Ambiente

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Química Aplicada ao Ambiente
CET ESTTQA-TMR1
Química dos Elementos Metálicos Valentim M B
Nunes Unidade Departamental de Engenharias
Instituto Politécnico de Tomar, maio,2014
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Química dos elementos metálicos
Todos os elementos podem ser classificados em
metálicos, não-metálicos ou metalóides.
Esta Química Inorgânica Descritiva é necessária
para a compreensão da utilidade e aplicação da
Química nos variados processos industriais e
biológicos (incluindo aspectos ambientais).
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Ocorrência
A maioria dos metais provem dos minerais. Um
mineral é uma substância que ocorre naturalmente
e com composição química definida. Um depósito
mineral designa-se por minério.
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Exercício 1. Indique três metais que ocorrem
normalmente na natureza na forma não combinada e
três metais que ocorrem na natureza de forma
combinada.
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Processos metalúrgicos
A metalurgia é a ciência da separação dos metais
a partir dos minérios e o fabrico de ligas
metálicas. Envolve a) preparação do minério b)
produção do metal c) purificação.
A produção de um metal livre é sempre um processo
de redução. Por vezes é necessário previamente
calcinar o minério para expulsar impurezas
voláteis
?
CaCO3(s) ? CaO(s) CO2(g) 2 PbS(s) 3 O2(g) ? 2
PbO(s) 2 SO2(g)
Os processos mais importantes são realizados a
altas temperaturas num processo conhecido como
pirometalurgia.
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Exercício 2. O que significa calcinação em
metalurgia? Porque razão a calcinação constitui
uma importante fonte de poluição atmosférica e de
chuva ácida?
Exercício 3. Uma determinada mina produz
anualmente 2108 kg de cobre a partir da
calcopirite, CuFeS2. O minério contém apenas 1
de cobre em massa. a) Se a densidade do minério
for 2.8 g.cm-3 calcular o volume de minério
removido anualmente b) calcular a massa de SO2
produzida por calcinação.
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Metalurgia do Ferro
O ferro existe na forma de certos minerais como a
pirite (FeS) e a hematite (Fe2O3). O processo
envolve a redução química dos minerais pelo
carbono (na forma de coque) num alto forno.
3 Fe2O3 CO ? 2 Fe3O4 CO2 CaCO3 ? CaO
CO2 Fe3O4 CO ? 3 FeO CO2
C CO2 ? 2 CO FeO CO ? Fe CO2
Ferro fundido
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Metais alcalinos
São os elementos menos electronegativos. Estado
de oxidação 1. Possuem pontos de fusão e
densidade baixas.
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Sódio (Na)
Obtenção electrólise do NaCl fundido (pilha de
Downs)
Ocorrência NaAlSi3O8 (albite) NaCl
NaNO3(nitrato do Chile)
Reacções principais 2 Na(s) 2 H2O(l) ? 2
NaOH(aq) H2(g) 2 Na(s) O2(g) ?
Na2O2(g) Na2O2(g) 2 H2O(l) ? 2 NaOH(aq) H2O2
(aq)
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Potássio (K)
Ocorrência KAlSi3O8 (ortoclase) KCl Obtenção
destilação do KCl fundido a 892 C.
Reacções principais 2 K(s) 2 H2O(l) ? 2
KOH(aq) H2(g) K(s) O2(g) ? KO2(g) 2 KO2(g)
2 H2O(l) ? 2 KOH(aq) O2(g) H2O2 (aq) 4 KO2(g)
2 CO2(g) ? 2 K2CO3(s) 3 O2(g)
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Aplicações
Na2CO3 tratamento de águas fabrico de sabões
detergentes medicamentos, indústria do vidro.
Hidróxidos produção de sabões electrólitos de
baterias, ....
Nitratos fertilizantes explosivos, .....
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Exercício 4. Consulte um manual de Química ou
fontes na www e descreva a utilização dos
seguintes compostos a) NaCl b) NaOH c) KO2.
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Metais alcalino-terrosos, magnésio (Mg)
Ocorrência Mg(OH)2 (brucite) CaCO3.MgCO3
(dolomite) MgSO4.7 H2O (epsomite). Obtenção
electrólise do MgCl2 fundido (obtido da água do
mar)
Reacções principais Mg(s) H2O(g) ? MgO(s)
H2(g) 2 Mg(s) O2(g) ? 2 MgO(s) 3 Mg(s) N2(g)
? Mg3N2(s) MgO(s) H2O(l) ? Mg(OH)2 (aq)
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Cálcio (Ca)
Ocorrência CaCO3 (calcário, giz e mármore)
CaSO4.2 H2O (gesso) CaF2 (fluorite) Obtenção
electrólise do CaCl2 fundido
Reacções principais Ca (s) H2O(l) ? Ca(OH)2
(aq) H2(g) CaCO3 (s) ? CaO (s) CO2(g) CaO (s)
H2O(l) ? Ca(OH)2 (s)
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Exercício 5. Quando exposto ao ar o cálcio forma
inicialmente óxido de cálcio, que se transforma
em hidróxido de cálcio e finalmente em carbonato
de cálcio. Escreva as equações para cada etapa.
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Aplicações
Magnésio ligas metálicas protecção catódica
baterias.... CaO metalurgia remoção de SO2
regulação da acidez dos solos,..... Ca(OH)2
tratamento de águas.
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Dureza da água
A dureza na água para consumo humano está
associada à presença de catiões metálicos,
designadamente os iões cálcio (Ca2) e magnésio
(Mg2). Uma água é considerada dura quando
contém na sua composição valores significativos
destes sais e macia quando os contém em
pequenas quantidades.
Dureza da água Dureza da água
Grau de dureza mg/L de CaCO3
Macia 0-60
Média 60-150
Dura 150-300
Muito dura gt 300
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Alumínio (Al)
O alumínio é o metal mais abundante, e 3º
elemento mais presente na crusta terrestre
(7.5). Possui baixa densidade, elevada
resistência à tracção e é um excelente condutor
eléctrico.
Ocorrência Al2O3. 2 H2O (bauxite) Be3Al2Si6O18
(berilo) Na3AlF6 (criolite) Al2O3 (corindo).
Obtenção electrólise do óxido de alumínio
anidro, pelo processo de Hall-Héroult.
Reacções principais 2 Al (s) 6 HCl(aq) ? 2
AlCl3(aq) 3 H2(g) 2 Al (s) 2 NaOH(aq) 2
H2O(l) ? 2 NaAlO2(aq) 3 H2(g) 4 Al(s) 3 O2(g)
? 2 Al2O3(s)
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Aplicações
Alumínio linhas de transmissão de alta tensão
construção de aeronaves recipientes propulsor
sólido para foguetões. Reciclagem O alumínio é
utilizado em milhões de toneladas de latas de
refrigerantes. Para reciclar o alumínio é apenas
necessário a energia para aquecer o alumínio até
ao ponto de fusão ( 660 ºC) e a energia de
fusão ( 10.7 kJ/mol). No total, a energia para
reciclar um mole de alumínio é cerca de 9 da
energia necessária para produzir a mesma
quantidade por electrólise.
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Exercício 6. Consulte um manual de Química ou
fontes na www e descreva as propriedades e
aplicações do alumínio que fazem dele um dos
metais mais versáteis conhecidos.
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Aplicando.
Exercício 7. Consulte um manual de Química ou
fontes na www e descreva uma aplicação ambiental
ou de saúde para cada um dos seguintes compostos
a) NaF b) Mg(OH)2 c) CaCO3.