Ludwig Mond e o processo Solvay

Nasceu hoje, em 1839, Ludwig Mond, industrial britânico nascido em Kassel, na Alemanha, que aperfeiçoou o processo Solvay de produção de soda. Após realizar os seus estudos em sua cidade natal, estudou química na Universidade de Marburg com Hermann Kolb e na Universidade de Heilderberg com Robert Bunsen, mas nunca se graduou. Ele trabalhou em diversas fábricas na Alemanha e na Holanda antes de ir para a Inglaterra. Na Holanda, em parceria com John Hutchinson, ele desenvolveu um processo de recuperação do enxofre no rejeito do processo Leblanc de produçõa de soda. Em 1872 ele entrou em contato com o industrial belga Ernest Solvay que estava desenvolvendo um processo mais eficiente para produção de soda. No ano seguinte ele se associou a John Brunner para levar este processo para a escala comercial. Mond resolveu alguns problemas viabilizando o seu uso em escala industrial. Em vinte anos se tornou o maior produtor de soda do mundo. Em 1880 se naturalizou ingles.

Mesmo não tendo completado o graduação, Mond recebeu titulos de doutor honorário das Universidades de Padua, Heildelberg, Oxford e Manchester.

Morreu em 11 de dezembro de 1909. Embora não tenha praticado qualquer religião, foi enterrado segundo o ritual judeu no cemitério St Pancras onde os seus filhos construiram um mausoléu.

Tabela periódica

Hoje, em 1869, Mendelev apresentou a primeira versão de sua tabela periódica dos elementos fazendo uma apresentação formal na Sociedade Química Russa. Na versão final apresentada em 1871 ele deixou vários “buracos” na Tabela e fez previsão das propriedades do elementos que deveriam ocupar alguns dos buracos. Estes elementos acabaram sendo descobertos mais adiante.

Mendelev nasceu em 1834 na Rússia. Aos 13 anos, depois da morte de seu pai e destruição da fábrica de sua mãe por um incêncio, ele cursou o ginásio em Tobolsk. Em 1849, sua família mudou-se para St. Petersburg onde ele entrou no Instituto Pedagógico. Terminado a graduação, por causa de uma tuberculose, ele semudou para a costa Norte do Mar Negro onde fez o mestrado em Simferopol. Curado, retornou a St. Petersburg em 1857. Entre 1859 e 1861 trabalhou com capilaridade e espectroscopia, escrevendo um livro sobre este assunto. Em 1862 se tornou professor de química no Instituto Tecnologico de St. Petersburg. Em 1865 ele obteve o seu doutorado com a tese “Sobre a combinação da água com o etanol”. Depois que se tornou professor Mendeleve escreveu um livro texto em dois volumes intitulado Principios da Química (1868-1870) onde tentou classificar os elementos e percebeu a periodicidade.

Pouco depois que Mendelev apresentou sua tabela Meyer apresentou uma tabela identica, mas o que dá mais crédito a Mendelev é a descrição precisa feita por ele do germânio, gálio e escandio descobertos mais tarde.

A seguir é mostrada uma versão curta da Tabela Periodica.

Além desta tem a versão vertical que pode ser vista em:

http://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table_(alternate)

A mais curiosa é a Tabela Periodica de Bentley onde os elementos são arranjados em espiral e que pode ser vista em:

http://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_periodic_tables

TD 009 - Propriedades termodinâmicas

Todas as quantidades mensuráveis dos sistemas são chamadas propriedades do sistema. No caso dos sistemas termodinâmicos estas propriedades recebem o nome de propriedades termodinâmicas do sistema. Esta definição não impõe limites para as propriedades. São exemplos de propriedades as quantidades de matéria (massa e número de moles) e de energia, a pressão, a temperatura, o volume, a área superficial da fronteira, a tensão superficial, o índice de refração, a viscosidade, etc. Algumas destas propriedades podem ser monitoradas com instrumentos facilmente disponíveis como a temperatura, por meio de termômetros, a pressão, usando manômetros, etc. Outras exigem técnicas de medição mais elaboradas que podem incluir amostragens. A composição, por exemplo, exige técnicas e equipamentos que podem ser sofisticados e específicos para cada componente.

