aula 7 grupo 5 a eng. ambiental
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Todos os elementos possuem 5 elétrons na camada de valência
Estado de oxidação máximo é 5, no qual utilizam os 5 elétrons para formar ligações
Efeito do par inerte cresce ao longo do grupo: somente os elétrons p são utilizados na ligação, sendo a valência igual a 3
O nitrogênio exibe uma grande variedade de estados de oxidação: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5
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O nitrogênio é um gás incolor, inodoro, insípido e diamagnético, sendo encontrado na forma de molécula diatômica
Os demais elementos são sólidos e possuem várias formas alotrópicas
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Aumenta de cima pra baixo no grupo: N e P são não metais, As e Sb são metalóides, Bi é um metal
Os óxido metálicos são básicos e óxidos não-metálicos são fortemente ácidos. Logo, os óxidos de N e P são fortemente ácidos, os óxidos de As e Sb são anfóteros e o de Bi é essencialmente básico
Caráter metálico:
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Usado como atmosfera inerte: limpeza das tubulações e reatores de craqueamento catalítico e reforma
Nitrogênio líquido: usado como refrigerante
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(temperatura ambiente)
• Produção de amônia: reação dos nitretos com água
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Ponto de ebulição menor que O2, saindo antes que o O2 na coluna de destilação
(NaN3)
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Pode doar seu par de elétrons não ligante formando complexos estáveis.
Formação de sais de amônio (NH4+) e compostos de
coordenação com íons metálicos do bloco d
Todos os sais de amônio são solúveis em água e reagem com NaOH formando NH3. São utilizados como fertilizantes
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Processo Haber
De onde vem os gases N2 e H2 para a produção da amônia?
1. Produção de hidrogênio a partir de hidrocarbonetos. Todos os compostos de S devem ser removidos
CH4 + 2H2O CO2 + 4 H2
CH4 + H2O CO + 3H2
2. Adiciona-se certa quantidade de ar a mistura de gases obtida. O oxigênio reage com parte do H2 até que a proporção correta dos reagentes N2 e H2 de 1:3 seja alcançada
(4N2 + O2) + 2H2 4N2 + 2H2O
ar
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Processo Haber
3. Remoção do CO: veneno para o catalisador
CO + H2 CO2 + H2
4. Remoção de CO2 utilizando uma solução concentrada de carbonato de potássio ou de etanolamina
De onde vem os gases N2 e H2 para a produção da amônia?
O preço do hidrogênio é um dos principais fatores que influenciam o custo do processo
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Usos da amônia
75 % da amônia são empregados como fertilizantes
Fabricação de HNO3, o qual pode ser usado na preparação de NH4NO3 (fertilizante) ou explosivos como o TNT
Preparação de hexametilenodiamina, empregada na fabricação de náilon
Empregada como líquido refrigerante
Limpeza: amônia em solução
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Uréia
Largamente empregada como fertilizante nitrogenado
Muito solúvel e portanto de ação rápida, mas é também facilmente lixiviada pela água
Apresenta um teor bastante elevado de nitrogênio (46%)
2NH3 + CO2 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O200ºC
Altas P Carbamato de amônia Uréia
No solo, a uréia lentamente sofre hidrólise formando carbonato de amônio:
NH2CONH2 + 2H2O (NH4)2CO3
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Óxido Nitroso (N2O)
Gás estável e pouco reativo
Óxido neutro e pode ser obtido pela decomposição térmica do nitrato de amônio
Principal uso: propelente em sorvete por ser inodoro, insípido e não tóxico
Usado como anestésico pelos dentistas. Conhecido como gás hilariante: inalação de pequenas quantidades provoca euforia
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Óxido Nítrico (NO)
Gás incolor, sendo um importante intermediário na fabricação de ácido nítrico pela oxidação da amônia
Laboratório: preparado pela redução de HNO3 com Cu
Forma complexos estáveis com metais de transição
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Dióxido de nitrogênio (NO2)
Gás tóxico castanho avermelhado, produzido em larga escala por oxidação do NO no processo de obtenção do HNO3
Laboratório: preparado aquecendo-se nitrato de chumbo
A mistura NO2 – N2O4 se comporta com um agente oxidante forte, sendo capaz de oxidar HCl a Cl2 e CO a CO2
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Consequências do NOx na atmosfera
Ozônio estratosférico: gás essencial que protege a Terra contra a ação dos raios ultra-violetas
Ozônio troposférico: aquecimento global, diminuição na função respiratória, ataque a materiais como borrachas e pláticos.
