Olá caro amigo seguidor
da Ciência Central!
Primeiramente, me desculpe
pelo atraso em publicar nossa primeira matéria.
Enfim, em meio às avaliações
do mestrado e dos preparativos para o casamento, consegui finalizar esta publicação,
articulando o tema sustentabilidade com alguns conceitos estudados em sala de aula.
Espero que faça uma boa
leitura e que consiga superar suas dúvidas.
Educação Ambiental
Sustentabilidade e
processos de oxidação e redução
desenvolvimento tecnológico do
último quarto de século trouxe inúmeros benefícios, dentre os quais destacam-se
os avanços no setor de medicamentos, de novos materiais (como por exemplo as ligas
metálicas utilizadas na construção de aeronaves e automóveis), condutores que
compõe os circuitos eletrônicos (hoje presentes em praticamente tudo o que
temos acesso com as mãos), o plasma, o LCD e o LED que tanto mudaram nossa concepção
de imagens de qualidade durante os momentos de lazer em frente às gigantescas (porém
finas) TVs de alta resolução.
Outro setor com imenso avanço é o de corantes sintéticos, os
quais impulsionam a criatividade de muitos designers da moda por todo o mundo,
maximizando nossas sensações, estimuladas por cores requintadas e refinadas que
varrem todo o espectro visível apresentado pela Figura 1.
Figura 1 – Região do espectro visível
em destaque no espectro eletromagnético, onde cada cor corresponde a uma frequência
de onda.
Ainda na Figura 1 é possível notar o quão imenso é o
espectro eletromagnético que compreende o espectro visível, o responsável pela
existência de todas as cores que podemos enxergar. As cores na verdade, são
frequências de ondas eletromagnéticas que o olho humano é capaz de codificar e
reconhecer. Por esse mesmo motivo, não somos capazes de visualizar os Raios X
quando nos submetemos aos exames hospitalares, nem as microondas quando
colocamos um copo de leite para ser esquentado naquele maravilhoso equipamento
presente em nossa cozinha, assim como o infravermelho disparado na direção da
TV quando pressionamos o botão do controle remoto para mudar o canal. (Aliás, o
infravermelho pode ser capitado pela câmera de nossos aparelhos celulares e
transformado em cores que podemos enxergar. Faça o teste!).
Retomando o assunto corantes... (como todo Químico sempre
acabo desviando o raciocínio para os aspectos maravilhosos que essa ciência nos
permite reconhecer nos fatos cotidianos).
O uso em escala industrial dos corantes trouxe problemas de
contaminação do meio ambiente devido a descartes inadequados de efluentes
industriais (nome dado aos resíduos líquidos dos processos de uma empresa)
contaminados com essas substâncias químicas de diversas colorações.
Ao longo dos tempos, o ser humano sempre procurou transformar
materiais em busca de melhorias para suas atividades. Porém, muito tempo
levou-se para o reconhecimento da importância do destino adequado para os
rejeitos industriais e domésticos, comumente rotulados como LIXO.
Facilmente encontramos nos jornais e revistas o termo
“sustentabilidade”. Assim como “nanotecnologia”, essa palavra ganhou muito
destaque dentre as políticas de empresas e projetos de pesquisas.
Cada vez mais as reflexões sobre o desenvolvimento e
práticas sustentáveis têm ganhado espaço no contexto empresarial e educacional.
A eminente degradação do meio ambiente e contaminação das águas levaram à
aplicação de políticas e normas exigindo o tratamento dos resíduos gerados
pelas indústrias antes de serem devolvidos ao ecossistema.
Diversos estudos vêm sendo desenvolvidos nas universidades
brasileiras e em todo o mundo, visando o aprimoramento de técnicas em busca de
melhorar a eficiência nos processos de degradação das substâncias tóxicas
presentes nos rejeitos industriais e, em menor escala, nos domésticos.
Trago como destaque um mecanismo de tratamento conhecido
como Reação de Fenton (o nome Fenton
se deve a seu desenvolvedor). Essa reação química está compreendida em um ramo
de estudo denominado
Processo Oxidativo Avançado, onde radicais hidroxilas (∙OH) são gerados a partir de íons ferrosos (Fe2+) em solução ácida, contendo peróxido de hidrogênio (H2O2) Equação 1.
Fe2+ + H2O2
→ Fe3+ + ∙OH + OH- (1)
Vamos conduzir esse contexto
para nossa disciplina desenvolvida em sala de aula.
Relembrando: sabemos que
radicais são espécies químicas geradas a partir da quebra de ligações químicas
de forma que o par de elétrons desta ligação se divida um para cada nova
espécie gerada (Equação 2).
A∶B →
⋅A + ⋅B (2)
Observe que nessa reação química generalizada o composto AB compartilha 1 par de elétrons e na sua decomposição cada espécie gerada (⋅A e ⋅B) permaneceu com um desses elétrons. Os radicais são havidos por (“a-d-o-r-a-m”) elétrons, portanto têm enorme poder de reação com outras substâncias, participando de processos
extremamente acelerados.
No organismo humano (e em
todos os outros seres vivos), diversas reações químicas geram radicais, muito
comumente, chamados de radicais livres. Eles participam de reações de oxidação
de importância vital, como aquelas que envolvem moléculas de oxigênio, e também
de processos malignos, como o envelhecimento do organismo vivo e o
desenvolvimento de tumores. Neste último caso, os radicais livres podem ser
gerados por estímulos externos, como a exposição em excesso de radiação solar e
a agentes poluentes do meio ambiente.
Para finalizar, precisamos
retomar alguns conceitos sobre reações de oxidação e redução.
Primeiro – Essas reações envolvem transferência de elétrons (é
importantíssimo lembrar disso para saber reconhecê-la de imediato nos
exercícios).
