Química Descritiva: Fontes naturais de substâncias inorgânicas


Ar atmosférico: é a matéria prima usada na indústria para a obtenção de N2, 02 e gases nobres. Inicialmente, faz-se a liquefação do ar por meio de compressão e resfriamento. A seguir, o ar líquido é submetido à destilação fracionada; os seus componentes separam-se à medida que os seus pontos de ebulição vão sendo atingidos.

Composição (% em volume) do ar seco, não poluído ao nível do mar

Química Descritiva
N2 – 78%
02 – 20,95 %
Ar – 00,93%
CO2 – 0,03 %
Ne – 0,0018 %
He – 0,0005 %
CH4 – 0,0002 %
Kr – 0,0001 %
NO – 0,00005 %
H2 – 0,00005 %
Xe – 0,000008 %
03 – 0,000001 %

A água do mar é a matéria-prima usada na indústria para a obtenção de NaCt e MgS04. Embora presente em quantidade relativamente pequena, a água do mar é a fonte natural de bromo, dela extraído sob a forma de NaBr. O teor de Br na água do mar é de 8 . 10^* mol.

Composição do mar (mol/l)
Na+ – 0,4570
Mg++ – 0,0520
Ca++ – 0,0101
K+ – 0,0097
cr – 0,5331
SC>4~ – 0,0276
HCC>3 – 0,0023
Br – 0,0008

Crosta terrestre: é a principal fonte natural de substâncias inorgânicas. Dela são extraídos metais, não-metais e inúmeros dos seus compostos. Os únicos não-metais encontrados livres, isto é, como substância simples, na crosta terrestre, são o carbono (diamante, grafite e carvão) e o enxofre. Os não-metais oxigênio e nitrogênio são encontrados livres no ar atmosférico, não na crosta terrestre., pois são gases.

Os metais mais nobres, como a prata, ouro, platina, etc… são encontrados livres ou em estado nativo na crosta terrestre. Os alcalinos e alcalino-terrosos e alumínio são encontrados somente na forma de compostos, por serem muito reativos. Os metais com reatividade intermediária são encontrados predominantemente na forma de compostos, mas podendo ser encontrados livres.

O oxigênio (02) é um gás incolor, inodoro, não-inflamável mas comburente, isto é, “alimentador” das combustões. E o elemento mais abundante na Terra e indispensável à respiração dos seres vivos (exceto os microorganismos “anaeróbicos”). Ele é preparado, industrialmente, pela destilação do ar líquido, como vimos acima; em laboratório, pode ser preparado pelas reações:

Composição da Crosta terrestre (até 12 km)
Elemento / Abundância (% em massa)
0 – 49,5
Si – 25,7
Al – 7,5
Fe – 4,7
Ca – 3,4
Na – 2,6
K – 2,4
Mg – 1,9
H – 0,87
outros – 1,4

O estudo da Química Descritiva representa o conjunto de características e métodos para obtenção de várias substâncias, podendo ser simples ou compostas, metálicas ou não-metálicas, determinando as propriedades gerais e específicas de cada uma.

Estas substâncias podem ser obtidas da água do mar, ar atmosférico e crosta terrestre pelos mais variados métodos de obtenção da análise imediata (processo mecânico para a separação de misturas homogêneas e heterogêneas).

Quimicamente, o oxigênio é muito reativo; ele pode reagir com quase todos os demais elementos químicos, formando seus óxidos:
–   com metais: 2 Al + 3 O2 -> AI203
–   com não-metais: S + O2 ->S02

O oxigênio é usado em maçaricos, para corte e solda de metais; como comburente em foguetes; em hospitais para pacientes em estado crítico; na produção do aço; etc.

O oxigênio tem uma forma alotrópica, o ozônio (03), que também é um gás, porém com cheiro característico. Ele é formado, a partir do oxigênio, por meio de descargas elétricas.

Isso ocorre nos “ozonizadores” usados para purificar o ar, a água, etc. Muito importante é a chamada “camada de ozônio“, existente na atmosfera, que “filtra” os raios solares, retendo as radiações ultravioleta que poderiam comprometer a vida na superfície terrestre.

Dentre as substâncias compostas estudaremos os seguintes:
oxigênio
nitrogênio
hidrogênio
minerais
alumínios
metais alcalinos
metais alcalino-terrosos
carbono
halogênios
ácido sulfúrico
ácido clorídrico
ácido nítrico
hidróxido de sódio
cal viva
amoníaco
cloreto de sódio
carbonato de sódio
água
dióxido de carbono

Nitrogênio

O nitrogênio é usado, na forma gasosa, no empacotamento de alimentos, no interior de lâmpadas incandescentes, etc; na forma líquida, na conservação de alimentos, de sêmen para a inseminação artificial do gado, etc; e na produção de seus compostos como NH3, HN03, nitratos, etc, que são usados como fertilizantes agrícolas, explosivos, corantes, etc.

O ar “puro” e seco, ao nível do mar, tem a seguinte composição aproximada, em volume: 78% de N2/ 21% de 02 e 1% de outros gases, principalmente o gás nobre argônio.

O nitrogênio e o oxigênio são retirados do ar por destilação fracionada (processo linde). Inicialmente o ar é submetido a sucessivas compressões e resfriamentos até que ele chegue ao estado líquido, o que ocorre a cerca de 200°C abaixo de zero. A seguir, destila-se o ar líquido: inicialmente ferve o nitrogênio (-196°C) e a seguir o oxigênio (-183°C).

O nitrogênio N2 é um gás, incolor, inodoro, não-inflamável e não-venenoso. Ele ocorre na Natureza na forma de N2 no ar, na forma de proteínas nos seres vivos, na forma de salitre do Chile (NaN03, etc). É preparado industrialmente pela destilação do ar líquido, como vimos acima; em laboratório, pode ser preparado pela reação: NHQ4 +NaNO: NaCI + 2H20 + N2.

Quimicamente, o nitrogênio é pouco reativo. Daí a importância de processos industriais denominados “fixação do nitrogênio do ar”, como:

O hidrogênio é um gás incolor, inodoro e não-venenoso. É o menos denso dos gases (cerca de 14 vezes mais leve que o ar); por esse motivo é usado para inflar balões e dirigíveis. Na indústria, o hidrogênio é produzido: como subproduto da eletrólise de soluções aquosas de NaQ: 2 NaCI + 2 H20 -> 2 NaOH + H2 + Q/ através do chamado “gás de água” (mistura de CO + H2);

No laboratório, o hidrogênio é usualmente obtido pela reação entre um metal e um ácido: Zn + 2 HCI -» ZnCI2 + H2′ Fe + H2S04 -» FeS04 + H2. O hidrogênio é extremamente reativo e perigoso de se manipular, pois é altamente inflamável e explosivo (2H2 + 02 -> 2H20).

O hidrogênio é usado na hidrogenação de óleos vegetais (óleos de soja, amendoim, algodão, etc, são transformados em margarina), na produção do amoníaco (N2 + 3 H2 -> 2 NH3), na produção do ácido (H2 + CI2 -> 2 HCI), na produção de hidretos metálicos (por exemplo, 2 NA -» H2 -> 2 NaH),na síntese do metanol (CO + 2 H2 -> CH3OH), em maçaricos oxídricos (2 H, + 02 -> 2 HO), etc.