QUÍMICA GERAL E CIÊNCIAS DOS MATERIAIS

APOSTILA DO CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 2º ANO

PROFESSOR: PAULO ROBERTO PEREIRA

São José do Rio Preto

2016

ÍNDICE

Modelos atômicos, Estrutura atômica e Tabela Periódica ………………………………………2

Ligações químicas ……………………………………………………………………………….7

Condutividade elétrica dos materiais ……………………………………………………………10 Funções químicas inorgânicas – ácidos, bases, sais e óxidos …………..……………………….11 Aspectos Quantitativos: Massa atômica, Massa molecular e Mol ………………………………14

Cálculos químicos – Estequiometria …………………………………………………………….14Processos de óxido-redução e reatividade dos metais …………………………………………...16

Cimento e concreto ........................................................................................................................17

Aço-liga ………………………………………………………………………………………….19

Corrosão em estruturas metálicas ………………………………………………………………..20Sólido amorfo e estrutura cristalina ...............................................................................................21

Tabela de íons.................................................................................................................................24

Bibliografia......................................................................................................................................25

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MODELOS ATÔMICOS, ESTRUTURA ATÔMICA E TABELA PERIÓDICA

Com base em trabalhos científicos, Dalton (1808) propôs que toda matéria seria formada por átomos maciços e indivisíveis.

J. J. Thomson (1897) propôs um modelo segundo o qual os átomos seriam esferas positivas incrustadas de cargas negativas, denominadas elétrons.

Ernest Rutherford (1911) propôs um modelo segundo o qual os átomos seriam constituídos por duas regiões distintas, o núcleo (partículas com carga positiva – os prótons) e a eletrosfera (elétrons – carga negativa).

Niels Bohr (1913) propôs modelo atômico segundo o qual os elétrons giram em torno do núcleo, em órbitas fixas circulares chamadas níveis de energia. Para mudar de órbita, os elétrons emitem ou absorvem energia.

Em 1932, o Inglês James Chadwick descobriu uma outra patícula subatômica de massa muito próxima à do próton, porém sem carga elétrica. Essa partícula, que passou a ser chamada de nêutron, localiza-se no núcleo do átomo, juntamente com os prótons.

Conceitos fundamentais:

O número atômico (Z) de um átomo corresponde a seu número de prótons e o identifica como elemento químico (Z = p).

O número de massa (A) de um átomo corresponde a soma do número de prótons e de nêutrons existentes no núcleo (A = p + n).

Partícula Massa relativa Carga relativaPróton 1 +1Nêutron 1 0Elétron 1/1836 -1

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico com diferentes números de massa.

Elemento químico é um tipo de átomo caracterizado por determinado número atômico. Na tabela periódica os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de número atômico.

Íons são átomos ou grupos de átomos que ganharam ou perderam elétrons, ficando eletricamente carregados. Cátions são os íons carregados positivamente. Ânions são os íons carregados negativamente.

Distribuição eletrônica em átomos neutros

Os elétrons tendem a distribuir-se nos subníveis de menor energia. A situação na qual os elétrons de um átomo se encontram nos subníveis de menor energia é chamada de estado fundamental.

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Diagrama das diagonais (diagram de Pauling)

K 1s2

L 2s2 2p6

M 3s2 3p6 3d10

N 4s2 4p6 4d10 4f14

O 5s2 5p6 5d10 5f14

P 6s2 6p6 6d10

Q 7s2

A tabela periódica atualAtualmente, o sistema peródico é resultado de um processo histórico iniciado com a suposição

de que a classificação dos elementos químicos devia obedecer a critérios relacionados às semelhanças entre eles.

Na TP os elementos estão dispostos, da esquerda para a direita, em ordem crescente de números atômicos. A linha vertical ou coluna na TP, corresponde a uma família ou grupo de elementos químicos que apresentam uma regularidade na variação de propriedades físicas e químicas e, no caso dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18, a última camada apresenta o mesmo número de elétrons.

O sistema periódico tem dois grupos diferentes: o dos elementos representativos e dos metais localizados na região central da TP, os elementos de transição. Os elementos representativos são indicados pela letra A (1A até 18A ou zero) correspondentes aos grupos 1, 2 e do 13 ao 18. Os elementos de transição, por sua vez, são representados pela letra B (1B até 8B).

As séries dos lantanídios e dos actinídios (fora da tabela) são especificamente denominados elementos de transição interna.

A partir do urânio (U), número atômico 92, todos os elementos são artificiais, denominados de transurânicos. Outra separação importante é a dos metais, à esquerda e a dos não metais à direita da tabela periódica, já os semimetais correspondem à uma região de fronteira entre os metais e os não metais.

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Exercícios: 1) Quais são as partículas constituintes do átomo?a) prótons, elétrons e íons. d) moléculas, íons e ácidos.b) prótons, nêutrons e moléculas. e) bases, óxidos e íonsc) nêutrons, prótons e elétrons.

2) Nos núcleos dos átomos encontramos:

a) somente elétrons. b) somente prótons. c) somente nêutrons. d) prótons e nêutrons. e) prótons e elétron.

3) A diferença entre o número de massa e o número atômico fornece o número de:

a) prótons. b) nêutrons. c) elétrons. d) cargas negativas. e) cargas positivas.

4) Os átomos 40K e 40Ca têm o mesmo número de:

a) prótons. b) nêutrons. c) elétrons. d) prótons + nêutrons e) prótons + elétrons.

5) Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons presentes nas seguintes espécies:

a) 59Co2+ (Z = 27) b) 32S2- (Z = 16)

6) A representação: 2 X3 2X4 2X5 ( X = símbolo do elemento químico) se refere a átomos com:

a) igual número de nêutrons. d) diferentes números atômicos.b) igual número de prótons. e) igual número de massa.c) diferentes números de elétrons.

7) A última camada de um átomo possui a configuração eletrônica 3s2 3p6. Qual o número atômico desse elemento?

8) A soma do número de elétrons do subnível mais energético das espécies químicas N 3- , O2- e Al3+ é igual a:

a) 18 b) 8 c) 14 d) 24 e) 20

9) Um átomo tem número de massa 31 e 16 nêutrons. Qual o número máximo de elétrons no seu nível mais externo (camada de valência)?

a) 2. b) 4. c) 5. d) 3. e) 8.

10) Na crosta terrestre, segundo elemento mais abundante, em massa, tem no estado fundamental a seguinte configuração eletrônica:

nível 1: completo; nível 2: completo; nível 3: 4 elétrons.

A alternativa que indica corretamente esse elemento é:

a) Al (Z = 13). b) Fe (Z = 26). c) N (Z = 7). d) O (Z = 8). e) Si (Z = 14).