SISTEMAS DE UNIDADES

A obtenção dos valores das propriedades dos sistemas depende da escolha de um sistema de unidades apropriado. Existe uma tendência mundial no sentido de se adotar as unidades básicas do SI – Sistema Internacional. Estas unidades são sete: o metro (m) para comprimento, o quilograma (kg) para massa, o segundo (s) para tempo, o grau Kelvin (°K) para temperatura termodinâmica, o ampère (A) para corrente elétrica, o mol (mol) para quantidade de matéria e a candela (cd) para intensidade luminosa. As definições destas unidades básicas são dadas a seguir:

· Metro (m)

O metro já foi definido como sendo uma fração da distância entre o equador e o pólo. Depois passou a ser a distância entre duas marcas numa barra feita de uma liga platina-irídio conservadas em condições controladas na França, mais precisamente em Sèvres nos arrabaldes de Paris. Hoje ele é a distância percorrida pela luz num intervalo de tempo de 1/c segundos, onde c = 299 792 458 metros por segundo é a velocidade da luz no vácuo, uma constante universal.

· Quilograma (kg)

É a única unidade cujo valor está associado a um objeto que serve como padrão, sendo a massa do protótipo internacional feito com uma liga platina-irídio depositada na França, dentro dos padrões de precisão e confiabilidade que a ciência permite. É também a única que tem prefixo. Provavelmente, porque acharam que o protótipo da grama seria pequeno demais. Contudo, ninguém chama mil quilogramas de quiloquilograma e nem a grama de miliquilograma. Não dá para esconder que a verdadeira unidade de massa é o grama.

· Mol (mol)

O mol é a quantidade de matéria correspondente a uma quantidade fixa de partículas (átomos e moléculas) do material. Esta quantidade corresponde ao número de partículas igual ao número de átomos existentes em exatos 0.012 quilogramas de carbono 12. Este número, conhecido como número de Avogadro, é igual a 6.022 141 99 x 10²³. Então

1 mol = 46.060 gramas de etanol = 74.120 gramas de butanol = 18.020 gramas de água

O mol está vinculado à massa da substância expressa em gramas dividida pela sua massa molecular. Se a massa da substância for expressa em quilogramas, então o resultado é o kg-mol.

1 kg-mol =1000 moles

· Segundo (s)

Antes era uma fração do dia solar, depois passou a ser uma fração da revolução da Terra ao redor do Sol. Com o advento dos relógios atômicos o segundo passou a ser definido por estes relógios. Hoje é a duração de 9 192 631 770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos no estado fundamental do átomo de césio-133.

· Grau Kelvin (°K)

Fração 1/273.16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água.

· Ampère (A)

Corrente constante que, se mantida em dois condutores retilíneos e paralelos, de comprimento infinito e secção transversal desprezível, colocados a um metro um do outro no vácuo, produziria entre estes dois condutores uma força igual a 2 x10^-7 newton por metro de comprimento.

· Candela (Cd)

Intensidade luminosa, em uma determinada direção, de uma fonte que emite radiação monocromática cuja freqüência é 540x10¹² hertz e que tem uma intensidade radiante naquela direção de 1/683 watt por esferorradiano.

PREFIXOS

Os prefixos aceitos pelo SI para designar múltiplos e submúltiplos são: Y = yotta (10^-24), Z = zetta, (10²¹), E = exa (10¹⁸), P = peta (10¹⁵) T = tera (10¹²), G = giga (10⁹), M = mega (10⁶), k = quilo (10³), h = hecto (10²), da = deca (10¹), d = deci (10^-1), c = centi (10^-2), m = mili (10^-3), µ = micro (10^-6), n = nano (10^-9), p = pico (10^-12), f = femto (10^-15), a = atto (10^-18), z = zepto (10^-21) e y = yocto (10^-24).

A maioria destes prefixos não é usada por resultarem em unidades, ou grandes demais, ou pequenas demais para a escala humana e ficam como mera curiosidade. Observe, também, que o quilograma é a única unidade básica do SI com prefixo e também a única baseado num objeto físico guardado em Paris.

UNIDADES DERIVADAS

Várias unidades têm nomes próprios, as principais no que refere ao uso na termodinâmica são: o newton (N) para força (m.kg.s^-2), o pascal (Pa) para pressão (m^-1.kg.s^-2), o joule (J) para energia (m².kg.s^-2), o watt (w) para potencia(m².kg.s^-3), o volt (V) para força eletromotriz (m²·kg·s^-3·A^-1). Existem outras unidades com nomes especiais, mas serão definidas na medida em que forem surgindo.