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Consequências do NOx na atmosfera
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Consequências do NOx na atmosfera
Representação esquemática do conversor catalítico de três vias com leito duplo. A redução de NO para N2 ocorre na primeira câmara, e a oxidação de substâncias contendo carbono para CO2 ocorre na segunda.
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NO: oxidado com O2 para produzir NO2. A oxidação direta de N2 para NO2 é termodinamicamente desfavorável
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Ácido Nítrico: excelente oxidante, principalmente quando concentrado. Os íons NO3
– são mais oxidantes que íons H+
Metais insolúveis em HCl, como Cu e Ag, dissolvem-se em HNO3
Alguns metais, como o ouro, são insolúveis mesmo em ácido nítrico, mas se dissolvem em água régia: 25% HNO3 + 75% HCl
Poder oxidante do ácido nítrico associado ao poder do íon cloreto de complexar íons metálicos
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Ácido forte: totalmente dissociado em íons e forma um grande número de sais muito solúveis em água: nitratos
Fotodecomposição: 4HNO3 4NO2 + O2 + 2H2O
Ácido puro é um líquido incolor, mas quando exposto a luz adquire coloração castanha:
Indústria química: processos nitrificação de composto orgânicos, na fabricação de explosuvos, fertilizantes, vernizes, celuloses, trinitrotolueno (TNT), nitroclicerina (dinamite), seda artificial, ácido benzoico, fibras sintéticas, entre outros.
Indústria metalúrgica: refinação de ouro e prata
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Ácido Nitroso (HNO2)
Ácido fraco e não estável
Pode ser facilmente obtido acidificando-se a solução de um nitrito
Os nitritos do Grupo 1 podem ser obtidos aquecendo-se os nitratos correspondentes, diretamente ou na presença de Pb
2 NaNO3 2NaNO2 + O2
NaNO3 + Pb NaNO2 + PbO
calor
calor
O ácido nitroso e os nitritos são agentes oxidantes fracos, mas são capazes de oxidar Fe2+ a Fe3+
O nitrito de sódio é usado como aditivo de alimentos, como carne industrializadas, salsichas, bacons
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NH4+
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Há uma grande quantidade de gás N2 na atmosfera, mas as plantas são incapazes de utilizá-lo
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O solo fértil contém nitrogênio combinado principalmente na forma de nitratos, nitritos, sais de amônio ou uréia
Fixação do nitrogênio: por bactérias e processos químicos (Processo Haber – Bosch)
Esses compostos são absorvidos da água do solo pelas raízes das plantas, reduzindo a fertilidade do solo. Embora boa parte do nitrogênio acabe retornando ao solo.
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Há uma troca contínua de nitrogênio entre a atmosfera, o solo, os oceanos e os organismos vivos:
1. As plantas absorvem compostos de nitrogênio do solo, e podem servir de alimento para outros animais
2. Os animais excretam compostos nitrogenados: uréia ou ácido úrico, que são devolvidos ao solo
3. Bactérias desnitrificantes convertem nitratos nos gases N2 ou NH3 que escapam para atmosfera
Nitratos Nitritos NO2 N2 NH3
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Há uma troca contínua de nitrogênio entre a atmosfera, o solo, os oceanos e os organismos vivos:
4. NH3 é devolvido ao solo pela primeira chuva
5. Há uma pequena perda de NO e NO2 para a atmosfera na combustão de plantas e carvão, o mesmo ocorrendo nos gases de escape de carros.
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