Ciclos do elementos Carbono, Nitrogênio e Enxofre Atmosfera Atmosfera é a camada gasosa ao redor da Terra. Hidrosfera Hidrosfera é a parte líquida da Terra que corresponde a cerca de 80% da superfície. A água dos oceanos apresenta uma grande variedade de sais dissolvidos, constituindo-se em fonte principal de obtenção de vários elementos, como bromo, magnésio, sódio, cloro, etc. Os sais dissolvidos correspondem a 3,3% da água dos oceanos. Litosfera Litosfera é a parte sólida da Terra com cerca de 6.500 km de raio. A parte mais externa, que corresponde a uma espessura de aproximadamente 30 km, é chamada de crosta terrestre. Carbono CO2 – gás carbônico Natural: respiração dos seres vivos. Ação do homem: queima de combustíveis fósseis. CH4 – metano Natural: decomposição de matéria orgânica. Ação do homem: pecuária e depósito de lixo. CONSEQUÊNCIAS DA AÇÃO DO HOMEM: aquecimento global. Principais Reações respiração CH2O + O2 carboidrato CO2 + H2O fotossíntese Decomposição de matéria orgânica: (C6H10O5)n + n H2O 3n CO2 + 3n CH4 celulose Extraído da revista Química Nova na Escola – Caderno temático: química, vida e ambiente. Nitrogênio NOX – óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio (NO2) Natural: descargas de relâmpagos. Ação do homem: queima de combustíveis. N2O – óxido nitroso Natural: quimiodesnitrificação do solo. Ação do homem: uso de fertilizantes na agricultura. CONSEQUÊNCIAS DA AÇÃO DO HOMEM: aquecimento global, chuva ácida e depleção da camada de ozônio. Principais Reações Provocadas por raios e relâmpagos na atmosfera: N2 + O2 NO ou NO2 N2 + 3 H2 2 NH3 Fritz Haber Em 1908, o químico alemão Fritz Haber publicou o primeiro trabalho sugerindo a possibilidade técnica da síntese da amônia a partir do nitrogênio e do hidrogênio atmosféricos. Dez anos depois ele ganharia o Prêmio Nobel de Química por esta descoberta. O proceso de Haber é uma reação entre o nitrogênio e o hidrogênio para produzir amoníaco. Esta reação é catalisada com o ferro, sob as condições de 200 atmosferas de pressão e uma temperatura de 450ºC.: Extraído da revista Química Nova na Escola – Caderno temático: química, vida e ambiente. Enxofre SO2 – dióxido de enxofre Natural: erupções vulcânicas. Ação do homem: queima de carvão mineral e óleo diesel, refino de petróleo e metalurgia. H2S – gás sulfídrico Natural: atividade anaeróbica de bactérias. Ação do homem: emissões industriais e queima de biomassa. CONSEQUÊNCIAS DA AÇÃO DO HOMEM: chuva ácida e poluição atmosférica (smog fotoquímico). Chuva ácida (pH < 5) o material depositado pela água da chuva pode causar a acidificação do solo e liberação de metais tóxicos, provocando graves efeitos sobre ecossistemas terrestres e aquáticos. Além dos danos ecológicos, a chuva ácida corrói o concreto, o cimento e as estruturas de ferro. queima de combustíveis fósseis: S (s) + O2 (g) SO2 (g) oxidação do SO2 : SO2 (g) + ½ O2 g) SO3 (g) reação com a água: SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq) smog fotoquímico Extraído da revista Química Nova na Escola – Caderno temático: química, vida e ambiente. Questões do ENEM 1- (ENEM) Os gases liberados pelo esterco e por alimentos em decomposição podem conter sulfeto de hidrogênio (H2S), gás com cheiro de ovo podre, que é tóxico para muitos seres vivos. Com base em tal fato, foram feitas as seguintes afirmações: I. Gases tóxicos podem ser produzidos em processos naturais; II. Deve-se evitar o uso de esterco como adubo porque polui o ar das zonas rurais; III. Esterco e alimentos em decomposição podem fazer parte no ciclo natural do enxofre (S). Está correto, apenas, o que se afirma em A) I B) II C) III D) I e III X E) II e III 2- (ENEM)Um dos problemas ambientais decorrentes da industrialização é a poluição atmosférica. Chaminés altas lançam ao ar, entre outros materiais, o dióxido de enxofre (SO2) que pode ser transportado por muitos quilômetros em poucos dias. Dessa forma, podem ocorrer precipitações ácidas em regiões distantes, causando vários danos ao meio ambiente (chuva ácida). Um dos danos ao meio ambiente diz respeito à corrosão de certos materiais. Considere as seguintes obras: I. monumento Itamarati - Brasília (mármore). II. esculturas do Aleijadinho - MG (pedra sabão, contém carbonato de cálcio). III. grades de ferro ou alumínio de edifícios. A ação da chuva ácida pode acontecer em: A) I, apenas. B) I e II, apenas. C) I e III, apenas. D) II e III, apenas. E) X I, II e III. 3- O agravamento do efeito estufa está sendo provocado pelo aumento da concentração de certos gases na atmosfera, principalmente o gás carbônico. Escolha dentre as atividades e os fenômenos naturais indicados a seguir: I. queima de combustíveis fósseis, II. fotossíntese, III. fermentação alcoólica, IV. saponificação de gorduras. aqueles que produzem gás carbônico, contribuindo para o agravamento do efeito estufa e assinale a alternativa correta. A) I e IV. B) I e II. C) X I e III D) II e III. E) II e IV. 4- (ENEM) O esquema representa o ciclo do enxofre na natureza, sem considerar a intervenção humana. O ciclo representado mostra que a atmosfera, a litosfera, a hidrosfera e a biosfera, naturalmente, I. são poluídas por compostos de enxofre. II. são destinos de compostos de enxofre. III. transportam compostos de enxofre. IV. são fontes de compostos