UNIDADES NÃO PERTENCENTES AO SI

As unidades que mais perturbam quem está envolvido com problemas científico tecnológicos são as unidades do sistema inglês. Isso porque estas unidades são ainda hoje usadas nos Estados Unidos e na Inglaterra, países que ainda exercem considerável liderança científica e tecnológica. Como não seguem uma relação decimal entre elas, a conversão é complicada. Em todo caso, ambos estão se bandeando para o SI e existe um acordo relacionando as unidades inglesas com o SI. Ainda bem.

Para comprimento existem muitas unidades ditas inglesas, a Wikipedia relaciona vinte. As mais freqüentes na ciência e tecnologia são a jarda (yd), o pé (ft) e a polegada (“).

1 yd = 3 ft = 16”

Tomando por base o metro tem-se que

1 yd =0.9144 m

No sistema inglês mais usado o overdupois a unidade de massa é a libra (lb) e a onça (oz)

1 lb = 16 oz

Tomando como base o quilograma

1 lb = 0.45359237 kg

A medida inglesa de temperatura é o grau Fahrenheit (°F) que se relaciona com o grau centígrado (°C) através da fórmula

PROPRIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS

Considere como sendo o sistema água dentro de um recipiente para água. O recipiente, com capacidade para 20L, tem 5L de água em seu interior. Se forem adicionado mais 5L de água, o volume de água no recipiente passa a ser 10L. Se for acrescentado mais 5L, o volume do sistema passará a ser 15L. As propriedades que, como o volume, que possuem propriedades aditivas são chamadas propriedades extensivas. São variáveis extensivas, com comportamento aditivo semelhante ao volume, a massa o numero de moles, a energia interna, etc.

Agora considere 5L de água a 50°C contido num recipiente. Se mais 5L de água a 50°C forem adicionados, o resultado será 10L de água a 50°C. Então a temperatura não tem a propriedade de aditividade sendo, por isso uma propriedade intensiva do sistema. São propriedades intensivas a pressão, a viscosidade, o índice de refração.

MODH, o assassino invisível

Esta pode ser considerada uma das boas piadas que circularam na Internet e que hoje está sumida.

O Monóxido de Dihidrogênio (MODH) é incolor, inodoro insípido e mata incontáveis milhares de pessoas todos os anos. A maior parte destas mortes é causada pela inalação acidental de MODH mas seus perigos não param por aqui. Exposição prolongada à sua forma sólida causa sérios danos nos tecidos. Sintomas de ingestão excessiva de MODH podem incluir transpiração e urina excessiva, náusea, vómitos e desbalanceamento electrolítico. Para aqueles que tornaram-se dependentes de MODH, a sua abstenção implica em morte certa. O MODH:

• É também conhecido como ácido hidroxílico e é o componente principal da chuva ácida.
• Contribui para o "efeito estufa"
• Pode causar sérias queimaduras
• Contribui para a erosão da paisagem natural
• Acelera a corrosão e oxidação de muitos metais
• Pode causar falhas eléctricas e redução da eficácia dos travões de automóveis
• Tem sido observada em tumores extraídos de pacientes terminais de câncer!

Grandes quantidades de monóxido de dihidrogênio tem sido encontradas em quase todos os rios, lagos e reservatórios dos Estados Unidos. Mas a poluição é global e este contaminante tem sido encontrado até no gelo Antárctico. MODH causou recentemente milhões de dólares de prejuízos em propriedades nos Açores.

Apesar do perigo, o monóxido de dihidrogênio é frequentemente usado:

• Como um solvente industrial e refrigerante
• Em usinas nucleares
• Na produção de esferovite (poliestireno expandido)
• Como retardador do fogo
• Em muitas formas cruéis de pesquisa com animais
• Na aplicação de pesticidas. Mesmo após lavagem, restam sempre resíduos deste químico.
• Como aditivo em certos alimentos fast-food e até em alimentos infantis.

Muitas companhias despejam MODH em rios e oceanos e nada pode ser feito para impedi-las porque esta prática continua a ser considerada legal. O impacto sobre a vida selvagem é extremo e não podemos continuar a ignorá-lo.

