química química na abordagem do cotidiano

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1 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 1 informe-se sobre a Carvão mineral vince streano/stone/getty images taxi/getty images carvão mineral se formou ao longo de milhões de anos. Composição do carvão mineral carvão mineral ou carvão de pedra é um sólido escuro, encontrado em várias regiões do mundo. Foi formado como resultado de complexas transformações s sofridas por organismos vegetais soterrados há milhares de anos. A madeira é constituída por muitas substâncias, entre as quais a celulose [(C 6 H 10 5 ) n ] é uma das mais importantes. Entre os vários elementos químicos presentes na madeira, os principais são o carbono (C), o oxigênio () e o hidrogênio (H), conforme mostra o esquema abaixo. xigênio 44% Carbono 50% Contribuição aproximada (em massa) dos elementos na composição das substâncias presentes na madeira. Hidrogênio 5% utros 1% Fonte: Gráfico elaborado a partir de dados de Leinz, V. e Amaral, S. E. Geologia Geral. 9. ed. São Paulo, Nacional, p Nas alterações sofridas, ao longo de milhões de anos, pela madeira submetida a altas pressões e temperaturas, ocorreu a produção de substâncias formadas por moléculas pequenas (CH 4, C 2, H 2 etc.). Essas substâncias foram sendo eliminadas na forma gasosa por orifícios existentes nas camadas de terra e areia, resultando um depósito cada vez mais rico em carbono (carvão) e cada vez mais pobre em outros elementos. Esse processo é denominado carbonização.

2 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 2 s depósitos de carvão mineral podem apresentar diferentes teores de carbono, dependendo do tempo transcorrido (e também de outros fatores, como a pressão e a temperatura a que se achava submetido). De acordo com esse teor, o carvão mineral recebe diferentes nomes turfa, linhito, hulha (ou carvão betuminoso), antracito e grafite. Carvão mineral como fonte de combustíveis Uma vez que o carvão mineral possui alto teor de carbono, ele é um material bastante combustível. A combustão completa do carvão pode, de forma simplificada, ser equacionada quimicamente como: C (s) 1 2 (g) # C 2 (g) A tabela a seguir mostra que os diferentes tipos de carvão liberam diferentes quantidades de calor na combustão, o que é uma consequência direta de seus diferentes teores de carbono. Todos eles liberam maior quantidade de energia que a madeira, o que reflete o fato de terem maior teor de carbono que ela. Aumenta porcentagem de carbono Aumenta energia liberada na queima Tabela Dados sobre a madeira e variedades de carvão mineral Variedade de carvão mineral Porcentagem aproximada de carbono (em massa) Energia liberada na queima (em 10 kcal/kg do material seco) Madeira 50 4,5 Turfa 55 5 a 6 Linhito 70 6,5 Hulha 80 7 a 8 Antracito 96 8,5 Fonte: Leinz, V. e Amaral, S. E. Geologia Geral. 9. ed. São Paulo, Nacional, p carvão mineral teve seu uso como combustível muito difundido no século XVIII em substituição à lenha. Ele teve um papel significativo na história da humanidade como o principal combustível utilizado nas máquinas a vapor durante a Revolução Industrial no século XIX. Com o advento do petróleo e seus derivados, que passaram a ser largamente empregados no século XX, o uso do carvão mineral como combustível declinou. Ele é mais difícil de manipular que o petróleo e sua queima polui significativamente o ar com dióxido de enxofre (S 2 ), resultado da combustão do enxofre nele presente. CH GRISU MISTURA EXPLSIVA Além disso, a exploração das jazidas envolve consideráveis riscos aos operários (desabamentos e doenças pulmonares são os principais) e também um certo impacto sobre o meio ambiente. Em minas de carvão também é comum ocorrer desprendimento de metano (combustível), que, juntamente com o 2 do ar, forma uma mistura altamente explosiva chamada de grisu. Basta uma faísca para provocar a explosão (combustão violenta). Carvão mineral como fonte de matéria-prima Assim como no caso do petróleo, o carvão mineral não é importante apenas como combustível. Ele representa uma fonte de matéria-prima orgânica.

3 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem Seu aproveitamento industrial é feito por meio da destilação seca, destilação destrutiva ou pirólise, que consiste em aquecimento (de 600 C a C) na ausência de oxigênio. Formam-se substâncias líquidas e gasosas, que são desprendidas, e resta um resíduo sólido rico em carbono: Gases A mistura gasosa obtida é aproveitada como combustível. Constitui-se essencialmente de H 2, CH 4, C, C 2, C 2 H 6, NH e H 2 S. Líquidos s compostos líquidos obtidos podem ser divididos em dois grupos: as águas amoniacais e o alcatrão. nome águas amoniacais é dado a uma mistura de substâncias contendo nitrogênio usada, por exemplo, na fabricação de fertilizantes. E o alcatrão é uma mistura de substâncias aromáticas, de grande utilidade como matéria-prima nas indústrias s. Trata-se de um líquido oleoso e escuro formado por inúmeros compostos aromáticos. ALCATRÃ D CARVÃ mistura de substâncias aromáticas contém, por exemplo, CH H N benzeno tolueno fenol piridina naftaleno CH CH CH CH H 1-metil-naftaleno orto-dimetil-benzeno orto-metil-fenol antraceno fenantreno separação dos componentes seguida de reações apropriadas Solventes para colas e tintas Plásticos, isopor, borracha e fórmica Corantes para fotografia, imprensa e tecidos Medicamentos Inseticidas Explosivos Essências para perfumes

