Química Ambiental Aula 4 Ana Cecília Bulhões Figueira

Sumário Nomenclatura de ácidos e bases Solução tampão Reações ácido-base em águas naturais Reações de oxidação e redução – redox Agentes oxidantes e redutores Números de oxidação (nox) Reações redox em águas naturais

Nomenclatura de Ácidos Ácidos inorgânicos são representados pelo átomo de H na frente do ânion correspondente. É formado pelo ânion ligado a um número de íons H+ suficientes para neutralizar sua carga formal. HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4 Nomes dos ácidos relacionam-se aos nomes dos ânions que os dão origem.

Nomenclatura de Ácidos Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –eto, têm seus nomes formados: ácido + nome do ânion + terminação –ídrico Nome do ânion Nome do ácido Cl- íon cloreto HCl ácido clorídrico Br- íon brometo HBr ácido bromídrico S2- íon sulfeto H2S ácido sulfídrico

Nomenclatura de Ácidos Ácidos derivados de ânions cujos nomes terminam em –ito ou –ato, têm seus nomes formados: ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico Nome do ânion Nome do ácido ClO2- íon clorito HClO2 ácido cloroso ClO- íon hipoclorito HClO ácido hipocloroso ClO3- íon clorato HClO3 ácido clórico ClO4- íon perclorato HClO4 ácido perclórico

Nomenclatura de Bases  Bases inorgânicas são formadas pelo ânion hidróxido (OH-). Nomes são dados por: ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion correspondente Fórmula química Nome da base NaOH Hidróxido de sódio KOH Hidróxido de potássio Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio Mg(OH)2 Hidróxido de magnésio Al(OH)3 Hidróxido de alumínio

Ácidos e bases – Solução tampão Solução que não apresenta variação de pH quando uma pequena quantidade de ácido ou base é adicionada a ela. Solução tampão tem espécies ácidas que neutralizam os íons OH- e espécies básicas que neutralizam os íons H+. HX(aq)     H+(aq) + X-(aq)

Como preparar uma solução tampão? Adicionando base conjugada a um ácido fraco tampão ácido acético/acetato de sódio: H3C2OOH --- H3C2OONa Adicionando uma base fraca a seu ácido conjugado amônia/cloreto de amônio: NH3 --- NH4Cl

Reações ácido-base em águas naturais Águas naturais contêm CO2 dissolvido e seus ânions derivados: CO32-, base moderadamente forte HCO3-, ácido conjugado fraco além de cátions: Ca2+ e Mg2+ O pH dessas águas naturais raramente é exatamente igual a 7,0.

O Sistema CO2/Carbonato Ao dissolver-se na água, o CO2(g) origina o ácido carbônico <H2CO3>: CO2(g) + H2O(l) <H2CO3(aq)> (1) O ácido carbônico dissocia-se em meio aquoso formando o íon bicarbonato, HCO3- e íon H+: H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3-(aq) (2)

O Sistema CO2/Carbonato Por outro lado, as rochas calcárias fornecem o íon carbonato CO32-: CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq) (3) O carbonato reage com H2O liberando OH-: CO32-(aq) + H2O(l) HCO3-(aq) + OH-(aq) (4)

O Sistema CO2/Carbonato As espécies H+ e OH- neutralizam-se, controlando o pH das águas naturais:

Reações de Oxidação-Redução (Redox) Ocorrem em inúmeras ocasiões: meio fisiológico, industrial ou no ambiente. Caracterizam-se pela transferência de elétrons entre as substâncias. Processos de oxidação: perda de elétrons. Processos de redução: ganho de elétrons. Átomo oxidado transfere e- a um átomo reduzido

Reações de Oxidação-Redução (Redox) Como reconhecer as reações redox? Através do número de oxidação (nox) Em processos de Oxidação: corresponde a um aumento no número de oxidação (perda de elétrons); Em processos de Redução: corresponde a uma diminuição no número de oxidação (ganho de elétrons); 

