A importância e aplicações da Prata (Ag) no cotidiano

Publicado em 22/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Prata

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livr.

A prata (do latim vulgar platta, argentum) é um elemento químico de símbolo Ag e de número atómico igual a 47 (47 prótons e 47 elétrons). À temperatura ambiente, a prata encontra-se no estado sólido. No teste de chama, assume a cor lilás.

Características

Moedas em prata

A maior parte da prata é um subproduto da mineração de chumbo e está frequentemente associada ao cobre.

A prata normalmente ocorre em forma compacta como pepitas ou grãos, embora possa também ser encontrada em agregados fibrosos, dendítricos (em forma de árvore). Quando recentemente minerada ou polida, ela possui uma cor branco-prata brilhante característica e um brilho metálico. Entretanto, com a exposição ao oxigênio do ar, uma camada preta de óxido de prata se forma prontamente, escurecendo a superfície, mas esta camada preta não afeta a qualidade do produto, quando polida novamente ela ganha seu brilho original devida a remoção desta camada de oxidação. Por causa disso e do fato de que ela é muito maleável para ser usada em joalheria na sua forma pura, a prata é frequentemente ligada a outros metais, ou recebe uma camada de cobertura de ouro.

A prata é tóxica. No entanto, a maior parte dos seus sais não são venenosos devido a características de seus ânios. Estes compostos são absorvidos pelo corpo e permanecem no sangue até se depositarem nas membranas mucosas, formando uma película acinzentada.A intoxicação por prata chama-se argiria. Há contudo, outros compostos de prata, como o nitrato, que têm um efeito anti-séptico. Usam-se soluções de nitrato de prata no tratamento de irritações de membranas mucosas da boca e garganta. Algumas proteínas contendo prata são poderosos agentes anti-irritantes das membranas dos olhos, ouvido, nariz e garganta.

Ocorrência

As principais áreas de mineração de prata do mundo se encontram na América do Sul, nos Estados Unidos, na Austrália e na antiga União Soviética. O maior produtor individual de prata é provavelmente o México, onde a prata tem sido minerada desde aproximadamente 1500 d.C. até hoje. A melhor prata natural, que ocorre na forma de arame torcido, é a de Kongsberg, na Noruega.

Prata 950

Prata 950 quer dizer: 95% da joia é de prata legítima; os outros 5% são de outros metais, normalmente Cobre.

Este conceito foi criado pelo Dom Afonso II para punir severamente quem alterasse a mistura.

Os números das Provas mais comuns são:

Ouro: 375, 500, 583, 585, 750, 958, 996, 999,9 (usa-se na industria aeroespacial) Prata: 750, 800, 875, 916, 925, 960, 995 Platina: 950 Paládio: 500, 850

FONTE:

PRATA. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Prata&oldid=19791827>. Acesso em: 22 abr. 2010.

A importância e aplicações do Oxigênio (O) no Cotidiano

Publicado em 21/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Oxigênio

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

O oxigênio é um elemento químico de símbolo O (cada molécula contém um átomo de oxigénio),número atômico 8 (8 prótons e 8 elétrons) com massa atômica 16 u.

Na sua forma molecular, O₂, é um gás a temperatura ambiente, incolor (azul em estado liquido e solido), insípido, inodoro, comburente, nãocombustível e pouco solúvel em água.

Representa aproximadamente 20% da composição da atmosfera terrestre. É um dos elementos mais importantes da química orgânica, participando de maneira relevante no ciclo energético dos seres vivos, sendo essencial na respiração celular dos organismos aeróbicos.

Uma outra molécula também formada por átomos de oxigênio é o ozônio (O₃), cuja presença na atmosfera protege a Terra da incidência de radiação ultravioleta procedente do Sol.

Características principais

Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão o oxigênio se encontra no estado gasoso, formando moléculas biatômicas de formula molecular O₂. Esta molécula é formada durante a fotossíntese das plantas e, posteriormente, utilizada pelos seres vivos no processo de respiração. Ver: Ciclo do oxigênio. O oxigênio em seu estado líquido e sólido tem uma ligeira coloração azulada e, em ambos os estados, é paramagnético. O oxigênio líquido e obtido usualmente a partir da destilação fracionada do ar líquido, junto com o nitrogênio. Reage praticamente com a totalidade dos metais, exceto com os metais que são nobres como ouro, platina, provocando a corrosão.

Aplicações

A principal utilização do oxigênio é como oxidante devido à sua elevada eletronegatividade superada somente pela do flúor. Por isso, o oxigênio líquido é usado como comburente nos motores de propulsão dos foguetes, apesar de que nos processos industriais o oxigênio para a combustão é obtido diretamente do ar.

Outras aplicações industriais são na soldadura e na fabricação de aço e metanol. A medicina usa o oxigênio administrando-o como suplemento em pacientes com dificuldades respiratórias.

Também é engarrafado para ser respirado em diversas práticas desportivas como, por exemplo, o submarinismo ou em atividades profissionais para acessar a locais de pouca ou nenhuma ventilação ou em atmosferas contaminadas. O oxigênio provoca uma resposta de euforia quando inalado. No século XIX era utilizado misturado com o óxido nitroso como analgésico. Atualmente, esta mistura ressurgiu para evitar a dor em tratamentos dentários. O Oxigênio-15, radioativo com emissão de pósitron é usado no exame PET do cérebro em medicina nuclear.

História

O elemento oxigênio foi descoberto pelo farmacêutico sueco Carl Wilhelm Scheele em 1771, porém o seu trabalho não obteve reconhecimento imediato. Muitos atribuem a Joseph Priestley o seu descobrimento, que ocorreu independentemente em 1 de agosto de 1774.

O nome oxigênio (do grego ὀξύς = ácido e, -geno, da raiz γεν = gerar), foi dado por Lavoisier em 1774 após ter observado que existiam muitosácidos que continham oxigênio.

Compostos

Sua alta eletronegatividade o faz reagir com muitos elementos químicos exceptuando alguns poucos gases nobres.

O composto mais notável do oxigênio é a água (H₂O). Outros compostos importantes que apresentam o elemento oxigênio em sua composição são: dióxido de carbono, os álcoois (R-OH), aldeídos, (R-CHO), e ácidos carboxílicos (R-COOH).

Os íons clorato (ClO₃^–), perclorato (ClO₄^–), cromato (CrO₄^2-), dicromato (Cr₂O₇^2-), permanganato (MnO₄^–) e nitrato (NO₃^–) são fortes agentes oxidantes. Os epóxidos são éteres na qual o átomo de oxigênio é um hétero-tomo.

O ozônio (O₃) se forma mediante descargas elétricas a partir do oxigênio molecular (durante as tormentas elétricas, por exemplo).

No oxigênio líquido já foi encontrado, em pequenas quantidades, uma dupla molécula de oxigênio: (O₂)₂.

Ação biológica

O oxigênio respirado pelos organismos aeróbicos, liberado pelas plantas no processo de fotossíntese, participa na conversão de nutrientes em energia intracelular.

A redução do nível de oxigênio provoca a hipoxemia e, a falta total ocasiona a anoxia, podendo provocar a morte do ser vivo.

A hemoglobina é o pigmento que dá a cor aos glóbulos vermelhos (eritrócitos) e tem a função vital de distribuir o oxigênio pelo organismo.

Isótopos

O oxigênio tem três isótopos estáveis e dez radioativos. Todos os radioisótopos do oxigênio tem uma meia-vida de menos de três minutos.

Precauções

O oxigênio pode ser tóxico a elevadas pressões parciais.

Alguns compostos de oxigênio como o ozônio, o peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila são muito tóxicos. O corpo humano possui mecanismos de proteção contra estas espécies tóxicas. Por exemplo, a glutação atua como antioxidante, como a bilirrubina que é um produto derivado do metabolismo da hemoglobina.

FONTE:

OXIGÉNIO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxig%C3%A9nio&oldid=19682219>. Acesso em: 21 abr. 2010.

A importância e aplicações do Alumínio (Al) no cotidiano

Publicado em 13/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Alumínio

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

É dado a Friedrich Wöhler o reconhecimento do isolamento do alumínio, em 1827.O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 ( 13 prótons e 13 elétrons ) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixoponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Entretanto, mesmo com o baixo custo para a sua reciclagem, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação, além das implicações ecológicas negativas no rejeito dos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário.

O alumínio é um metal leve, macio e resistente. Possui um aspecto cinza prateado e fosco, devido à fina camada de óxidos que se forma rapidamente quando exposto ao ar. O alumínio não é tóxico como metal, não-magnético, e não cria faíscas quando exposto à atrito. O alumínio puro possui tensão de cerca de 19 megapascais (MPa) e 400 MPa se inserido dentro de uma liga. Sua densidade é aproximadamente de um terço doaço ou cobre. É muito maleável, muito dúctil, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável, sendo o primeiro o ouro, e o sexto mais dúctil. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

Caracterísricas

Aplicações

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é mais dúctil em relação ao aço , porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha, sendo o processo mais utilizado para a fabricação de refletores automotivos , por exemplo. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.

Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção deexplosivos. Ainda usado como ânodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

Outros usos do alumínio são:

Meios de Transporte: Como elementos estruturais em aviões, barcos, automóveis, bicicletas, tanques, blindagens e outros.
Embalagens: Papel de alumínio, latas, embalagens Tetra Pak e outras.
Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.
Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.
Transmissão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela seu menor custo e densidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão.
Como recipientes criogênicos até -200 °C e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras
Observação: As ligas de alumínio assumem diversas formas como a Duralumínio.
Descobriu-se recentemente que ligas de gálio-alumínio em contato com água produzem uma reação química dando como resultado hidrogênio, por impedir a formação de camada protetora (passivadora) de óxido de alumínio e fazendo o alumínio se comportar similarmente a um metal alcalino como o sódio ou o potássio.^[1]^[2] Tal popriedade é pesquisada como fonte de hidrogênio para motores, em substituição aos derivados depetróleo e outros combustíveis de motores de combustão interna.

História

Tanto na Grécia como na Roma antigas se empregava a pedra-ume (do latim alūmen ), um sal duplo de alumínio e potássio, como mordente em tinturaria e adstringente em medicina, uso ainda em vigor.

Geralmente é dado a Friedrich Wöhler o reconhecimento do isolamento do alumínio, fato que ocorreu em 1827, apesar de o metal ter sido obtido impuro alguns anos antes pelo físico e químico Hans Christian Ørsted.

Em 1807, Humphrey Davy propôs o nome aluminum para este metal ainda não descoberto. Mais tarde resolveu-se trocar o nome para aluminium por coerência com a maioria dos outros nomes latinos dos elementos, que usam o sufixo –ium. Desta maneira ocorreu a derivação dos nomes atuais dos elementos em outros idiomas. Entretanto, nos EUA, com o tempo se popularizou a outra forma, hoje admitida também pela IUPAC.

Apesar do alumínio ser um metal encontrado em abundância na crosta terrestre (8,1%) raramente é encontrado livre. Suas aplicações industriais são relativamente recentes, sendo produzido em escala industrial a partir do final do século XIX. Quando foi descoberto verificou-se que a sua separação das rochas que o continham era extremamente difícil. Como consequência, durante algum tempo, foi considerado um metal precioso, mais valioso que o ouro. Com o avanço dos processos de obtenção os preços baixaram continuamente até colapsar em 1889, devido à descoberta anterior de um método simples de extração do metal. Atualmente, um dos fatores que estimulam o seu uso é a estabilidade do seu preço, provocada principalmente pela sua reciclagem.

Em 1859, Henri Sainte-Claire Deville anunciou melhorias no processo de obtenção, ao substituir o potássio por sódio e o cloreto simples pelo duplo. Posteriormente, com a invenção do processo Hall-Héroult em 1886, simplificou-se e barateou-se a extração do alumínio a partir do mineral. Este processo, juntamente com o processo Bayer , descoberto no mesmo ano, permitiram estender o uso do alumínio para uma multiplicidade de aplicações até então economicamente inviáveis.

A recuperação do metal a partir da reciclagem é uma prática conhecida desde o início do século XX. Entretanto, foi a partir da década de 1960 que o processo se generalizou, mais por razões ambientais do que econômicas.

O processo ordinário de obtenção do alumínio ocorre em duas etapas: a obtenção da alumina pelo processo Bayer e, posteriormente, a eletrólise do óxido para obter o alumínio. A elevada reatividade do alumínio impede extraí-lo da alumina mediante a redução, sendo necessário obtê-lo através da eletrólise do óxido, o que exige este composto no estado líquido. A alumina possui um ponto de fusão extremamente alto (2000 °C) tornando inviável de forma econômica a extração do metal. Porém, a adição de um fundente, no caso a criolita, permite que a eletrólise ocorra a uma temperatura menor, de aproximadamente 1000 °C. Atualmente, a criolita está sendo substituída pela ciolita, um fluoreto artificial de alumínio, sódio e cálcio.

Isótopos

O alumínio possui nove isótopos , cujas massas atômicas variam entre 23 e 30 u. Somente o Al-27, estável, e o Al-26, radioativo com uma vida média de 7,2×10⁵ anos, são encontrados na natureza. O Al-26 é produzido na atmosfera a partir do bombardeamento do argônio por raios cósmicos e prótons. Os isótopos têm aplicação prática na datação de sedimentos marinhos, gelos glaciais, meteoritos, etc. A relação Al-26 / Be-10 é empregada na análise de processos de transporte, deposição, sedimentação e erosão a escalas de tempo de milhões de anos.

