Actividade 1 - Pilhas comerciais e Pilhas do Futuro

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As pilhas são fontes de energia eléctrica devido à transferêmcia de electrões que ocorre do redutor para o oxidante, em reacções de oxidação-redução.



external image pilha1.JPGUma pilha é formada por:

1 electrólito - solução condutora que contém iões que reagem com os eléctrodos.

Ponte salina - solução electrolítica que permite a migração de iões entre as soluções onde se encontram mergulhadas os electrodos, quando as reacções de oxidação e de redução ocorrem em recipientes separados.

2 eléctrodos:















  • Positivo - cátodo - ocorre uma reacção de redução;
    - capta electrões


    •Negativo - ânodo - ocorre uma reacção de oxidação
    - liberta electrões



Os eléctrodos estão ligados entre si, exteriormente, por um fio condutor.



1. Que tipos de pilhas existem actualmente no comercio?

Pil ha seca comum (Leclanché): a conhecida pilha seca que é composta de um ânodo de Zn e um cátodo de carbono , envolvido numa pasta de MnO2, NH4Cl, ZnCl2 , C ativado em amido para dar consistencia. Em algumas pilhas os fabricantes dissolvem Hg (mercúrio) no ânodo de zinco para garantir uma ddp mais estável , daí o seu perigo ambiental.

Pilha alcalina /Pilha comum: a pilha alcalina é composta por um ânodo de zinco poroso imerso numa solução (mistura electrolítica) alcalina de hidroxido de potássio ou de hidróxido de sódio, e por um cátodo de dióxido de manganês compactado, envoltos por uma capa de aço ninquelado, além de um separador fieto de papael e de um isolante, o nylon.

Pilha de mercurio: É um tipo de pilha alcalina, em que sua parte negativa (ânodo) é uma almágama de zinco e de mercúrio e a parte positiva (cátodo) é óxido de mercúrio II e a solução electrolítica é o hidróxido de potássio.

Bateria de niquel-cadmio: É a pilha recarregavel que surgiu em primeiro lugar. Têm menor tempo de vida útil e menor capacidade de carga.


Bateria de chumbo: É uma ssociação de pilhas ligadas em série e é constituída de dois eletrodos; um de chumbo esponjoso e o outro de dióxido de chumbo em pó, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico com densidade aproximada de 1,30g/mL dentro de uma malha de liga chumbo-antimônio.

Pilha de combustivel: Baseia-se no processo electroquímico que combina directamente Hirogénio com Oxigénio do ar, a uma temperatura da ordem dos 100ºC, produzindo electricidade e vapor de água.

2. Será que todas as pilhas têm a mesma voltagem?

Nem todas as pilhas tem a mesma voltagem:















Tipo de Pilha
Voltagem
Pilha de Lítio
3V
Bloco de Lítio (2 pilhas em série)
6V
Pilha botão de lítio e manganês
3V
Pilha botão com óxido de prata
1,55V
Pilha alcalina cilindrica
1,5V
Pilha botão alcalina
1,5V
Pilha seca cilindrica
1,5V
Pilha botão zinco-ar
1,4V
Acumulador níquel-cádmio
1,2V
Acumulador Ni-MH
1,2V
Acumulador Li-Íon
3,6V


3. E no futuro, que pilhas utilizaremos?

As pilhas do futuro serão as combustiveis que utilizam combustiveis, como o H2O, CO e CH4, com os quais se processam reacções de combustão.
A combustão é um processo electroquimico que vai ocorrer em recipientes distintos. Num dá-se a oxidação do combustível, no outro a redução do oxigénio. Estas pilhas têm elevado rendimento, comparativamente à queima do combustível, devido às reduzidas perdas de calor para o exterior.





