A Água e Suas Relações. Funções Inorgânicas Ácidos, Bases e Sais

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1 A Água e Suas Relações Funções Inorgânicas Ácidos, Bases e Sais

2 Introdução: É constituída por 2 gases: Hidrogênio Oxigênio Água Na proporção 2:1, ou seja 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio Sua Fórmula Química é H20 Sinônimos: Ácido hidroxílico Hidróxido de hidrogênio Óxido de hidrogênio Monóxido de dihidrogênio

3 Água Generalidades: É essencial para todas as formas conhecidas de vida na Terra Se a água é encontrada em um determinado planeta pode-se esperar que haja vida neste planeta ¾ da superfície da Terra são cobertos pela água (75%) Equivale a 1,5 bilhões de km 3 de água em todo o planeta Nas seguintes proporções: 97,5% oceanos 2,4% geleiras e calotas polares 1,6% aquíferos 0,6% rios, lagoas e lagos 0,001% atmosfera 97,5% de água salgada 2,5% de água doce Estados Físico da Água no Planeta Líquido Sólido Gasoso

4 Água Generalidades: O Volume da água na Terra é de, aproximadamente, km 3, mas apenas 9% pode ser consumida pelos seres humanos, ou seja Água Potável. Água Potável se caracteriza por apresentar menos de 1000 coliformes fecais e menos de 10 micro-organismo patogênico por litro de água. A escassez de água potável é um Problema Muita Grave, e já começou: 29 países já têm problema com falta de água e tende a piorar. Até 2025, dois de três habitantes do planeta serão afetados de alguma forma pela escassez. É um problema em escala mundial e que nunca houve nenhum problema semelhante A falta de água da afeta o Oriente Médio, China, Índia e o Norte da África. A ONU calcula que até 2050, 50 países sofrerão com a crise de abastecimento de água

5 Água Generalidades: A água se move constantemente na Terra através do Ciclo da Água, conhecido cientificamente como o Ciclo Hidrológico, que refere-se a troca permanente de água da hidrosfera, entre a atmosfera, as águas do solo (superficiais e subterrâneas) e das plantas, com mudanças permanentes do estado físico da agua Os processos de transferências do Ciclo Hidrológico: Evaporação Transpiração Evapotranspiração Precipitação Escoamento Infiltração Absorção Percolação: minas d água ou nascentes

6 Generalidades: Ciclo Hidrológico: Água

14 Funções: Nos Seres Vivos Nas Indústrias Na Agricultura Na Geologia Água

15 Água Funções: Nos Seres Vivos: 10% Humanos: 75% composto da água Proteção contra doenças: desidratação, cálculo renal, infecções urinárias Proteção contra o envelhecimento Regula a temperatura Diluidora dos sólidos: transporta os nutrientes e metabólitos entre os órgãos Determina um bom funcionamento dos órgãos: ingerida por via oral e eliminada na filtração hídrica renal (urina) e pela transpiração dos poros

16 Água Funções: Nas Indústrias: Transferência de Calor: o Refrigeradora: Torres de Resfriamento o Aquecimento: Caldeiras Geradora de Energia: o Termoelétricas: vapor d`água para mover as turbinas adaptadas a geradores Aplicação nos Processos: o Transportadora: transporte de materiais o Diluidora: a maiorias das reações químicas são realizadas em soluções Lavagens de máquinas e equipamentos Irrigação da áreas verdes Sanitários

17 Funções: Na Agricultura: 69% Irrigação do solo Utilização animal Água

18 Água Funções: Nas Indústrias: 21% Alguns exemplos de consumo de água na produção: o 1 garrafa 3 litros o 1 calça Jeans litros o 1 micro computador litros o 1 carro litros o 1 kg de trigo (produção) 500 a litros o 1 litro cerveja 10 litros o 1 kg batata 106 litros o 1 kg galinha litros o 1 kg carne litros

19 Água Funções: Na Geologia: Mateorização (formação de rocha, solos e minerais): superfícies Padrões das falhas geológicas: subterrâneas Vulcões: manto

20 Água Propriedades: Molécula Polar Formam Pontes de Hidrogênio Dilatação anômala Solvente universal Tensão Superficial Densidade maior (3,984 o C) Estável na Atmosfera Incolor Calor Específico

21 Água Propriedades: Molécula Polar Formam Pontes de Hidrogênio

22 Água Propriedades: Dilatação anômala: A água entre 0 o C e 4 o C se torna menos densa: congela a superfície o Contração da moléculas: pontes de hidrogênio o Diminuição do volume V V: volume V min Densidade máxima 4 T: temperatura ( o C)