O Al-26 cosmogênico se aplicou primeiro nos estudos da Lua e dos meteoritos. Estes corpos espaciais se encontram submetidos a intensos bombardeios de raios cósmicos durante suas viagens espaciais, produzindo-se uma quantidade significativa de Al-26. Após o impacto contra a Terra, a atmosfera que filtra os raios cósmicos detém a produção de Al-26, permitindo determinar a época em que o meteorito caiu.

Alumínio Transparente

O alumínio transparente é hoje uma realidade. Sua descoberta foi prevista no filme de ficção científica Star Trek 4 (Jornada nas Estrelas 4). O alumínio transparente é conhecido na indústria como ALONtm, se trata de um oxinitrato policristalino de alumínio, ou seja, uma cerâmica transparente cristalizada sobre átomos de alumínio. Apesar de ser uma cerâmica, é muito mais resistente que o vidro blindado, e seu desenvolvimento foi inicialmente buscado pelo exército americano para a construção de janelas em veículos blindados. O alumínio transparente é muito mais resistente, leve e fino que o vidro blindado, oferecendo diversas vantagens para a blindagem de veículos. Apresenta diversas outras vantagens sobre o vidro, e para uso civil já está sendo usado em leitores de código de barras em supermercados devido ao seu alto índice de transparência para luz visível e ultravioleta. Muitas outras aplicações estão previstas para o ALONtm (alumínio transparente), e até mesmo as latas de cerveja e refrigerante serão fabricadas nesse material (em 20 ou 30 anos). Todo o mercado pode se beneficiar dessa descoberta, dependendo somente da queda do preço desse produto, pois o método de produção do ALONTM é ainda 5 vezes mais caro que o vidro blindado. Muitas pesquisas estão avançando nesse campo, basta lembrar que o alumínio já foi considerado metal nobre devido ao mesmo problema (alto custo de fabricação) e hoje é um material muito barato.^[3]

Precauções

Amostra de alumínio

O alumínio é um dos poucos elementos abundantes na natureza que parecem não apresentar nenhuma função biológica significativa. Algumas pessoas manifestam alergia ao alumínio, sofrendo dermatites ao seu contato, inclusive desordens digestivas ao ingerir alimentos cozidos em recipientes de alumínio. Para as demais pessoas o alumínio não é considerado tão tóxico como os metais pesados, ainda que existam evidências de certa toxicidade quando ingerido em grandes quantidades. Em relação ao uso de recipientes de alumínio não se têm encontrado problemas de saúde, estando estes relacionados com o consumo de antiácidos eantitranspirantes que contêm este elemento. Tem-se sugerido que o alumínio possa estar relacionado com o mal de Alzheimer, ainda que esta hipótese não tenha comprovação conclusiva.

O Alumínio é um dos elementos mais abundantes na crosta terrestre na forma de óxido de alumínio (Al₂O₃). Talvez por causa disto ele é tido como inofensivo mas a exposição a altas concentrações pode causar problemas de saúde principalmente quando na forma de íons em que ele é solúvel em água.

A ingestão do alumínio pode acontecer através da comida, do ar e contato com a pele. A ingestão por muito tempo do alumínio em concentrações altas pode levar a sérios problemas de saúde como:

Demência
Danos ao sistema nervoso central
Perda de memória
Surdez
Fortes tremores
Dores musculares
Cólicas
Fraqueza
Inapetência
Impotência

A inspiração de alumínio em pó em fábricas onde este elemento é utilizado no processo de produção pode levar à fibrose pulmonar e outros danos ao pulmão. Este efeito conhecido como Mal de Shaveré complicado pela presença no ar de sílica e óxido de ferro. Na diálise renal ele pode penetrar nos rins e causar danos.

Sua concentração parece ser maior em lagos ácidos. Nestes lagos o número de peixes e anfíbios está diminuindo devido a reações de íons de alumínio com proteínas nos alevinos de peixes e embriões de anfíbios.

FONTE:

ALUMÍNIO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Alum%C3%ADnio&oldid=19440915>. Acesso em: 13 abr. 2010.

Novo elemento químico descoberto (Z= 117)

Publicado em 10/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

ELEMENTO QUÍMICO 117

O elemento químico de número atômico Z= 117, foi descoberto por uma equipe de cientistas da Rússia e dos Estados Unidos, em Dubna na Rússia, sendo o mais novo elemento químico da Tabela Periódica.

Medindo padrões de decaimento observados depois que um alvo de berquélio radioativo foi bombardeado com íons de cálcio, finalmente a equipe encontrou o elemento 117 (ainda não tem nome).

Descoberto o elemento 117 da Tabela Periódica Com esta descoberta, já são seis o número de novos elementos descobertos pela equipe – 113, 114, 115, 116, 117 e 118, sendo este último o elemento químico mais pesado já descoberto

O experimento produziu seis átomos do elemento 117 depois de bombardearem o alvo continuamente por 150 dias. [Imagem: LLNL]

VEJA MAIS….

FONTE:

SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Descoberto elemento 117 da Tabela Periódica. 08/04/2010. Online. Disponível em http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=descoberto-elemento-117-tabela-periodica. Capturado em 10/04/2010.

>A importância e aplicações do Mercúrio (Hg) no cotidiano

Publicado em 08/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Mercúrio (elemento químico)

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Termômetro de mercúrio

Mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente, conhecido desde os tempos da Grécia Antiga. Seu nome homenageia o deus romano Mercúrio, que era o mensageiro dos deuses. Essa homenagem é devida à fluidez do metal. O símbolo Hg vem do latim “hydrargyrum” que significa prata líquida.

O mercúrio é um elemento químico de número atômico 80 (80 prótons e 80 elétrons) e massa atómica 200,5 u. É um dos seis elementos que se apresentam líquidos à temperatura ambiente ou a temperaturas próximas. Os outros elementos são os metais césio, gálio, frâncio e rubídio e o não metal bromo. Dentre os seis apenas o mercúrio e o bromo são líquidos nas Condições Padrão de Temperatura e Pressão.

O mercúrio pertence ao grupo (ou família) 12 (anteriormente chamada 2B) e faz parte da classe dos metais de transição. Tal grupo é ainda chamado família dozinco, na tabela periódica.

Normalmente utilizado em instrumentos de medidas (termômetros e barômetros), lâmpadas fluorescentes e como catalisador em reações químicas.

Hg

Características gerais

É um líquido prateado que na temperatura normal é metal e inodoro. Não é um bom condutor decalor comparado com outros metais, entretanto é um bom condutor de eletricidade. Estabeleceliga metálica facilmente com muitos outros metais como o ouro ou a prata produzindoamálgamas. É insolúvel em água e solúvel em ácido nítrico. Quando a temperatura é aumentada transforma-se em vapores tóxicos e corrosivos mais densos que o ar. É um produto perigoso quando inalado , ingerido ou em contato, causando irritação na pele, olhos e vias respiratórias. É compatível com o ácido nítrico concentrado, acetileno, amoníaco, cloro e com outros ametais.

História

Descoberto ainda na Grécia antiga, foi um dos primeiros elementos estudados e tem sido de interesse para os estudantes de química desde os dias da alquimia até a atualidade. Pode ser usado em termômetros, barômetros, lâmpadas, medicamentos, espelhos, detonadores,corantes e outros.

Em grego, hydro significa “água” e argyros era o nome grego da “prata“. Os romanos latinizaram o nome para hidrargirium. E como os símbolos químicos são dados pela inicial maiúscula (e uma segunda letra em minúsculo para diferenciação) do nome em latim, seu símbolo ficou sendo Hg (para não confundir com o símbolo do hidrogênio, H).

Formas físico-químicas

O mercúrio, está presente em diversas formas (Hg metálico, orgânico, inorgânico) e pode encontrar-se em três estados de oxidação (0, +1, +2), em geral facilmente interconversíveis na natureza. Tanto os humanos, como os animais estão expostos a todas as formas através do ambiente.

O mercúrio metálico ou elementar, no estado de oxidação zero (Hg⁰) existe na forma líquida à temperatura ambiente, é volátil e liberta um gás monoatómico perigoso: o vapor de mercúrio. Este é estável, podendo permanecer na atmosfera por meses ou até anos, revelando-se, deste modo, muito importante no ciclo do mercúrio, pois pode sofrer oxidação e formar os outros estados: o mercuroso, Hg⁺¹, quando o átomo de mercúrio perde um elétron e o mercúrico, Hg⁺², quando este perde dois elétrons.

Quando se combina com elementos como o cloro, enxofre ou oxigénio, obtêm-se os compostos de mercúrio inorgânico, também designados como sais de mercúrio (sais mercurosos e mercúricos). Por outro lado, se um átomo de mercúrio se liga covalentemente, a pelo menos um átomo de carbono, dá origem a compostos de mercúrio orgânico (metilmercúrio, etilmercúrio, fenilmercúrio).

Ocorrência e obtenção

A jazida mais importante de mercúrio é o cinábrio cujas maiores reservas minerais são encontradas na Espanha, nas minas de Almadén.

O mercúrio pode estar associado com hidrocarbonetos gasosos e líquidos (petróleo, betumes) e também com jazidas de carvão mineral. É um elemento de origem profunda (manto terrestre) que possivelmente ascende na forma de metil ou dimetil mercúrio. Também possui relação comgás hélio. Nos depósitos vulcanogênicos, quando há disponibilidade de enxofre pode precipitarcomo sulfeto de mercúrio (HgS) que é o cinábrio.

Outra forma de obtenção de Mercúrio se dá por ustulação do sulfeto ou cinábrio. Nesta reação, o enxofre do mineral se oxida a SO₂ e o metal livre se conduz a grandes condensadores metálicos refrigerados com água. Os depósitos de mercúrio são de origem relativamente recente, mas aparecem em rochas de todas as idades.

Vias de exposição

O mercúrio metálico ou elementar, no estado de oxidação zero (Hg⁰), existe na forma líquida à temperatura ambiente, é volátil e liberta um gás monoatómico: o vapor de mercúrio. Este é quimicamente estável, podendo permanecer na atmosfera por um longo período de tempo, onde sofre oxidação e origina os compostos inorgânicos (compostos mercurosos e mercúricos).

O vapor de mercúrio presente na atmosfera é, eventualmente, convertido na forma solúvel em água e retorna à superfície terrestre nas águas da chuva. A partir daqui duas importantes mudanças químicas podem ocorrer. O metal pode ser reduzido novamente a vapor de mercúrio e retorna à atmosfera ou pode ser metilado pelos micro-organismos presentes nos sedimentos da água, incluindo a água doce ou do mar.

A principal fonte de mercúrio (na forma de vapor de mercúrio) na atmosfera é o desgaste natural da crosta terrestre.

O mercúrio metálico, na sua forma volátil, está presente na atmosfera e na água de beber e aqui os seus níveis são tão baixos que a exposição humana é negligenciável. Desta forma, as duas principais vias de exposição humana por inalação são a ocupacional (essencialmente a exposição crónica) e através de amálgamas dentárias.

A amálgama dentária é constituída por uma mistura de metais geralmente nas proporções de 50% de mercúrio metálico, 35% de prata, 9% estanho, 6% de cobre e vestígios de zinco. Deste modo, é inserida nos dentes para cobrir os espaços vazios resultantes de cáries e adquire uma estrutura sólida em 30 minutos. Neste caso, a exposição ao mercúrio deve-se à libertação de pequenas partículas da amálgama por processos vulgares como a corrosão, a mastigação e a fragmentação. Esse mercúrio vai ser então inalado como vapor de mercúrio ou deglutido dissolvido na saliva. Contudo, não foi provado qualquer efeito adverso para a saúde que provenha das amálgamas, encontrando-se apenas casos raros de alergia.

Como fontes antropogénicas encontramos geradores de electricidade a carvão, ETARs, refinarias, fábricas de adubos, lâmpadas de vapor de mercúrio, pilhas e extracção do ouro. Por outro lado, cerca de 2000 a 3000 toneladas são libertadas anualmente para a atmosfera devido a actividades humanas, onde os incineradores de resíduos hospitalares e urbanos contribuem com cerca de 50% das emissões de mercúrio total para o ar.

Certos rituais religiosos e étnicos em que se usam o mercúrio líquido também podem levar à libertação de vapor de mercúrio.

Riscos à saúde

Geralmente quem foi intoxicado pelo vapor do mercúrio pode apresentar sintomas como dor de estômago, diarreia, tremores, depressão, ansiedade, gosto de metal na boca, dentes moles cominflamação e sangramento na gengiva, insônia, falhas de memória e fraqueza muscular, nervosismo, mudanças de humor, agressividade, dificuldade de prestar atenção e até demência. Mas pode contaminar-se também através de ingestão. No sistema nervoso, o produto tem efeitos desastrosos, podendo dar causa a lesões leves e até à vida vegetativa ou à morte, conforme a concentração.

Compostos

Os sais mais importantes são:

Fulminato (Hg(CNO)₂): usado como detonante. É muito corrosivo e altamente venenoso.
Cloreto de mercúrio (I) ou calomelano (Hg₂Cl₂): composto branco, pouco solúvel em água. Tem-se usado como purgante, anti-helmíntico e diurético, e o cloreto de mercúrio (II), ou sublimado corrosivo, empregado como desinfetante. Foi o primeiro remédio eficaz contra a sífilis.
Sulfeto de mercúrio ou cinábrio (HgS): mineral de cor vermelho púrpura, translúcido, utilizado em instrumental científico, aparatos elétricos, ortodontia, etc.
Timerosal (COO-Na+(C₆H₄)(S-Hg-C₂H₆)): usado como agente bacteriostático análogo ao merthiolate.
Mercúrio vermelho. Provavelmente usado na fabricação de bombas sujas.