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11) Complete corretamente o quadro:

Elemento Z A p e n

Flúor 9 19

Alumínio 13 14

Urânio 238 92

12) Descubra o número de atômico e o número de massa do átomo de cloro, sabendo que ele tem dezessete prótons e dezoito nêutrons. a) número atômico 17 e massa 30 d) número atômico 35 e massa 19 b) número atômico 18 e massa 35 e) número atômico 28 e massa 56c) número atômico 17 e massa 35

13) Na Tabela Periódica os elementos estão dispostos em ordem crescente de:

a) número de massa b) número atômico c) raio atômico d) eletronegatividade e) massa atômica

14) Classifique os elementos abaixo em: metal, semimetal, naõ metal ou gás nobre.

a) sódio (Na) b) silício (Si) c) neônio (Ne) d) iodo (I)

15) Observando o conjunto a seguir, determine quais elementos pertencem à família dos alcalino-terrosos: Na, He, Ca, Fe, K, Ba, Li, Sr

a) Na , K, Li b) He, Ca, Fe c) Ca, Ba, Sr d) K, Ca, Fe e) Na, Ca, Sr

16) Cimento Portland é constituído por:

Óxido de cálcio (CaO) - 60 a 70% Sílica (SiO2) - 20 a 25% Alumina (Al2O3) - 2 a 9% Óxido de ferro III (Fe2O3) - 1 a 6% Óxido de magnésio (MgO) - 0 a 2% fonte Wikipédia

A partir da constituição dada acima e consultando a tabela periódica dos elementos químicos responda:a) Quais elementos químicos estão presentes no Cimento Portland?b) Dê o número atômico e a massa atômica de cada um dos elementos químicos citados.c) Identifique a que grupo da tabela periódica eles pertencem e classifique-os em metal, semimetal ou não metal.d) Dê a configuração eletrônica de cada um deles através do Diagrama de Pauling, indicando o número de elétrons na camada de valência.

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LIGAÇÕES QUÍMICAS

As substâncias moleculares são aquelas que se formam quando átomos se ligam por meio de ligações covalentes, originando moléculas com número determinado de átomos.Entretanto, a ligação covalente pode originar também compostos em uma estrutura de rede com um número muito grande e indeterminado de átomos, que são macromoléculas. Tais substâncias são denominadas de compostos covalentes ou sólidos de rede covalente. Alguns exemplos desses compostos são: diamante (C), grafita (C), dióxido de silício (SiO2) e Carbeto de silício (SiC).

Principais propriedades das substâncias moleculares:

Estado Físico em temperature ambiente: Nas condições ambientes, os compostos moleculares e covalentes são encontrados nos três estados físicos (sólido, líquido e gasoso). Exemplos: Sólido: açúcar (sacarose), sílica (areia), diamante, grafita;Líquido: água, acetona, etanol;Gasoso: Sulfeto de hidrogênio, gás cloro, gás bromo, gás hidrogênio.

Ponto de fusão e Ebulição: Em geral, os pontos de fusão e ebulição dessas substâncias são menores que os das substâncias iônicas.

Corrente elétrica: Em suas formas puras, tanto líquidos como sólidos não conduzem corrente elétrica.Uma exceção é a grafita, que conduz corrente elétrica na forma sólida, porque seus elétrons das ligações duplas fazem ressonância e, por isso, possuem certa mobilidade.

Solubilidade: polares se dissolvem em polares e apolares se dissolvem em apolares.

Tenacidade: A resistência das substâncias covalentes ao impacto ou choque mecânico é baixa. Em geral, são sólidos quebradiços, como mostra o caso do vidro, que é formado por silicatos de sódio e de cálcio.

Compostos iônicos são aqueles que apresentam pelo menos uma ligação iônica entre seus componentes. Entre estes compostos temos, por exemplo, o cloreto de sódio (NaCl - sal de cozinha), o nitrato de sódio (NaNO3), o sulfato de sódio (Na2SO4), carbonato de cálcio (CaCO3), etc.Todos estes compostos apresentam ligações entre seus íons: os cátions e os ânions se atraem fortemente. Assim, estas ligações são de natureza elétrica, e dão origem a retículos ou reticulados cristalinos – em nível microscópico, um cátion atrai vários ânions, e um ânion atrai vários cátions; formando, assim, aglomerados com formas geométricas bem definidas. 

 

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Estes retículos é que fazem com que os compostos iônicos apresentem as seguintes propriedades:

São sólidos em condições normais de temperatura (25°C) e pressão (1 atm); São duros e quebradiços;  Possuem pontos de fusão e de ebulição elevados. Visto que a atração elétrica entre os íons é muito

forte, é necessário fornecer uma grande quantidade de energia para quebrá-la. Um exemplo é o cloreto de sódio, que apresenta ponto de fusão igual a 801°C, e ponto de ebulição de 1413°C;

Em solução aquosa (dissolvida em água) ou em líquidos, eles conduzem corrente elétrica, pois seus íons com cargas positivas e negativas ficam com liberdade de movimento e fecham o circuito elétrico, permitindo que a corrente continue fluindo;

Seu melhor solvente é a água, pois, assim como ela, estes compostos são polares. No entanto, apesar de serem polares nem todos os compostos iônicos se dissolvem na água. Alguns exemplos de compostos que não solubilizam em água são: carbonato de cálcio (CaCO3), de estrôncio (SrCO3) e de bário (BaCO3), além do cloreto de prata (AgCl), que é praticamente insolúvel em água.

  Os metais são constituídos por um grande número de átomos iguais, sendo que cada átomo fica circundado por 8 ou 12 outros átomos do mesmo elemento metálico, tendo atrações iguais em todas as direções, o que o proporciona uma estrutura cristalina. Os átomos dos metais possuem apenas 1, 2 ou 3 elétrons na última camada eletrônica, consequentemente os elétrons escapam facilmente e transitam livremente pelo reticulo cristalino. É chamado de “nuvem de elétrons” ou “mar de elétrons” e é o que mantem os átomos metálicos unidos. Essa estrutura em retículos e esse tipo de ligação química resulta em uma série de propriedades que diferenciam os metais de outras substancias. Brilho: os objetos metálicos, quando polidos, apresentam um brilho característico. Isto se da pelos dos elétrons livres localizados na superfície dos metais que absorvem e irradiam a luz. Maleabilidade: É a capacidade de moldar os metais em lâminas finas, por martelar o metal aquecido ou passá-lo por cilindros laminadores. Ductibilidade: Se aplicarmos uma pressão adequada em regiões específicas na superfície de um metal, esse pode se transformar em fios e lâminas, devido o deslizamento provocado nas camadas de átomos. Condução de eletricidade: os metais são ótimos condutores de eletricidade. Essa propriedade é explicada pelo fato de que como os metais possuem um “mar” de elétrons livres, esses elétrons permitem a transição rápida de eletricidade através do metal. Condução de calor: a explicação para o fato de os metais serem bons condutores térmicos é baseada na presença dos elétrons livres que são dotados de movimento. Esses elétrons permitem o trânsito rápido do calor. Densidade elevada: normalmente os metais são densos, em virtude das estruturas compactas dos retículos cristalinos. Pontos de fusão e ebulição altos: a força de atração causada pelo “mar de elétrons” é muito forte, mantendo os átomos unidos com muita intensidade. Assim, para que se rompa essa ligação é preciso fornecer altas energias externas. Resistência à tração: Da mesma forma, fios metálicos são muito resistentes às forças que se aplicam sobre eles, ao serem puxados ou alongados.