de enxofre. Dessas afirmações, estão corretas, apenas, A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) I, II e III. XE) II, III e IV. 5- (ENEM) O ciclo biogeoquímico do carbono compreende diversos compartimentos, entre os quais a Terra, a atmosfera e os oceanos, e diversos processos que permitem a transferência de compostos entre esses reservatórios. Os estoques de carbono armazenados na forma de recursos não renováveis, por exemplo, o petróleo, são limitados, sendo de grande relevância que se perceba a importância da substituição de combustíveis fósseis por combustíveis de fontes renováveis. A utilização de combustíveis fósseis interfere no ciclo do carbono, pois provoca A) aumento da porcentagem de carbono contido na Terra. B) redução na taxa de fotossíntese dos vegetais superiores. C) aumento da produção de carboidratos de origem vegetal. D) X aumento na quantidade de carbono presente na atmosfera. E) redução da quantidade global de carbono armazenado nos oceanos. EQUILÍBRIO IÔNICO INDICADORES DE pH São ácidos orgânicos fracos que apresentam diferente coloração conforme o pH do meio. A faixa de viragem é o intervalo de pH no qual ocorre a mudança de cor. Nesse intervalo a cor é intermediária. Azul de bromotimol amarelo 0 verde 6,0 7,6 azul 14 + H HA A + COR 2 COR 1 meio ácido meio básico Em meio ácido, há aumento de [H+] e o equilíbrio se desloca para a esquerda, predominando a cor 1. Em meio básico, o OH consome H+, formando água e retirando hidrogênio do equilíbrio. Há deslocamento para a direita e o indicador apresenta a cor 2. Azul de bromotimol FAIXA DE VIRAGEM: AMARELO: pH < 6,0 AZUL : pH > 7,6 Fenolftaleína FAIXA DE VIRAGEM: INCOLOR: pH < 8,0 VERMELHO: pH > 9,8 Alaranjado de metila FAIXA DE VIRAGEM: VERMELHO: pH < 3,1 AMARELO: pH > 4,4 Repolho roxo Algumas plantas e flores podem ser utilizadas como indicadores de pH. Um dos mais interessantes é o extrato de repolho roxo, apresenta cores diversas conforme a acidez e a basicidade do meio que se encontra. A hortênsia tem flores rosa ou azuis dependendo do pH do solo. Em solos ácidos as flores são azuis, enquanto que em solos alcalinos são rosa. Papéis indicadores de pH Para medir o pH de uma solução, podemos usar um indicador universal que é uma mistura de vários indicadores. É apresentado comercialmente sob a forma de papel indicador universal ou solução de indicador universal, com uma escala de cores de referência e produz uma gama de cores variáveis consoante o pH do meio. A figura mostra as cores que o indicador universal apresenta em função do pH. 1- A acidez de vários produtos domésticos pode ser demonstrada adicionando-se um indicador ( repolho roxo, por exemplo). O vermelho indica a acidez e o azul, basicidade. Quais dos produtos abaixo, em presença de indicador, ficariam, respectivamente, vermelho e azul? A) suco de limão e álcool B) leite de magnésia e detergente C) soda cáustica e álcool D) soda cáustica e amoníaco X E) suco de limão e leite de magnésia (UFSM) Um indicador ácido-base apresenta, em solução aquosa, o equilíbrio HIn + H2O H3O+ Cor A + In – Cor B Com relação ao comportamento do indicador frente à substância 1, pode-se afirmar que sua coloração será 2, porque o equilíbrio desloca-se no sentido da espécie 3. Com base nessa afirmação, escolha a alternativa que apresenta, corretamente, a substituição de 1, 2 ou 3. 1 2 3 A) vinagre cor A ionizada B) amoníaco cor B ionizada X C) acetato de sódio cor A ionizada D) soda cor B não-ionizada E) suco de limão cor B não-ionizada (PUCRS) Indicadores são substâncias que apresentam a propriedade de modificar a sua cor dependendo do caráter do meio onde se encontrem. Assim, a menor faixa de pH de uma solução “X” foi determinada utilizando-se um grupo de indicadores que estão relacionados na tabela abaixo. A análise da tabela permite concluir corretamente que o intervalo de menor faixa de pH e o caráter da solução “X” são, respectivamente, A) 5,6 a 6,0; sendo seu caráter ácido. X B) 5,0 a 6,0; sendo seu caráter ácido. C) 3,0 a 3,1; sendo seu caráter básico. D) 3,1 a 14,0; e seu caráter pode ser tanto ácido quanto básico. E) 4,4 a 5,6; e seu caráter pode ser tanto ácido quanto básico. (UCS) Indicadores ácido-base são substâncias que, em solução aquosa, apresentam cores diferentes conforme o pH da solução. O quadro abaixo fornece a faixa de pH de viragem (cor) que alguns indicadores apresentam à temperatura de 25 °C. Indicador Faixa de pH de viragem (cor) fenolftaleína 8,0 (incolor) a 9,8 (vermelho) alaranjado de metila 3,1 (vermelho) a 4,6 (alaranjado) azul de bromotimol 6,0 (amarelo) a 7,6 (azul) Um laboratório químico está determinando a faixa de pH de viragem (cor) de uma solução aquosa de um certo produto comercial. Os resultados obtidos foram: fenolftaleína – incolor; alaranjado de metila – alaranjado; azul de bromotimol – amarelo. Dentre os produtos abaixo, o único que pode apresentar tal resultado é A) a soda cáustica. B) o bicarbonato de sódio. C) o leite de magnésia. D) X o ácido muriático. E) o xampu neutro. (ENEM) O pH informa a acidez ou a basicidade de uma solução. A escala abaixo apresenta a natureza e o pH de algumas soluções e da água pura, a 25°C. Uma solução desconhecida estava sendo testada no laboratório por um grupo de alunos. Esses alunos decidiram que deveriam