, J. F. Ferguson, J. O. Leckie, Water Chemistry - Laboratory Manual, John Wiley & Sons, New York, 1979 M. C. F. Magalhães, "Análise Termodinâmica de Associações de Carbonatos, Fosfatos e Sulfatos de Cobre(II)", Geociências, Rev. Univ. Aveiro, 1991, 6 (1,2), L. E. Malm, Manual de Laboratório para Química uma ciência Experimental, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1975 Directiva 80/778/CEE de 15 de Julho de 1980 do Conselho das Comunidades Europeias, Jornal Oficial das Comunidades Europeias, 30 de Agosto de 1980, n.º L 229/11 (15/Fasc.02), p Manual Técnico del Agua, 4º ed. espanhola, Degrémont, 1979, p.61-65; 91-95; ; ; e F. A. Cotton, G. Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry, 3rd Edition, Interscience Publishers, John Wiley & Sons, New York, 1972, p G. Gordon, G. E. Pacey, W. J. Cooper, "Current Status of Disinfectant Residual Measurements Methods for Free and Combined Chlorine and Oxychlorine Species", in Jolley, Johnson, Minear, Condie, Katz, Mattico e Jacobs, Water Chlorination - Chemistry, Environmental Impact, and Health Effects, 1990, p R. G. Gymer, Chemistry in the natural world, D. C. Heath and Company, Toronto, 1977, p N. Lourenço, S. Madeira, S. Matos e C. Teixeira, "Rocha Ornamentais e Minerais Sintéticos - Uma Aplicação à Química do Alumínio", Livro de Resumos do XV Encontro da Sociedade Portuguesa de Química, Porto, de Maio 1996, p.307 L. R. Summerlin, C. L. Borgford, J. B. Ealy, Demonstrações de Química, uma fonte de ideias para professores, volume 2, Edição da Sociedade Portuguesa de Química, 1988 Química Inorgânica Ambiental Ano Lectivo: 2003/04 Pág. 4 de 5

5 S. Thompson, CHEMTREK small scale experiments for General Chemistry, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1990, J. Webb e F. M. van Bockxmeer, J. Chem. Educ., 1980, 57(9), 639 M. N. Hughes, The Inorganic Chemistry of Biological Processes, J. Wiley and Sons, N. York, 2ª ed., 1981, p J. E. Huheey, Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, Harper and Row Publishers, N. York, 3ª ed., 1983, p Environmental Protection Agency, Methods for Chemical Analysis of Water and Waste, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency, Cincinatti, Ohio, 1979 C. F. Baes, R. E. Mesmer, The Hydrolysis of Cations, John Wiley and Sons, N. York, 1976 D. D. Perrin, I. G. Sayce, Talanta, 1967, 14, D. Jenkins, V. L. Snoeyink, J. F. Ferguson, J. O. Leckie, Water Chemistry - Laboratory Manual, John Wiley & Sons, New York, 1979 R. M. Smith, A. E. Martell, Critical Stability Constants, Plenum Press, N. York, 1976 D. R. Turner, D. M. Whitfield, A. G. Dickson, Geochim. Cosmochim. Acta, 1981, 45, O Regente da Disciplina Química Inorgânica Ambiental Ano Lectivo: 2003/04 Pág. 5 de 5