Liga metálica “Materiais que possuem propriedades metálicas, formados por dois ou mais elementos, sendo que pelo menos o maior constituinte deles é um metal.” O Composto em maior

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quantidade é chamado de solvente e o de menor quantidade de soluto. Possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam, como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza e/ou aumento da resistência mecânica.

Exercícios1) Três substâncias desconhecidas foram testadas, no intuito de classificá-las. A tabela abaixo mostra os resultados dos testes.

Com base nessa tabela, podem-se classificar X, Y e Z, respectivamente, comoa)  metal, sólido iônico e sólido molecular. d)   sólido molecular, metal e sólido iônico.b)  sólido iônico, metal e sólido molecular. e)   metal, sólido molecular e sólido iônico.c)  sólido molecular, sólido iônico e metal.

2) Os compostos iônicos, como o cloreto de sódio, apresentam as propriedades:a) Líquidos nas condições ambientes, bons condutores de eletricidade e baixo ponto de fusão.b) Líquidos ou gasosos, maus condutores de eletricidade em solução aquosa e baixo ponto de fusão.c) Sólidos, maus condutores de eletricidade em solução aquosa e baixo ponto de fusão.d) Sólidos, bons condutores de eletricidade no estado sólido e alto ponto de fusão.e) Sólidos, bons condutores de eletricidade em solução aquosa e elevado ponto de fusão.

3) A condutibilidade elétrica dos metais é explicada admitindo-se:a) ruptura de ligações iônicas. d) existência de elétrons livres.b) ruptura de ligações moleculares. e) existência de nêutrons livres.c) existência de prótons livres.

5) Elementos alcalinos e alcalino-terrosos têm em comum o fato dea)  existirem livres na natureza. d)  ocuparem a região central da Tabela Periódicab)  serem não-metálicos. e)  formarem cátions.c)  serem pouco reativos.

6) A mina de ouro é explorada pelo garimpo que, em uma parte do processo, utiliza mercúrio para formar uma liga metálica denominadaa)  amálgama. b)  aço. c)  bronze. d)  latão. e)  solda.

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7) Dê o nome dos seguintes compostos iônicos:a) NaCl b) BaF2 c) KI d)Al2O3 8) Dê a fórmula iônica dos seguintes compostos:a) sulfeto de bário c) brometo de cálciob) cloreto de alumínio d) cloreto de ferro (II)

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DOS MATERIAIS

Corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons ou de cargas elétricas em movimento. Sendo assim, para que ocorra condução de corrente elétrica em um circuito é necessário que em toda sua extensão existam cargas elétricas e que estas possam se movimentar. Um material é dito condutor se for capaz de efetuar um transporte de carga elétrica sob a forma de uma corrente elétrica. Já um material é dito isolante quando não for capaz de conduzir ou conduz pouquíssima corrente elétrica.

Algumas substâncias quando dissolvidas em água formam soluções que conduzem corrente elétrica, estas soluções são classificadas como condutores de segunda classe. Em 1887, o químico Sueco Svante August Arrhenius denominou eletrólito todas as substâncias capazes de conduzir a corrente elétrica em solução aquosa e não-eletrólito as substâncias que não são capazes de conduzir a corrente elétrica em solução aquosa. Em geral, o processo de condução elétrica acontece nos metais. Este tipo de substância possui um bom ordenamento em sua estrutura cristalina, e também elétrons livres que podem se locomover através da rede de átomos. Os elétrons se movimentam em virtude das diferenças de potencial aplicadas nas extremidades deste material. Estas diferenças de potencial surgem devido à falta de elétrons em algumas regiões e à sobra de elétrons em outra região. A diferença de potencial está associada às forças de atração entre as cargas elétricas. Ou seja, a região de carga positiva, onde faltam elétrons, atrai os elétrons, de carga negativa.

Soluções que contém compostos iônicos conduzem eletricidade, ou seja, os compostos iônicos são condutores elétricos, tanto os dissolvidos em água, como também os puros no estado líquido. A existência de íons em meio ao processo possibilita que os mesmos tenham liberdade para se movimentar e serem atraídos pelo eletrodo, fechando assim o circuito elétrico. 

FUNÇÕES QUÍMICAS INORGÂNICAS – ÁCIDOS, BASES, SAIS E ÓXIDOS

A teoria de Arrhenius para ácidos e bases

A Teoria de Dissolução Iônica foi apresentada em 1887 pelo físico-químico Svante August Arrhenius,explica a condutividade elétrica de certas soluções. Através dessa teoria Arrhenius estabeleceu a seguinte definição para ácidos e bases:“Ácido é toda substância que, em solução aquosa, se dissocia, fornecendo íons H+, como único tipo de cátion”. Outros exemplos de ácidos: HNO3, H2SO4, H3C — COOH“Base é toda substância que, dissolvida em água, se dissocia, fornecendo OH– (hidróxido), como unido tipo de ânion.” Outros exemplos de bases: KOH, Ba(OH)2, etc.

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Sais são compostos que podem ser encontrados na natureza, ao nosso redor existe uma infinidade deles, que fazem parte dos mais variados materiais. O mais comum é muito importante para a saúde do corpo humano, o sal de cozinha. E não apenas ele, mas outros sais tem grande valor na nossa vida cotidiana, o bom desenvolvimento das plantas, por exemplo, depende de alguns sais presentes no solo. A formação dos dentes e ossos e a produção das hemácias do sangue também dependem de alguns sais especiais presentes no nosso organismo.Sais são compostos resultantes da reação de um ácido com uma base, pois todo ácido ao reagir com uma base produz sempre sal e água. O exemplo mais conhecido é o do sal de cozinha ou cloreto de sódio, que é encontrado na natureza, e também pode ser obtido pela reação:

 HCl  +  NaOH → NaCl  + H2O

 Outro exemplo é o da obtenção do sulfato de cálcio:

H2SO4  +  Ca(OH)2 → CaSO4 + 2H2O

Óxidos são compostos binários, isto é possuem dois elementos químicos, sendo o oxigênio o elemento mais eletronegativo. Exemplos: CaO, CO2, H2O ,H2O2 etc. Então, lembre-se: os óxidos sempre possuem dois elementos químicos e um deles é obrigatóriamente o oxigênio, o qual aparece do lado direito da fórmula, pois é o átomo mais eletronegativo. Veja as seguintes substâncias binárias: OF2, O2F2 elas não são óxidos, pois apesar de possuirem apenas dois elementos e sendo um deles o oxigênio, o átomo de flúor (F) é o elemento mais eletronegativo e por isso aparece à direita da fórmula.  Os óxidos ocorrem de forma abundante na Terra e podem ser encontrados nas rochas, na água do mar e no ar. Atividades extrativas de minérios acontecem no mundo desde a mais remota época. A obtenção industrial de um óxido pode acontecer por métodos de extração natural, pois muitos deles ocorrem naturalmente. Às vezes são necessários procedimentos químicos para a obtenção deste compostos que geralmente requerem altas temperaturas, em reações de decomposição, ou exposição ao oxigênio do ar, em reaçãoes de síntese. Um dos mais importantes óxidos para a indústria é o óxido de cálcio, CaO, conhecido como cal, que é obtido pela decomposição térmica do carbonato de cálcio, CaCO3. Esta reação pode ser descrita assim: CaCO3  →  CaO  + CO2  (sob alta temperatura). Tal como os sais, a classificação dos óxidos é baseada no comportamento químico destas substâncias: -Óxido ácido: reage com a água formando ácido, como CO2 e SO3

CO2 +  H2O → H2CO3 SO3 +  H2O → H2SO4 

-Óxido básico: reage com a água formando base, como MgO e CaO. 