medir o pH dessa solução como um dos parâmetros escolhidos na identificação da solução. Os resultados obtidos estão na tabela abaixo. Da solução testada pelos alunos, o professor retirou 100ml e adicionou água até completar 200ml de solução diluída. O próximo grupo de alunos a medir o pH deverá encontrar para o mesmo: A) valores inferiores a 1,0. B) os mesmos valores. C) X valores entre 5 e 7. D) valores entre 5 e 3. E) sempre o valor 7. (ENEM) As informações abaixo foram extraídas do rótulo da água mineral de determinada fonte. Indicadores ácido base são substâncias que em solução aquosa apresentam cores diferentes conforme o pH da solução. O quadro abaixo fornece as cores que alguns indicadores apresentam à temperatura de 25o C Indicador Cores conforme o pH Azul de bromotimol amarelo em pH 6,0; azul em pH 7,6 Vermelho de metila vermelho em pH 4,8; amarelo em pH 6,0 Fenolftaleína incolor em pH 8,2; vermelho em pH 10,0 Alaranjado de metila vermelho em pH 3,2; amarelo em pH 4,4 Suponha que uma pessoa inescrupulosa guardou garrafas vazias dessa água mineral, enchendo-as com água de torneira (pH entre 6,5 e 7,5) para serem vendidas como água mineral. Tal fraude pode ser facilmente comprovada pingando-se na “água mineral fraudada”, à temperatura de 25oC, gotas de A) azul de bromotimol ou fenolftaleína. X B) alaranjado de metila ou fenolftaleína. C) alaranjado de metila ou azul de bromotimol. D) vermelho de metila ou azul de bromotimol. E) vermelho de metila ou alaranjado de metila. ÁGUA MINERAL NATURAL Composição química provável em mg/L Sulfato de estrôncio........... 0,04 Sulfato de cálcio................ 2,29 Sulfato de potássio ........... 2,16 Sulfato de sódio............... 65,71 Carbonato de sódio ........143,68 Bicarbonato de sódio....... 42,20 Cloreto de sódio ............ 4,07 Fluoreto de sódio ............ 1,24 Vanádio .......................... 0,07 Características físico-químicas pH a 25 oC ............................. 10,00 Temperatura da água na fonte ... ..24oC Condutividade elétrica .....4,40x10-4 ohms/cm Resíduo de evaporação a 180 oC .......288,00mg/L CLASSIFICAÇÃO:“ALCALINO-BICARBONATADA, FLUORETADA, VANÁDICA” (ENEM) O suco extraído do repolho roxo pode ser utilizado como indicador do caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) de diferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho e da solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores, segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escala abaixo. Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os seguintes resultados: Material Cor I Amoníaco Verde II Leite de magnésia Azul III Vinagre Vermelho IV Leite de vaca Rosa De acordo com esses resultados, as soluções I, II, III e IV têm, respectivamente, caráter: A) ácido/básico/básico/ácido. B) ácido/básico/ácido/básico. C) básico/ácido/básico/ácido. D) ácido/ácido/básico/básico. E) básico/básico/ácido/ácido. X (ENEM) Utilizando-se o indicador citado em sucos de abacaxi e de limão, pode-se esperar como resultado as cores: A) rosa ou amarelo. B) vermelho ou roxo. C) verde ou vermelho. D) X rosa ou vermelho. E) roxo ou azul. (ENEM) Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido fosfórico, substância prejudicial à fixação de cálcio, o mineral que é o principal componente da matriz dos dentes. A cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do processo de desmineralização dentária, perda de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o principal componente do esmalte do dente é um sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante, pela presença da sacarose, faz decrescer o pH do biofilme (placa bacteriana), provocando a desmineralização do esmalte dentário. Os mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30 minutos para normalizar o nível do pH, remineralizando o dente. A equação química seguinte representa esse processo: Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de A) OH– que reage com os íons Ca2+, deslocando o equilíbrio para a direita. B) H+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a direita. X C) OH–, que reage com os íons Ca2+, deslocando o equilíbrio para a esquerda. D) H+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a esquerda. E) Ca2+, que reage com as hidroxilas OH–, deslocando o equilíbrio para a esquerda. ENEM ENEM - Sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa utilizados com a finalidade de facilitar, durante processos de lavagem, a remoção de substâncias de baixa solubilidade em água, por exemplo, óleos e gorduras. A figura a seguir representa a estrutura de uma molécula de sabão. Em solução, os ânions do sabão podem hidrolisar a água e, desse modo, formar o ácido carboxílico correspondente. Por exemplo, para o estearato de sódio, é estabelecido o seguinte equilíbrio: CH3(CH2)16COO– + H2O CH3(CH2)16COOH + OH– Uma vez que o ácido carboxílico formado é pouco solúvel em água e menos eficiente na remoção de gorduras, o pH do meio deve ser controlado de maneira a evitar que o equilíbrio acima seja deslocado para a direita. Com base nas informações do texto, é correto concluir que os sabões atuam de maneira A) X mais eficiente em pH básico. B) mais eficiente em pH ácido. C) mais eficiente em pH neutro. D) eficiente em qualquer faixa de pH. E) mais eficiente