Extração Mineira


A extracção mineira pode ser feita a céu aberto (fig.1 e 2) e no subsolo. Esta actividade é realizada há muitos anos e, com a evolução dos processos de extracção, a segurança e impactes ambientais têm vindo a ser aspectos cada vez mais relevantes.

external image slide15.jpgAs alterações paisagistícas e a poluição sao alguns dos impactes ambientais que este empreendimento da extracção mineira acarretam.
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fig. 2 - extracção mineira a ceu aberto

fig. 1 - extracção mineira na região de Carajás

São muitos os perigos para quem trabalha nas minas, uma vez que os desabamentos sao muito frequentes. Também o facto de as minas, após o seu abandono, serem mal seladas podem originar perigos para as pessoas e animais.

A extracção mineira, tendo em consideração todas as consequências que implica, necessita de um planeamento prévio e bem realizado que nao ponha em risco os trabalhadores e a natureza.




Actividade 2


Por que razao os complexos têm cor? A maior parte dos compostos complexos são formados pelos metais de transição. Esta particularidade é devida ao facto destes possuirem as orbitais d em preenchimento. Uma das propriedades dos compostos complexos é a cor. Estes absorvem selectivamente as radiações da regiao visivel do espectro, transmitindo ou reflectindo as restantes. A absorção selectiva está relacionada com a estrutura dos ligandos e do átomo central, uma vez que a presença do ligando origina a deslocação das orbitais d do metal, que se encontram mais proximas dos ligandos, para niveis energeticos sensivelmente mais elevados, provocando a separação, de modo energético, das orbitais d.

Que papel têm os metais para a vida humana?
Podemos dividir os diversos metais em dois tipos: os metais essenciais e os metais tóxicos. Dentro dos metais essencias, temos, por exemplo, o ferro, o cálcio, o magnésio, o potássio e o sódio. Já do lado dos metais tóxicos podemos salientar o mercúrio, o chumbo e o crómio. Um dos exemplos da importância dos metais para os seres vivos é o Ferro. Este, como já foi referido anteriormente, é essencial, desempenhando um importante papel no transporte do oxigénio para as celulas do organismo. O cálcio exerce, também, um importante papel na formação de massa óssea, entre outros. Por outro lado, alguns metais, tais comoPb, Cr, Hg, podem apresentar um maior risco para o homem e para o meio ambiente devido à sua alta toxicidade.

















Actividade 4


EDTA - Ácido Etilenodiamino Tetra-Acético
Fórmula molecular:
C10H16N2O8
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Fig.1 – composto orgânico, EDTA

O EDTA é um composto orgânico que funciona como um agente quelante (1), originando a formação de complexos muito estáveis com grande parte dos iões metálicos, como por exemplo o magnésio e o cálcio, com valores de pH superiores a 7 e manganês, ferro (II) e ferro (III), zinco, cobalto, cobre (II), chumbo e níquel com valores de pH inferiores a 7.
Este complexo ácido, funciona como ligante hexadentado, isto é, pode ligar-se ao ião metálico através de 6 posições de coordenação, tais como: quatro aniões carboxilato (COO-), após a saída dos 4H+ dos grupos carboxílicos e também através dos dois N (azoto).

O EDTA pode ser utilizado em produtos de limpeza, na alimentação, na detecção de outros metais, tratamentos entre outros.
(1) Agente quelante: composto químico constituído por um ião metálico ligado por ligações covalentes a uma estrutura constituída por átomos de carbono que se ligam em anel de compostos orgânicos.

Hemoglobina
A hemoglobina é uma proteína que transporta o oxigénio no sangue e é constituída por quatro longas cadeias enroladas que incluem o grupo heme.
O heme é um complexo, em que o átomo central é o Fe (II) e tem um número de coordenação 6. Neste grupo heme, o ferro coordena-se com quatro átomos de azoto da porfirina, com um átomo de azoto da proteína e com uma molécula de oxigénio. Na ausência do oxigénio, essa combinação faz-se com a água.
external image heme.giffig. 1 – Representação do grupo heme.