  MgO +  H2O → Mg(OH)2   CaO +  H2O → Ca(OH)2 

Meios neutros, ácidos e básicos:

Um meio ácido é aquele que possui maior quantidade de íons H+ dissociados e o meio básico é o que possui a maior quantia de íons OH- dissociados. Ora, um meio neutro só pode ser aquele em que as quantidades de íons H+ e OH- dissociados são iguais. Exemplo: Se um determinado meio tem [OH-] = 1,0 . 10-5 mol/L e [H+] = 1,0 . 10-9 mol/L, qual será seu caráter (ácido, básico ou neutro)? A quantidade de OH- é maior, portanto, o meio é básico.

pH e pOH:

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Para calcular a acidez ou basicidade de um meio de maneira mais fácil, podemos usar a definição do potencial hidrogeniônico (pH), na qual: pH = -log [H+]. Da mesma forma, temos o potencial hidroxiliônico (pOH): pOH = -log [OH-]. Em uma solução neutra, pH = pOH = -log 1,0 . 10-7 = 7. Logo: pH + pOH = 14. Se em uma solução [H+] = 1 . 10-2 mol/L, então:pH = -log 1 . 10-2 = 2pOH = 14 – 2 = 12; [OH-] = 1 . 10-12 mol/L Como você já deve ter notado, a concentração de H+ é maior que a de OH-.A solução é, portanto, ácida. Se o pH for 7, então, o pOH será 7. Neste caso a solução será neutra. Caso tenhamos em uma solução [H+] = 1 . 10-9, qual será a concentração de OH-? E o valor do pH? Qual o caráter desta solução?pH = -log 10-9 = 9pOH = 5; [OH] = 1 . 10-5 mol/L A concentração de OH- é maior que a de H+. Logo, a solução é básica.

Exercícios

1) Segundo a definição de Arrhenius, as bases são espécies que, em solução aquosa:a) fornecem íons OH- c) recebem íons H+ e) recebem íons OH b) fornecem íons H+ d)fornecem íons H+ e OH-

2) Indique a alternativa que apresenta dois produtos caseiros com propriedades básicas:a) detergente e vinagre c) sal e coalhada e) coca-cola e água de calb) leite de magnésia e sabão d) bicarbonato e açúcar

3) Complete as seguintes reações de neutralização total e dê os nomes dos regentes e dos produtos:

a) HCl + NaOH

b) H2SO4 + Ca(OH)2

4) Dê a fórmula e a equação de ionização dos seguintes ácidos:

a) ácido sulfúrico

b) ácido clorídrico

5) Sabe-se que o leite pode ser usado para controlar a azia (acidez estomacal). Partindo deste princípio, é possível deduzir que o pH do leite possui valor próximo ou igual a 7. Para comprovar, um químico aplicou indicador fenolfaleína à solução. Marque dentre as alternativas a seguir, a cor resultante e o valor correspondente de pH para este alimento:

a) rosa, pH = 7,2 b) incolor, pH = 8,0 c) rosa, incolor, pH = 4,3 d) incolor, pH = 6,4

6) Quantidades adequadas de hidróxido de magnésio podem ser usadas para diminuir acidez estomacal. Qual ácido, presente no estômago, principal responsável pela acidez do suco gástrico? Escreva a equação da reação entre esse ácido e o hidróxido de magnésio (reação de neutralização).

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7) Considere o texto, sobre o vidro. O vidro comum, também conhecido como vidro de cal-soda, é produzido pela reação de areia (dióxido de silício), óxido de sódio, cal (óxido de cálcio) e óxido de alumínio. No entanto, na composição do vidro cristal, entram apenas a sílica e o dióxido de chumbo, cuja combinação confere mais brilho e maior massa ao produto. Consulte a tabela de íons e indique as fórmulas dos compostos citados.

8) O reboco das paredes de casas pode ser feito com a aplicação de uma pasta feita de argamassa com água. A argamassa é uma mistura de areia com cal extinta, Ca(OH)2 . Nas paredes, a pasta vai endurecendo devido à evaporação da água e subsequente reação do hidróxido de cálcio com o gás carbônico do ar. O reboco seco é constituído por uma mistura rígida de areia e:

a) Ca3(PO4)2 b) CaSiO3 c) CaSO4 d) Ca(HCO3)2 e) CaCO3

9) Um agricultor necessita fazer a calagem do solo (correção do pH) para o cultivo de hortaliças e nesse processo utilizará cal virgem (CaO). Com base na informação acima, indique: verdadeiro (V) ou falso (F) para as proposições:

a) Cal virgem reage com água segundo a equação: CaO + H2O Ca(OH)2. ( )b) A calagem diminui o pH do solo. ( )c) A dissociação de hidróxido de cálcio em água libera íons (OH)- que neutralizam os íons H+

presentes no solo. ( )d) A calagem é um processo de neutralização. ( )e) Cal virgem é um óxido ácido. ( )

10) O pH de um vinagre é igual a 3. A concentração de íons H+ nesse vinagre é igual a:a) 10-3 mol/L b) 3 mol/L c) 3 g/L d) 3 x 103 mol/L e) 3 x 6 x 1023 mol/L

11) Uma amostra de cerveja apresentou concentração de íons H3O+igual a 1,0 x 10-5 mol/L. O pH dessa amostra é:a) -5 b) -4 c) 1 d) 4 e) 5

12) Considerando-se o produto iônico da água como 1,0 x 10-14, o valor do pH de uma solução em que a concentração de íons hidroxila é 1,0 x 10-10 mol/L é de:a) 10 b) 4 c) 0,1 d) 0,04 e) 0,001

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ASPECTOS QUANTITATIVOS: MASSA ATÔMICA, MASSA MOLECULAR E MOL “A massa de um átomo é o número que indica quantas vezes esse átomo é mais pesado do

que 1/12 da massa do átomo de carbono-12”;1 u = 1/12 da massa do carbono-12.A partir desse padrão todos os outros átomos foram então submetidos a medida de sua massa com referência ao u (unidade de massa atômica).A massa dos outros elementos.Outros elementos foram medidos comparando-se suas massas com u. Exemplo: cálcio (Ca) massa atômica (MA) = 40u. Logo um átomo de cálcio é 40 vezes mais pesado que 1/12 da massa do átomo de carbono-12.Então como se mediria a massa de uma molécula qualquer? É só somar as massas dos elementos contidos nesta molécula. Exemplo: água (H2O) massa molecular (MM) = 18u, pois MAH = 1u e MAO

=16u.Logo a molécula da água é 18 vezes mais pesada que 1/12 da massa do átomo de carbono-12.

