Química Ambiental Aula 1

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1 Química Ambiental Aula 1
Ana Cecília Bulhões Figueira

2 Plano de Ensino Ementa Matéria e Energia, Estrutura atômica, Tabela periódica, Ligações químicas. Ácidos e bases. Química do ar, água e solo. Química dos poluentes e seus efeitos sobre o meio ambiente e a saúde pública. Objetivos Oferecer uma visão geral da Química Ambiental para que sejam capazes de relacionar questões dessa ciência aos impactos ambientais mais recorrentes e assim, propor soluções e medidas mitigadoras e de remediação.

3 Plano de Ensino Conteúdo Capítulo 1 - Matéria e energia. Capítulo 2 - Ácidos, bases e reações em meio aquoso. Capítulo 3 - A química da Atmosfera. Capítulo 4 - A química da Hidrosfera. Capítulo 5 - A química da Litosfera.

4 Plano de Ensino Bibliografia Básica
BAIRD, C. Química Ambiental, 2 ed. Porto Alegre, Bookman, 2008. SPIRO, T. G., STIGLIANI, W, M., Química Ambiental. 2 ed. São Paulo, Pearson, 2009. BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005. JERÔNIMO, C.E.M; MELO, H.N.S. Caracterização dos resíduos químicos de um laboratório de análises físico-químicas e microbiológicas de águas e efluentes. Rev. Elet. Em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v.7, n.7, p , mar-ago 2012.

5 Plano de Ensino Bibliografia Complementar
ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química - Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Bookman, 3ª Ed. Porto Alegre, 2005. ROCHA, J. C., ROSA, A. H., CARDOSO, A. A. Introdução à química ambiental. Porto Alegre, Bookman, 2004. MANOM E. B., PACHECO, E. B. A. V., BONELLI, C. M. C., Meio ambiente poluição e reciclagem. 1ªed., São Paulo, Edgard Blucher, 2005. KOTZ, J. C., TREICHEL, P. Química e Reações Químicas. 4ªed., Rio de Janeiro, LTC, 2002. BRUICE, P. Y., Química orgânica. Vol.1, 4ªed., São Paulo, Pearson, 2006.

6 Sumário Matéria e Teoria Atômica Tabela Periódica dos Elementos
Ligações Químicas Compostos Iônicos e Moleculares

7 O Estudo da Matéria MATÉRIA é todo o material físico do universo
Três estados: sólido, líquido e gasoso Os comportamentos físico-químicos da matéria dependem da estrutura dos átomos que a compõem e de como interagem entre si.

8 O Estudo da Matéria SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO
Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002 SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO Figura 1: Diferentes exemplos dos estados da matéria.

9 Classificação da Matéria
Pode ser reduzida a substância mais simples? Composto Matéria Mistura heterogênea Homogênea É uniforme? Substância pura Mistura homogênea (solução) Tem composição variável? Elemento NÃO SIM

10 Matéria e Teoria Atômica
Entender a estrutura atômica (evolução dos modelos atômicos) É FUNDAMENTAL para entender como a mesma influencia nas propriedades da matéria.

11 Modelos atômicos e estrutura atômica
John Dalton (1803): Postulados Toda matéria é composta por partículas menores (átomos). Os átomos são indivisíveis, não podem ser criados e nem destruídos – “lei de conservação das massas”. Todos os átomos de um elemento são idênticos. Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam.

12 J. J. Thomson (1897) – Descoberta do elétron
O átomo é subdivisível: experimentos (raio catódico) revelaram que o átomo tem partículas carregadas negativamente (elétrons); Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 Relação carga/massa do elétron = 1, C.g-1 O Coulomb (C) é a unidade de carga elétrica no SI. Figura 2: Esquematização de um tubo de raios catódicos modificado.