Segundo – Uma espécie sempre perderá elétrons enquanto outra sempre
receberá. A espécie que estimula a outra perder elétrons é chamada de agente oxidante, enquanto a espécie que
estimula a outra a receber elétrons é denominada de agente redutor.
Terceiro – O processo de oxidação envolve a perda de elétrons por
uma espécie.
Quarto – O processo de redução envolve o recebimento de elétrons
por uma espécie.
Quinto
– Cada processo de perda/recebimento de elétrons altera o número de oxidação
(Nox) da espécie envolvida.
A seguir, descreverei para o
leitor dicas para se lembrar
facilmente desses detalhes das reações de oxidação-redução.
Dicas
1.
Lembre-se da frase: “OPA uma RRR!” – Para RRR leia-se Rã. Daí a frase fará mais sentido (“Opa uma Rã!”).
Oxidação Redução
Perde elétrons Recebe elétrons
Aumenta o Nox Reduz o Nox
2.
Quando as reações de oxidação-redução envolverem
esquemas com pilhas e eletrólise acrescente a seguinte dica:
CRAO
Cátodo
Reduz
Anodo
Oxida
Sempre lembrando que
para Pilhas Cátodo é positivo (+) e
Anodo é negativo (–). Para Eletrólise os sinais se invertem [Cátodo é positivo (-) e Anodo é negativo
(+)].
Abaixo segue um
exemplo de reação de oxidação-redução onde podemos visualizar esses detalhes.
Reação de padronização do Permanganato de Potássio (KMnO4)
com Oxalato de Sódio (Na2C2O4).
2 MnO4-
+ 16 H+ + C2O42- ⇌ 10 CO2 + 2 Mn2+
+ 8 H2O (3)
Calculando o número
de oxidação de cada elemento envolvido na reação podemos identificar facilmente
o agente oxidante e o agente redutor. Para isso temos que recordar dos valores
pré-fixados para os átomos de hidrogênio, oxigênio, apesar de existirem
exceções onde esses valores são diferentes (essas são poucas). Também
precisamos considerar que para uma espécie carregada, o número de oxidação é
refletido pelo próprio índice de cargo do íon.
Para chegar aos
valores apresentados no esquema acima partimos dos valores pré-definidos para
átomos de hidrogênio (+1) e oxigênio (-2). Na sequência calculamos os valores
para os demais átomos da molécula de forma que a carga total desta seja zero
quando for uma estrutura neutra. Quando a molécula tiver uma carga total diferente
de zero, a soma dos valores dos números de oxidação devem ser iguais a carga
total da estrutura.
Exemplos:
Observe que o íon permanganato
apresenta carga total de (-1), portanto durante o cálculo dos valores de Nox
começamos pelo valor do átomo de oxigênio (-2). Como existem 4 átomos de
oxigênio fazemos a seguinte operação matemática: 4 x (-2) = -8. Este valor (-8)
é a contribuição dos átomos de oxigênio para a carga total do íon permanganato.
Com esse valor em mãos atribuímos a seguinte equação:
Mn + (-8) = -1
Mn -8 = -1
Mn = -1 + 8
Mn = +7
Portanto, o valor do número de
oxidação do átomo de manganês neste caso é +7.
O mesmo processo é feito para a
molécula de dióxido de carbono (CO2).
2 x (-2) = -4 (contribuição do
oxigênio para a carga total do CO2)
C + (-4) = 0 (zero porque a
molécula de CO2 é neutra)
C -4 = 0
C = +4 (contribuição do átomo de
carbono para a carga total da molécula de CO2, ou seja, seu número
de oxidação).
Outro exemplo é
demonstrado pelo íon oxalato. Observe que sua carga total é (-2), portanto no
momento do cálculo devemos considerar esse valor.
Para fazer o cálculo podemos
elaborar a seguinte expressão matemática:
2x(C) + 4x(O) = -2
Substituindo o Nox do oxigênio
que é de -2 no lugar de (O) temos:
2C + 4x(-2) = -2
2C -8 = -2
2C = -2 +8
2C = +6
C = +3
Para finalizar podemos
identificar o agente oxidante e o agente redutor desta reação.
Agente oxidante à
espécie química que leva outra espécie a sofre oxidação.
Agente redutor à
espécie química que leva outra espécie a sofrer redução.
Vejamos a reação e o
esquema a seguir.
Observe que os únicos átomos a apresentarem alterações no
seu número de oxidação durante a reação química são: Manganês (que passou de +7
para +2) e Carbono (que passou de +3 para +4).
Lembrando-se da história da Rã: OPA UMA RRR, temos que Oxidação
Perde elétrons e Aumenta o Nox, assim como, Redução Recebe elétrons e Reduzo
o Nox.
Portanto para o Manganês temos que o número de oxidação foi
de +7 para +2, o que traduz que este sofreu um processo de redução, pois o valor do Nox reduziu. De outro lado, temos para o
Carbono que o número de oxidação foi de +3 para +4, significando que este
sofreu oxidação (houve aumento do
Nox).
Com essas informações em mãos podemos agora definir os
agentes oxidante e redutor deste sistema.
Agente Redutor à C2O42- (pois esta
espécie contém o átomo de Carbono que sofreu a oxidação).
Agente Oxidante à MnO4- (pois esta espécie
contém o átomo de Manganês que sofre redução).
Galera!!!
Espero ter ajudado na compreensão dos assuntos abordados!!!
Será uma grande satisfação receber suas dicas, críticas, sugestões e dúvidas por meio do e-mail: thebigbearchemistry@gmail.com.
Na próxima publicação pretendo abordar o tema Energia.
Grande abraço.
Até a próxima publicação.