O conceito de molConsiderando então estes conceitos introdutórios vistos até agora podemos afirmar que Mol é

a quantidade de matéria de um sistema, que contém a mesma quantidade de átomos ou moléculas que existem em 0,012 kg de carbono;Constante de Avogadro 1 mol de qualquer substância, seja ela molecular ou atômica, tem sempre 6,02 x 1023 átomos ou moléculas.1 MOL=6,02x1023 átomos ou moléculas.

CÁLCULOS QUÍMICOS – ESTEQUIOMETRIA

Estuda as relações que ocorrem entre as quantidades de substâncias que participam de uma transformação química. No cálculo estequiométrico são comparados valores de mol, massa ou volume; a pureza da substância também é levada em conta.Passos básicos para a resolução dos exercícios de cálculo estequiométrico1. Escrever a equação devidamente balanceada.2. Escrever as proporções molares de cada uma das substâncias envolvidas na reação.

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3. Identificar de que substâncias são fornecidos dados e de quais se deseja obter valores.4. Relacionar o(s) dado(s) fornecido(s) (substância conhecida) com o que se quer obter da(s) substância(s) desconhecida(s)

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Exercícios:

1) Considere as seguintes massas atômicas;

H = 1, C = 12, O = 16, Na = 23, Mg = 24, S = 32, Ca = 40,e determine as massas moleculares das substâncias:a) NaHCO3 (fermento químico). c) CaSO4 (gesso).b) MgSO4 (sal amargo). d) CaCO3 (mármore)

2) Observe o quadro abaixo:Reagente A Reagente B Produto C Produto D

44 g 160 g X 168 g

88g Y Z W

Determine os valores das incógnitas (X,Y,Z e W), indique os cálculos.

3) Na equação balanceada: 3 NaOH + 1 H3PO4 1 Na3PO4 + 3 H2O

pode-se afirmar que o número de mol de NaOH necessário para neutralizar 0,5 mol de H3PO4 é:

a) 1,0 b) 1,5 c) 2,0 d) 2,5 e) 3,0

4) Uma das reações que pode ocorrer entre Fe2O3 e CO é representada pela equação:

Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2

A massa de CO consumida na obtenção de 37 g de Fe será, aproximadamente, igual a:

a) 28 g b) 42 g c) 56 g d) 70 e) 84 g (MA: C = 12; O = 16; Fe = 56)

5) O carbonato de cálcio é o principal constituinte de diversos materiais da natureza, como mármore, calcário, casca de ovos, entre outros. Num sistema aberto, quando aquecido a altas temperaturas, o carbonato de cálcio se decompõe em óxido de cálcio (cal viva) e dióxido de carbono.

a) Escreva a equação química de decomposição do carbonato de cálcio com os respectivos estados físicos das substâncias nas condições ambientes. Explique se é possível ou não a verificação da Lei de Lavoisier com esse experimento.

b) Calcule a massa de óxido de cálcio, quando 200 g de carbonato de cálcio se decompõem totalmente.

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PROCESSOS DE ÓXIDO-REDUÇÃO E REATIVIDADE DOS METAIS

Algumas reações químicas ocorrem com transferência de elétrons entre os elementos das substâncias reageintes. É o que acontece quando uma amostra de ferro metálico se oxida parcialmente na presença de ar úmido. Na linguagem do dia a dia, costuma se dizer que a peça metálica “enferrujou”. O ganho e a perda de elétrons sempre ocorrem juntos. Assim, nas reações de óxido-redução ocorre a transferência de elétrons. Oxidação é o nome utilizado para designar processos que envolvem perda de elétrons. A substância que se oxida é o agente redutor. Redução é o termo usado para denominar processos que envolvem ganho de elétrons. A substância que reduz é o agente oxidante. Para os metais, a reatividade está relacionada à baixa energia de ionização. Assim, quanto menor for a energia para que um elemento metálico se ionize, maior será a reatividade do metal.

O esquema a seguir apresenta a tendência de reatividade dos metais

Li, K, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Pb H Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au← sentido de maior reatividade ←

O metal mais reativo em geral reage com substâncias iônicas cujos cátions são de metais menos reativos.

Exercícios:

1) O que são reações de oxidorredução?

2) Defina os termos:a) oxidação; c) agente oxidante;b) redução; d) agente redutor.

3) Quando um elemento é oxidado ou reduzido, há alguma modificação no núcleo dos átomos?

4) Qual dos metais abaixo deve reagir espontaneamente com o íon níquel Ni+2?a) Ag b) Au c) Mg d) Pb e) Cu

5) Qual dos metais abaixo deve reagir espontaneamente com o cátion alumínio Al+3, mas não com o cátion bário Ba+2?a) Sr b) K c) Cr d) Pb e) Li

6) Analise se os pares de substâncias colocados em cada um dos itens abaixo reagem. Em caso afirmativo, equacione as reações.a) Au + HCl →b) Ba + 2 HCl →c) Al + 3 HCl →

7) O magnésio metálico, quando em contato com o ácido clorídrico diluído, reage de acordo com a equação:Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 Indique:

a) o agente oxidante; c) o elemento que ganha elétrons;b) o agente redutor; d) o elemento que perde elétrons.

8) Na reação Al + Cr+3 → Al+3 + Cr, indique os agentes redutor e oxidante. Explique.

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9) Qual dos íons abaixo oxida o Al mas não o Cr?a) Ca+2 b) Fe+2 c) Zn+2 d) Ag+1

10) O ferro galvanizado apresenta-se revestido por uma camada de zinco. Se um objeto desse material for riscado, o ferro ficará exposto às condições do meio ambiente e poderá formar o hidróxido ferroso. Nesse caso, o zinco, por ser mais reativo, regenera o ferro, conforme a reação representada abaixo:

Fe(OH)2  +  Zn →   Zn(OH)2  +  Fe

Sobre essa reação pode-se afirmar:a) O ferro sofre oxidação, pois perderá elétrons. d) O zinco sofre redução, pois ganhará elétrons.b) O zinco sofre oxidação, pois perderá elétrons. e) O ferro sofre oxidação, pois ganhará elétrons.c) O ferro sofre redução, pois perderá elétrons.

CIMENTO E CONCRETO

O cimento é um material cerâmico que, em contato com a água, produz reação exotérmica de cristalização de produtos hidratados, ganhando assim resistência mecânica. É o principal material de construção usado como aglomerante. É uma das principais commodities mundiais, servindo até mesmo como indicador econômico.

História

Já no Antigo Egito era utilizada um material feito de gesso calcinado como aglomerante. Entre os gregos e romanos, eram usados solos vulcânicos das proximidades de Pozzuoli ou da ilha de Santorini, que endureciam depois de misturadas com água.

Em 1786 o inglês John Smeaton criou uma mistura resistente através da calcinação de calcários argilosos e moles. Esse é o marco da criação do cimento artificial. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Tempos depois, em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.