Aplicações

Seu uso mais antigo, desconsiderando a sua aplicação na mineração do ouro e da prata, foi na fabricação de espelhos, ainda usado atualmente. Também é utilizado em instrumentos de medidas (termômetros e barômetros), lâmpadas fluorescentes e como catalisador em reações químicas. É utilizado na indústria de explosivos e em odontologia como elemento principal para obturação de dentes. Atualmente foi substituído nos tratamentos dentários pelo bismuto que apresenta propriedades semelhantes, porém ligeiramente menos tóxico.

Também apresenta aplicações em medicina através do mercoquinol (oxiquinolinsulfonato de mercúrio) e do hidrargirol (parafeniltoniato ou parafenolsulfonato de mercúrio), este último como anti-séptico, assim como outros compostos de mercúrio: hidrargol, hidrargiroseptol, iodeto mercúrico, cloroiodeto mercúrico, mercuriol, entre outros.

O mais importante de todos os usos modernos para o mercúrio está na fabricação de instrumentos para laboratórios. Estes instrumentos fazem uso das suas mais diversas propriedades físicas, tais como peso específico, fluidez, condutividade elétrica, grande coeficiente de dilatação além da sua facilidade de purificação. Entre os intrumentos, destaca-se na fabricação de termômetros, eletrodos, barômetros, instrumentos para medir pressão do sangue e como catalisador (células de mercúrio para solda eletrolítica; em energia atômica).

Precauções

O mercúrio é transportado no estado líquido, código do A.D.R.: 8,66,c. Deve ser armazenado em locais frios, secos, bem ventilados, protegido da radiação solar e de fontes de calor e ignição. Deve estar fora do contato de ácido nítrico concentrado, acetileno, amoníaco e cloro. Deve ser guardado em recipientes resistentes a corrosão e fechados hermeticamente. Pode ser armazenado em recipientes deaço inoxidável, plásticos, vidro e porcelana. Deve ser evitado armazená-lo em recipientes de chumbo, alumínio, cobre, estanho e zinco.

O mercúrio armazenado deve estar etiquetado com as frases R: R 23 (“Tóxico por inalação”) e R 33 (“Perigo de efeitos acumulativos”). Também deve conter as frases S: S 1/2 (“Conserve sob chave e manter fora do alcance de crianças”), S 7 (“Manter o recipiente bem lacrado”) e S 45 (“Em caso de acidente ou mal-estar, chame imediatamente o médico (se possível mostre-lhe a etiqueta)”).

Em caso de acidente, os primeiros socorros são:

Inalação: transladar a vítima para o ar fresco. Buscar auxílio médico.
Contato com a pele. Retirar a roupa contaminada. Lavar a área afetada com água e sabão. Buscar auxílio médico.
Contato com os olhos: Lavar imediatamente os olhos com água. Buscar auxílio médico.
Ingestão: Enxaguar a boca com água. Buscar auxílio médico.

FONTE:

MERCÚRIO (ELEMENTO QUÍMICO). In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Merc%C3%BArio_(elemento_qu%C3%ADmico)&oldid=19502371>. Acesso em: 8 abr. 2010.

>A importância e aplicações do Hidrogênio (H) no cotidiano

Publicado em 05/04/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Hidrogênio

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

O elemento hidrogênio, por possuir propriedades distintas, não se enquadra claramente em nenhum grupo da tabela periódica, sendo muitas vezes colocado no grupo 1 (ou família 1A) por possuir apenas 1 próton.O hidrogênio é um elemento químico com número atômico 1 e representado pelo símbolo H. Com uma massa atómica de aproximadamente 1,0 u, o hidrogênio é o elemento menos denso. Ele geralmente apresenta-se em sua forma molecular, formando o gás diatômico (H₂) nas CNTP. Este gás é inflamável, incolor, inodoro, não-metálico, insípido e insolúvel em água.

O hidrogênio é o mais abundante dos elementos químicos, constituindo aproximadamente 75% da massa elementar do Universo. Estrelas nasequência principal são compostas primariamente de hidrogênio em seu estado de plasma. O Hidrogênio elementar é relativamente raro na Terra, e é industrialmente produzido a partir de hidrocarbonetos presentes no gás natural, tais como metano, após o qual a maior parte do hidrogênio elementar é usada “em cativeiro” (o que significa localmente no lugar de produção). Os maiores mercados do mundo fazem uso do hidrogênio para o aprimoramento de combustíveis fósseis (no processo de hidrocraqueamento) e na produção de amoníaco (maior parte para o mercado de fertilizantes). O hidrogênio também pode ser obtido por meio da eletrólise da água, porém, este processo é atualmente dispendioso, o que privilegia sua obtenção a partir do gás natural.

O isótopo do hidrogênio que possui maior ocorrência, conhecido como prótio, é formado por um único próton e nenhum nêutron. Em compostos iônicos pode ter uma carga positiva (se tornando um cátion) ou uma carga negativa (se tornando o ânion conhecido como hidreto). Também pode formar outros isótopos, como o deutério, com apenas um nêutron, e o trítio, com dois nêutrons. Em 2001, foi criado em laborário o isótopo ⁴H e, a partir de 2003, foram sintetizados os isótopos ⁵H até ⁷H. O elemento hidrogênio forma compostos com a maioria dos elementos, está presente na água e na maior parte dos compostos orgânicos. Possui um papel particularmente importante na química ácido-base, na qual muitas reações envolvem a troca de prótons entre moléculas solúveis. Como o único átomo neutro pelo qual a Equação de Schrödinger pode ser resolvida analiticamente; o estudo energético e de ligações do átomo hidrogênio teve um papel principal no desenvolvimento da mecânica quântica.

A solubilidade e características do hidrogênio com vários metais são muito importantes na metalurgia (uma vez que muitos metais podem sofrer fragilidade em sua presença) e no desenvolvimento de maneiras seguras de estocá-lo para uso como combustível. É altamente solúvel em diversos compostos que possuem Terras-raras e metais de transição e pode ser dissolvido tanto em metais cristalinos e amorfos.A solubilidade do hidrogênio em metais é influenciada por distorções ou impurezas locais na estrutura cristalina do metal.

História

Descoberta e uso

Dirigível Hindenburg, 1936.

O gás hidrogênio, H₂, foi o primeiro produzido artificialmente e formalmente descrito por T. Von Hohenheim (também conhecido como Paracelso, 1493–1541) por meio da reação química entre metais e ácidos fortes. Paracelso não tinha o conhecimento de que o gás inflamável produzido por esta reação química era constituído por um novo elemento químico. Em 1671, Robert Boyle redescobriu e descreveu a reação entre limalhas de ferro eácidos diluídos, o que resulta na produção de gás hidrogênio. Em 1766, Henry Cavendish foi o primeiro a reconhecer o gás hidrogênio como uma discreta substância, ao identificar o gás de uma reação ácido-metal como “ar inflamável” e descobrindo mais profundamente, em 1781, que o gás produz água quando queimado. A ele geralmente é dado o crédito pela sua descoberta como um elemento químico. Em 1783, Antoine Lavoisierdeu ao elemento o nome de hidrogênio (do grego υδρώ (hydro), água e γένος-ου (genes), gerar) quando ele e Laplace reproduziram a descoberta de Cavendish, onde água é produzida quando hidrogênio é queimado.

Hidrogênio foi liquefeito pela primeira vez por James Dewar em 1898 ao usar resfriamento regenerativo e sua invenção se aproxima muito daquilo que conhecemos como garrafa térmica nos dias de hoje. Ele produziu hidrogênio sólido no ano seguinte. O deutério foi descoberto em dezembro de1931 por Harold Urey, e o trítio foi preparado em 1934 por Ernest Rutherford, Marcus Oliphant, e Paul Harteck. A água pesada, que possui deutério no lugar de hidrogênio regular na molécula de água, foi descoberta pela equipe de Urey em 1932.

François Isaac de Rivaz construiu o primeiro dispositivo de combustão interna movido por uma mistura de hidrogênio e oxigênio em 1806. Edward Daniel Clarke inventou o cano de sopro de gás hidrogênio em 1819. A lâmpada de Döbereiner e a Luminária Drummond foram inventadas em 1823.

O enchimento do primeiro balão com gás hidrogênio, foi documentado por Jacques Charles em 1783. O hidrogênio provia a subida para a primeira maneira confiável de viagem aérea seguindo a invenção do primeiro dirigível decolado com hidrogênio em 1852, por Henri Giffard. O conde alemão Ferdinand von Zeppelin promoveu a idéia de usar o hidrogênio em dirigíveis rígidos, que mais tarde foram chamados de Zeppelins; o primeiro dos quais teve seu vôo inaugural em 1900. Vôos programados regularmente começaram em 1910 e com o surgimento da Primeira Guerra Mundial em agosto de 1914, eles haviam transportado 35.000 passageiros sem qualquer incidente sério. Dirigíveis levantados por hidrogênio foram usados como plataformas de observação e bombardeadores durante a guerra.^[16]

O primeiro cruzamento transatlântico sem escalas foi realizado pelo dirigível britânico R34 em 1919. Com o lançamento do Graf Zeppelin nos anos 1920, o serviço regular de passageiros prosseguiu entre Alemanha, Rio de Janeiro e Brasil até meados dos anos 1930 sem nenhum acidente. Com a descoberta de reservas de um outro tipo de gás leve nos Estados Unidos esse projeto deveria sofrer modificações, já que o outro elemento prometia um aumento na segurança, mas o governo dos E.U.A. se recusou a vender o gás para este propósito. Sendo assim, H₂ foi usado no dirigível Hindenburg, o qual foi destruído em um incidente em pleno vôo sobre New Jersey no dia 6 de maio de 1937. O incidente foi transmitido ao vivo no rádio e filmado. A ignição do vazamento de hidrogênio foi atribuída como a causa do incidente, porém, investigações posteriores apontaram à ignição do revestimento de tecido aluminizado pela eletricidade estática.

Papel na teoria quântica

Linhas do espectro de emissões do hidrogênio na região do visível. Estas são as quatro linhas visíveis da série de Balmer.

Devido a sua estrutura atômica relativamente simples, consistindo somente de um próton e um elétron, o átomo de hidrogênio, junto com o espectro de luz produzido por ele ou absorvido por ele, foi de suma importância ao desenvolvimento da teoria da estrutura atômica. Além disso, a simplicidade correspondente da molécula de hidrogênio e o cátion correspondente H₂⁺ permitiu um total entendimento da natureza da ligação química, que seguiu pouco depois do tratamento mecânico quântico do átomo de hidrogênio ter sido desenvolvimento na metade dos anos 1920.

Um dos primeiros efeitos quânticos a ser explicitamente notado (mas não entendido naquela época) foi a observação de Maxwell envolvendo hidrogênio, meio século antes da teoria da mecânica quântica completa aparecer. Maxwell observou que o calor específico de H₂ inexplicavelmente se afasta daquele de um gás diatômico abaixo da temperatura ambiente e começa a parecer gradativamente com aquele de um gás monoatômico em temperaturas criogênicas. Segundo a teoria quântica, este comportamento surge do espaçamento dos níveis de energia rotativos (quantificados), os quais são particularmente bem espaçados em H₂ por causa de sua reduzida massa. Estes níveis largamente espaçados inibem partições iguais da energia de calor em movimentos rotativos em hidrogênio sob baixas temperaturas. Gases diatômicos compostos de átomos mais pesados não possuem níveis tão largamente espaçados e não exibem o mesmo efeito.

Ocorrência natural

NGC 604, uma gigante região de hidrogênio ionizado na Galáxia do Triângulo.

Hidrogênio é o elemento mais abundante no universo, compondo 75% da matéria normal por massa e mais de 90% por número de átomos.Este elemento é encontrado em grande abundância em estrelas e planetas gigantes de gás. Nuvens moleculares de H₂ são associadas a formação de estrelas. O elemento tem um papel vital em dar energia às estrelas através de cadeias próton-próton e do ciclo CNO de fusão nuclear.

Pelo universo, o hidrogênio é geralmente encontrado nos estados atômico e plasma, cujas propriedades são bem diferentes das do hidrogênio molecular. Como plasma, o elétron e o próton de hidrogênio não estão ligados, resultando em uma condutividade elétrica elevada e alta emissividade (produzindo a luz do Sol). As partículas carregadas são altamente influenciadas por campos elétricos e magnéicos. Por exemplo, no vento solar elas interagem com a magnetosfera da Terra, fazendo surgir as correntes de Birkeland e a aurora. Hidrogênio é encontrado em estado atômico neutro no meio interestelar. Acredita-se que a grande quantidade de hidrogênio neutro encontrado nos sistemas úmidos Lyman-alfa domina a densidade cosmológica bariônica do Universo até o desvio para o vermelho z=4.

Em Condições Normais de Temperatura e Pressão na Terra, o hidrogênio existe como um gás diatómico, H₂ (para dados ver tabela). Entretanto, o gás de hidrogênio é muito raro na atmosfera da Terra (1 ppm volume) devido à sua pequena densidade, o que o possibilita escapar da gravidade da Terra mais facilmente que gases mais pesados. Entretanto, o hidrogênio (na forma combinada quimicamente) é o terceiro elemento mais abundante na superfície da Terra. A maior parte do hidrogênio da Terra está na forma de compostos químicos tais como hidrocarbonetos e água. O gás de hidrogênio é produzido por algumas bactérias e algas, e é um componente natural do flato. Metano é uma fonte de hidrogênio de crescente importância.

Propriedades

Combustão

A Turbina Principal do Ônibus Espacial queima hidrogênio líquido com oxigênio puro, produzindo uma chama quase invisível.