em pH ácido ou neutro. ENERGIA QUÍMICA Apesar de todos nós termos a percepção do que é Energia, é difícil apresentar uma definição precisa. A Energia Química está presente nas ligações químicas. Existem ligações pobres e ricas em energia. A água é um exemplo de molécula com ligações pobres em energia. A glicose é uma substância com ligações ricas em energia. A energia existe na Natureza em diferentes formas e, para ser utilizada, necessita de ser transformada. Energia térmica Manifesta-se sob a forma de calor. Energia nuclear Manifesta-se sob a forma de radioatividade. Energia mecânica Manifesta-se sob a forma de movimento. Energia química Manifesta-se de várias maneiras. A mais conhecida é a dos seres vivos. Energia elétrica Manifesta-se sob a forma de uma corrente de elétrons. Energia radiante Manifesta-se de diversas maneiras. Uma delas é sob a forma de luz. Quais as energias envolvidas nos processos químicos? - A energia térmica resultante da combustão. - A energia elétrica resultante das reações de transferência de elétrons das pilhas. Os sistemas que contêm energia armazenada e a podem transferir para outros sistemas designamse por “fontes de energia” sendo estas subdivididas em Energias Renováveis (inesgotáveis) e Energias Não-Renováveis. FONTES RENOVÁVEIS OU ALTERNATIVAS Hídrica É obtida a partir dos cursos de água e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda de água. Eólica Provém do vento. Tem sido aproveitada desde a antiguidade para navegar ou para fazer funcionar os moinhos. É uma das grandes apostas para a expansão da produção de energia elétrica. Solar Provém da luz do sol, que depois de captada pode ser transformada em energia elétrica ou térmica. Geotérmica Provém do aproveitamento do calor do interior da Terra, permitindo gerar eletricidade e calor. FONTES RENOVÁVEIS OU ALTERNATIVAS Ondas Consiste no movimento ondulatório das massas de água, por efeito do vento. Pode aproveitarse para produção de energia elétrica. Marés É obtida através do movimento de subida e descida do nível da água do mar. Biomassa Trata-se do aproveitamento energético da floresta e dos seus resíduos, bem como dos resíduos da agropecuária, da indústria alimentar ou dos resultantes do tratamento de efluentes domésticos e industriais. A partir da biomassa pode produzir-se biogás e biodiesel. FONTES NÃO RENOVÁVEIS, FÓSSEIS OU CONVENCIONAIS Carvão É um combustível fóssil extraído de explorações mineiras e foi o primeiro a ser utilizado em larga escala, é o que se estima ter maiores reservas (200 anos) e o que acarreta mais impactos ambientais, em termos de poluição e alterações climáticas. Petróleo Constituído por uma mistura de compostos orgânicos, é sobretudo utilizado nos transportes. É uma das maiores fontes de poluição atmosférica e motivo de disputas econômicas e de conflitos armados. Estima-se que as suas reservas se esgotem nos próximos 40 anos. FONTES NÃO RENOVÁVEIS, FÓSSEIS OU CONVENCIONAIS Gás natural Embora menos poluente que o carvão ou o petróleo, também contribui para as alterações climáticas. É utilizado como combustível, tanto na indústria, como em nossas casas. Prevê-se que as suas reservas se esgotem nos próximos 60 anos. Urânio É um elemento químico existente na Terra, constituindo a base do combustível nuclear utilizado na indústria de defesa e civil. Tem um poder calorífico muito superior a qualquer outra fonte de energia fóssil. CICLO DE ENERGIA Antes de se transformar em calor, frio, movimento ou luz, a energia sofre um percurso mais ou menos longo de transformação, durante o qual uma parte é desperdiçada e a outra, que chega ao consumidor, nem sempre é devidamente aproveitada. Etanol Biodiesel RENOVÁVEIS biocombustíveis Biogás Carvão vegetal Bio-óleo Carvão mineral combustíveis fósseis Petróleo Gás natural NÃO-RENOVÁVEIS combustíveis nucleares Urânio Plutônio REAÇÕES DE COMBUSTÃO TOTAL: composto orgânico + O2 +4 CO2 + H2O + ENERGIA PARCIAIS: composto orgânico + O2 +2 CO + H2O + ENERGIA monóxido de carbono composto orgânico + O2 zero C + H2O + ENERGIA negro-de-fumo Recursos Renováveis Principais exemplos de biocombustíveis. Biocombustível Carvão Vegetal Álcool Biogás Biodiesel Bio-óleo Matéria-prima Processos de obtenção Composição química Madeira Pirólise Carbono Açúcares Fermentação anaeróbica Etanol (CH3CH2OH) Todo o tipo de Biomassa Óleos e gorduras Óleos e gorduras Fermentação anaeróbica Hidrocarbonetos leves Esterificação ou Mono-ésteres de transesterificação ácidos graxos Craqueamento ou Mistura de hidrocarbonetos hidrocraqueae compostos mento oxigenados ETANOL O álcool corresponde a um líquido transparente, com cheiro forte e sem cor, cuja característica principal é a capacidade de ser queimado, ou seja, é um líquido inflamável. O etanol é mais conhecido por álcool etílico, e é produzido por fermentação a partir da cana de açúcar. O processo consiste em fermentar a cana de açúcar pela ação de bactérias e fungos. C6H12O6 ces saccharomi 2 CH3– CH2 – OH + 2 CO2 BIODIESEL O Biodiesel é fabricado a partir de fontes renováveis (sementes de girassol, soja, mamona), é um combustível que emite menos poluentes que o diesel e pode ser usado em carros e qualquer outro veículo com motor diesel. É obtido através da transesterificação de óleos e gorduras. ÓLEO OU GORDURA + ÁLCOOL GLICEROL + BIODIESEL O CH 2 CH O O C R O C R CH 2 + 3 CH 3 CH 2 O C óleo ou gordura CH O OH + 3 R C O O CH 2 OH OH R etanol CH 2 CH 2 OH glicerol biodiesel CH 3 . BIOGÁS Biogás é um tipo de mistura gasosa de dióxido de carbono e metano produzida naturalmente em meio anaeróbico pela ação de bactérias em matérias orgânicas, que são fermentadas dentro de determinados limites de temperatura, teor de umidade e acidez. Pode ser produzido artificialmente com o uso de um equipamento chamado biodigestor anaeróbico. (C6H10O5)n + n H2O 3n CO2 + 3n CH4 A matéria-prima usada na produção do biogás é de origem orgânica, são aproveitados materiais como esterco (humano e de animais), palhas, bagaço de vegetais e lixo. CARVÃO VEGETAL O carvão vegetal é produzido a partir da lenha pelo processo de carbonização ou pirólise. Ao contrário do que aconteceu nos países industrializados, no Brasil, o uso industrial do carvão vegetal continua sendo largamente praticado. O Brasil é o maior produtor mundial desse insumo energético. No setor industrial (quase 85% do consumo), o ferro-gusa, aço e ferro-ligas são os principais consumidores do carvão de lenha, que funciona como redutor (coque vegetal) e energético ao mesmo tempo. O setor residencial consome cerca de 9% seguido pelo setor comercial com 1,5%, representado por pizarias, padarias e churrascarias. carvoaria BIO-ÓLEO A obtenção do bio-óleo a partir de óleos vegetais ou gorduras ocorre pelo processo de craqueamento térmico e/ou catalítico. Esse processo consiste na quebra das moléculas do óleo ou da gordura, levando à formação de uma mistura de hidrocarbonetos, semelhantes ao diesel convencional, e de compostos oxigenados. óleo ou gordura óleo ou gordura Recursos Não-renováveis CARVÃO MINERAL Na formação do carvão mineral ocorre, através dos milênios, um enriquecimento no teor de carbono. Dependendo do teor de carbono, resultado do tempo de fossilização, o carvão mineral é subdividido em quatro grupos: turfa, linhito, hulha e antracito. CARVÃO MINERAL - Hulha Destilação seca FRAÇÃO GASOSA – CH4, CO, H2 COMBUSTÍVEL FRAÇÕES LÍQUIDAS: Polar ÁGUAS AMONIACAIS FERTILIZANTES Apolar ALCATRÃO mistura de compostos aromáticos (benzeno, tolueno, xilenos, fenóis,etc) FRAÇÃO SÓLIDA – C coque (puro) AÇO PETRÓLEO O petróleo é uma mistura oleosa, inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e de cor variando entre o negro e o castanho escuro. Embora objeto de muitas discussões no passado, hoje temse como certa a sua origem orgânica, sendo uma combinação de moléculas de carbono e hidrogênio. PETRÓLEO Destilação Fracionada GÁS NATURAL O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves encontrada no subsolo na qual o metano tem uma participação superior a 70 % em volume. A composição do gás natural pode variar bastante dependendo de fatores relativos ao campo em que o gás é produzido, processo de produção, condicionamento, processamento, e transporte. CH4 e C2H6 gasoduto URÂNIO e PLUTÔNIO Energia nuclear consiste no uso controlado das reações nucleares para a obtenção de energia para realizar movimento, calor e geração de eletricidade. A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. Fissão Nuclear é a quebra do núcleo de um átomo instável em dois menores e mais leves A grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme quantidade de energia que pode ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco material usado (o urânio). Os maiores problemas de produção de energia por meio de combustão são: Combustível fóssil não é renovável; O aproveitamento da energia é pequeno (baixa eficiência); Poluição ambiental severa promovendo problemas sérios para a saúde e bens materiais. Poder Calorífico É a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustível, quando este entra em combustão com excesso de ar e gases de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da água. Poder Calorífico (25ºC e 1 atm) em kJ por grama H2 120 Gás Natural 50 GLP (gás de cozinha) 45,6 Gasolina 44,5 Diesel 42,5 Etanol 26,7 Metanol 18,1 Porque é o Hidrogênio considerado o combustível do futuro? O Hidrogênio é considerado um combustível limpo, pois sua combustão produz apenas água e energia. Não havendo quaisquer emissões de partículas, monóxido de carbono, dióxido de carbono (CO2), óxidos de nitrogênio (NOx) e óxidos de enxofre (SOx), que são responsáveis por problemas ambientais tais como chuvas ácidas, problemas respiratórios e pelo aquecimento global do planeta. Um quilo de hidrogênio possui aproximadamente a mesma energia que 3,5 litros de petróleo ou 2,1 quilos de gás natural ou 2,8 quilos de gasolina. Desvantagens no uso do Hidrogênio Obtenção – por eletrólise da água ou a partir de combustíveis fósseis. A eletrólise irá despender maior energia do que aquela que poderemos retirar mediante as células de combustível. Armazenamento - O hidrogênio líquido está a -253ºC, de forma que precisa de muita energia para se liquefazer e manter frio, o que torna o processo bastante caro, e menos eficiente energeticamente. Para termos alguma autonomia, precisamos um depósito de elevadas dimensões, capaz de suportar elevadas pressões e baixas temperaturas. Questões do ENEM 6- (ENEM) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. Destas considerações, somente A variação de temperatura provoca na gasolina uma alteração de volume e sua A) I é correta. massa permanece constante. Quanto maior a temperatura, maior o volume B) II é correta. ocupado. Assim, pode-se concluir: I. Falsa, pois o consumidor estaria comprando menos massa por volume de C) III é correta. combustível. D) I e II são corretas. II. Verdadeira, pois o consumidor estaria comprando mais massa por volume de gasolina. E) X II e III são corretas. III.Verdadeira, pois a massa é uma característica que não depende da temperatura. 