Clínquer O clínquer é o principal item na composição de cimentos portland, sendo a fonte de Silicato tricálcico (CaO)3SiO2 e Silicato dicálcico (CaO)2SiO2. Estes compostos trazem acentuada característica de ligante hidráulico e estão diretamente relacionados com a resistência mecânica do material após a hidratação. A produção do clínquer é o núcleo do processo de fabricação de cimento, sendo a etapa mais complexa e crítica em termos de qualidade e custo. As matéria-primas são abundantemente encontradas em jazidas de diversas partes do planeta, sendo de 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e pequenas quantidades de minério de ferro.

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Principais compostos químicos do clínquer

Silicato tricálcico (CaO)3SiO2 45-75% C3 S (alíta)

Silicato dicálcico (CaO)2SiO2 7-35% C2 S (belíta)

Aluminato tricálcico (CaO)3Al2O3 0-13% C3 A (celíta)

Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4Al2O3Fe2O3 0-18% C4A F (brownmilerita)

Gesso

O gesso (ou gipsita) (CaSO4 · 2 H2O) é adicionado em quantidades geralmente inferiores a 3% da massa de clínquer, tem função de estender o tempo de pega do cimento (tempo para início do endurecimento). Sem esta adição, o tempo de pega do cimento seria de poucos minutos, inviabilizando o uso. Devido a isso, o gesso é uma adição obrigatória, presente desde os primeiros tipos de cimento Portland.

Escória siderúrgica

A escória, de aparência semelhante a areia grossa, é um subproduto de alto-fornos, reatores que produzem o ferro gusa a partir de uma carga composta por minério de ferro, fonte de Fe, e carvão vegetal ou coque, fonte de carbono. Entre diversas impurezas como outros metais, se concentram na escória silicatos, que apesar de rejeitados no processo de metalização, proporcionam-na características de ligante hidráulico.Sendo um subproduto, este material tem menor custo em relação ao clínquer e é utilizado também por elevar a durabilidade do cimento, principalmente em ambientes com presença de sulfatos. Porém, a partir de certo grau de substituição de clínquer a resistência mecânica passa a diminuir.

Argila pozolânica

As pozolanas ativadas reagem espontaneamente com CaO em fase aquosa, por conterem elevado teor de sílica ativa SiO2. Esta característica levou ao uso de pozolanas como ligante hidráulico complementar ao clínquer, com a característica de tornar os concretos mais impermeáveis o que é útil na construção de barragens, por exemplo. As pozolanas são originalmente argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na região de Pozzuoli, Itália. Atualmente, materiais com origens diferentes mas com composições semelhantes também são considerados pozolânicos, tais como as pozolanas ativadas artificialmente e alguns subprodutos industriais como cinzas volantes provenientes da queima de carvão mineral. O processo de ativação de argilas é amplamente praticado pela própria indústria de cimentos, é geralmente realizado em fornos rotativos semelhantes àqueles utilizados na fabricação de clínquer ou mesmo em antigos fornos de clínquer adaptados, trabalhando a temperaturas mais baixas (até 900 °C) e menor tempo de residência. Assim como a escória siderúrgica, as pozolanas frequentemente têm menor custo comparadas ao clínquer e só podem substituí-lo até um determinado grau.

Calcário

O calcário é composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), encontrado abundantemente na natureza. É empregado como elemento de preenchimento, capaz de penetrar nos interstícios das demais partículas e agir como lubrificante, tornando o produto mais plástico e não prejudicando a atuação dos demais elementos. O calcário é também um material de diluição do cimento, utilizado para reduzir o teor de outros componentes de maior custo, desde que não ultrapassando os limites de composição ou reduzindo a resistência mecânica a níveis inferiores ao que estabelece a norma ou especificação.O calcário também

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alimenta o blaine do cimento, tornando o cimento com mais volume.

O concreto é o material mais utilizado na construção civil, composto por uma mistura de cimento, areia, pedra e água, além de outros materiais eventuais, os aditivos e as adições.

Quando armado com ferragens passivas, recebe o nome de concreto armado, e quando for armado com ferragens ativas recebe o nome de concreto protendido.

Além disso existem vários tipos de concretos especias, como o concreto autoadensável, concreto leve, concreto posreativo, concreto translucido, concreto colorido, concreto com fibras, que são utilizados de acordo com necessidades especificas de cada projeto.

Sua resistência e durabilidade dependem da proporção entre os materiais que o constituem. A mistura entre os materiais constituintes é chamada de dosagem ou traço.

A água utilizada contribui para a reação química que transforma o cimento portland em uma pasta aglomerante. Se a quantidade de água for muito pequena, a reação não ocorrerá por completo e também a facilidade de se adaptar às formas ficará prejudicada, porém se a quantidade for superior a ideal, a resistência diminuirá em função dos poros que ocorrerão quando este excesso evaporar. A porosidade, por sua vez, tem influência na impermeabilidade e, consequentemente, na durabilidade das estruturas confeccionadas em concreto. A proporção entre a água e o cimento utilizados na mistura é chamada de fator água/cimento. As proporções entre areia e brita na mistura tem influência na facilidade de se adaptar às formas e na resistência.

Materiais constituintes do concreto:

Aglomerante — cimento portland; Agregado Miúdo — areia natural ou artificial (pó de pedra beneficiado), pó de pedra; Agregado Graúdo — pedra britada ou seixo natural; Água — pode ter parte ou totalidade substituída por gelo; Aditivo — plastificante, retardador de pega; Adições — metacaulim, cinza volante, pozolanas, cal, pó de pedra;

AÇO-LIGA

Aço-liga é um tipo de aço com a adição de algum elemento químico acima da quantidade de carbono encontrados no aço-carbono comum (até 2% de carbono, a qual acima desta quantidade seria o aço muito duro e com pouca resistência à tração) sendo utilizado com o objetivo de melhorar alguma propriedade física, química ou físico-química, por exemplo, na resistência à abrasão, à corrosão, ao choque, entre outros.Para qualificar o aço-liga, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), o aço precisa em uma soma de todos esses elementos, inclusive carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre não pode ultrapassar 6%. No caso de elementos como silício, manganês e alumínio, sempre presentes nos aços carbono, os aços são considerados ligados quando seus teores ultrapassarem 0,6%, 1,65% e 0,1%, respectivamente.Na produção de aço-liga é comum o uso de determinados elementos químicos, com exemplos: o silício, o vanádio, o cobalto, o níquel, o cromo, o tungstênio e o manganês. Dentro das características que alterará entre o aço-carbono comum e o aço-liga pode ter o aumento da resistência da resistência, a dureza, resistência ao impacto, as altas temperaturas, a temperabilidade, a resistência a abrasão e a corrosão, sendo estas características estabelecidas de acordo com a concentração deste elemento químico adicionado.