O governo dos Estados Unidos tem se recusado a proibir a produção, distribuição e uso deste químico danoso devido à "sua importância para a saúde econômica da nação". De fato, centenas de instalações militares recebem toneladas dele através de uma sofisticada rede de distribuição subterrânea. Muitas delas armazenam enormes quantidades desta substância para uso posterior.

Classificação das reações

As misturas reagentes podem ser homogêneas e heterogêneas, mas o que dizer das reações?

As reações homogêneas são aquelas que correm no interior de fases e as reações heterogêneas são aquelas que ocorrem na interface entre fases. Por exemplo, se numa mistura heterogênea bifásica o reagente presente numa das fases se transfere para a outra fase e lá reage, a reação será homogênea. Se o reagente migrar até a interface e reagir por lá a reação será heterogênea. As reações que ocorrem na catálise heterogênea são heterogêneas, mas reações heterogêneas não catalíticas existem.

Qual o interesse em fazer esta distinção? Simples. A forma de abordagem cinética difere. A velocidade das reações homogêneas se refere a unidade de volume da fase onde ela ocorre e a velocidade das heterogêneas se refere a unidade de área interfacial.

Pode existir uma reação homogênea-heterogênea? Sim, uma sequencia de reações pode ter etapas homogêneas convivendo com etapas heterogêneas. Neste caso a reação global é do tipo homogênea-heterogênea.

Uma outra classificação das reações é em homofásicas e heterofásicas. As homofásicas ocorrem numa única fase e as heterofásicas se espalham por mais de uma fase. E  dai? Dai que as homofásica não envolvem transferencia entre fases e as hetrofásicas sim.

• reação homogênea homofásica (hidrólise de esteres)
• reação homogênea heterofásica (hidrogenação de olefinas na presença de ácido sulfúrico)
• reação heterogênea homofásica (qualquer catálise heterogênea)
• reação heterogênea heterofásica (hidrólise da cal viva)

Sabor do Esperma

Esta é outra piada acadêmica clássica dada como acontecida numa aula de Química segundo uns e numa aula de Biologia segundo outros. Como sempre a piada ocorreu numa universidade americana, porém, esta versão, uma das mais curtas, da o fato como ocorrido na USP.

O assunto era açucares. Num ponto da aula o professor menciona como exemplo a presença de açucar no esperma. Nisso, uma aluna levantou o braço e perguntou:
- Se eu entendi bem, o senhor está dizendo que se encontra açucar no esperma?
- Sim - respondeu o professor.
- Então por que o gosto não é doce?
Após um silêncio de estupefação, a classe toda arrebentou numa gargalhada.
A pobre garota ficou vermelha feito um pimentão de vergonha, assim que percebeu quão impensada foi sua pergunta.
A resposta do professor, entretanto, foi clássica:
- O gosto não é doce porque as papilas gustativas que reconhecem o sabor doce, encontram-se na ponta da língua, e não no fundo da garganta.

Dizem que a partir daquele dia a aluna nunca mais foi vista. Se aconteceu mesmo? Isso eu não sei.

TD 008 Outra forma de classificação de sistemas

Outras classificações são possíveis. Elas são baseadas no conteúdo material dos sistemas. As principais são:

· PELA QUANTIDADE DE ESPÉCIES QUÍMICAS

O termo espécie química tem um significado muito amplo, servindo para designar tudo o que for quimicamente identificável, indo desde substâncias moleculares e iônicas estáveis até entidades químicas efêmeras como os radicais livres e assemelhados. Um exemplo de espécie molecular bem conhecida é a água. Já o cloreto de sódio fundido é composto pelas espécies iônicas Na⁺ e Cl^-. As espécies efêmeras normalmente são formadas como intermediários de reações químicas e se caracterizam pela alta reatividade tornando a sua detecção muito complicada.

Considerando o número de espécies químicas existentes nos sistemas, eles podem ser puros ou multicomponentes. No primeiro caso, o sistema é constituído por apenas uma espécie química e, no segundo, por mais de uma. Quanto ao número exato de espécies químicas os sistemas podem ser unário, binários, ternários, quaternários, etc. Rigorosamente falando, não existem sistemas unários, nem nos dicionários, já que outros componentes podem aparecer em quantidades ínfimas. Os sistemas com mais de dois componentes são usualmente conhecidos como sistemas multicomponentes

Exemplo 2.5.6 – O oxigênio de elevada pureza contido num balão é um exemplo de sistema puro já que a única espécie química presente é o oxigênio. Já o ar comprimido é um sistema composto por nitrogênio, oxigênio, argônio, dióxido de carbono, neônio, hélio, metano, criptônio, hidrogênio, xenônio, etc. O ar é, portanto, multicomponente.