Reações de Oxidação-Redução (Redox) Como atribuir números de oxidação? O número de oxidação (nox) de um elemento não combinado com outros elementos é 0 (estado fundamental). A soma dos números de oxidação (nox) de todos os átomos em uma espécie é igual à sua carga total. Para os demais elementos, usam-se regras

Reações de Oxidação-Redução (Redox) Regras práticas: O número de oxidação do hidrogênio (H) é +1, quando combinado com não-metais e -1 em combinação com metais. Os números de oxidação dos elementos dos Grupos 1 e 2 são iguais ao número de seu grupo.

Reações de Oxidação-Redução (Redox) O número de oxidação de todos os halogênios é -1, a menos que o halogênio esteja em combinação com o oxigênio ou outro halogênio mais alto no grupo. O número de oxidação do oxigênio é -2 na maioria dos seus compostos. As exceções são os compostos com o hidrogênio e em certos metais como peróxidos (O22-), superóxidos (O2-) e ozonetos (O3-).

Reações de Oxidação-Redução (Redox) Agentes oxidantes e redutores   Agente oxidante é a espécie que sofre redução (ganha elétrons – diminui nox). Agente redutor é a espécie que sofre oxidação (perde elétrons – aumenta nox). Espécie nox Zn(s) Zn2+(aq) +2 Cu2+(aq) Cu(s) Ganha 2e- = reduz = agente oxidante Zn(s) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(s) Perde 2e- = oxida = agente redutor

Reações de Redox em águas naturais As reações redox são importantes nas águas naturais São fundamentais na sobrevida dos organismos aquáticos OXIGÊNIO DISSOLVIDO (O2diss)

Reações de Redox em águas naturais O2 é o agente oxidante mais importante nas águas naturais; Quando reagem em meio aquoso, os átomos de O têm seu nox alterado de 0 a -2 (H2O e OH-): O2 + 4H+(aq) + 4e-  2H2O(l) ou O2 + 2H2O(l) + 4e-  4OH-(aq) A concentração do O2 dissolvido em águas se dá por: O2(g) ↔ O2(aq)

Reações de Redox em águas naturais OXIGÊNIO DISSOLVIDO  [O2] dissolvido é baixa (1,3.10-3 molL-1 atm-1); A solubilidade do O2 a 25°C é 8,7 miligramas por litro de água ( 8,7 ppm); Já a 0°C é 14,7 ppm > a 35°C é 7,0 ppm; Como os peixes necessitam de 5 ppm de O2 na água para manter-se vivos - sua sobrevivência em águas aquecidas pode ser problemática;

Reações de Redox em águas naturais DEMANDA DE OXIGÊNIO - DO   A substância mais oxidada pelo O2 dissolvido é a matéria orgânica de origem biológica (plantas mortas e restos de animais). Supõe-se que a matéria orgânica seja em sua totalidade carboidrato polimerizado:   CH2O(aq) + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) carboidrato

Reações de Redox em águas naturais DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO - DBO   A capacidade da matéria orgânica presente em uma amostra de água natural em consumir oxigênio é chamada demanda bioquímica de oxigênio, DBO. A DBO = quantidade de O2 consumida como resultado da oxidação da matéria orgânica.  A DBO média para água superficial não poluída é de cerca de 0,7 miligramas de O2 por litro.