Gás hidrogênio (dihidrogênio) é altamente inflamável e queimará em concentrações de 4% ou mais H₂ no ar. A entalpia de combustão para o hidrogênio é −286 kJ/mol; ele queima de acordo com a seguinte equação balanceada.

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

Quando misturado com oxigênio por entre uma grande variedade de proporções, o hidrogênio explode por ignição. Hidrogênio queima violentamente no ar, tendo ignição automaticamente na temperatura de 560 °C. Chamas de hidrogênio-oxigênio puros queimam no alcance de cor ultravioleta e são quase invisíveis a olho nu, como ilustrado pela faintness da chama das turbinas principais do ônibus espacial (ao contrário das chamas facilmente vísiveis do foguete acelerador sólido). Então ele necessita de um detector de chama para detectar se um vazamento de hidrogênio está queimando. A explosão do dirigível Hindenburg foi um caso infame de combustão de hidrogênio; a causa é debatida, mas os materiais combustíveis na pele do dirigível foram responsáveis pela coloração das chamas. Outra característica dos fogos de hidrogênio é que as chamas tendem a ascender rapidamente com o gás no ar, como ilustrado pelas chamas do Hindenburg, causando menos dano que fogos de hidrocarboneto. Dois terços dos passageiros do Hindenburg sobreviveram ao incêndio, e muitas das mortes que ocorreram foram da queda ou da queima do combustíveldiesel.

H₂ reage diretamente com outros elementos oxidantes. Uma reação violenta e espontânea pode ocorrer em temperatura ambiente com cloro e flúor, formando os haletos de hidrogênio correspondentes: Cloreto de hidrogênio e fluoreto de hidrogênio.

Níveis de energia do elétron

Representação de um átomo de hidrogênio mostrando o diâmetro de quase o dobro do raio do átomo de Bohr.

O nível de energia em estado fundamental do elétron de um átomo de hidrogênio é −13,6 eV, o que é equivalente a um fóton ultravioleta de aproximadamente 92 nm.

Os níveis de energia do hidrogênio podem ser calculados razoavelmente com precisão usando o modelo de Bohr para o átomo, o qual conceitualiza o elétron como “orbitando” o próton em analogia à órbita da Terra em relação ao Sol. Entretanto, a força eletromagnética atrai elétrons e prótons para cada um, enquanto planetas e objetos celestiais são atraídos uns aos outros pela gravidade. Por causa da discretização do momento angular postulado por Bohr no começo da mecânica quântica, o elétron no modelo de Bohr pode somente ocupar certas distâncias permitidas do próton, e portanto, somente certas energias permitidas.

Uma descrição mais precisa do átomo de hidrogênio parte de um tratamento puramente mecânico quântico que utiliza a equação de Schrödinger ou a equivalenteintegração funcional de Feynman para calcular a densidade de probabilidade do elétron perto do próton.

Formas moleculares elementais

Primeiras faixas observadas em uma câmara de bolhas de hidrogênio líquido no Bevatron.

Existem duas moléculas diatômicas diferentes de isômeros spin de hidrogênio que diferem pelo spin relativo de seu núcleo. Na forma de orto-hidrogênio, os spins dos dois prótons são paralelos e formam um estado triplo; na forma de para-hidrogênio, os spins são antiparalelos e formam um singular. Nas condições normais de temperatura e pressão, o gás hidrogênio contém aproximadamente 25% da forma para- e 75% da forma orto-, também conhecido como a “forma normal”. A taxa de equilíbrio de orto-hidrogênio para para-hidrogênio depende da temperatura, mas já que a forma orto- é um estado excitado e possui energia mais alta que a forma para-, é instável e não pode ser purificado. Em temperaturas muito baixas, o estado de equilíbrio é composto quase exclusivamente da forma para-. As propriedades físicas do para-hidrogênio puro diferem ligeiramente daquelas da forma normal. A distinção orto-/para- também ocorre em outros grupos funcionais ou moléculas que contêm hidrogênio, como água e metileno.

A interconversão não-$atalisada entre para- e orto- H₂ aumenta com a temperatura crescente; portanto, H₂ rapidamente condensado contém grandes quantidades da forma orto- de alta energia que convertem para a forma para- muito lentamente. A taxa orto-/para- no H₂ condensado é uma consideração importante na preparação e armazenagem do hidrogênio líquido: a conversão de orto- para para- é exotérmica e produz calor suficiente para evaporar o hidrogênio líquido, levando a perda do material liquefeito. Catalizadores para a interconversão orto-/para-, como o óxido férrico, carbono ativado, asbesto platinizado, raros metais alcalinos-terrosos, compostos de urânio, óxido crômico, ou compostos de níquel, são usados durante o resfriamento de hidrogênio.

Uma forma molecular chamada hidrogênio protonado molecular, ou H₃⁺, é encontrado no meio interestelar, onde ele é gerado pela ionização do hidrogênio molecular dos raios cósmicos. Também tem sido observado na atmosfera mais alta do planeta Júpiter. Esta molécula é relativamente estável no ambiente do espaço sideral devido a baixa temperatura e densidade. H₃⁺ é um dos íons mais abundantes no Universo, e possui um papel notável na química do meio interestelar.

Compostos

Compostos orgânicos e covalentes

Apesar do hidrogênio, em sua forma gasosa (H₂) não reagir muito nas CNTP, em sua forma atômica ele está combinado com a maioria dos elementos da Tabela Periódica, formando compostos com diferentes propriedades químicas e físicas. Ele pode formar compostos com elementos mais eletronegativos, tais como os do grupo 17 da Tabela Periódica (halogênios: (F, Cl, Br, I); nestes compostos, o hidrogênio é marcado por atrair para si uma carga parcial positiva.^[44] Quando unido a flúor, oxigênio, ou nitrogênio, o hidrogênio pode participar na forma de forte ligação não-covalente chamada ligação de hidrogênio, que é essencial à estabilidade de muitas moléculas biológicas. Hidrogênio também forma compostos com menos elementos eletronegativos, como metais e semimetais, nos quais gera uma carga parcial negativa. Estes compostos são geralmente conhecidos como hidretos.

Quando o hidrogênio se combina com o carbono, ele pode formar uma infinidade de compostos. Devido à marcante presença destes compostos nos organismos vivos, eles vieram a ser chamados decompostos orgânicos; o ramo da química que estuda as propriedades destes compostos é conhecido como Química Orgânica e seu estudo no contexto de organismos vivos é conhecido comobioquímica. Por algumas definições, compostos “orgânicos” necessitam apenas da condição de conter carbono. Entretanto, a maior parte destes compostos também contém o hidrogênio e, uma vez que é a ligação carbono-hidrogênio que dá a esta classe de compostos suas características químicas particulares, isso faz com que algumas definições de “Química Orgânica” incluam a presença de ligações químicas entre carbono-hidrogênio.

Na Química Inorgânica, hidretos podem também servir como ligantes de ponte, responsáveis pelo elo entre dois centros metálicos em um composto de coordenação. Esta função é particularmente comum em elementos do grupo 13, especialmente em boranos (hidretos de boro) e complexos de alumínio, assim como em carboranos agrupados.

Na natureza conhece-se milhões de hidrocarbonetos mas eles não são formados pela reação direta do hás hidrogênio com o carbono (apesar da produção de gás de síntese segundo o processo de Fischer-Tropsch para criar hidrocarbonetos ter chegado próxima de ser uma exceção, uma vez que isto inicia-se com carvão e o hidrogênio elementar é gerado no local).

Hidretos

Compostos de hidrogênio são freqüentemente chamados de hidretos, um termo que é usado bem livremente. Para químicos, o termo “hidreto” geralmente implica que o átomo H adquiriu um caráter negativo ou aniônico, denotados H⁻. A existência do aniôn hidreto, sugerida por Gilbert N. Lewis em 1916 para hidretos similares ao sal nos grupos I e II, foi demonstrada por Moers em 1920 com a eletrólise de hidreto de lítio (LiH) derretido, que produziu uma quantidade de hidrogênio estequiométrica no ânodo. Para outros hidretos além dos metais de grupo I e II, o termo é bem enganoso, considerando a eletronegatividade de hidrogênio baixa. Uma exceção nos hidretos do grupo II é BeH₂, o qual é polimérico. No hidreto de alumínio e lítio, o ânion AlH₄⁻ carrega centros hidreticos firmamente ligados ao Al(III). Ainda que hidretos podem ser formados com quase todos os elementos do grupo principal, o número e combinação de possíveis compostos varia vastamente; por exemplo, existem mais de 100 hidretos binários de borano conhecidos, mas somente um hidreto binário de alumínio. Hidreto binário de índio ainda não foi identificado, apesar de complexos mais largos existirem.

Prótons e ácido

Oxidação de hidrogênio, a fim de remover seu elétron, formalmente gera H⁺, não contendo elétrons e um núcleo, que é geralmente composto de um próton. É por isso que H⁺ é frequentemente chamado de próton. Esta espécie é central à discussão de ácidos. Sob a teoria de Brønsted-Lowry, ácidos são doadores de prótons, enquanto bases são receptores de prótons.

Um próton H⁺ puro não pode existir em solução devido a sua forte tendência de se ligar a átomos ou moléculas com elétrons. Entretanto, o termo ‘próton’ é usado livremente para se referir ao hidrogênio de carga positiva ou catiônico, denotado H⁺.

Para evitar a ficção conveniente do “próton em solução” nu, soluções ácidas aquáticas são às vezes consideradas a conter o íon hidrônio (H₃O⁺), que é organizado em grupos para formar H₉O₄⁺. Outros íons oxônio são encontrados quando a água está em solução com outros solventes.

Ainda que exóticos na terra, um dos íons mais comuns no universo é o íon H₃⁺, conhecido como hidrogênio protonado molecular ou cátion trihidrogênio.

Isótopos

Prótio, deutério e trítio.

O isótopo mais comum do hidrogênio não possui nêutrons, existindo outros dois, o deutério (D) com um e o trítio (T), radioativo com dois. O deutério tem uma abundância natural compreendida entre 0,0184 e 0,0082% (IUPAC). O hidrogênio é o único elemento químico que tem nomes e símbolos químicos distintos para seus diferentes isótopos.

O hidrogénio possuiu ainda outros isótopos altamente instáveis (do ⁴H ao ⁷H) e que foram sintetizados em laboratório, mas nunca observados na natureza.

¹H, conhecido como prótio, é o isótopo mais comum do hidrogénio com uma abundância de mais de 99,98%. Devido a que o núcleo deste isótopo é formado por um só protão ele foi baptizado como prótio, nome que apesar de ser muito descritivo, é pouco usado.
²H, o outro isótopo estável do hidrogénio, é conhecido como deutério e o seu núcleo contém um protão e um neutrão. O deutério representa 0,0026% ou 0,0184% (segundo seja em fracção molar ou fracção atómica) do hidrogénio presente na Terra, encontrando-se as menores concentrações no hidrogénio gasoso, e as maiores (0,015% ou 150 ppm) em águas oceânicas. O deutério não é radioactivo, e não representa um risco significativo de toxicidade. A água enriquecida em moléculas que incluem deutério no lugar de hidrogénio ¹H (prótio), denomina-se água pesada. O deutério e seus compostos empregam-se em marcações não radioactivas em experiências e também em dissolventes usados em espectroscopia ¹H – RMN. A água pesada utiliza-se como moderador de neutrões e refrigerante em reactores nucleares. O deutério é também um potencial combustível para a fusão nuclear com fins comerciais.
³H é conhecido como trítio e contém um protão e dois neutrões no seu núcleo. é radioactivo, desintegrando-se em ³₂He⁺ através de uma emissão beta. Possui uma meia-vida de 12,33 anos. Pequenas quantidades de trítio encontram-se na natureza por efeito da interacção dos raios cósmicos com os gases atmosféricos. Também foi libertado trítio para a realização de provas de armamento nuclear. O trítio usa-se em reacções de fusão nuclear, como traçador em Geoquímica Isotópica, e em dispositivos luminosos auto-alimentados. Antes era comum empregar o trítio como radiomarcador em experiências químicas e biológicas, mas actualmente usa-se menos.

O hidrogénio é o único elemento que possui diferentes nomes comuns para cada um de seus isótopos (naturais). Durante o começo dos estudos sobre a radioactividade, a alguns isótopos radioactivos pesados foram-lhes atribuídos nomes, mas nenhum deles se continua a usar). Os símbolos D e T (em lugar de ²H e ³H) usam-se às vezes para referir-se ao deutério e ao trítio, mas o símbolo P corresponde ao fósforo e, portanto, não pode usar-se para representar o prótio. A IUPAC declara que ainda que o uso destes símbolos seja comum, ele não é aconselhado.

Reações biológicas

H₂ é um produto de alguns tipos de metabolismo anaeróbico e é produzido por vários microorganismos, geralmente via reações catalizadas por enzimas contendo ferro ou níquel chamadashidrogenases. Estas enzimas catalizam a reação redox reversível entre H₂ e seus componentes, dois prótons e dois elétrons. A criação de gás hidrogênio ocorre na transferência para reduzir eqüivalentes produzidos durante fermentação do piruvato à água.

A separação da água, na qual a água é decomposta em seus componentes prótons, elétrons, e oxigênio, ocorre na fase clara em todos os organismos fotossintéticos. Alguns organismos — incluindo a alga Chlamydomonas reinhardtii e cianobactéria — evoluiram um passo adiante na fase escura na qual prótons e elétrons são reduzidos para formar gás H₂ por hidrogenases especializadas nocloroplasto. Esforços foram feitos para modificar geneticamente as hidrogenases das cianobactérias para sintetizar o gás H₂ eficientemente mesmo na presença de oxigênio. Esforços também foram tomados com com algas geneticamente modificadas em um bioreator.