7- (ENEM) Para compreender o processo de exploração e o consumo dos recursos petrolíferos, é fundamental conhecer a gênese e o processo de formação do petróleo descritos no texto abaixo. “O petróleo é um combustível fóssil, originado provavelmente de restos de vida aquática acumulados no fundo dos oceanos primitivos e cobertos por sedimentos. O tempo e a pressão do sedimento sobre o material depositado no fundo do mar transformaram esses restos em massas viscosas de coloração negra denominadas jazidas de petróleo.” (Adaptado de TUNDISI. Usos de energia. São Paulo: Atual Editora, 1991) As informações do texto permitem afirmar que: A) o petróleo é um recurso energético renovável a curto prazo, em razão de sua constante formação geológica. B) a exploração de petróleo é realizada apenas em áreas marinhas. C) a extração e o aproveitamento do petróleo são atividades não poluentes dada sua origem natural. D) o petróleo é um recurso energético distribuído homogeneamente, em todas as regiões, independentemente da sua origem. XE) o petróleo é um recurso não renovável a curto prazo, explorado em áreas continentais de origem marinha ou em áreas submarinas. 8- (ENEM) Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densidades desses componentes são dadas na tabela. Um técnico de um órgão de defesa do Substância Densidade (g/L) consumidor inspecionou cinco postos suspeitos Água 1000 de venderem álcool hidratado fora das normas. Álcool 800 Colheu uma amostra do produto em cada posto, mediu a densidade de cada uma, obtendo: Posto Densidade do combustível (g/L) A partir desses dados, o técnico pôde I 822 concluir que estavam com o combustível II 820 adequado somente os postos III 815 A) I e II. IV 808 B) I e III. V 805 C) II e IV. D) III e V. Deve-se calcular a densidade da mistura. E) IV e V. X dálcool.Válcool + dágua.Vágua = dmistura.Vmistura 800 x 0,96 + 1000 x 0,04 = dmistura x 1 dmistura = 768 + 40 = 808 g/L A mistura que tiver densidade maior que 808 g/L será inadequada pois conterá maior teor de água. 9- (ENEM) Nos últimos anos, o gás natural (GNV: gás natural veicular) vem sendo utilizado pela frota de veículos nacional, por ser viável economicamente e menos agressivo do ponto de vista ambiental. O quadro compara algumas características do gás natural e da gasolina em condições ambiente. GNV Gasolina Densidade (kg/m3) Poder Calorífico (kJ/kg) 0,8 738 50.200 46.900 Apesar das vantagens no uso de GNV, sua utilização implica algumas adaptações técnicas, pois, em condições ambiente, o volume de combustível necessário, em relação ao de gasolina, para produzir a mesma energia, seria A) muito maior, o que requer um motor muito mais potente. XB) muito maior, o que requer que ele seja armazenado a alta pressão. C) igual, mas sua potência será muito menor. D) muito menor, o que o torna o veículo menos eficiente. E) muito menor, o que facilita sua dispersão para a atmosfera. Como a densidade do GNV é muito menor do que a da gasolina, para um poder calorífico não muito diferente, o volume de GNV para produzir a mesma energia que a gasolina deve ser muito maior. O GNV, para ser utilizado nessas condições, deve ser armazenado a altas pressões. 10- (ENEM) Do ponto de vista ambiental, uma distinção importante que se faz entre os combustíveis é serem provenientes ou não de fontes renováveis. No caso dos derivados de petróleo e do álcool de cana, essa distinção se caracteriza XA) pela diferença nas escalas de tempo de formação das fontes, período geológico no caso do petróleo e anual no da cana. B) pelo maior ou menor tempo para se reciclar o combustível utilizado, tempo muito maior no caso do álcool. C) pelo maior ou menor tempo para se reciclar o combustível utilizado, tempo muito maior no caso dos derivados do petróleo. D) pelo tempo de combustão de uma mesma quantidade de combustível, tempo muito maior para os derivados do petróleo do que do álcool. E) pelo tempo de produção de combustível, pois o refino do petróleo leva dez vezes mais tempo do que a destilação do fermento de cana. 11- (ENEM) O setor de transporte, que concentra uma grande parcela da demanda de energia no país, continuamente busca alternativas de combustíveis. Investigando alternativas ao óleo diesel, alguns especialistas apontam para o uso do óleo de girassol, menos poluente e de fonte renovável, ainda em fase experimental. Foi constatado que um trator pode rodar, nas mesmas condições, mais tempo com um litro de óleo de girassol, que com um litro de óleo diesel. Essa constatação significaria, portanto, que usando óleo de girassol, A) o consumo por km seria maior do que com óleo diesel. B) as velocidades atingidas seriam maiores do que com óleo diesel. C) o combustível do tanque acabaria em menos tempo do que com óleo diesel. D) a potência desenvolvida, pelo motor, em uma hora, seria menor do que com óleo diesel. XE) a energia liberada por um litro desse combustível seria maior do que por um de óleo diesel. 