Reações de Redox em águas naturais Ensaio: Determinação da Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO5   DBO5: quantidade de O2 necessária para oxidar a matéria orgânica degradada por ação bacteriana (5 dias a 20°C); Fornece dados sobre compostos biodegradáveis em efluentes domésticos e industriais; MO + O2(aq) → CO2(g) + H2O(l) Micro-organismos

Reações de Redox em águas naturais DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO   Maneira mais rápida para medir a DO em água é através da DQO: A dissolução do íon dicromato (Cr2O72-) em H2SO4 forma um poderoso agente oxidante, que oxida a matéria orgânica (MO):  MO + Cr2O72-(aq) + H+(aq) ↔ 2Cr3+(aq) + CO2(aq) + H2O(l)

Reações de Redox em águas naturais DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO - DQO   Com a reação de DQO, estima-se a quantidade de Matéria Orgânica presente em uma amostra; Faz-se uso da relação entre consumo de íon dicromato (Cr2O72-) e O2 dissolvido  1 mol Cr2O72- = 1,5 mol O2

Reações de Redox em águas naturais COMPARAÇÃO ENTRE DBO E DQO Demanda Bioquímica por O2 (DBO) Demanda Química por O2 (DQO) Parecida com processos naturais Diferente de processos naturais Oxidação da MO via micro-organismos Oxidação da MO via reagentes químicos Cinco dias de análise Rápida Pouca repetibilidade Melhor repetibilidade

Reações de Redox em águas naturais Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais A MO pode ser decomposta pela ação de bactérias em condições anaeróbicas (ausência de O2). Condições anaeróbicas ocorrem em águas paradas, como as de pântanos, e as que se encontram na parte inferior de lagos profundos.

Reações de Redox em águas naturais Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais As bactérias anaeróbicas promovem a modificação do C: parte se oxida a CO2 e parte é reduzida a CH4: MO → CH4(g) + CO2(g) Bactérias anaeróbicas Reação de fermentação, onde ambos os agentes, oxidante e redutor, são materiais orgânicos.

Reações de Redox em águas naturais Decomposição Anaeróbica da MO em águas naturais O CH4(g) é insolúvel em água e forma bolhas na su­perfície da água em zonas pantanosas;  o metano foi chamado de gás "dos pântanos". A mesma reação química ocorre nos "diges­tores" usados por moradores rurais para transformar excrementos animais em gás metano, que pode ser usado como combustível. MO → CH4(g) + CO2(g) Bactérias anaeróbicas

Fechamento Nomenclatura de ácidos e bases Solução tampão Reações ácido-base em águas naturais Reações de oxidação e redução – redox Agentes oxidantes e redutores Números de oxidação (nox) Reações redox em águas naturais

Química Ambiental Atividade 4 Ana Cecília Bulhões Figueira

EXERCÍCIO DE AULA – nomenclatura de ácidos e bases Dê os nomes para as seguintes substâncias: H2S HNO3 HIO4 LiOH Al(OH)3 Be(OH)2

EXERCÍCIO DE AULA – Resolução Nomenclatura de ácidos: ácido + terminação –ídrico (ânion = -eto) ácido + nome do ânion + terminações –oso e –ico (-ico ou –ato) Nomenclatura de bases: ânion hidróxido + preposição DE + nome do cátion

EXERCÍCIO DE AULA – Resolução ÁCIDOS H2S S-2 Ânion sulfeto Ácido sulfídrico HNO3 NO3- Ânion nitrato Ácido nítrico HIO4 IO4- Ânion periodato Ácido periódico BASES LiOH Li+ Cátion lítio Hidróxido de lítio Al(OH)3 Al3+ Cátion alumínio Hidróxido de alumínio Be(OH)2 Be2+ Cátion berílio Hidróxido de berílio

EXERCÍCIO DE AULA - nox Determine os números de oxidação (nox) do enxofre (S) nos seguintes compostos: SO2 SO42-

EXERCÍCIO DE AULA – Resolução Primeiro passo: representar o n° oxidação do S por x. O n° oxidação do O é -2 nos dois compostos. (a) SO2: Pela regra, a soma dos nox dos átomos no composto neutro deve ser ZERO, então:  nox S + [2.(nox O)] = 0   Então, x + [2.(-2)] = 0, portanto, x = +4 (b) SO42-: Pela regra, a soma dos números de oxidação dos átomos no íon é igual à carga do composto (-2), então: x + [4.(-2)] = -2, x = +6