13 Modelo atômico de J.J.Thomson
- Sugeriu que o átomo poderia ser uma esfera carregada positivamente na qual alguns elétrons estão incrustados. Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 Figura 3: Modelo “pudim de ameixa” do átomo de J. J. Thomson.

14 Modelo atômico de Ernest Rutherford
1914: E. Rutherford demonstrou a existência de uma partícula com massa muito superior a massa do elétron, porém de mesma carga e de sinal oposto. 1919: Carga positiva no núcleo atômico: descoberta dos prótons (+). 1932: J. Chadwick descoberta dos nêutrons (partícula nuclear eletricamente neutra). Fonte: Petrucci, Harwood and Herring. General Chemistry Principles and Modern Applications 8th Ed. Windsor, Prentice-Hall, 2002 Figura 4: Representação do átomo nuclear.

15 Tabela 1 – Comparação entre partículas subatômicas
O átomo nuclear Partículas subatômicas: prótons (+), nêutrons e elétrons (-); Carga de um elétron = - 1, C Carga de um próton = + 1, C (1, C  carga eletrônica) Tabela 1 – Comparação entre partículas subatômicas Partículas Carga Prótons Positiva (1+) Nêutrons Nenhuma (neutra) Elétrons Negativa (1-)

16 O átomo nuclear Átomo é neutro: número de prótons = número de elétrons
A massa do elétron é desprezível em relação à massa do próton e do nêutron. Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo Número de massa (A) = número de prótons + número de nêutrons no núcleo átomo de Oxigênio A Z X 16 8 O

17 Isótopos São elementos que possuem o mesmo número atômico (Z), porém com massa atômica (A) diferentes (n° neutrons ≠). Exemplos: 12 C 11 14 13 6 2 H 1 3 37 Cl 35 17 nuclídeos

18 A escala de massa atômica
A massa (em gramas) do 1H é 1, g e do 16O é 2, g. Usando (u)  unidade de massa atômica: 1 u = 1, g 1 g = 6, u Por convenção: a massa de 12C = exatamente 12 u Portanto, a massa atômica do 1H=1u e do 16O=16u

19 A escala de massa atômica
Massas atômicas médias A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos: O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C. A massa média do C: (0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u

20 Organização dos Elementos: A Tabela Periódica
1871: Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev (ordem crescente de nº de massa) Atualmente: 116 elementos Ordem crescente de número atômico (Z) horizontal. Propriedades físicas e químicas similares - vertical.

21 Tabela periódica Figura 5: Classificação dos elementos – Tabela Periódica.

22 Tabela periódica As colunas na tabela periódica chamam-se grupos (numeradas de 1A a 8A ou de 1 a 18). As linhas na tabela periódica chamam-se períodos. 19 K 39,0983 Número atômico (Z) Símbolo atômico Peso atômico

23 Tabela 2: Grupos da tabela periódica
Alguns dos grupos na tabela periódica recebem nomes especiais e indicam as similaridades entre os membros de um grupo. Tabela 2: Grupos da tabela periódica Grupo Nome Elementos 1A Metais alcalinos Li, Na, K, Rb, Cs, Fr 2A Metais alcalinos terrosos Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra 6A Calcogênios O, S, Se, Te, Po 7A Halogênios F, Cl, Br, I, At 8A Gases nobres He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

24 Propriedades Periódicas
A posição do elemento revela suas propriedades Figura 6: Propriedades periódicas dos elementos.

25 Modelo atômico de Niels Böhr Níveis e subníveis energéticos
núcleo Camadas ou níveis Subnível s p d f n° máx. de e- 2 6 10 14 Fonte: Usberco, J.; Salvador, E. Química, 5ª.ed.reform., São Paulo:Saraiva, 2002, p.64-67 Níveis de Energia Nome da Camada n° máximo elétrons 1° K 2 2° L 8 3° M 18 4° N 32 5° O 6° P 7° Q Figura 7: Níveis e subníveis de energia.