Produção

O gás H₂ é produzido em laboratórios de química e biologia, muitas vezes como sub-produto da desidrogenação de substratos insaturados; e na natureza como meio de expelir equivalentes redutoresem reacções bioquímicas.

Laboratório

No laboratório, o gás H₂ é normalmente preparado pela reacção de ácidos com metais tais, como o zinco, por meio do aparelho de Kipp.

Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂

O alumínio também pode produzir H₂ após tratamento com bases:

2 Al + 6 H₂O + 2 OH^– → 2 Al(OH)₄^– + 3 H₂

A electrólise da água é um método simples de produzir hidrogénio. Uma corrente elétrica de baixa voltagem corre através da água, e oxigénio gasoso forma-se no ânodo enquanto que hidrogénio gasoso forma-se no cátodo. Tipicamente, o cátodo é feito de platina ou outro metal inerte (geralmente platina ou grafite) quando se produz hidrogénio para armazenamento. Se, contudo, o gás destina-se a ser queimado no local, é desejável haver oxigénio para assistir à combustão, e então ambos os eléctrodos podem ser feitos de metais inertes (eletrodos de ferro devem ser evitados, uma vez que eles consumiriam oxigênio ao sofrerem oxidação). A eficiência máxima teórica (electricidade usada versus valor energético de hidrogénio produzido) está entre 80 e 94%.

2H₂O_(aq) → 2H₂(g) + O₂_(g)

Em 2007, descobriu-se que uma liga de alumínio e gálio em forma de pastilhas adicionada a água podia ser usada para gerar hidrogénio. O processo também produz alumina, mas o gálio, que previne a formação de uma película de óxido nas pastilhas, pode ser reutilizado. Isto tem potenciais implicações importantes para a economia baseada no hidrogénio, uma vez que ele pode ser produzido no local e não precisa de ser transportado.

Industrial

O hidrogénio pode ser preparado por meio de várias processos mas, economicamente, o mais importante envolve a remoção de hidrogénio de hidrocarbonetos. Hidrogénio comercial produzido em massa é normalmente produzido pela reformação catalítica de gás natural. A altas temperaturas (700-1100 °C), vapor de água reage com metano para produzir monóxido de carbono e H₂.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Esta reacção é favorecida a baixas pressões mas é no entanto conduzida a altas pressões (20 atm) uma vez que H₂ a altas pressões é o produto melhor comercializado. A mistura produzida é conhecida como “gás de síntese” porque é muitas vezes usado directamente para a produção de metanol e compostos relacionados. Outros hidrocarbonetos além do metano podem ser usados para produzir gás de síntese com proporção de produtos variáveis. Uma das muitas complicações para esta tecnologia altamente optimizada é a formação de carbono:

CH₄ → C + 2 H₂

Por consequência, a reformação catalítica faz-se tipicamente com excesso de H₂O. Hidrogénio adicional pode ser recuperado do vapor usando monóxido de carbono através da reacção de mudança do vapor de água, especialmente com um catalisador de óxido de ferro. Esta reacção é também uma fonte industrial comum de dióxido de carbono:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Outros métodos importantes para a produção de H₂ incluindo oxidação parcial de hidrocarbonetos:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

e a reação de carvão, que pode servir como prelúdio para a “reacção de mudança” descrito acima

C + H₂O → CO + H₂

Hidrogénio é por vezes produzido e consumido pelo mesmo processo industrial, sem ser separado. No processo de Haber para a produção de amoníaco, é gerado hidrogénio a partir de gás natural. Eletrólise de salmoura para produzir cloro também produz hidrogénio como produto secundário.

Termoquímicos solares

Alguns laboratórios (incluindo França, Alemanha, Grécia, Japão e os EUA) estão a desenvolver métodos termoquímicos para produzir hidrogénio a partir de energia solar e água.

Aplicações

Grandes quantidades de H₂ são necessárias nas indústrias de petróleo e química. A maior aplicação de H₂ é para o processamento (“aprimoramento”) de combustíveis fósseis, e na produção deamoníaco. Os principais consumidores de H₂ em uma fábrica petroquímica incluem hidrodesalquilação, hidrodessulfurização, e hidrocraqueamento. H₂ também possui diversos outros usos importantes. H₂ é utilizado como um agente hidrogenizante, particularmente no aumento do nível de saturação de gorduras insaturadas e óleos (encontrado em itens como margarina), e na produção de metanol. É semelhantemente a fonte de hidrogênio na manufatura de ácido clorídrico. H₂ também é usado como um agente redutor de minérios metálicos.

Além de seu uso como um reagente, o H₂ possui amplas aplicações na física e engenharia. É utilizado como um gás de proteção nos métodos de soldagem como soldagem de hidrogênio atômico. H₂ é usado como cooler de geradores em usinas, por que tem a maior conductividade térmica de qualquer gás. H₂ líquido é usado em pesquisas criogênicas, incluindo estudos desupercondutividade. Uma vez que o H₂ é mais leve que o ar, tendo um pouco mais do que 1/15 da densidade do ar, foi certa vez vastamente usado como um gás de levantamento em balões edirigíveis.

Em aplicações mais recentes, o hidrogênio é utilizado puro ou misturado com nitrogênio (às vezes chamado de forming gas) como um gás rastreador para detectar vazamentos. Aplicações podem ser encontradas nas indústrias automotiva, química, de geração de energia, aeroespacial, e de telecomunicações. Hidrogênio é um aditivo alimentar autorizado (E 949) que permite o teste de vazamento de embalagens, entre outras propriedades antioxidantes.

Os isótopos mais raros do hidrogênio também possuem aplicações específicas para cada um. Deutério (hidrogênio-2) é usado em aplicações de fissão nuclear como um moderador para neutrons lentos, e nas reações de fusão nuclear. Compostos de deutério possuem aplicações em química e biologia nos estudos da reação dos efeitos de isótopos. Trítio (hidrogênio-3), produzido em reatores nucleares, é utilizado na produção de bombas de hidrogênio, como um selo isotópico nas ciências biológicas, e como uma fonte de radiação em pinturas luminosas.

A temperatura de equilíbrio do hidrogênio em ponto triplo é um ponto fixo definido na escala de temperatura ITS-90 à 13.8033 kelvins.

Portador de energia

Hidrogênio não é um recurso de energia, exceto no contexto hipotético das usinas comerciais de fusão nuclear usando deutério ou trítio, uma tecnologia atualmente longe de desenvolvimento. A energia do Sol origina-se da fusão nuclear de hidrogênio, mas este processo é difícil de alcançar controlavelmente na Terra. Hidrogênio elementar de fontes solares, biológicas ou elétricas requerem mais energia para criar do que é obtida ao queimá-lo, então, nestes casos, o hidrogênio funciona como um portador de energia, como uma bateria. Ele pode ser obtido de fontes fósseis (como metano), mas estas fontes são insustentáveis.

A densidade de energia por unidade volume de ambos hidrogênio líquido e gás de hidrogênio comprimido em qualquer pressão praticável é significantemente menor do que aquela de fontes tradicionais de combustível, apesar da densidade de energia por unidade massa de combustível é mais alta. Todavia, o hidrogênio elementar tem sido amplamente discutido no contexto da energia, como um possível portador de energia futuro em uma grande escala da economia. Por exemplo, CO₂ sequestramento seguido de captura e armazenamento de carbono poderia ser conduzido ao ponto da produção de H₂ a partir de combustíveis fósseis. O hidrogênio usado no transporte queimaria relativamente limpo, com algumas emissões de NOx, porém sem emissões de carbono.Entretanto, os custos de infraestrutura associados com a conversão total a uma economia de hidrogênio seria substancial.

Indústria de semicondutores

Hidrogênio é empregado para saturar ligações quebradas de silício amorfo e carbono amorfo que ajudam a estabilizar propriedades materiais. É também um potencial doador de elétron em vários materiais óxidos, incluindo ZnO, SnO₂, CdO, MgO, ZrO₂, HfO₂, La₂O₃, Y₂O₃, TiO₂, SrTiO₃, LaAlO₃, SiO₂, Al₂O₃, ZrSiO₄, HfSiO₄, e SrZrO₃.

Segurança e precauções

A explosão no dirigível Hindenburg.

O hidrogênio gera vários perigos à segurança humana, de potenciais detonações e incêndios quando misturado com o ar a ser um asfixiante em sua forma pura, livre de oxigênio. Em adição, hidrogênio líquido é um criogênico e apresenta perigos (como congelamento) associados a líquidos muito gelados. O elemento dissolve-se em alguns metais, e, além de vazar, pode ter efeitos adversos neles, como a fragilização por hidrogênio. O vazamento de gás hidrogênio no ar externo pode espontaneamente entrar em combustão. Além disso, o fogo de hidrogênio, enquanto sendo extremamente quente, é quase invisível, e portanto pode levar a queimaduras acidentais.

Até mesmo interpretar os dados do hidrogênio (incluindo dados para a segurança) é confundido por diversos fenômenos. Muitas propriedades físicas e químicas do hidrogênio dependem da taxa de para-hidrogênio/orto-hidrogênio (geralmente levam-se dias ou semanas em uma dada temperatura para alcançar a taxa de equilíbrio, pelo qual os resultados usualmente aparecem. os parâmetros de detonação do hidrogênio, como a pressão e temperatura críticas de detonação, dependem muito da geometria do contenedor.

FONTE:

HIDROGÉNIO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidrog%C3%A9nio&oldid=19502372>. Acesso em: 5 abr. 2010

Aplicações do Níquel (Ni) no cotidiano

Publicado em 29/03/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Níquel

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Níquel é um elemento químico de símbolo Ni de número atômico 28 ( 28 prótons e 28 elétrons ) e de massa atómica 58,7 uma. À temperatura ambiente, encontra-se no estado sólido. É um elemento de transição situado no grupo 10 (8 B) da Classificação Periódica dos Elementos Químicos.
Características principais

É um metal de transição de coloração branco-prateada, condutor de eletricidade e calor, dúctil e maleável porém não pode ser laminado, polido ou forjado facilmente, apresentando certo caráter ferromagnético. É encontrado em diversos minerais, em meteoritos (formando liga metálica com o ferro ) e, em princípio, existe níquel no núcleo da Terra

É resistente a corrosão , e só pode ser utilizado como revestimento por eletrodeposição. O metal e algumas de suas ligas metálicas, como o metal Monel, são utilizados para manejar o flúor e alguns fluoretos porque reage com dificuldade com estas substâncias.

Seu estado de oxidação mais comum é +2 , podendo apresentar outros. Se tem observado estados de oxidação 0, +1 e +3 em complexos, porém são muito pouco característicos.

Aplicações

Aproximadamente 65% do níquel consumido é empregado na fabricação de aço inoxidável austenico e outros 12% em superligas de níquel. O restante 23% é repartido na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.

Alnico, ligas para imãs.
O mu-metal se usa para proteger campos magnéticos por sua elevada permeabilidade magnética.
As ligas níquel-cobre ( monel ) são muito resistentes a corrosão, utilizando-se em motores marítimos e indústria química.
A liga níquel-titânio ( nitinol-55 ) apresenta o fenômeno memória de forma e é usado em robótica, também existem ligas que apresentam superelasticidade.
cadinhos de laboratórios químicos.
Catalisador da hidrogenação de óleos vegetais
Usado em cordas de guitarra e outros instrumentos

Papel biológico

Muitas, porém não todas, as enzimas hidrogenases contém níquel, especialmente aquelas cuja função é oxidar o hidrogênio. Parece que o níquel sofre mudanças no seu estado de oxidação indicando que o núcleo de níquel é a parte ativa da enzima.

O níquel também está presente na enzima metil CoM redutase e em bactérias metanogênicas.

O níquel tem papel biológico parecido com o ferro por serem muito próximos.

História

O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV a.C.geralmente junto com o cobre já que aparece com frequência nos mineraisdeste metal. Bronzes originários da atual Síria tem conteúdos de níquel superiores a 2%. Manuscritos chineses sugerem que o «cobre branco» era utilizado no Oriente desde 1400-1700 A.C, entretanto a facilidade de confundir as minas de níquel com as de prata induzem a pensar que ,na realidade, o uso do níquel foi posterior, a partir do século IV A.C.

Os minerais que contém níquel, como a niquelina se tem empregado para colorir o vidro. Em 1751 Axel Frederik Cronstedt tentando extrair o cobre da niquelina, obteve um metal branco que chamou de níquel, já que os mineiros de Hartz atribuem ao «viejo Nick» ( o diabo ) o motivo pelo qual alguns minerais de cobre não poderiam ser trabalhados. O metal responsável por isso foi descoberto por Cronstedt na niquelina, o kupfernickel, diabo do cobre, como se chamava e ainda é chamado o mineral.

A primeira moeda de níquel pura foi cunhada em 1881.

Abundância e obtenção

O níquel aparece na forma de metal nos meteoros junto com o ferro ( formando as ligas kamacita e taenita ), e acredita-se que exista no núcleo da Terra junto com o mesmo metal. Combinado é encontrado em diversos minerais como garnierita, millerita, pentlandita epirrotita.

As minas da Nova Caledônia , Austrália e Canadá produzem atualmente 70% do níquel consumido. Outros produtores são Cuba, Porto Rico, Rússia, China e Brasil. No Brasil, as minas estão concentradas nos Estados do Pará e Goiás, e são exploradas pelas empresasAnglo American Brasil LTDA, Companhia Vale do Rio Doce e Grupo Votorantim, mas a segunda maior reserva de Níquel do mundo fica em Minas Gerais na cidade de Ipanema. Baseando-se em evidências geofísicas e análises de meteoritos é suposto que o níquel ocorra em abundância no núcleo terrestre, formando ligas metálicas com o ferro. O níquel, assim como o vanádio são os elementos-traço mais comuns encontrados na composição química do petróleo, em geral estando mais enriquecidos nos óleos pesados.

