Catalisadores nas transformações químicas (3º ano)

As transformações químicas podem ter sua rapidez aumentada sem que seja necessário aumentar a temperatura, a superfície de contato, a concentração ou a pressão dos reagentes. Existem substâncias que aceleram as transformações químicas, sem serem consumidas nos processos em que estão envolvidas. Essas substâncias são chamadas catalisadores.
Exemplo de catalisadores
Enzimas
As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas. Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as enzimas aceleram a velocidade de uma reação sem no entanto participar dela como reagente ou produto.
Reação ácido clorídrico com aluminio na presença de cobre.
É uma reação exotérmica e pode ser explosiva se realizada em um recipiente fechado, alé de liberar gases tóxicos. Neste caso o cobre é o catalisador da reação fazendo a reação acontecer com maior rapidez em comparação com a reação somente do alumínio com ácido clorídrico.
Catalisadores nos automóveis
Neste caso, os catalisadores são esferas dos metais paládio ou platina que são acopladas ao escapamento dos carros e que aceleram a transformação de alguns dos gases resultantes da queima dos combustíveis nos motores em outros gases menos poluentes. Como exemplo, podemos citar a transformação do monóxido de carbono (CO) em dióxido de carbono (CO2).

A atmosfera (3º ano)

                                    A atmosfera

A Terra está envolvida por uma camada de ar, denominada atmosfera, constituída por uma mistura gasosa cujos principais componentes são o oxigênio e o nitrogênio. A espessura dessa camada não pode ser perfeitamente determinada, porque, à medida que aumenta a altitude, o ar se torna muito rarefeito, isto é, com pouca densidade.                                                 

O ar, sendo composto por moléculas, é atraído pela força de gravidade da Terra e, portanto, tem peso. Se não o tivesse escaparia da Terra, dispersando-se pelo espaço. Devido ao seu peso, a atmosfera exerce uma pressão, chamada pressão atmosférica, sobre todos os objetos nela imersos.
Experiência idealizada pelo físico italiano Evangelista Torricelli:

                                    
  

Num tubo de vidro de 1 metro, o mercúrio nele contido escoa para o frasco até que o desnível atinja cerca de 76cm, que corresponde a uma coluna 760 mm de mercúrio ao nível do mar ou a 1 atmosfera (1 atm).

O Hg é usado devido a sua grande densidade o que acarreta uma coluna líquida de não muito grande (13,6 vezes menor  caso fosse uma coluna de água).
Pressão atmosférica - é a pressão exercida pela atmosfera num determinado ponto. É a força por unidade de área, exercida pelo ar contra uma superfície.

A pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. Isso ocorre porque o peso do ar sobre as camadas elevadas da atmosfera é menor do que aquele que age sobre as camadas mais baixas. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é, em média, de 76 cm de mercúrio.

Variação da pressão atmosférica com a altitude:

Altitude (m)	Pressão (cm Hg) altura da coluna
0	76
1000	67
5000	41
10000	21

A pressão atmosférica é tanto menor quanto maior for a altitude do local.

Composição do ar atmosférico

Do ar atmosférico são obtidos os gases industriais nitrogênio, oxigênio, argônio, neônio, criptônio e xenônio, por meio de um processo chamado destilação fracionada.A primeira coisa a ser feita é a liquefação do ar atmosférico. Depois, a mistura liquefeita vai sendo aquecida e seus componentes são separados com base em suas temperaturas de ebulição.

Composição do ar atmosférico a pressão de 1 atm

Nitrôgenio         78,08%

Oxigênio           20,95%

Argônio             0,934%

Neônio             0,001818%

Hélio              0,0005239%

Hidrogênio     0,00005%

Xenônio          0,0000086%

Criptônio       0,0001139%

Ciclo do nitrogenio (3º Ano)

Ciclo do nitrogênio

O gás nitrogênio N₂ constitui 78% da atmosfera. O nitrogênio é o responsável pelo crescimento dos seres vivos e é a constituição básica das proteínas. Ao se alimentar de carne de qualquer animal ou de certos produtos vegetais, o organismo incorpora o nitrogênio das proteínas dessas fontes.  Como os animais também se alimentam primariamente de plantas, conclui-se que o início dessa cadeia alimentar está nos vegetais. O nitrogênio é pouco reativo e a maioria dos vegetais só obtém nitrogênio retirando-o do solo sob a forma de nitratos (NO3-) e sais de amônio (NH4+).