4 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 4 Sólido resíduo sólido contém altíssimo teor de carbono. É chamado de coque e é aplicado principalmente no processo de obtenção de ferro nas indústrias siderúrgicas. Por razões técnicas, entre os tipos de carvão mineral citados, apenas a hulha se presta à obtenção de coque. Desprendidos Gases H 2, CH 4, C m 2 Combustíveis Águas amoniacais Fertilizantes Hulha Destilação seca Líquidos 2,5 kg 1 tonelada Alcatrão 45 L Indústria Resíduo Sólido Coque 640 kg Siderurgia Exemplo do que ocorre na pirólise da hulha em nível microscópico N H pirólise pirólise N CH 4 C H H 2 C H 2 CH Exemplo de estrutura presente no carvão mineral C 84,76% C 70 H 41 6 N H 4,14% 9,69% N 1,41% Fonte: Elaborado a partir de G. T. Austin. Shreve s Chemical Process Industries. 5. ed. Nova York, McGraw-Hill, p. 74.

5 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 5 tek image/spl/latinstock colin cuthbert/spl/latinstock Carvão mineral queimando. Indústria que processa o alcatrão da hulha. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e câncer Há cerca de 200 anos, Percival Pott, um médico que vivia em Londres, constatou que os meninos que limpavam chaminés tinham uma propensão maior que o normal para adquirir câncer nos testículos. Em 1922, foi verificado que extratos orgânicos encontrados na fuligem são cancerígenos em animais de laboratório. No início da década de 190 foi isolada e caracterizada uma substância presente no carvão e, sabe-se atualmente, também na fuligem das chaminés denominada benzopireno. Estudos revelaram que esse hidrocarboneto é um forte agente cancerígeno em animais. Esfregado na pele de ratos de laboratório, desencadeava neles câncer de pele. benzopireno carlos humberto tdc/imaginatta trabalho em minas de carvão envolve vários riscos, principalmente o de desabamentos, o de doenças pulmonares e o de câncer, consequência da inalação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. benzopireno faz parte do grupo de compostos conhecidos como hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. Trata- -se de um tipo de substância reconhecido pelos cientistas como perigoso à saúde, graças a seu potencial cancerígeno. s hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados são produzidos, por exemplo, nas queimadas em florestas, nas erupções vulcânicas e na queima de combustíveis fósseis. Estão também presentes no carvão mineral e sobretudo no alcatrão dele proveniente. A alta incidência de câncer entre os trabalhadores das minas de carvão e das indústrias que processam o alcatrão se deve à sua exposição prolongada a esses agentes cancerígenos. A fumaça dos cigarros contém várias substâncias aromáticas, que compõem o chamado alcatrão do cigarro. Muitas são formadas durante a queima do fumo. Entre elas, encontram-se o benzopireno e outros hidrocarbonetos policíclicos aromáticos de anéis condensados. Essa é a razão pela qual os fumantes estão muito mais sujeitos ao câncer de pulmão do que os não fumantes.

6 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 6 carvão mineral no mundo carvão mineral é o combustível fóssil mais abundante na Terra, sendo encontrado fundamentalmente no Hemisfério Norte, conforme mostra o esquema a seguir. As maiores jazidas estão presentes nos Estados Unidos, na Rússia e na China. Esses três países são responsáveis, em conjunto, por cerca de 60% da extração mundial desse recurso natural. As jazidas de carvão no planeta são tão abundantes que há estimativas de que, se o consumo anual se mantivesse constante, elas poderiam durar várias centenas de anos. 272,2 América do Norte América Latina Europa e Eurásia África riente Médio Ásia e Austrália 246,1 259, 15,0,4 1,4 Reservas mundiais de carvão mineral, em bilhões de toneladas. Fonte: Statistical Review 2009, Coal Reserves, BP. Você entendeu a leitura? 1 (Enem-MEC) Qual das seguintes fontes de produção de energia é a mais recomendável para a diminuição dos gases causadores do aquecimento global? a) Óleo diesel. d) Gás natural. b) Gasolina. e) Vento. c) Carvão mineral. 2 (UFPA) Uma termoelétrica alimentada a carvão mineral contribuirá para o efeito estufa porque a) essa termoelétrica usa somente matéria-prima renovável. b) essa termoelétrica libera grandes quantidades de dióxido de carbono. c) o carvão contém diversas impurezas, como a umidade, que não podem sofrer combustão, e assim serão liberadas para a atmosfera. d) o carvão libera, com a combustão, muito material particulado, que catalisa a formação de H 2 S 4 a partir de S 2 (g) presente na atmosfera. e) essa termoelétrica necessita de madeira para obter o carvão mineral, contribuindo para a derrubada de árvores, diminuindo a fotossíntese e, consequentemente, reduzindo a absorção de dióxido de carbono.