Isótopos

Na natureza são encontrados 5 isótopos estáveis: Ni-58, Ni-60, Ni-61, Ni-62 e Ni-64, sendo o mais leve o mais abundante( 68,077% ). Se tem caracterizado ainda 18 radioisótopos dos quais os mais estáveis são o Ni-59, o Ni-63 e ol Ni-56 com meias-vidas de 76.000 anos, 100,1 anos e 6,077 dias respectivamente. Os demais radioisótopos com massas atómicas desde 52 uma ( Ni-52 ) a 74 uma ( Ni-74 ), apresentam meias-vidas inferiores a 60 horas, e a maioria não alcançam os 30 segundos. O níquel tem também um estado metaestável.

O Ni-56 é produzido em grandes quantidades em supernovas de tipo II correspondendo a forma da curva de luz a desintegração de Ni-56 em Co-56 e este em Fe-56.

O Ni-59 é um isótopo de vida longa obtido por cosmogênese. Este isótopo tem encontrado diversas aplicações na datação radiométrica de meteoritos e na determinação da abundância de pó extraterrestre em gelos e sedimentos. O Ni-60 é filho do Fe-60 ( meia-vida de 1,5 milhões de anos ) cuja persistência no sistema solar em concentrações suficientemente altas tem possivelmente causado variações observáveis na composição isotópica do Ni-60^{[carece de fontes]}. Deste modo a análise da abundância de Ni-60 em materiais extraterrestres pode proporcionar informações sobre a origem do Sistema solar e sua história primordial.

Nickel

Precauções

A exposição ao metal níquel e seus compostos solúveis não deve superar aos 0,05 mg/cm³ , medidos em níveis de níquel equivalente para uma exposição laboral de 8 horas diárias e 40 horas semanais.

O níquel tetracarbonilo (Ni(CO)₄), gerado durante o processo de obtenção do metal, é um gás extremamente tóxico.

As pessoas sensíveis podem manifestar alergias ao níquel. A quantidade de níquel admissível em produtos que podem entrar em contato com a pele está regulamentada na União Europeia. Apesar disso, a revista Nature publicou em 2002 um artigo em que os pesquisadores afirmaram haver encontrado em moedas de 1 e 2 euros níveis superiores aos permitidos.^{[carece de fontes]}

Toxicologia

Intoxicações mesmo leves por níquel podem causar sintomas como apatia, diarreia, dores no pénis ou vagina, febre, insônia e náuseas.

Fonte

NÍQUEL. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%ADquel&oldid=19441178>. Acesso em: 29 mar. 2010.

Aplicações do Carbono (C) no cotidiano

Publicado em 22/03/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Estruturas alotrópicas do

diamante e grafite

Carbono

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

É o pilar básico da química orgânica, se conhecem cerca de 10 milhões de compostos de carbono, e forma parte de todos os seres vivos.O carbono (do latim carbo, carvão) é um elemento químico, símbolo C , número atômico 6 (6 prótons e 6 elétrons), massa atómica 12 u, sólido à temperatura ambiente. Dependendo das condições de formação, pode ser encontrado na natureza em diversas formas alotrópicas: carbono amorfo ecristalino, em forma de grafite ou ainda diamante. Pertence ao grupo (ou família) 14 (anteriormente chamada 4A).

Características principais

O carbono é um elemento notável por várias razões. Suas formas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma das substâncias mais frágeis e baratas (o grafite) e uma das mais duras e caras (o diamante). Mais ainda: apresenta uma grande afinidade para combinar-se quimicamente com outros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono que podem formar largas cadeias. O seu pequeno raio atómico permite-lhe formar cadeias múltiplas; assim, com o oxigênio forma o dióxido de carbono, vital para o crescimento das plantas (ver ciclo do carbono); com o hidrogênio forma numerosos compostos denominados, genericamente, hidrocarbonetos, essenciais para a indústria e o transporte na forma de combustível derivados de petróleo e gás natural. Combinado com ambos forma uma grande variedade de compostos como, por exemplo, os ácidos graxos, essenciais para a vida, e os ésteres que dão sabor às frutas. Além disso, fornece, através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia produzida pelo Sol e outras estrelas.

Aplicações

O principal uso industrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis como petróleo e gás natural; do primeiro se obtém por destilação nas refinarias gasolinas, querosene e óleos e, ainda, é usado como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondo como fonte de energia por sua combustão mais limpa. Outros usos são:

O isótopo carbono-14, descoberto em 27 de fevereiro de 1940, se usa na datação radiométrica.
O grafite se combina com argila para fabricar a parte interna dos lápis.
O diamante é empregado para a produção de jóias e como material de corte aproveitando sua dureza.
Como elemento de liga principal dos aços (ligas de ferro).
Em varetas de proteção de reatores nucleares.
As pastilhas de carbono são empregadas em medicina para absorver as toxinas do sistema digestivo e como remédio para a flatulência.
O carbono ativado se emprega em sistemas de filtração e purificacão da água.
O Carbono-11, radioactivo com emissão de positrão usado no exame PET em medicina nuclear.
O carvão é muito utilizado nas indústrias siderúrgicas, como produtor de energia e na indústria farmacêutica (na forma de carvão ativado)

As propriedades químicas e estruturais dos fulerenos, na forma de nanotubos, prometem usos futuros no campo da nanotecnologia (ver Nanotecnologia do carbono).

Os diamantóides são minúsculos cristais com forma cristalina composta por arranjos de átomos de carbono e também hidrogênio muito semelhante ao diamante. Os diamantóides são encontrados noshidrocarbonetos naturais como petróleo, gás e principalmente em condensados (óleos leves do petróleo). Têm importante aplicação na nanotecnologia.

Abundância

O carbono não se criou durante o Big Bang porque havia necessidade da tripla colisão de partículas alfa (núcleos atómicos de hélio), tendo o universo se expandido e esfriado demasiadamente rápido para que a probabilidade deste acontecimento fosse significativa. Este processo ocorre no interior das estrelas (na fase «RH (Rama horizontal)»), onde este elemento é abundante, encontrando-se também em outros corpos celestes como nos cometas e na atmosferas dos planetas. Alguns meteoritos contêm diamantes microscópicos que se formaram quando o sistema solar era ainda um disco protoplanetário.

Em combinação com outros elementos, o carbono se encontra na atmosfera terrestre e dissolvido na água, e acompanhado de menores quantidades de cálcio, magnésio e ferro forma enormes massasrochosas (calcita, dolomita, mármore, etc.).

De acordo com estudos realizados pelos cientistas, a estimativa de distribuição do carbono na terra é:

Biosfera, oceanos, atmosfera…….3,7 x 10¹⁸ mols

Crosta

Carbono orgânico………………………1,1 x 10²¹ mols

Carbonatos………………………………5,2 x 10²¹ mols

Manto……………………………………1,0 x 10²⁴ mols

O grafite se encontra em grandes quantidades nos Estados Unidos, Rússia, México, Groelândia e Índia.

Os diamantes naturais se encontram associados a rochas vulcânicas (kimberlito e lamproíto). Os maiores depósitos de diamantes se encontram no continente africano (África do Sul, Namíbia,Botswana, República do Congo e Serra Leoa). Existem também depósitos importantes no Canadá, Rússia, Brasil e Austrália.

Compostos inorgânicos

O mais importante óxido de carbono é o dióxido de carbono ( CO₂ ), um componente minoritário da atmosfera terrestre (na ordem de 0,04% em peso) produzido e usado pelos seres vivos (ver ciclo do carbono). Em água forma ácido carbónico ( H₂CO₃ ) — as bolhas de muitos refrigerantes — que igualmente a outros compostos similares é instável, ainda que através dele possam-se produzir íons carbonatos estáveis por ressonância. Alguns importantes minerais, como a calcita são carbonatos. As rochas carbonáticas (calcários) são um grande reservatório de carbono oxidado na crosta terrestre.

Os outros óxidos são o monóxido de carbono (CO) e o raro subóxido de carbono (C₃O₂). O monóxido se forma durante a combustão incompleta de materiais orgânicos, e é incolor e inodoro. Como a molécula de CO contém uma tripla ligação, é muito polar, manifestando uma acusada tendência a unir-se a hemoglobina, o que impede a ligação do oxigênio. Diz-se, por isso, que é um asfixiante de substituição. O íon cianeto, ( CN^– ), tem uma estrutura similar e se comporta como os íons haletos. O carbono, quando combinado com hidrogênio, forma carvão, petróleo e gás natural que são chamados de hidrocarbonetos. O metano é um hidrocarboneto gasoso, formado por um átomo de carbono e quatro átomos de hidrogênio, muito abundante no interior da terra (manto). O metano também é encontrado em abundância próximo ao fundo dos oceanos e sob as geleiras (permafrost), formando hidratos de gás. Os vulcões de lama também emitem enormes quantidades de metano enquanto que os vulcões de magma emitem uma maior quantidade de gás carbônico, que possivelmente é produzido pela oxidação do metano.

Com metais, o carbono forma tanto carbetos como acetiletos, ambos muito ácidos. Apesar de ter uma eletronegatividade alta, o carbono pode formar carbetos covalentes, como é o caso do carbeto de silício (SiC), cujas propriedades se assemelham às do diamante.

Isótopos

Em 1961 a IUPAC adotou o isótopo C-12 como base para a determinação da massa atómica dos elementos químicos.

O carbono-14 é um radioisótopo com uma meia-vida de 5715 anos que se emprega de forma extensiva na datação de espécimes orgânicos.

Os isótopos naturais e estáveis do carbono são o C-12 (98,89%) e o C-13 (1,11%). As proporções destes isótopos são expressas em variação percentual (±‰) respeitando as normas VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite). A porcentagem de C-13 da atmosfera terrestre é 7%.

A maioria das plantas apresentam valores de C-13 entre 24 e 34%; outras plantas aquáticas, de deserto, de orlas marítimas e gramas tropicais, apresentam valores de C-13 entre 6 e 19% devido às diferencas na reação de fotossíntese; um terceiro grupo, constituído pelas algas e líquens, apresenta valores entre 12 e 23%. O estudo comparativo dos valores de C-13 em plantas e organismos pode proporcionar valiosa informação relativa à cadeia alimentar dos seres vivos.

Precauções

Os compostos de carbono têm uma ampla variação de toxicidade. O monóxido de carbono, presente nos gases de escape dos motores de combustão e o cianeto (CN) são extremadamente tóxicospara os mamíferos e, entre eles, os seres humanos. Os gases orgânicos eteno, etino e metano são explosivos e inflamáveis em presença de ar. Muitos outros compostos orgânicos não são tóxicos, pelo contrário, são essenciais para a vida.

Utilização

para saber mais click no link abaixo

FONTE:

CARBONO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbono&oldid=19359348>. Acesso em: 23 mar. 2010.

>A importância e aplicações do Ferro (Fe) no cotidiano

Publicado em 19/03/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Ferro

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

É um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (NiFe). Este ferro está em uma temperatura muito acima da temperatura de Curie do ferro, dessa forma, o núcleo da Terra não é ferromagnético.Este metal de transição é encontrado no grupo 8B da Classificação Periódica dos Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante.

O ferro tem sido historicamente importante, e um período da história recebeu o nome de Idade do ferro.

O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga metálica para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte (automóveis, navios, etc), como elemento estrutural de pontes, edificios, e uma infinidade de outras aplicações.

Características

É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o Níquel e o Cobalto.

Ocorrência

É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais, entre eles muitos óxidos, como o FeO (óxido de ferro II, ou óxido ferroso) ou como Fe₂O₃ (óxido de ferro III, ou óxido férrico). Os números que acompanham o íon ferro diz respeito aos estados de oxidaçãoapresentados pelo ferro, que são +2 e +3, e é raramente encontrado livre. Para obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são reduzidos comcarbono, e imediatamente são submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas presentes.

É o elemento mais pesado que se produz exotermicamente por fusão, e o mais leve produzido por fissão, devido ao fato de seu núcleo ter a mais alta energia de ligação por nucleon, que é a energia necessária para separar do núcleo um nêutron ou um próton. Portanto, o núcleo mais estável é o do ferro-56.

Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:

Ferro α: É o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 °C. O sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo e éferromagnético.
Ferro β: 788 – 910 °C. Tem o mesmo sistema cristalino que o α, porém a temperatura de Curie é de 770 °C, e passa a ser paramagnético.
Ferro γ: 910 – 1400 °C; apresenta uma rede cúbica centrada nas faces.
Ferro δ: 1400 – 1539 °C; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no corpo.

Aplicações

O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.

O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. Os aços são ligas metálicas de ferro com outros elementos, tanto metálicos quanto não metálicos, que conferem propriedades distintas ao material. É considerada aço uma liga metálica de ferro que contém menos de 2% de carbono; se a percentagem é maior recebe a denominação de ferro fundido.

As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento que se tem aplicado.

Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono com concentrações máximas de 2,2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:
- Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono em peso. Não são tão duros nem tratáveis termicamente, porém dúcteis. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.
- Aço médio em carbono. Entre 0,25% e 0,6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.
- Aço alto em carbono. Entre 0,60% e 1,4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo, formando o carbeto de tungstênio, WC, quando é adicionado à liga o wolfrâmio. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas.

Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existem uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o crômio, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados aços inoxidáveis.
Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.
Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe₃O₄) e o óxido de ferro III (Fe₂O₃) têm aplicações magnéticas.