· PELA OCORRÊNCIA OU NÃO DE REAÇÕES QUÍMICAS

Considerando os sistemas multicomponentes, neles podem ocorrer reações ou não. Se não houver reação química, o sistema é dito inerte, se houver pelo menos uma reação ele é dito reagente. É interessante notar que nenhum sistema puro pode ser reagente, porque uma reação pressupõe a existência de pelo menos um reagente se transformando em pelo menos um produto. Logo, no mínimo, existirão dois componentes.

Exemplo 2.5.7. – Considere um reator do tipo tanque contendo uma mistura de etanol, acido acético, acetato de etila, água e hidróxido de sódio onde o acetato de etila está sendo hidrolisado.

O hidróxido de sódio catalisa a reação. Como os componentes são totalmente solúveis entre si, o sistema é homogêneo. Como a hidrolise é uma reação, este sistema é reagente.

· PELA QUANTIDADE DE FASES

Entende-se por fase as partes homogêneas de um sistema distinguíveis entre si por suas propriedades físicas e composição. Considerando a quantidade de fases, os sistemas podem ser de dois tipos: homogêneos e heterogêneos. Os sistemas homogêneos são constituídos por uma única fase, que pode ser sólida, líquida ou gasosa. Os sistemas heterogêneos possuem mais de uma fase. Eles podem ser bifásico, trifásico e multifásicos. Na prática, cada fase pode ser considerada como sendo um subsistema com fronteiras físicas bem definidas. Permutas tanto de material como de energia podem ocorrer entre os subsistemas, no entanto, as permutas que realmente interessam são as que ocorrem do sistema para a sua vizinhança e vice-versa.

Exemplo 2.5.4 – A água contida num tanque é um exemplo de sistema homogêneo líquido. Se a água congelar parcialmente o sistema passará a ser heterogêneo bifásico do tipo líquido-sólido. Aproveitando o embalo, o número de componentes é um e o número de reações é zero.

Exemplo 2.5.5 – Uma jazida de petróleo é um exemplo de sistema heterogêneo multifásico. Nele coexistem quatro fases: uma fase sólida, a rocha porosa, duas fases líquidas: o petróleo impregnado com gotículas de água salgada e bolhas de gás, sobrepondo a camada de petróleo existe em alguns casos uma capa de gás. A fronteira deste sistema é a superfície inferior da rocha impermeável que se sobrepõe à rocha porosa armazenadora e uma fronteira imaginária separando a camada contendo apenas água salgada subjacente a camada onde o petróleo está presente. Novamente aproveitando o embalo, é impossível dizer quantas espécies químicas existem ao certo neste sistema, mas, com certeza é da ordem dos milhares. Então se trata de um sistema multicomponente. Como não existe nenhuma reação perceptível entre as espécies químicas este sistema pode ser considerado quimicamente inerte.

Os sistemas heterogêneos mais comuns na engenharia química são bifásicos e trifásicos. Sistemas com mais de três fases são raros. Os sistemas bifásicos podem ser do tipo sólido-gás, sólido-líquido e líquido-líquido. Os sistemas trifásicos podem ser do tipo sólido-líquido-gás ou sólido-líquido-líquido. Isso, contudo, não impede que outras combinações possam existir.

Exemplo 2.5.6 – A produção de etileno a partir do etanol é realizada em reatores recheados com pelotas catalíticas. Considerando uma partícula catalítica como o sistema, a superfície externa da partícula será a fronteira do sistema. Como a partícula é porosa e a reação ocorre em temperatura elevada com a mistura reagente no estado gasoso, os poros estão ocupados pelo gás. Este sistema é, portanto, um sistema bifásico do tipo gás-sólido.

Os sistemas termodinâmicos podem ser, portanto, caracterizados pelo número de componentes, C, pelo número de fases, F, e pelo número de reações, R. Estes números serão importantes mais adiante quando a regra das fases de Gibbs for discutida.

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