Utilizações dos compostos de coordenação
Os compostos de coordenação tem uma importância elevada, revelada pelas diferentes áreas onde são utilizados:
- Medicina: aplicações terapêuticas anti-cancerígenas;
- Metalurgia: extracção do ouro e prata; purificação do níquel;
- Imagem médica;
- Sistemas luminescentes;
- Tratamento de intoxicações por metais




Actividade 6


Os catalizadores entram em inúmeras reacções que, quer na indústria, e mesmo a nível biológico representam uma grande importância. Abaixo estão alguns exemplos:

Processos Industriais

Produção de Amoníaco : Catalizador ----> Ferro


Processos Biológicos

Digestão: Catalizador ----> Enzimas





Reprodução de DNA : Catalizador ----> Enzimas



Actividade 8

Leis
Expressões
Condições
Boyle - Mariotte
P1/P2 = V2/V1
Temperatura e quantidade quimica
constantes
Charles e Gay - Lussac
V1/V2 = T1/T2
Pressão e quantidade quimica
constantes
Leis de Avogadro
n1/n2 = V1/V2
Pressão e temperatura constantes

n1/n2 = P1/P2
Volume e temperatura constantes
2- Um gás ideal tem características diferentes das verificadas nos gases reais.
a) O modelo de um gás ideal assume que as moléculas são pontuais (não ocupam) e não existem forças intermoleculares.
b) Os gases reais comportam se de modo semelhante a um gás ideal quando a baixas pressões e temperaturas bastante acima do seu ponto de
liquefacção.





Actividade 9

Impacte ambiental da indústria petroquímica

A actividade da indústria petroquímica acarreta consequências graves, com diversas repercussões, das quais podemos destacar:

Poluição a nível do transporte

A poluição das águas do mar é o que mais se verifica, no transporte do petróleo, devido aos derrames resultantes de acidentes de grandes petroleiros, fugas de crude ou de combustível e lavagens ilegais de tanques. Tudo isto provoca as marés negras e afectam os mais diversos ecossistemas, quer marítimos, quer terrestres.


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fig 1. - Impactes ambientais provocados pela produção e uso do petróleo




Poluição a nível do uso do petróleo
Os combustíveis, provenientes do petróleo, quando queimados, emitem para a atmosfera gases como o dióxido de carbono e óxidos de enxofre e azoto. Isto provoca, portanto, poluição atmosférica, nomeadamente chuvas ácidas e o aquecimento global do planeta.


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Combustíveis alternativos
O limite dos recursos naturais, que permitem a extracção de petróleo e outros combustíveis está a levantar problemáticas a nível mundial, devido:
- À elevada dependência mundial aos combustíveis fósseis, particularmente ao petróleo;
- Ao aumento das necessidades energéticas por causa do desenvolvimento das diferentes economias;
- À diminuição drástica das reservas conhecidas;
- À instabilidade política e assimetrias sociais que origina.

Assim, sendo os combustíveis fósseis são recursos não renováveis e, por isso, limitados, é essencial, assim, procurar novas alternativas que reduzam os impactes ambientais da utilização destes combustíveis e que os preservem. De entre os possíveis combustíveis alternativos temos:


Hidrogénio
– obtido da água e utilizado como combustível de motores e veículos através das pilhas de combustíveis;
Vantagens: não há libertação de gases poluentes.
Desvantagens: elevado custo para equipamento.

Etanol/Metanol
– o etanol é obtido a partir da fermentação de hidratos de carbono contido nos vegetais, sendo considerado o combustível com o maior potencial a curto prazo. O metanol é extraído através da catalisação do gás sintético, o qual é filtrado por intermédio de destilação.
Vantagens: Após uma análise mais aprofundada, verificou-se que o metanol produzido a partir de resíduos florestais é o principal candidato à substituição da gasolina. Possui igualmente vantagens a longo prazo, pois consegue funcionar sem sofrer quaisquer modificações.
Desvantagens: O metanol é prejudicial à saúde humana e deve ser manuseado em sistemas totalmente vedados. Requer que o respectivo cultivo e produção utilizem fontes de energia renováveis para que o etanol não seja prejudicial ao ambiente.