12- (ENEM) As previsões de que, em poucas décadas, a produção mundial de petróleo possa vir a cair têm gerado preocupação, dado seu caráter estratégico. Por essa razão, em especial no setor de transportes, intensificou-se a busca por alternativas para a substituição do petróleo por combustíveis renováveis. Nesse sentido, além da utilização de álcool, vem se propondo, no Brasil, ainda que de forma experimental, A) a mistura de percentuais de gasolina cada vez maiores no álcool. B) a extração de óleos de madeira para sua conversão em gás natural. XC) o desenvolvimento de tecnologias para a produção de biodiesel. D) a utilização de veículos com motores movidos a gás do carvão mineral. E) a substituição da gasolina e do diesel pelo gás natural. 13- (ENEM) Há estudos que apontam razões econômicas e ambientais para que o gás natural possa vir a tornar-se, ao longo deste século, a principal fonte de energia em lugar do petróleo. Justifica-se essa previsão, entre outros motivos, porque o gás natural A) além de muito abundante na natureza é um combustível renovável. XB) tem novas jazidas sendo exploradas e é menos poluente que o petróleo. C) vem sendo produzido com sucesso a partir do carvão mineral. D) pode ser renovado em escala de tempo muito inferior à do petróleo. E) não produz CO2 em sua queima, impedindo o efeito estufa. Existem reservas desse gás na América do Sul e ele é menos poluente que o petróleo pois não contém enxofre 14- (ENEM) Já são comercializados no Brasil veículos com motores que podem funcionar com o chamado combustível flexível, ou seja, com gasolina ou álcool em qualquer proporção. Uma orientação prática para o abastecimento mais econômico é que o motorista multiplique o preço do litro da gasolina por 0,7 e compare o resultado com o preço do litro de álcool. Se for maior, deve optar pelo álcool. A razão dessa orientação deve-se ao fato de que, em média, se com um certo volume de álcool o veículo roda dez quilômetros, com igual volume de gasolina rodaria cerca de A) 7 km. B) 10 km. 10 km 0,7 C) X 14 km. D) 17 km. x 1 E) 20 km. x 14,28 km 15-(ENEM) Nos últimos meses o preço do petróleo tem alcançado recordes históricos. Por isso a procura de fontes energéticas alternativas se faz necessária. Para os especialistas, uma das mais interessantes é o gás natural, pois ele apresentaria uma série de vantagens em relação a outras opções energéticas. A tabela compara a distribuição das reservas de petróleo e de gás natural no mundo, e a figura, a emissão de monóxido de carbono entre vários tipos de fontes energéticas. A partir da análise da tabela e da figura, são feitas as seguintes afirmativas: I – Enquanto as reservas mundiais de petróleo estão concentradas geograficamente, as reservas mundiais de gás natural são mais distribuídas ao redor do mundo garantindo um mercado competitivo, menos dependente de crises internacionais e políticas. II – A emissão de dióxido de carbono (CO2) para o gás natural é a mais baixa entre os diversos combustíveis analisados, o que é importante, uma vez que esse gás é um dos principais responsáveis pelo agravamento do efeito estufa. Com relação a essas afirmativas pode-se dizer que A) a primeira está incorreta, pois novas reservas de petróleo serão descobertas futuramente. B) a segunda está incorreta, pois o dióxido de carbono (CO2) apresenta pouca importância no agravamento do efeito estufa. C) ambas são análises corretas, mostrando que o gás natural é uma importante alternativa energética. D) ambas não procedem para o Brasil, que já é praticamente autosuficiente em petróleo e não contribui para o agravamento do efeito estufa. E) nenhuma delas mostra vantagem do uso de gás natural sobre o petróleo. X As pressões ambientais pela redução na emissão de gás estufa, somadas ao anseio pela diminuição da dependência do petróleo, fizeram os olhos do mundo se voltarem para os combustíveis renováveis, principalmente para o etanol. Lideres na produção e no consumo do etanol, Brasil e Estados Unidos da América (EUA) produziram, juntos, cerca de 35 bilhões de litros do produto em 2006. Os EUA utilizam o milho como matériaprima para a produção desse álcool, ao passo que o Brasil utiliza a canade-açúcar. O quadro abaixo apresenta alguns índices relativos ao processo de obtenção do álcool nesses dois países 16- (ENEM) Se comparado com o uso do milho como matéria-prima na obtenção do etanol, o uso da cana-de-açúcar é: A) mais eficiente, pois a produtividade do canavial é maior que a do milharal, X superando-a em mais do dobro de litros de álcool produzido por hectare. B) mais eficiente, pois gasta-se menos energia fóssil para se produzir 1 litro de álcool a partir do milho do que para produzi-lo a partir da cana. C) igualmente eficiente, pois, nas duas situações, as diferenças entre o preço de venda do litro do álcool e o custo de sua produção se equiparam. D) menos eficiente, pois o balanço energético para se produzir o etanol a partir da cana é menor que o balanço energético para produzi-lo a partir do milho. E) menos eficiente, pois o custo de produção do litro de álcool a partir da cana é menor que o custo de produção a partir do milho. A cana contém maior teor de glicídios e tem maior rendimento na produção de álcool do que o milho. 