7 Capítulo Petróleo e combustíveis na abordagem 7 (Enem-MEC) As florestas tropicais úmidas contribuem muito para a manutenção da vida no planeta, por meio do chamado sequestro de carbono atmosférico. Resultados de observações sucessivas, nas últimas décadas, indicam que a floresta amazônica é capaz de absorver até 00 milhões de toneladas de carbono por ano. Conclui-se, portanto, que as florestas exercem importante papel no controle a) das chuvas ácidas, que decorrem da liberação, na atmosfera, do dióxido de carbono resultante dos desmatamentos por queimadas. b) das inversões térmicas, causadas pelo acúmulo de dióxido de carbono resultante da não dispersão dos poluentes para as regiões mais altas da atmosfera. c) da destruição da camada de ozônio, causada pela liberação, na atmosfera, do dióxido de carbono contido nos gases do grupo dos clorofluorcarbonos. d) do efeito estufa provocado pelo acúmulo de carbono na atmosfera, resultante da queima de combustíveis fósseis, como carvão mineral e petróleo. e) da eutrofização das águas, decorrente da dissolução, nos rios, do excesso de dióxido de carbono presente na atmosfera. 4 (UCSal-BA) coque obtido na destilação da hulha é constituído principalmente de: a) monóxido de carbono. b) carbono grafita. c) carbonato de sódio. d) carbeto de sódio. e) hidrocarbonetos. 5 (UFRGS-RS) alcatrão da hulha é uma fonte de: a) hidrocarbonetos alifáticos. b) gases combustíveis. c) óleos comestíveis. d) compostos aromáticos. e) hidrocarbonetos alicíclicos. 6 (ITA-SP) Qual das opções abaixo apresenta o material com maior concentração de carbono? a) Negro de fumo. b) Carvão. c) Alcatrão. d) Piche. e) Óleo diesel. 7 (UCG-G) Julgue a afirmação em verdadeira ou falsa: s combustíveis fósseis, carvão, petróleo e gás natural são fontes de hidrocarbonetos. Uma das operações no refino do petróleo consiste em ferver o óleo bruto, (petróleo separado do gás natural) e, seletivamente, condensar os vapores entre faixas de temperatura pré-selecionadas. Esta operação recebe o nome de destilação fracionada. 8 (Enem-MEC) Diretores de uma grande indústria siderúrgica, para evitar o desmatamento e adequar a empresa às normas de proteção ambiental, resolveram mudar o combustível dos fornos da indústria. carvão vegetal foi então substituído pelo carvão mineral. Entretanto, foram observadas alterações ecológicas graves em um riacho das imediações, tais como a morte dos peixes e dos vegetais ribeirinhos. Tal fato pode ser justificado em decorrência a) da diminuição de resíduos orgânicos na água do riacho, reduzindo a demanda de oxigênio na água. b) do aquecimento da água do riacho devido ao monóxido de carbono liberado na queima do carvão. c) da formação de ácido clorídrico no riacho a partir de produtos da combustão na água, diminuindo o ph. d) do acúmulo de elementos no riacho, tais como ferro, derivados do novo combustível utilizado. e) da formação de ácido sulfúrico no riacho a partir dos óxidos de enxofre liberados na combustão. 9 (Fuvest-SP) Existem vários tipos de carvão mineral, cujas composições podem variar, conforme exemplifica a tabela a seguir. tipo de carvão umidade (% em massa) material volátil* (% em massa) carbono não volátil (% em massa) outros constituintes** (% em massa) antracito,9 4,0 84,0 8,1 betuminoso 2, 19,6 65,8 12, sub-betuminoso 22,2 2,2 40, 5, lignito 6,8 27,8 0,2 5,2 * ** Considere semelhante a composição do material volátil para os quatro tipos de carvão. Dentre os outros constituintes, o principal composto é a pirita, Fe 21 S a) Qual desses tipos de carvão deve apresentar menor poder calorífico (energia liberada na combustão por unidade de massa de material)? Explique sua resposta. b) Qual desses tipos de carvão deve liberar maior quantidade de gás poluente (sem considerar C e C 2 ) por unidade de massa queimada? Justifique sua resposta. c) Escreva a equação balanceada que representa a formação do gás poluente a que se refere o item b (sem considerar C e C 2 ). d) Calcule o calor liberado na combustão completa de 1,00 10 kg de antracito (considere apenas a porcentagem de carbono não volátil). Dados: entalpia de formação do dióxido de carbono gasoso kj/mol massa molar do carbono g/mol