23 Propriedades: Solvente universal Água

24 Propriedades: Solvente universal Água

25 Propriedades: Tensão Superficial: Maior Água

26 Propriedades: Densidade maior (3,984 o C) Água

27 Propriedades: Densidade maior (3,984 o C) Água

28 Água Propriedades: Estável na Atmosfera: absorve a radiação infravermelha, atenuando o efeito estufa

29 Água Propriedades: Estável na Atmosfera: absorve a radiação infravermelha, atenuando o efeito estufa

30 Água Propriedades: Incolor: possibilita a penetração dos raios ultravioleta (luz), que serão necessários para a fotossíntese marinha

31 Água Propriedades: Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto Calor Específico da água é 4,18 J/g o C: para aquecer em 1 o C a quantidade de 1g de água é necessário que ela absorva 4,18J de energia Regula a temperatura corpórea e o clima global

32 Água Propriedades: Calor Específico: é a tendência da substância de aumentar sua temperatura ao receber uma fonte de calor: o da água é alto

33 Água Potencial de ionização da água: na temperatura 25 0 C HOH H + + OH - K i = [H + ]. [OH - ] [H2O] K i. [H2O] = [H + ]. [OH - ] como [H2O] é constante, o produto K i. [H2O] também é constante e será chamado de K w, o produto iônico da água K w = [H + ]. [OH - ] K w só varia com a temperatura Em 1 litro de H2O a 25 0 C temos: [H + ] = [OH - ] = 1, mol/l K w = [H + ]. [OH - ] K w = K w = 10-14

34 Água Potencial de ionização da água: na temperatura 25 0 C K w = [H + ]. [OH - ] K w = = [H + ]. [OH - ] log = log [H + ] + log [OH - ] - log = (-log [H + ]) + (-log [OH - ]) - log = p (potencial) 14 = ph + poh Potencial Hidrogeniônico: ph = -log [H + ] Potencial Hidroxiliônico poh = -log [OH - ] [H + ] = [OH - ] = 10-7 mol/l ph = poh = 7 meio neutro: ph = 7 meio ácido: ph < 7 meio básico: ph > 7

35 Água ph das Soluções: É o símbolo para determinar a grandeza físico-química do Potencial Hidrogeniônico, que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa.

36 ph das Soluções: Água ph + poh = 14 [H + ] = 10-4 mol/l ph = -log 10-4 : ph = 4 [OH - ] = mol/l poh = -log : poh = 10

37 Ácidos Bases Sais Funções Inorgânicas

38 Ácidos Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único cátion o H +. H x A água xh + (aq) + A x- (aq)

39 Grupos: Hidrácidos Oxiácidos Ácidos

40 Ácidos Grupos: Hidrácidos: ácidos sem oxigênio HF: ácido fluorídrico HCl: ácido clorídrico HBr: ácido bromídrico HI: ácido iodídrico H2S: ácido sufídrico HCN: ácido cianídrico

41 Ácidos Grupos: Oxiácidos: ácidos com oxigênio HClO3: ácido clórico H2SO4: ácido sulfúrico HNO3: ácido nítrico H3PO4: ácido fosfórico H2CO3: ácido carbônico

42 Ácidos Classificação: Número de Hidrogênios Ionizáveis Grau de Ionização Volatilidade

43 Ácidos Classificação: Número de Hidrogênios ionizáveis Monoácidos: 1 H + Diácidos: 2 H + Triácidos: 3 H + Tetrácidos: 4 H +

44 Ácidos Classificação: Número de Hidrogênios ionizáveis Hidrácidos: todos os hidrogênios presentes na molécula são ionizáveis Oxiácidos: são ionizáveis apenas o hidrogênios ligados ao átomo de oxigênio O H3PO4 O H3PO3 H O P O H H O P O H O H H

45 Ácidos Classificação: Grau de ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas o Fortes o Semifortes o Fracos

46 Ácidos Classificação: Grau de ionização (α): é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas o Hidrácidos: α = nº de moléculas ionizadas nº de moléculas dissolvidas Fortes Semifortes Fracos α 50% 5% < α > 50% α 5% HCl, HBr, HI HF H2S, HCN

47 Ácidos Classificação: Grau de ionização (α): o Oxiácidos: determina-se o x, onde: x = nº de átomos de oxigênio - nº de átomos de hidrogênio Fortes Semifortes Fracos Valor de x 3 ou Exemplos HBrO4 H2SO4 H3PO4 HNO2 HClOH 4SiO4 Observações: H2Co3 (ácido carbônico): é um ácido instável, logo, se decompõe mais facilmente do que se ioniza, logo, é fraco. H3CCOOH (ácido acético): pode ser obtido a partir do álcool comum e é um ácido fraco.