O boro (B) é caracterizado por aumentar a temperabilidade. É utilizado para revestimentos de superfície e para retratar o envelhecimento do aço. Também, quando adicionado em pequenas quantidades, melhora a

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temperabilidade do aço, diminui a tendência a trincas de têmpera, distorções durante o tratamento térmico e melhora as propriedades de conformação mecânica. O cromo (Cr) é conveniente pelo aumento da temperabilidade e para retratar o desgaste e no aumento da dureza. Com estas virtudes é usados em matrizes, rolamentos, limas e ferramentas, aços inoxidáveis, aços-rápidos, lâminas de turbinas e compressores, molas, eixos e hélices de bombas, hastes de válvulas, parafusos, porcas , cutelaria, instrumentos cirúrgicos, molas, mancais antifricção, tratamento de superfície e outros equipamento.

Como o manganês (Mn) ocasiona o aumento da temperabilidade e reduz a temperatura de austenitização, ele é útil na produção de aços-ferramentas, na produção do aço austenitícos. É utilizado na construção de vigas para a construção cívil e este elemento químico com cromo, formando o aço cromo-manganês é utilizado na parafusos, semieixos, pinos e nas molas semielípticas e helicoidais para veículos. Na necessidade de produção de têmperas é um dos meio mais econômicos e na melhoria da usinabilidade. 

O níquel (Ni) é utilizado na produção de moedas é importante, pois as moedas são repassadas em muitas mãos diariamente, adicionando ureia nas moedas que ocasiona a corrosão. A combinação entre o aço e o níquel auxilia no retardo da corrosão. O níquel é utilizado por aumentar dureza do aço, sua resistência ao impacto e ductilidade. É útil na produção de aços inoxidáveis austentíticos e na produção de ligas compostas o aço cromo-níquel-molibdênio, usado para cementação na fabricação de engrenagens, eixos, cremalheiras, terminais, cruzetas, entre outros (limite de resistência do núcleo entre 70 e 110 kgf/mm²). O aço cromo-níquel-molibdênio de média temperabilidade, usado em eixos, pinhões, bielas, virabrequins, chavetas e peças de espessura média. como o aço cromo-níquel-molibdênio para cementação que alia alta temperabilidade e boa tenacidade. Também é usado em coroas, pinhões, terminais de direção, capas de rolamentos (limite de resistência do núcleo entre 80 e 120 kgf/mm²),entre outros e o aço cromo-níquel-molibdênio de alta temperabilidade é usado em peças de seções grandes como eixos, engrenagens, componentes aeronáuticos e peças para tratores e caminhões.

O silício (Si) aumenta a resitência em aços pobres e produz forte dureza, resistência ao desgaste e aos ácidos. Tem boa permeabilidade magnética, por isso é usado em motores, alternadores, transformadores e outros equipamentos elétrica , tubulações, molas para tratores , caminhões e na produção de ligas de fundição semicondutoras.

CORROSÃO DE ESTRUTURAS METÁLICAS E DO CONCRETO

A corrosão é um tipo de deterioração que pode ser facilmente encontrada em obras metálicas. O aço oxida quando em contato com gases nocivos ou umidade, necessitando por isso de cuidados para prolongar sua durabilidade. A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, etc. Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo, portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas.

O tipo Mais comum de corrosão e facilmente controlável, consiste em uma camada visível de óxido de ferro pouco aderente que se forma em toda a extensão do perfil. É caracterizada pela perda uniforme de massa e conseqüente diminuição da secção transversal da peça. Esse tipo de corrosão ocorre devido à exposição direta do aço carbono a um ambiente agressivo e à falta de um sistema protetor. Comumente, o sistema protetor pode se romper durante o transporte ou manuseio da peça, devendo ser rapidamente reparado, antes que ocorra a formação de pilhas de ação local ou aeração diferencial. A corrosão uniforme pode ser evitada com a inspeção regular da estrutura e com o uso de ligas especiais como o aço inoxidável. Sua localização é uma das mais simplificadas e permite que problemas sejam evitados quando se existe serviços de manutenção preventiva.

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A corrosão do concreto observada em pontes e viadutos, tem como uma das causas a corrosão química, devida à ação dos agentes poluentes sobre seus constituintes (cimento, areia e agregados de diferentes tamanhos). O concreto é constituido principalmente por silicatos e aluminatos de cálcio e óxido de ferro, que se decompõem ao entrar em contato com ácidos, conforme representado na equação abaixo.

3 CaO. 2SiO2. 3H2O(s) + 6 HCl(aq) 3 CaCl2(aq) + 2 SiO2(s) + 6 H2O(aq)

Uma segunda causa para a deterioração do concreto é a corrosão eletroquímica, que ocorre nas armaduras de aço-carbono em seu interior. O produto final da corrosão, ou seja a ferrugem, consiste nos compostos Fe2O3. H2O (coloração alaranjada ou castanho-avermelhada)

Prevenção e Controle   Dependendo do grau de deterioração da peça, pode-se apenas realizar uma limpeza superficial com jato de areia e renovar a pintura antiga. Em corrosões avançadas, deve-se optar pelo reforço ou substituição dos elementos danificados. Em qualquer caso é preciso a limpeza adequada da superfície danificada.

O cimento é uma reação química

Ricardo Almeida*especial para a Folha de S.PauloNotícias sobre viadutos interditados em São Paulo causando grandes congestionamentos devido a rachaduras no concreto estão se tornando comuns. Mas por que o concreto racha? O concreto é feito da mistura de pedregulhos, areia, água e cimento. O ponto de partida da fabricação do cimento é o calcário que existe na forma de rochas.Elas tiveram origem nas conchas de crustáceos que viveram nos antigos oceanos. Quando esses crustáceos morreram, suas conchas foram para o fundo do oceano e, com o peso da água, foram-se compactando.Com o movimento dos continentes e mares, alguns oceanos secaram. As conchas compactadas se transformaram nas rochas calcárias de hoje.O calcário é um minério que contém pelo menos 90% de uma substância chamada carbonato de cálcio (Ca CO3). As fábricas de cimento aquecem o calcário que se decompõe libertando gás carbônico e deixando como resíduo a cal, que é o óxido de cálcio (CaO).Esse aquecimento é feito ao misturar com o calcário a sílica (areia) e o óxido de alumínio. O forte aquecimento dessa mistura faz com que a massa se derreta parcialmente. Assim se forma o cimento, que contém várias substâncias, principalmente o silicato de cálcio (CaSiO3) e o aluminato de cálcio de fórmula Ca(AlO2)2. O íon aluminato AlO2 é monovalente negativo, como o íon cloreto (Cl-).O gás carbônico desprendido na fabricação do concreto é a maior fonte de CO2 produzido industrialmente e a que mais contribui para o efeito estufa.O concreto é um material que precisa de reforço porque ele não é resistente à tensão. É por isso que nas construções são colocadas barras de aço.O concreto é um material poroso. Deixa passar ar e umidade. O oxigênio e a água, quando o penetram, oxidam o ferro contido no aço formando a ferrugem, que, por sua vez, enfraquece o aço e também provoca a quebra do concreto.A ferrugem, um óxido hidratado de ferro, ocupa um volume maior que o ferro. No ferro metálico, os átomos estão arranjados de forma mais compacta, quer dizer, mais próximos uns dos outros do que os átomos de ferro, oxigênio e hidrogênio do óxido hidratado de ferro (ferrugem). Você já deve ter visto que os postes de concreto, quando ficam velhos, apresentam rachaduras estreitas na vertical e deixam à mostra a barra de aço enferrujada, o que agrava o problema. Nas cidades praianas, essa oxidação acontece com maior intensidade o que faz diminuir praticamente para um terço a vida útil do concreto.*Ricardo Almeida é coordenador de química do colégio Bandeirantes

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SÓLIDO AMORFO E ESTRUTURA CRISTALINA

Sólido amorfo, material amorfo ou substância amorfa é a designação dada à estrutura que não têm ordenação espacial a longa distância (em termos atómicos), como os sólidos regulares. É geralmente aceito como o oposto de estrutura cristalina. As substâncias amorfas não possuem estrutura atômica definida. Algumas substâncias comuns no dia-a-dia são amorfas, como o vidro, o poliestireno e até mesmo o algodão-doce.