Biodiesel
– esteres produzidos a partir dos triglicídeos contidos nos óleos vegetais ou animais e do etanol ou metanol.
Vantagens: O biodiesel já pode ser utilizado nos motores diesel actuais sem que sejam necessárias alterações especiais quando misturado com o gasóleo convencional e pode ser distribuído utilizando as infra-estruturas já existentes.
Desvantagens: É necessário efectuar alguns investimentos, já que o biodiesel possui propriedades de armazenamento mais fracas do que o gasóleo convencional. Além disso, requer a adição de quantidades significativas de energia fóssil.


Biogás – constituído por metano e dióxido de carbono, em percentagens variáveis, obtido a partir de excrementos e resíduos agrícolas. Vantagens: A operação não gera a emissão de dióxido de carbono suplementar e mesmo as emissões de partículas e de óxido de azoto são inferiores aos níveis emitidos por um veículo pesado a gasóleo do mesmo modelo. As emissões de gases de efeito de estufa são muito reduzidas durante toda a cadeia de produção, particularmente se o método de produção utilizado for a gasificação da biomassa. Desvantagens:O biogás requer a realização de modificações substanciais, caras e complicadas nos veículos e investimentos dispendiosos em novas infra-estruturas.



DME – dimetil éter - combustível gasoso que pode ser produzido a partir do gás natural e da biomassa.
Vantagens: Emissões reduzidas de substâncias prejudiciais à saúde e ao ambiente e uma redução dos gases de efeito de estufa, prejudiciais ao clima, em cerca de 100 por cento.
Desvantagens: O DME requer, a curto prazo, investimentos em infra-estruturas semelhantes às já existentes, numa escala menor, para o GPL.


Estes combustíveis podem ser utilizados directamente ou adicionados a gasolinas e gasóleos, diminuindo o consumo de combustíveis fósseis. Do mesmo modo, também as centrais hidroeléctricas, centrais termonucleares, centrais solares – células fotovoltaicas e os aerogeradores são exemplos de equipamentos alternativos à produção de energia a partir dos combustíveis fósseis.


Actividade 10

Códigos de identificação de plásticos







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Propriedades e aplicações dos plásticos


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Identificação de plásticos

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Para determinar o tipo de plástico que temos em mão podemos recorrer a processos físicos ou químicos.

Processos Físicos - Comparação da densidade com a água, álcool isopropílico e óleo de milho.

Processos Químicos - Através da cor da chama de combustão, análise por via seca e reacção com acetona a frio ou a quente.

No final da determinação do tipo de plástico, cada um deles apresente comportamento diferente:

PET ou PTE - Não flutua em água. A chama é amarela alaranjada. Não reage com acetona a frio.

PEAD ou HDPE - Flutua em água. Não flutua em álcool isopropílico.

PVC ou PCV - Não flutua em água. A chama é verde.

PS - Não flutua em água. A chama é amarela. Dissolve-se e dilata em acetona.

PEBD ou LDPE - Flutua em água. Flutua em álcool isopropílico. Não flutua em óleo de milho. A chama é azul.

PP - Flutua em água. Flutua em álcool isopropílico. Flutua em óleo de milho. A chama é amarela.