48 Ácidos Classificação: Volatilidade: se caracteriza pela facilidade com que os ácidos passam do estado líquido para o gasoso. o Voláteis: a grande maioria dos ácidos: HF, HCl, HCN, H2S, HNO3, H3CCOOH, etc o Fixos: os menos voláteis, mais comuns, são apenas 2: H2SO4 e H3PO4

49 Ácidos Propriedades: Sabor azedo Líquido fumegante Líquido corrosivo Ação sobre os indicadores de ph: baixo ph Condutibilidade elétrica em meio aquoso Extremamente perigoso Reação com metais: determina a formação de um sal deste metal e libera o gás hidrogênio Reação com os ânions carbonato e bicarbonato formando um sal, água e libera gás carbônico: CaCO3 (s) + 2HCL (aq) NaHCO3 (s) + HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g) NaCl (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

50 Ácidos Aplicações: ácido fluorídrico (HF): corrói o vidro ácido clorídrico (HCl): suco gástrico ácido sulfídrico (H2S): ovo podre ácido cianídrico (HCN): mandioca e sol, ácido tóxico ácido sulfúrico (H2SO4): baterias dos automóveis ácido carbônico (H2CO3): presente nos refrigerantes ácido fosfórico (H3PO4): refrigerante a base de cola ácido nítrico (HNO3): fabricação de explosivos ácido acético (H3CCOOH): produção do vinagre

51 Bases ou Hidróxidos Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem ionização, liberando como o único tipo de ânion os íons OH - (Hidroxila). C(OH) x água C x+ (aq) + x OH - (aq) São portanto Hidróxidos de Metais (cátion): água NaOH Na + + OH - água Ca(OH)2 Ca OH - água Al(OH)3 Al OH - Nomenclatura: hidróxido de (nome do cátion) se o cátion apresentar deferentes eletrovalência, no final do nome, o número da carga elétrica do cátion será expressa em algarismo romano ou utilisamos o sufíxo oso para a menor carga e ico para a maior carga Exemplo: Fe(OH)2: hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso Fe(OH)3: hidróxido de ferro III ou hidróxido férrico

52 Classificação: Número de Hidroxila Solubilidade em água Grau de Dissociação Bases ou Hidróxidos

53 Bases ou Hidróxidos Classificação: Número de Hidroxila: os grupos de hidroxilas liberadas por fórmulas Monobases Dibases Tribases Tetrabases Nº de OH - na fórmula 1 OH - 2 OH - 3 OH - 4 OH - Exemplos NaOH Mg(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)4 água NaOH Na + + OH - água Mg(OH)2 Mg OH - água Al(OH)3 Al OH - água Pb(OH)4 Pb OH -

54 Bases ou Hidróxidos Classificação: Solubilidade em água: se caracteriza pela quantidade em gramas da base que se dissolve em 1 litro de água, a 20 0 C Solubilidade (em gramas) de base / litro de água (a 20 0 C) CsOH Ca(OH)2 1,65 KOH Mg(OH)2 0,009 NaOH Al(OH)3 0,008 Ba(OH)2 38,9 Fe(OH)2 0,001 Sr(OH)2 3,9 Fe(OH)3 0, Solubilidade (em gramas) de base / litro de água (a 20 0 C) Metais Alcalinos Solúveis Metais Alcalinos Terrosos Pouco Solúveis Outros Metais Praticamente Insolúveis

55 Bases ou Hidróxidos Classificação: Grau de Dissociação: está relacionada com a solubilidade das bases, quanto maior a solubilidade maior será sua força de dissociação, logo será considerada uma Base Forte. Logo, se uma base for pouco solúvel apresentará uma força de dissociação menor, portanto, será uma Base Fraca Características das Bases Base Solúvel Elevado Grau de Dissociação Base Forte LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 Base Insolúvel Baixo Grau de Dissociação Base Fraca NH4OH e as bases dos demais metais

56 Bases ou Hidróxidos Propriedades: Sabor adstringente, que amarra a boca Líquido extremamente perigoso Ação sobre os indicadores de ph: alto ph Reações com ácidos: ocorrerá a neutralização pela formação de água e a formação de um sal (salificação)

57 Bases ou Hidróxidos Aplicações: hidróxido de sódio (NaOH): produção de sabão hidróxido de magnésio (Mg(OH)2): antiácido gástrico hidróxido de cálcio (Ca(OH)2: a cal utilizada nas pinturas e na argamassa hidróxido de amônio NH4OH: nos fertilizantes agrícolas e produtos de limpeza

58 Sais Minerais Definição: São substâncias que em solução aquosa sofrem dissociação, produzindo pelo menos um cátion diferente do H + pelo menos um ânion diferente do OH - Na + Cl - (s) Ag + NO3 - (s) Na + HCO3 - (s) água água água Na + (aq) + Cl - (aq) Ag + (aq) + NO - 3 (aq) Na + (aq) + HCO - 3 (aq)