História

Peça de ferro da Idade do Ferro

Tem-se indícios do uso de ferro, seguramente procedente de meteoritos, quatro milênios a.C., pelos sumérios e egípcios.

Cada vez mais objetos de ferro, datados entre o segundo e terceiro milênio antes de Cristo, foram encontrados (estes se distinguem do ferro proveniente dos meteoritos pela ausência de níquel) na Mesopotâmia, Anatólia e Egito. Entretanto, seu uso provável destinou-se a fins cerimoniais, por ter sido um metal muito caro, mais do que o ouro na época. Algumas fontes sugerem que talvez o ferro era obtido como subproduto da obtenção do cobre.

Entre 1600 e 1200 a.C., observou-se um aumento de seu uso no Oriente Médio, porém não como substituto ao bronze.

Entre os séculos XII e X antes de Cristo, ocorreu uma rápida transição no Oriente Médio na substituição das armas de bronze para as de ferro. Esta rápida transição talvez tenha ocorrido devido a uma escassez de estanho, e devido a uma melhoria na tecnologia em trabalhar com o ferro. Este período, que ocorreu em diferentes ocasiões segundo o lugar, denominou-se Idade do ferro, substituindo a Idade do bronze. Na Grécia iniciou-se em torno do ano 1000 a.C., e não chegou à Europa ocidental antes do século VII a.C.. A substituição do bronze pelo ferro foi paulatina, pois era difícil produzir peças de ferro: localizar o mineral, extraí-lo, proceder a sua fundição a temperaturas altas e depois forjá-lo.

Na Europa central, surgiu no século IX a.C. a “cultura de Hallstatt” substituindo a “cultura dos campos de urnas”, que se denominou “Primeira Idade do Ferro”, pois coincide com a introdução do uso deste metal. Aproximando-se do ano 450 a.C., ocorreu o desenvolvimento da “cultura da Tène”, também denominada “Segunda Idade do Ferro”. O ferro era usado em ferramentas, armas e jóias, embora segue-se encontrando objetos de bronze.

Junto com esta transição de bronze ao ferro descobriu-se o processo de “carburação”, que consiste em adicionar carbono ao ferro. O ferro era obtido misturado com a escória contendo carbono ou carbetos, e era forjado retirando-se a escória e oxidando o carbono, criando-se assim o produto já com uma forma. Este ferro continha uma quantidade de carbono muito baixa, não sendo possível endurecê-lo com facilidade ao esfriá-lo em água. Observou-se que se podia obter um produto muito mais resistente aquecendo a peça de ferro forjado num leito de carvão vegetal, para então submergi-lo na água ou óleo. O produto resultante, apresentando uma camada superficial de aço, era menos duro e mais frágil que o bronze.

Na China, o primeiro ferro utilizado também era proveniente dos meteoritos. Foram encontrados objetos de ferro forjado no noroeste, perto de Xinjiang, do século VIII a.C.. O procedimento utilizado não era o mesmo que o usado no Oriente Médio e na Europa.

Nos últimos anos da Dinastia Zhou (550 a.C.), na China, se conseguiu obter um produto resultante da fusão do ferro (ferro fundido). O mineral encontrado ali apresentava um alto conteúdo de fósforo, com o qual era fundido em temperaturas menores que as aplicadas na Europa e outros lugares. Todavia, durante muito tempo, até a Dinastía Qing (aos 221 a.C.), o processo teve uma grande repercussão.

O ferro fundido levou mais tempo para ser obtido na Europa, pois não se conseguia a temperatura necessária. Algumas das primeiras amostras foram encontradas na Suécia, em Lapphyttan e Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C.

Na Idade Média, e até finais do século XIX, muitos países europeus empregavam como método siderúrgico a “farga catalana”. Se obtinha ferro e aço de baixo carbono empregando-se carvão vegetal e o minério de ferro. Este sistema já estava implantado no século XV, conseguindo-se obter temperaturas de até 1200 °C. Este procedimento foi substituído pelo emprego de altos fornos.

No princípio se usava carvão vegetal para a obtenção de ferro como fonte de calor e como agente redutor. No século XVIII, na Inglaterra, o carvão vegetal começou a escassear e tornar-se caro, iniciando-se a utilização do coque, um combustível fóssil, como alternativa. Foi utilizado pela primeira vez por Abraham Darby, no ínício do século XVIII, construindo em Coalbrookdale um “alto forno”. Mesmo assim, o coque só foi empregado como fonte de energia na Revolução industrial. Neste período a demanda foi se tornando cada vez maior devido a sua utilização, como por exemplo, em estradas de ferro.

O alto forno foi evoluindo ao longo dos anos. Henry Cort, em 1784, aplicou novas técnicas que melhoraram a produção. Em 1826 o alemão Friedrich Harkot construiu um alto forno sin mampostería para humos.

Em finais do século XVIII e início do século XIX começou-se a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural em pontes, edifícios e outros. Entre 1776 e 1779 se construiu a primeira ponte de ferro fundido por John Wilkinson e Abraham Darby. Na Inglaterra foi empregado pela primeira vez o ferro na construção de edifícios por Mathew Boulton e James Watt, no princípio do século XIX. Também são conhecidas outras obras deste século, como por exemplo, o “Palácio de Cristal” construído para a Exposição Universal de 1851 em Londres, do arquiteto Joseph Paxton, que tem uma armação de ferro, ou a Torre Eiffel, em Paris, construída em 1889 para a Exposição Universal, onde foram utilizadas milhares de toneladas de ferro.

Abundância e obtenção

É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre, e quarto de todos os elementos. Também abunda no Universo, havendo-se encontrados meteoritos que contêm este elemento. O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se:

A hematita (Fe₂O₃), a magnetita (Fe₃O₄), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO₃), a pirita (FeS₂) e a ilmenita (FeTiO₃).

Pode-se obter o ferro a partir dos óxidos com maior ou menor teor de impurezas. Muitos dos minerais de ferro são óxidos.

A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados alto forno ou forno alto. Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de coque, e carbonato de cálcio, CaCO₃ , que atua como escorificante.

No processo de obtenção, geralmente é usado a hematita, que apresenta ponto de fusão de 1560 °C. Para que essa temperatura seja diminuída, é adicionado o carbonato de cálcio (CaCO₃). Além de promover a redução do ponto de fusão da hematita, ele atua reagindo com impurezas presentes como o dióxido de silício (SiO₂) formando o metassilicato de cálcio (CaSiO3), conhecido como escória. O coque (carbono amorfo, com mais de 90% de pureza) é usado para promover a redução da hematita, transformando o Fe³⁺ em Fe(s). Inicialmente, o coque, em presença de excesso de O₂ fornecido pelo ar, reage produzindo CO₂. O dióxido de carbono assim produzido, e também proveniente do carbonato de cálcio, reagem com o coque que é constantemente adicionado ao alto forno, produzindo CO. Este, por fim será o responsável por reagir com Fe₂O₃ produzindo Fe_(s) e CO₂

O processo de oxidação do coque com oxigênio libera energia. Na parte inferior do alto forno a temperatura pode alcançar 1900 °C.

Redução dos minerais que são óxidos:

Inicialmente, os óxidos de ferro são reduzidos na parte superior do alto forno, parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, já produzindo ferro metálico. Exemplo: redução da magnetita:

Fe₃O₄ + 3CO → 3FeO + 3CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Posteriormente, na parte inferior do alto forno, onde a temperatura é mais elevada, ocorre a maior parte da redução dos óxidos com o coque (carbono):

Fe₃O₄ + C → 3FeO + CO

O carbonato de calcio se decompoem:

CaCO₃ → CaO + CO₂

e o dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono, como visto acima.

Na parte mais inferior do alto forno ocorre a carburação:

3Fe + 2CO → Fe₃C + CO₂

Processos de enriquecimento:

Finalmente ocorre a combustão e a desulfuração (eliminação do enxofre) devido à injeção de ar no alto forno, e por último são separadas as frações: a escória do ferro fundido, que é a matéria-prima empregada na indústria.

O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário submetê-lo a um processo de refinação que pode ser realizado em fornos chamados convertedores.

Em 2004, os cinco maiores países produtores de ferro eram a China, o Brasil, a Austrália, a Índia e a Rússia, com 74% da produção mundial.^[1]

Compostos

Água com compostos de ferro

Os estados de oxidação mais comuns são +2 e +3. Os óxidos de ferro mais conhecidos são o óxido de ferro II, FeO, o óxido de ferro III, Fe₂O₃, e o óxido misto Fe₃O₄. Forma numerosos sais e complexos com estes mesmos estados de oxidação. O hexacianoferrato II de ferro III, usado em pinturas, é conhecido como azul da Prússia ou azul de Turnbull.
São conhecidos compostos de ferro com estados de oxidação +4, +5 e +6, porém são pouco comuns. No ferrato de potássio, K₂FeO₄, usado como oxidante , o ferro apresenta estado de oxidação +6. O estado de oxidação +4 é encontrados em poucos compostos e também em alguns processos enzimáticos.
O Fe₃C é conhecido como cementita, contém 6,67 % em carbono. O ferro α é conhecido como ferrita, e a mistura de ferrita e cementita é denominada perlita ou ledeburita, dependendo do teor de carbono. A austenita é o ferro γ.

Papel biológico

O ferro é praticamente encontrado em todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funções.

Há diferentes proteínas que contêm o grupo hemo, que consiste na ligação da porfirina com um átomo de ferro. Alguns exemplos:
- A hemoglobina e a mioglobina. A primeira transporta oxigênio, O₂, e a segunda o armazena. A hemoglobina localiza-se no sangue e, pelo fato de ter átomos de ferro, a cor do sangue é vermelha.
- Os citocromos reduzem o oxigênio em água. Os citocromos P450 catalisam a oxidação de compostos hidrofóbicos, como fármacos ou drogas, para que possam ser excretados, e participam na síntese de diversas moléculas.
- As peroxidases e catalases catalisam a oxidação de peróxidos, H₂O₂, que são tóxicos.
As proteínas de ferro/enxofre (Fe/S) participam em processos de transferência de elétrons.
Também é possível encontrar proteínas onde os átomos de ferro se enlaçam entre si através de pontes de oxigênio. São denominadas proteínas Fe-O-Fe. Alguns exemplos:
- As bactérias metanotróficas, que usam o metano, CH₄, como fonte de energia e de carbono, usam proteínas deste tipo, chamadas monooxigenases, para catalisar a oxidação do metano.
- A hemeritrina transporta oxigênio em alguns organismos marinhos.
- Algumas ribonucleótideo redutases contêm ferro. Catalisam a formação de desoxinucleótideos.

Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no organismo. O envenenamento por ferro é chamado de hemocromatose enquanto que a sua deficência é conhecida popularmente como anemia. A palavra anemia, apesar de estar popularmente associada à carência de ferro no organismo, não é utilizada unicamente para ela. Para a carência de ferro no organismo, cabe o nome específico de anemia ferropriva. Nas transfusões de sangue são usados ligantes que formam com o ferro complexos de alta estabilidade, evitando que ocorra uma queda demasiada de ferro livre. Estes ligantes são conhecidos como sideróforos. Muitos organismos empregam estes sideróforos para captar o ferro que necessitam. Também podem ser empregados como antibióticos, pois não permitem ferro livre disponível.

Sua carência nos humanos pode causar, além da anemia, anorexia, sensibilidade óssea e a clima frio, prisão de ventre, distúrbios digestivos, tontura, fadiga, problemas de crescimento, irritabilidade, inflamação da língua.

Seu excesso (em nível de nutriente) nos humanos pode causar: igualmente anorexia, tontura, fadiga e dores de cabeça.^[2]^[3]

O tanino presente no chá e café inibem, em 64 e 33% respectivamente, a absorção de ferro. O magnésio inibe a absorção de ferro quando a presença do primeiro é 300 vezes maior do que o ferro, o zinco quando cinco vezes maior e o cálcio em quantidades superiores a 500 mg, embora a influência do cálcio ainda seja discutida.

A deficiência de vitamina A inibe a utilização do ferro.

Polifenóis se ligam ao ferro e impedem sua absorção.

Aspectos nutricionais e metabólicos

O ferro é um dos elementos mais facilmente encontráveis na superfície da Terra, mas mesmo assim, sua deficiência é a causa mais comum de anemia, afentando cercade 500 milhões de pessoas em todo mundo. Isso se deve à capacidade limitada do organismo na absorção de ferro e à freqüência da perda de ferro por hemorragia.

Absorção

A absorção do ferro, especialmente de origem vegetal, é aumentada com a ingestão conjunta de alimentos levemente ácidos (ou proteínas) e também por alimentos ricos em ácido ascórbico (vitamina C).

Estudos indicam que a absorção de ferro aumenta de 3,7 para 10,4% quando se adiciona a ingestão de 40 a 50 mg de vitamina C, por mantê-lo solúvel. Alguns açucares como a frutose também colaboram para a absorção de ferro.

Distribuição e transporte no organismo

O transporte e armazenamento do ferro é mediado por três proteínas – transferrina, receptor de transferrina e ferritina. A transferrina pode conter até dois átomos de ferro. Ela entrega o ferro aos tecidos que têm receptores de transferrina, especialmente eritoblastos na medula óssea que incorporam o ferro na hemoglobina. A transferência então é reutilizada. No final da sobrevida, os eritrócitos são destruídos nos macrófagos do sistema reticuloendotelial; o ferro é liberado da hemoglobina, entra no plasma e fornece a maioria do ferro da transferrina. Somente uma pequena porção do ferro da transferrina plasmática vem da dieta, absorvido no duodeno e no jejuno.