Temos vinte tipos de proteínas com a fórmula estrutural:

               COOH

                ׀

   H₂N ̶   C – H

                ׀                  

               R

       

A prática da agricultura requer solos sempre ricos nesses nutrientes (sucessivos cultivos em um mesmo terreno, ano após ano, acabam por exaurir sua reserva de nitratos e de outros nutrientes, sendo necessária a reposição), garantindo que as plantas possam alimentar-se.

O salitre (NaNO₃)  foi, até as primeiras décadas do século XX, a mais importante fonte de nitratos para o uso do homem. Era utilizado não apenas como fertilizante, mas também como matéria prima em indústrias. Pode-se destacar a indústria de explosivos. A pólvora, inventada na Idade Média, é mistura de salitre, enxofre e carvão. Muitos outros explosivos requerem nitratos (ou ácido nítrico, que era obtido a partir de nitratos) em sua fabricação. Não é difícil perceber a importância estratégica do salitre: em um cenário de guerra, o suprimento de alimentos e de explosivos é fator determinante para a vitória.

Por volta de 1900, o químico alemão Fritz Haber havia começado a estudar a reação de síntese da amônia. As observações de Haber mostraram que, quanto maior a pressão a que se submetessem os gases, maior seria o rendimento em amônia. Os compressores então disponíveis permitiam a obtenção de pressões de até 200 atmosferas (200 vezes a pressão de 1 atmosfera, que é a pressão a o nível do mar, chamada pressão normal).

Produção de amonia (3º Ano)

A amônia sendo um elemento pouco reativo depende de reações químicas na industria para produzir amônia (NH₃), em reatores, com sistema de pressão e temperatura.  A síntese (produção) da amônia indica que quanto maior a pressão no sistema maior o rendimento da reação.

                            N₂ + 3H₂   çè NH₃

Rendimento de uma reação é a relação entre a quantidade produzida e a prevista na estequiometria(previsão teórica).

Equilíbrio químico

São transformações químicas na qual produtos e reagentes coexistem e que estas quantidades podem ser modificadas dependendo das condições de pressão e temperatura a que este sistema é submetido.

         

	N2	3H2      çè	NH3	N2	3H2
	nitrogênio	Hidrogênio	Amônia	nitrogênio	hidrogênio
Previsto	100	300	200	0	0
Real	100	300	135	32,5	97,5

                

A pressão e temperatura no sistema possibilitou um rendimento da reação de 135 partes(67,5%), enquanto que a previsão teórica era de 200 partes (100%).

 A amônia, à temperatura ambiente e pressão atmosférica, é um gás tóxico, corrosivo na presença de umidade, inflamável, incolor, com odor muito irritante e altamente solúvel em água. É envasada e transportada em cilindros de aço como um gás liqüefeito sob sua própria pressão de vapor, 7,87 bar a 21.1 ºC.

A amônia é matéria prima para produzir fertilizantes, detergentes, germicidas, pigmentos, shampoo, náilon, explosivos, etc..

Fertilizantes nitrogenados

Alguns fertilizantes nitrogenados produzidos a partir da amônia

NH₃   ---------- + O₂--------+HNO₃-------------è NH₄NO₃  Nitrato de amônio

          ------------------------+ H₂SO₄------------è (NH₄)SO₄ Sulfato de Amonio

          ------------------------+CO₂---------------è (NH₂)₂CO  Uréia

          ----------+H₃PO₄------------è NH₄PO₄ e (NH₄)₂ PO₄ Fostato monoamonio e fostato diamonio

Vídeo: Fertilizantes