26 Transferência de e-  camada mais externa do átomo: CAMADA DE VALÊNCIA
Diagrama de Linus Pauling Distribuição eletrônica de 26Fe e 26Fe2+ 26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 26Fe2+ (- 2e-) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 Energia crescente: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d

27 Íons e compostos iônicos
Átomos podem perder ou ganhar elétrons  ÍONS Íon (+)  CÁTION Íon (-)  ÂNION Átomos podem perder ou ganhar mais de um elétron Cargas iônicas, representadas por índice superior Nos CÁTIONS: +, 2+, 3+ Nos ÂNIONS: -, 2-, 3-

28 Íons e compostos iônicos
Previsão das cargas iônicas Posição do elemento na Tabela Periódica CÁTIONS ÂNIONS Fonte: BROWN, T. L., LEMAY, H. E., BURSTEN. B. E., BURDGE, J. R. Química uma ciência central. 9 ed. São Paulo, Pearson, 2005 METAIS tendem a perder e- e NÃO METAIS tendem a ganhar e- Figura 8: Cargas de alguns íons encontrados em compostos comuns.

29 Íons e compostos iônicos
Ligações químicas: transferência ou compartilhamento de e- Elementos buscam a estabilidade (regra do octeto) COMPOSTOS IÔNICOS: formados pela combinação de íons  LIGAÇÃO IÔNICA (transferência de e-)  Geralmente entre METAL + NÃO METAL Na+ + Cl NaCl Íon sódio Íon cloro Composto iônico (cloreto de sódio)

30 Compostos iônicos  São ELETRICAMENTE NEUTROS
(cargas positivas = cargas negativas) Portanto: existe um Na+ para cada Cl- gerando NaCl existe um Ba2+ para dois Cl- gerando BaCl2 Em geral, a carga de um íon torna-se o índice do outro (sem sinal): Mg N Mg3N2 íon magnésio íon nitrogênio Composto iônico (nitreto de magnésio)

31 Moléculas e Compostos Moleculares
Moléculas são reuniões de dois ou mais átomos ligados entre si (NÃO METAIS): Compartilhamento de e- Suas fórmulas químicas indicam quais átomos compõem a molécula e em qual proporção são encontrados. Exemplos: H2O, CO2, CO, CH4, H2O2, O2, O3 e C2H4. H• + H• H H ou H H O C ou O C O Ligação covalente Ligação covalente coordenada

32 Compostos: Iônicos x Moleculares
Formado por íons Combinam metais e não-metais Exemplos: NaCl, CaCl2 MOLECULARES Formado por moléculas Em geral, somente não-metais Exemplos: H2O; CH4

33 Fechamento Matéria e Teoria Atômica Tabela Periódica Ligações Químicas
Compostos Iônicos e Moleculares

34 Química Ambiental Atividade 1
Ana Cecília Bulhões Figueira

35 Evolução nos modelos atômicos
J. Dalton J.J. Thomson E. Rutherford/N. Bohr Átomos indivisíveis Átomos de um mesmo elemento são iguais Átomos combinam-se entre si para formar novos compostos Descoberta dos elétrons (-) Átomos formados por uma esfera maciça positiva com elétrons incrustrados “pudim de passas” Descoberta dos prótons (+) e do átomo nuclear Elétrons existiam ao redor do núcleo (eletrosfera) Eletrosfera : dividida em camadas e subcamadas (por ordem de energia)

36 Distribuição eletrônica
Lítio (Li) Flúor (F) Metal Não Metal Família 1 ou 1A: Metais Alcalinos Família 17 ou 7A: Halogênios Número atômico = n° e- = 3 Número atômico = n° e- = 9 Distribuição eletrônica 1s2 2s1  C.V. = 2s1 1s2 2s2 2p5 C.V. = 2s2 2p5 Li perde 1e-  cátion Li+ F ganha 1e-  ânion F- Composto Iônico LiF (fluoreto de lítio)