Algum ferro é armazenado nas células reticulares endoteliais, como a ferritina e hemossiderina, em quantidades muito variáveis, conforme a situação das reservas desse elemento no organismo. Em geral a ferritina é um complexo protéico hidrossolúvel de ferro com peso molecular 465.000, é formada de uma concha protéica externa, a apoferrina, que consiste de 22 subunidades, e de um núcleo dehidroxifosfato de ferro. Contém até 20% em peso de ferro e não é visível à microscopia óptica. Cada molécula de apoferrinpode ligar até 4.000 a 5.000 átomos de ferro. A hemossiderina é um complexo protéico insolúve de ferro, de composição variável, contendo cerca de 37% em peso de ferro. É derivada da digestão lisossômica parcial de agregação de moléculas de ferritina e visível à microscopia óptica nos macrófagos e em outras células após coloração com Perls (azul da Prússia). O ferro na ferritina e na hemossiderina está na forma ferrosa, com envolvimento da vitamina C. Uma enzima que contém cobre, a ceruloplasmina, cataliza a oxidação do ferro para a forma férrica para a ligação na transferrina plasmática.

O ferro também está presente nos músculos, como na mioglobina, e na maioria das células do organismo em enzimas que contêm ferro, como, p. ex., citocromos, desidrogenase succínica, catalase, etc. O ferro tissular tem menos probabilidade de ser depletado que a hemossiderina, a ferritina e a hemoglobina em estado de deficiência de ferro, mas pode ocorrer alguma redução no conteúdo de enzimas contendo heme.

Os níveis de ferritina e os de receptor de transferrina (TfR) correlacionam-se com as reservas de ferro, de modo que a sobrecarga de ferro causa aumento na ferritina tissular e queda no TfR, enquanto na deficiência de ferro a ferritina é baixa, e o TfR, alto. Essa relação surge por intermédio da ligação de uma resposta ao ferro (IREs) na ferritina e nas moléculas de (mRNA de TfR. A deficiência de ferro aumenta a capacidade de a IRP ligar-se aos IRES, enquanto a sobrecarga diminui a ligação. O sítio de ligação de IRP em IREs, a montante (5′) ou jusante (3′) do gene codificador determina aumento ou diminuição da mRNA e, portanto, de proteína.

Necessidades

A quantidade diária de ferro necessária para compensar tanto perdas do organimo como o crescimento varia com a idade e o sexo; é maior na gravidez, na adolescência e nas mulheres que menstruam. Esses grupos, portanto, são particularmente suscetíveis a desenvolver deficiências de ferro quando há perda adicional ou diminuição prolongada da ingestão.

Características clínicas

Quando há deficiência de ferro os depósitos reticuloendoteliais (hemossiderina e ferritina) são totalmente depletados antes que ocorram anemia. À medida que a doença evolui, o paciente pode ter sinaise sintomas gerais de anemia e apresentar glossite indolor, estomatite angular, unhas friáveis ou em colher (coiloníquia), disfagia como resultado de membranas faríngeas (Síndrome de Paterson-Kelly ou Plummer-Vinson) e perversão do apetite (pica). A causa das alterações epiteliais não é clara, mas pode ser relacionada à diminuição de ferro nas enzimas que o contêm. Em crianças, a deficiência de ferro é sobremaneira significativa porque causa irritabilidade, má função cognitiva e diminuição no desenvolvimento psicomotor.

Causa de deficiência

Perda crônica de sangue, especialmente uterina e no trato gastrointestinal, é a causa dominante.

Tratamento

Sempre que possível, é tratada a causa subjacente. Além disso, é administrado ferro para corrigir a anemia e repor os depósitos.

Isótopos

O ferro tem quatro isótopos estáveis naturais: ⁵⁴Fe, ⁵⁶Fe, ⁵⁷Fe e ⁵⁸Fe. As proporções relativas destes isótopos na natureza são aproximadamente: ⁵⁴Fe ( 5,8% ), ⁵⁶Fe ( 91,7% ), ⁵⁷Fe (2,2%) e ⁵⁸Fe ( 0,3% ).

Precauções

O ferro em excesso é tóxico. O ferro reage com peróxido produzindo radicais livres. A reação mais importante é:

Fe (II) + H₂O₂ → Fe (III) + OH^– + OH^·

Porém esta mesma reação pode ter aplicação científica e industrial, na chamada Reação de Fenton.

Quando o ferro se encontra nos níveis normais, os mecanismos antioxidantes do organismo podem controlar este processo.

A dose letal de ferro em crianças de 2 anos é de 3 gramas. 1 grama pode provocar um envenenamento importante.

O envenenamento por ferro é denominado hemocromatose. O ferro em exceso se acumula no fígado provocando danos neste órgão.

Bibliografia:

FERRO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferro&oldid=19119665>. Acesso em: 19 mar. 2010.

A importância do silício no cotidiano

Publicado em 18/03/2010 por Prof. Adão Reinaldo Farias

Aparência

cinza azulado escuro

Silício

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Pertence ao grupo 14 ( 4A ) da Classificação Periódica dos Elementos. Se apresenta na forma amorfa e cristalina; o primeiro na forma de um pó pardo mais reativo que a variante cristalina, que se apresenta na forma octaédrica de coloração azul grisáceo e brilho metálico.O silício (latim: silex, sílex ou “pedra dura”) é um elemento químico de símbolo Si de número atômico 14 (14 prótons e 14 elétrons) com massa atómica igual a 28 u. À temperatura ambiente, o silício encontra-se no estado sólido. Foi descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823. O silício é o segundo elemento mais abundante da face da terra, perfazendo 25.7% do seu peso. Aparece na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente na forma de dióxido de silício (também conhecido como sílica) e silicatos (compostos contendo silício, oxigênio e metais). O silício é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício.

Características principais

Suas propriedades são intermediárias entre as do carbono e o germânio. Na forma cristalina é muito duro e pouco solúvel, apresentando um brilho metálico e uma coloração grisácea. É um elemento relativamente inerte e resistente à ação da maioria dos ácidos; reage com os halogênios eálcalis. O silício transmite mais de 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas.

Aplicações

Circuito integrado 555 em silício

É utilizado para a produção de ligas metálicas, na preparação de silicones, na indústria cerâmica e, por ser um material semicondutor muito abundante, tem um interesse muito especial na indústria eletrônica e microeletrônica, como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e em diversas variedades de circuitos eletrônicos. Por esta razão é conhecida como Vale do silício a região daCalifornia ( EUA ) onde estão concentrados numerosas empresas do setor de eletrônica e informática.

O silício é um elemento vital em numerosas indústrias. O dióxido de silício, areia e argila são importantes constituintes do concreto armado e azulejos ( ladrilhos ), sendo empregadas na produção do cimento Portland.

Outros importantes usos do silício são:

Como carga em materiais de revestimento e compósitos de cimento, como cerâmicas.
Como elemento de liga em fundições.
Fabricação de vidro e cristais para janelas e isolantes, entre outros usos.
O carboneto de silício é um dos abrasivos mais importantes.
Se usa em lasers para a obtenção de luz com um comprimento de onda de 456 nm.
O sílicio é um dos componentes do polímero silicone.
Na fabricação dos diodos e diversos componentes eletrônicos.

Fotônica em Silício

Atualmente, o sílicio também é utilizado para fabricação de guias de onda ópticos. Devido ao seu alto índice refração (n=3.5 no infravermelho), o fenômeno de reflexão interna total pode ocorrer quando o silício esta imerso em óxido de silício (silica). Esta propriedade é muito conveniente porque esta combinação de materiais, silício e silica, é a mesma utilizada para produzir transistores na indústria eletrônica. Isto torna a fotônica em silício compatível com a plataforma CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor). Esta compatibilidade permitiria a integração direta dos elementos fotônicos (lasers, fotodiodos, moduladores) com os eletrônicos (amplificadores, transistores, etc). O sucesso desta integração poderia ter grande impacto na indústria de telecomunicações e computadores.

História

O silício ( do latím silex, sílica ) foi identificado pela primeira vez por Antoine Lavoisier em 1787, e posteriormente tomado como composto porHumphry Davy em 1800. Em 1811 Gay-Lussac, e Louis Thenard provavelmente, prepararam silício amorfo impuro aquecendo potássio comtetracloreto de silício. Em 1824 Berzelius preparou silício amorfo empregando um método similar ao de Gay-Lussac, purificando depois o produto obtido com lavagens sucessivas até isolar o elemento.

Abundância e obtenção

O silício é um dos componentes principais dos aerolitos, uma classe de meteoróides.

Em peso o silício representa mais da quarta parte da crosta terrestre e é o segundo elemento mais abundante perdendo apenas para o oxigênio. O silício não é encontrado no estado nativo; quartzo,ametista, ágata, sílex, opala e jaspe são alguns materiais naturais que apresentam na sua composição o óxido. Formando silicatos é encontrado, entre outros, no granito, feldspato, argila, hornblenda emica.

O silício comercial é obtido a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico reduzindo o óxido com eletrodos de carbono numa temperatura superior a 1900 °C:

SiO₂ + C → Si + CO₂

O silício líquido se acumula no fundo do forno onde é extraido e resfriado. O silício produzido por este processo é denominado metalúrgico apresentando um grau de pureza superior a 99%. Para a construção de dispositivos semicondutores é necessário um silício de maior pureza, silício ultrapuro, que pode ser obtido por métodos físicos e químicos.

Os métodos físicos de purificação do silício metalúrgico se baseiam na maior solubilidade das impurezas contidas no silício líquido, de forma que este se concentre nas últimas zonas solidificadas. O primeiro método , usado de forma limitada para construir radares durante a Segunda Guerra Mundial, consistiu em moer o silício de forma que as impurezas se acumulem nas superfícies dos grânulos, que dissolvidos com ácido se obtém um pó mais puro. A fusão por zonas, o primeiro método de obtenção industrial, consiste em fundir a extremidade de uma barra de silício e depois deslocar lentamente o foco de calor ao longo da barra, de modo que o silício vai se solidificando com uma pureza maior devido ao arrasto na zona fundida de grande parte das impurezas. O processo pode ser repetido várias vezes até se obter a pureza desejada cortando-se, então, o extremo final onde se acumulou as impurezas.

Os métodos químicos, usados atualmente, atuam sobre um composto de silício que seja mais fácil de purificar decompondo-se após a purificação para obter o silício. Os compostos mais usados são o triclorosilano (HSiCl₃), o tetracloreto de silício (SiCl₄) e o silano (SiH₄).

No processo Siemens , as barras de silício de alta pureza são expostas a 1150 °C ao triclorosilano, gás que se decompõem depositando silício adicional na barra segundo a reação:

2 HSiCl₃ → Si + 2 HCl + SiCl₄

O silício obtido por este método e por outros similares apresenta uma fração de impurezas de 0,001 ppm ou menos e é denominado silício policristalino .

O método Dupont consiste em reagir tetracloreto de silício a 950 °C com vapores de zinco muito puros:

SiCl₄ + 2 Zn → Si + 2 ZnCl₂

Este método, entretanto, está repleto de dificuldades (o cloreto de zinco, subproduto da reação, solidifica e e leva à obstrução das linhas de produção) por isso abandonado em favor do método Siemens.

Uma vez obtido o silício ultrapuro é necessário obter-se o monocristal utilizando-se para tal o método Czochralski.

Isótopos

O silício tem nove isótopos com massas atômicas entre 25 e 33, dos quais o Si-28 ( é o mais abundante, 92,23%), Si-29 (4,67%) e Si-30 (3,1%) são estáveis.

Precauções

A inalação de pó seco de silício cristalino pode provocar a silicose.

Referências

SILÍCIO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Sil%C3%ADcio&oldid=19179980>. Acesso em: 18 mar. 2010

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Prata

Características

Ocorrência

Prata 950

Oxigênio

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Características principais

Aplicações

História

Compostos

Ação biológica

Isótopos

Precauções

Alumínio

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Caracterísricas

Aplicações

História

Isótopos

Alumínio Transparente

Precauções

Mercúrio (elemento químico)

História

Formas físico-químicas

Ocorrência e obtenção

Vias de exposição

Riscos à saúde

Compostos

Aplicações

Precauções

Hidrogênio

Descoberta e uso

Papel na teoria quântica

Combustão

Níveis de energia do elétron

Formas moleculares elementais

Compostos

Compostos orgânicos e covalentes

Hidretos

Prótons e ácido

Reações biológicas

Produção

Laboratório

Industrial

Aplicações

Portador de energia

Indústria de semicondutores

Segurança e precauções

Níquel

Aplicações

Papel biológico

História

Abundância e obtenção

Isótopos

Precauções

Toxicologia

Estruturas alotrópicas do diamante e grafite

Carbono

Características principais

Aplicações

Isótopos

Precauções

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Ferro

É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o Níquel e o Cobalto.Ocorrência

Aplicações

História

Abundância e obtenção

Compostos

Papel biológico

Absorção

Distribuição e transporte no organismo

Necessidades

Características clínicas

Causa de deficiência

Tratamento

Isótopos

Precauções

Bibliografia: FERRO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferro&oldid=19119665>. Acesso em: 19 mar. 2010.

Aparência cinza azulado escuro Silício

Estruturas alotrópicas do

diamante e grafite

É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o Níquel e o Cobalto.

Ocorrência

Bibliografia:

FERRO. In: WIKIPÉDIA, a enciclopédia livre. Flórida: Wikimedia Foundation, 2010. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ferro&oldid=19119665>. Acesso em: 19 mar. 2010.

Aparência

cinza azulado escuro

Silício