Materiais amorfos são comumente preparados ao resfriar materiais derretidos. Esse resfriamento reduz a capacidade de mobilidade das moléculas. Materiais como os metais são muito difíceis de serem preparados como rígidos amorfos. A não ser que o material tenha alta resistência à fusão (como cerâmicos) ou baixa energia de cristalização (como os polímeros), a preparação de um sólido amorfo deve ser extremamente rápida.

Materiais amorfos podem existir em estados similar em propriedades de deformação à borracha (popularmente poderia se dizer "borrachentos" ou "borrachosos") e estados "vítricos" ou "vítreos".

Os materiais amorfos possuem propriedades únicas. Feitos a partir da rápida solidificação de ligas metálicas (ligas amorfas ou vidros metálicos) apresentam fácil magnetização devida ao fato de seus átomos se encontrarem arranjados de maneira aleatória, facilitando a orientação dos domínios magnéticos. Transformadores usando núcleo de metais amorfos exibem perdas que são 60% a 70% menores que os transformadores convencionais

Os rígidos amorfos são sólidos que não apresentam ordem estrutural num estado normal, mas somente em dimensões atômicas, com poucas unidades atômicas. Também são chamados de não-cristalinos.

Outros rígidos apresentam ordem em seu estado normal, diferentemente dos amorfos, significando que sua estrutura se repete em distâncias bem menores que a de outros sólidos, em relação ao tamanho do sólido.

Exemplos de sólidos amorfos: vidro, plástico, vários polímeros e várias substâncias orgânicas que parecem, mas não são cristalinas.

A estrutura cristalina de um sólido é a designação dada ao conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem. Note-se que apenas os sólidos cristalinos exibem esta característica, já que ela é o resultado macroscópico da existência subjacente de uma estrutura ordenada ao nível atómico, replicada no espaço ao longo de distâncias significativas face à dimensão atómica ou molecular, o que é exclusivo dos cristais.

Prevalência da estrutura cristalina

Dado que, de maneira geral, a matéria sólida, se apresenta sob dois estados fundamentais de ordenação: o amorfo e o cristalino, como é óbvio, apenas os sólidos que tenham uma estrutura interna ordenada, os cristalinos, apresentem estrutura cristalina.

Contudo esta definição pode ser enganadora, já que são comuns substâncias parcialmente cristalinas, isto é compostas por porções cristalinas embebidas em material amorfo (é o caso da maioria das rochas). Também materiais aparentemente amorfos podem ser cristalinos, como é o caso da areia de quartzo (que é constituída por uma miríade de pequenos cristais) ou das argilas (que aparentam ser amorfas mas são constituídas por cristais microscópicos).

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Sistemas cristalinos

Célula unitária de um cristal de sal (NaCl). Note-se a ordenação dos átomos.

A existência da estrutura cristalina resulta dos sólidos cristalinos serem construídos a partir da repetição no espaço de uma estrutura elementar paralelepipédica denominada célula unitária (ver figura acima).

A forma e tamanho da célula unitária de cada cristal depende das dimensões, valência química e estado de ionização dos átomos ou moléculas que o compõem e das condições em que o cristal se formou. A mesma substância, sob condições de pressão e temperatura distintas, pode formar cristais com células unitárias totalmente diversas. Um exemplo clássico é o Carbono, o qual pode, dependendo das condições, cristalizar sob centenas de formas, indo desde o diamante à grafite, passando pelos fulerenos e pelas inúmeras variantes da fibra de carbono. Também as substâncias orgânicas, dos açúcares às proteínas e ao DNA, cristalizam em formas extremamente complexas em resultado do seu elevado peso molecular e complexidade estrutural.

Apesar da sua enorme diversidade, os cristais, dependendo da composição e condições de formação, assumem formas regulares e hoje facilmente dedutíveis em função das características atômicas e moleculares dos seus constituintes. Tal permite a sua fácil classificação em função de um número reduzido de parâmetros, conhecidos por parâmetros de rede.

A partir desses parâmetros é possível determinar o paralelepípedo que constitui a menor subdivisão de uma rede cristalina que conserve as características gerais de todo o retículo, de modo que por simples multiplicação da mesma, se possa reconstruir o sólido cristalino completo. Esses paralelepípedos são em geral designados por células unitárias.

A partir das células unitárias, e levando em conta os eixos de simetria e a posição do centro geométrico de cada elemento do cristal, é possível descrever qualquer cristal com base em diagramas designados por redes de Bravais, nome que homenageia Auguste Bravais (1811-1863), um dos pioneiros do seu estudo.

Na figura à direita apresenta-se o diagrama explicativo da forma como cada célula unitária determina a estrutura do cristal. Na realidade, cada cristal é constituído pela repetição de milhões de milhões de células unitárias semelhantes, agrupadas de forma regular, que, funcionado como autênticos blocos construtivos do cristal, acabam por determinar a sua macro-estrutura.

Nos cristais naturais, múltiplas células unitárias são substituídas por impurezas, dando a cada cristal características distintas de forma e cor. Estas impurezas têm uma importância fundamental na determinação das características dos cristais naturais, em particular dos minerais, determinando as propriedades eléctricas e ópticas, a temperatura de fusão e a reactividade química.

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BIBLIOGRAFIA

Básica:

RUSSELL, John Blair; BROTTO, Maria Elizabeth. Química geral, v. 1. São Paulo: Makron Books do Brasil.

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. São Paulo: Bookman.

BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.;BURSTEN, B. E. Química: a ciência central. São Paulo: Pearson.

Complementar:

VAN VLACK, Lawrence H. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. Rio de Janeiro: Campus.

RUSSELL, John Blair; BROTTO, Maria Elizabeth. Química geral, v. 2. São Paulo: Makron Books do Brasil.

SCHMIDT, Walfredo. Materiais elétricos, v. 1: condutores e semicondutores. São Paulo: Edgard Blucher.

_______. Materiais elétricos, v. 2: isolantes e magnéticos. São Paulo: Edgard Blucher.

MAHAN, B.H. Química um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher.

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