Actividade 11
História do vidro
Não é conhecido ao certo o período e o povo que descobriu o vidro. Sabe-se, no entanto, que egípcios, sírios, fenícios, assírios, babilónios, gregos e romanos, já realizavam trabalhos com o vidro. Apesar disso, uma grande parte das fontes pesquisadoras atribuem aos fenícios a descoberta acidental do vidro: ao fazerem fogueiras na praia, perceberam que a areia e o calcário (conchas) se combinaram através da acção de altas temperaturas. Há registo da utilização do vidro desde 7000 a.C.
Os marcos mais relevantes de toda a sua história são:
O surgimento dos primeiros objectos em vidro – 3000 a.C. a 2000 a.C. – produzidos, possivelmente, pelos fenícios ou egípcios;
Utilização da técnica de soprar o vidro pelos fenícios – 300 a.C;
Industrialização do fabrico de vidro em Murano – séc. XIII – com um elevado grau de transparência e coloração diversa;
Produção de vidro de janela a partir de vidro soprado – séc. XV
Produção de vidro de janela a partir de lâminas – a partir de 1904;
Obtenção de objectos de vidro a partir de vidro soprado em moldes – início do séc. XX.

Indústria vidreira em Portugal
Foi apenas no século XVIII que se estabeleceu em Portugal a indústria vidreira — na Marinha Grande que ainda hoje existe. Anteriormente, há notícia, desde o século XV da existência de alguns produtores artesanais de vidro. O vidro era obtido através da incineração de produtos naturais com carbonato de sódio (erva-maçaroca). Houve diversos fornos para a produção vidreira em Portugal, mas a passagem de uma produção artesanal, muito limitada, para a produção industrial foi lenta. Uma fábrica existente em Coina veio a ser transferida para a Marinha Grande, em consequência da falta de combustível. A proximidade do Pinha de Leiria teria aconselhado a transferência da antiga Real Fábrica de Coina. Depois, Marquês de Pombal concedeu um subsídio para o reapetrechamento desta fábrica vidreira na Marinha Grande.
Em 1748 estabeleceu-se na Marinha Grande Jonh Beare, dedicando-se ali à indústria vidreira. A abundância de matérias-primas e de carburante aconselhavam o fomento dessa indústria naquela região. A Real Fábrica de Vidros da Marinha Grande desenvolveu-se ao ponto de ser Portugal, a seguir à Inglaterra, o primeiro país a fabricar o cristal.


Características do Vidro
O vidro é uma substância inorgânica, homogénea e amorfa, obtida através do arrefecimento de uma massa no estado de fusão. As principais qualidades do vidro são a transparência e a dureza.
Composição do Vidro
Composição do Vidro


Sílica (SiO2) - 72% - Matéria-prima básica (areia) com função vitrificante.
Alumina (Al2O3) - 0,7% - Aumenta a resistência mecânica.
Sódio (Na2SO4) - 14% - Aumenta a resistência mecânica.
Cálcio (CaO) - 9% - Proporciona estabilidade ao vidro contra ataques de agentes atmosféricos.
Magnésio (MgO) - 4% - Garante resistência ao vidro para suportar mudanças bruscas de temperatura e aumenta a resistência mecânica.
Potássio (K2O) - 0,3%
O vidro distingue-se de outros materiais por várias características: não é poroso nem absorvente, é um óptimo isolador (dieléctrico). Possui baixo índice de dilatação e condutividade térmica e suporta pressões de 5.800 a 10.800 kg por cm2.


Principais Características
- Transparência (permeável a luz)
- Dureza
- Não absorvência
- Óptimo isolante eléctrico
- Baixa condutividade térmica
- A matéria-prima do vidro é um recurso abundante na natureza


Tipos de Vidro
· Vidros de Soda-cal:

Estes são os vidros mais comuns, usados no vidro plano, lâmpadas, recipientes, etc.
A família de soda-cal é a usada no desenvolvimento do processo “float”.


· Vidros de Sílica Fundida ou Quartzo:

Esses incluem o único componente do vidro realmente importante, e é caracterizado por altas temperaturas de fusão, um coeficiente de expansão térmica baixo (e assim resistência ao choque térmico), e alta resistência química. O seu alto ponto de fusão torna-o caro e difícil de produzir como um vidro derretido primário. Os vidros dessa família são aplicados em laboratórios de alta tecnologia.