59 Definição: Sais Minerais Ânions acetato: H3CCOO - bicarbonato: HCO3 - bissulfato: HSO4 - brometo: Br - carbonato: CO3 2- cianeto: CN - cloreto: Cl - fluoreto: F - fosfato: PO4 3- hipoclorito: ClO - iodeto: I - nitrato: NO3 - nitrito: NO2 - permanganato: MnO4 - pirofosfato: P2O7 4- sulfato: SO4 2- sulfeto: S 2- sulfito: SO3 2- Cátions + 1 Li +, Na +, K +, Ag +, NH4 +, Cu + +2 Mg 2+, Ca 2+, Ba 2+, Zn 2+,Cu 2+, Fe Al 3+, Fe 3+

60 Classificação: Natureza dos Íons Solubilidade em água Sais Minerais

61 Sais Minerais Classificação: Natureza dos Íons o Sal Normal: o ânion não possui hidrogênio ionizável (H - ) e também não apresenta o ânion OH - : NaCl, BaSO4, Al2(SO4) o Hidrogenossais: apresentam 2 cátions, dos quais um deles é obrigatoriamente o H + (hidrogênio ionizável) e um ânion: NaHCO3 o Hidroxissal ou Sal Básico: sal que apresenta 2 ânions, dos quais um deles é o OH - (hidroxila) e somente um cátion Ca2+(OH)Cl- = Ca2OHCl o Sal Duplo ou Misto: sal que apresenta 2 cátions diferentes (exceto o H+) ou 2 ânions diferentes (exceto o OH-) Na+Li+SO42- = NaLiSO4 ou Ca2+Cl-ClO- = Ca(Cl)ClO o Sal Hidratado: apresenta, no retículo cristalino, moléculas de água em proporção definida (água de cristalização) e indicada na fórmula CuSO4 5H2O = sulfato de cobre II penta hidratado

62 Sais Minerais Classificação: Solubilidade em água: na prática, é o critério mais importante de classificar os sais Solúveis (como regra) nitratos (NO3 - ) acetatos (H3CCOO - ) cloretos (Cl - ) brometos (Br - ) iodetos (I - ) Solubilidade das substâncias em água (a 25 0 C e 1 atm) Insolúveis (principais exceções) Insolúveis (como regra) - sulfetos (S 2- ) Ag +, Pb 2+, Hg2 2+ carbonato ( CO3 2- ) sulfatos (SO4 2- ) Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Pb 2+ nitrato: NO3 - Solúveis (principais exceções) metais alcalinos, alcalinos terrosos, e amônio metais alcalinos e amônio metais alcalinos e amônio

63 Sais Minerais Obtenção: Reação de Neutralização: quando um ácido reage com uma base produzido o sal. o Neutralização Total: sal normal o Neutralização Parcial: Neutralização Parcial do Ácido: sal ácido H3PO4 + 2NaOH NaH2PO4 + H2O Neutralização Parcial da Base: sal básico HCL + Mg(OH)2 Mg(OH)Cl + H2O

64 Sais Minerais Características: Sabor salgado Sólidos: compostos iônicos Maior solubilidade: maior condutibilidade elétrica Várias cores

65 Sais Minerais Aplicações: cloreto de sódio (NaCl): bócio nitrato de sódio (NaNO3): fertilizante e pólvora carbonato de cálcio (CaCO3): calcário, mármore, corais e conchas carbonato da sódio (Na2CO3): produção de vidro bicarbonato de sódio (NaHCO3): antiácidos, fermentos químicos e extintor de incêndio sulfato de cálcio (CaSO4): gesso e giz fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2): nos ossos hipoclorito de sódio (NaClO): água sanitária sulfato de alumínio (Al2(SO4)3): tratamento da água que em meio básico determina floculação

66 Solução Tampão Definição: É a solução capaz de manter o seu ph constante mesmo que seja adicionado pequenas quantidades de ácidos e de bases mesmo que sejam ácidos e bases fortes.

67 Solução Tampão Constituição: Solução Tampão Ácida: o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio Solução Tampão Alcalina: o Base Fraca e o Sal Derivado NH4OH + NH4Cl hidróxido de amônia e cloreto de amônia

68 Solução Tampão Constituição: Solução Tampão Ácida: o Ácido Fraco e o Sal Derivado CH3COOH + CH3COONa ácido acético e acetato de sódio CH3COOH H3CCOO - + H + CH3COONa H3CCOO - + Na +

69 Água ph das Soluções: Exercício: Em uma solução a concentração molar de íons OH - é de 1, mol/l. Qual será o seu ph em 25 0 C e o caráter do meio desta solução?