17- (ENEM) Considerando-se as informações do texto, é correto afirmar que: A) o cultivo de milho ou de cana-de-açúcar favorece o aumento da biodiversidade. B) o impacto ambiental da produção estadunidense de etanol é o mesmo da produção brasileira. C) X a substituição da gasolina pelo etanol em veículos automotores pode atenuar a tendência atual de aumento do efeito estufa. D) a economia obtida com o uso de etanol como combustível, especialmente nos EUA, vem sendo utilizada para a conservação do meio ambiente. E) a utilização de milho e de cana-de-açúcar para a produção de combustíveis renováveis favorece a preservação das características originais do solo. A quantidade de energia gasta para produzir cana é menor que a quantidade de energia liberada pelo etanol, o que provoca uma diminuição na emissão do CO2. 18- (ENEM) Vários combustíveis alternativos estão sendo procurados para reduzir a demanda por combustíveis fósseis, cuja queima prejudica o meio ambiente devido à produção de dióxido de carbono (massa molar 44 g/mol). Três dos mais promissores combustíveis alternativos são o hidrogênio, o etanol e o metano. A queima de 1 mol de cada um desses combustíveis libera uma determinada quantidade de calor, que estão apresentadas na tabela a seguir. Combustível H2 CH4 C2H5OH Massa molar (g/mol) 2 16 46 Calor liberado na queima (kJ/mol) 270 900 1350 Considere que foram queimadas massas, independentemente, desses três combustíveis, de forma tal que em cada queima foram liberados 5400 kJ. O combustível mais econômico, ou seja, o que teve menor massa consumida, e o combustível mais poluente, que é aquele que produziu a maior massa de dióxido de carbono foram, respectivamente. A) O etanol, que teve apenas 46g de massa consumida, e o metano, que produziu 900g de CO2. B) O hidrogênio, que teve apenas 40g de massa consumida, e o etanol, que produziu 352g de CO2. C) O hidrogênio, que teve apenas 20g de massa consumida, e o metano, que produziu 264g de CO2. D) O etanol, que teve apenas 96g de massa consumida, e o metano que produziu 176g de CO2. E) O hidrogênio, que teve apenas 2g de massa consumida, e o etanol, que produziu 1350g de CO2. X Cálculo para o metano: 16 g Cálculo para o hidrogênio: 2g x x 270kJ 900kJ 5400kJ x 96 g 5400kJ x 40 g Cálculo para o etanol: 46 g 1350kJ x 5400kJ x 184 g Quantidade de CO2 liberado pelo metano: CH 4 16 g 96 g 2O2 CO2 44 g x 2H 2O x 264 g Quantidade de CO2 liberado pelo etanol: C 2 H 5 OH 46 g 184 g 3O2 2CO2 2 x 44 g x 3H 2 O x 352 g 19- (ENEM) Potencializado pela necessidade de reduzir as emissões de gases causadores do efeito estufa, o desenvolvimento de fontes de energia renováveis e limpas dificilmente resultará em um modelo hegemônico. A tendência é que cada país crie uma combinação própria de matrizes, escolhida entre várias categorias de biocombustíveis, a energia solar ou a eólica e, mais tarde, provavelmente o hidrogênio, capaz de lhe garantir eficiência energética e ajudar o mundo a atenuar os efeitos das mudanças climáticas. O hidrogênio, em primeiro momento, poderia ser obtido a partir de hidrocarbonetos ou de carboidratos. Considerando as fontes de hidrogênio citadas, a de menor impacto ambiental seria A) Aquela obtida de hidrocarbonetos, pois possuem maior proporção de hidrogênio por molécula. B) Aquela de carboidratos, por serem estes termodinamicamente mais estáveis que os hidrocarbonetos. C) Aquela de hidrocarbonetos, pois o carvão resultante pode ser utilizado também como fonte de energia. XD) Aquela de carboidratos, uma vez que o carbono resultante pode ser fixado pelos vegetais na próxima safra. E) Aquela de hidrocarbonetos, por estarem ligados a carbonos tetraédricos, ou seja, que apresentam apenas ligações simples. 20- (ENEM) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC (H) do metano, do butano e do octano. Composto Fórmula molecular Massa molar (g/mol) H(kJ/mol) metano CH4 16 – 890 butano C4H10 58 – 2.878 octano C8H18 114 – 5.471 À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é A) gasolina, GLP e gás natural. X B) gás natural, gasolina e GLP. C) gasolina, gás natural e GLP. D) gás natural, GLP e gasolina. E) GLP, gás natural e gasolina. GASOLINA: octano C8H18 + 25 O2 8 CO2 + 9 H2O 2 5471 683,9 8 GLP: butano C4H10 + 13 O2 4 CO2 + 5 H2O 2 2878 719,5 4 Gás Natural: metano CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 890 890 1 21- (ENEM) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, álcoois como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. Álcool Densidade a 25º (g/mL) Calor de combustão (kJ/mol) Metanol (CH3OH) 0,79 – 726,0 Etanol (CH3CH2OH) 0,79 – 1367,0 Dados: massas molares em g/mol C = 12 g/mol; O = 16 g/mol; H = 1 g/mol. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar A) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. B) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. C) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. XD) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. E) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. Pela densidade, calcula-se a massa de 1 L (1000 mL) que é 790 g. Metanol: 1mol 32 g 726kJ 790 g x x 17,92 MJ Etanol: 1mol 46 g 1367kJ 790 g x x 23,48 MJ