· Vidros de Borossilicato:

Esses vidros são muito resistentes à corrosão química e têm um coeficiente de expansão térmica baixo, um terço do coeficiente do vidro de soda-cal (ainda que seis vezes o da sílica fundida). Esta família de vidros tem uma enorme gama de usos: utensílios domésticos (Pyrex) e de laboratórios, lâmpadas e ainda é usado em vidros resistentes ao fogo aumentando a resistência ao impacto e baixando o coeficiente de expansão.

· Vidros de Chumbo:

É um vidro com baixas temperaturas de fusão, possui um alto índice de refractividade e densidade. A quantidade de óxido de chumbo pode variar muito (até três vezes), e vidros com alto teor de chumbo (onde o óxido de chumbo compreende até 80% do total) são usados como protectores de radiação.


· Vidros de Silicato de Alumínio:

Enquanto ainda compreende mais de 50% de sílica, o alumínio, contudo, nesses vidros é dez vezes maior do que nos de soda-cal. O óxido de boro também está presente e o vidro resultante tem uma grande durabilidade química.



Reciclagem do vidro
A reciclagem de vidro permite diminuir o volume de resíduos sólidos, os custos de produção e emissão de gases, assim como quantidade de subprodutos.
O vidro reciclado não perde qualidades, podendo ser reciclado continuamente.
Contudo, nem todo o vidro pode ser reciclado, tal como o vidro utilizado em lâminas, janelas, cristal e vidros conjugados com polímeros como é o caso do vidro laminado.



Actividade 12

Biomaterial é uma substância ou uma mistura de substâncias, natural ou artificial, que actua nos sistemas biológicos (tecidos, órgãos) parcial ou totalmente, com o objectivo de substituir, aumentar ou tratar, ou seja, é definido como todo material utilizado para substituir - no todo ou em parte – sistemas biológicos.

Assim, podemos ter biomateriais metálicos, cerâmicos, poliméricos (sintéticos ou naturais), compósitos ou biorecobrimentos. Considerando as especificidades que os biomateriais apresentam, a tendência é que eles sejam considerados, hoje, uma classe especial de materiais.
Estes materiais, utilizados como biomateriais, devem apresentar certos requisitos essenciais como:
- Biocompatibilidade (capacidade do material ter uma resposta apropriada numa aplicação específica, com o mínimo de reacções alérgicas, inflamatórias ou tóxicas, quando em contacto com os tecidos vivos ou fluidos orgânicos);
- Biofuncionalidade (a capacidade de desempenhar apropriadamente a função desejada, dada as suas propriedades mecânicas, físicas, e químicas);
- Bioadesão.
Exemplos de biomateriais: próteses, implantes, lentes de contacto, marcapassos.
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Fig. 1 – Exemplos de biomateriais
Por exemplo, no caso de uma prótese, deve ter propriedades semelhantes às do osso, tais como: módulo de elasticidade, resistência à tracção e à fadiga, processabilidade, resistência à corrosão e preços condizentes com a realidade brasileira.

A evolução dos biomateriais é relativamente recente. No entanto, é possível dividi-la em 3 gerações:
1. primeira geração – implantes ósseos (primeira articulação artificial da anca desenvolvida em 1961);
2. segunda geração – dispositivos bioactivos (iniciou-se nos anos 70);
3. terceira geração – engenharia de tecidos (até à actualidade).
Por exemplo, o preenchimento do recheio do dente comum representa a primeira geração dos biomateriais, mas muitas pessoas também têm implantes mais críticos, inclusive substituições de articulações e implantes cardiovasculares. Embora estes já tenham performance comprovada, uma nova geração de biomateriais está emergindo de várias pesquisas que dure muito mais tempo e seja melhor adaptado à vida prolongada no ambiente corpóreo.
Esta segunda geração de biomateriais e implantes imita os tecidos do corpo e provê a base para procedimentos cirúrgicos substancialmente melhorados e com inovação industrial.