O Nerd da Quimica

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POR QUE A AGUA APAGA O FOGO?

Posted by o nerd da quimica on September 14, 2012 at 8:05 PM Comments comments (3)

Por que a água apaga o fogo?

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Todo mundo já conhece este fato desde que a humanidade surgiu: a água consegue apagar o fogo. Para extinguir um fogo, a solução é simplesmente jogar água que ele já era. Isso é uma coisa tão comum que não nos apercebemos de sua importância, e diante de um fenômeno assim tão comum ninguém ousa questionar este fato. Mas a pergunta é: o que faz com que a água consiga fazer parar o fogo? Qual é o magnífico mecanismo oculto neste fenômeno tão trivial? Só um nerd mesmo pra perguntar isso, não é? Pois bem. Lá vai um outro nerd responder a esta pergunta, explicar cada detalhe...

Pois é. Apesar de tão simples, poucos entendem os princípios por trás desse fenômeno. Muitas teorias (várias das quais esdrúxulas) foram elaboradas neste sentido desde a antiguidade. Para os gregos dos tempos de Aristóteles, a água e o fogo eram "elementos" opostos que se anulavam. Como? Ninguém sabia. Muitos levavam as explicações para o lado místico: diziam ser "coisa dos deuses", um fenômeno sobrenatural e blá blá blá. Até o surgimento da ciência tal como a conhecemos, nenhuma explicação plausível era conhecida para este fato.

Apagar o fogo com água não é um fenômeno assim tão simples: envolve vários princípios químicos importantes, aqueles que muita gente odeia ter de estudar (por que, será?!), tais como o calor específico, o efeito da superfície de contato, reações de óxido-redução, ligações intermoleculares, termoquímica, etc. Algo tão simples e fácil que poderia ser uma pauta interessante e bem prática nas aulas de Química.

Bem, agora vamos parar com toda esta conversa e ir logo aonde interessa.

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Para que uma reação de combustão ocorra, é necessária a presença obrigatória dos componentes acima. Se apenas um deles for removido, a combustão se torna inviável.

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Todos devem saber que a combustão comum só ocorre na presença de oxigênio. E para o processo começar precisa de um pontapé inicial: um pequeno investimento de calor necessário para se alcançar a energia de ativação, que é a energia necessária para se iniciar a reação. A reação de combustão é uma reação de óxido-redução onde o O2 é o agente oxidante e o combustível, seja ele qual for, é o agente redutor. Também é uma reação espontânea e fortemente exotérmica. E o mais importante: o calor gerado na primeira reação é mais que o suficiente para iniciar uma segunda, já que fornece a ela uma parte do calor liberado que a faz atingir a energia de ativação. Como mais e mais calor é liberado, inicia-se uma reação em cadeia auto-sustentada que pode continuar indefinidamente caso haja combustível e oxigênio suficiente. Além disso, quanto maior a superfície de contato, mais intensa será a reação. Por causa disso que os combustíveis gasosos queimam muito mais facilmente que os líquidos, que queimam mais fácil que os sólidos. A água afeta todos estes processos.

A água consegue apagar o fogo pelos seguintes motivos:

1- Inércia à combustão

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A água não sofre reação de combustão.

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A água não pega fogo. Por isso, ao ser jogada sobre uma fogueira, ela não o alimenta. Na verdade ela acaba atrapalhando a queima: ela fica no meio do material combustível ocupando o espaço de modo que as moléculas de O2 e combustível fiquem mais distantes entre si. Com isso o oxigênio do ar "demora mais" para achar o material combustível no meio da água e combinar com ele, diminuindo o rendimento da reação, o que acaba diminuindo a velocidade da combustão. Isso leva aos acontecimentos do item n° 2 abaixo, devido à redução do contato entre o combustível e o comburente.

Por que a água não queima? A resposta é simples: porque ela já é um produto de combustão (ela é gerada na queima do gás hidrogênio e de combustíveis orgânicos, como álcool, hidrocarbonetos, etc). Os hidrogênios do H2O já estão completamente oxidados, enquanto o oxigênio está totalmente reduzido. Neste caso o oxigênio da água teria de ser oxidado do estado -2 (no H2O) para o -1 (no H2O2), o que é um processo extremamente difícil nas condições normais, já que este estado é menos estável. "Oxidar o oxigênio" não soa estranho para você? É algo que vai contra a própria natureza do elemento, que busca sempre ser reduzido para o nox -2. A oxidação da água (formando água oxigenada, H2O2) é um processo altamente endotérmico (portanto não espontâneo) que leva à formação de um produto bem menos estável que tende a reverter aos reagentes iniciais. Todos os oxigênios envolvidos (o da água e os do ar), após reagir, ficariam em um estado "menos confortável" do que o presente antes da reação, pois o nox -1 do oxigênio é termodinamicamente instável. O calor da combustão do combustível não é suficiente para induzir esta reação e uma vez iniciada, ela não se perpetua. Portanto, a queima da água é um processo inviável e totalmente fora de cogitação. Vale o ditado: "quem não ajuda, só atrapalha!"

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2- Diminuição da superfície de contato

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A água ocupa espaço reduzindo o contato entre as moléculas de combustível e O2.

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A água, por ser líquida, acaba se espalhando sobre o material combustível encharcando-o. O combustível sólido geralmente fica recoberto por um filme de água que impede o contato entre ele e o oxigênio do ar. Como a água não queima e recobre o combustível reduzindo enormemente sua superfície de contato, acaba bloqueando o acesso do O2 e, por isso, a reação pode deixar de ocorrer.

No caso de combustíveis líquidos solúveis em água, como o álcool e a acetona por exemplo, a água acaba diluindo o material, o que também dificulta o acesso do oxigênio. Devido à maior distância entre as moléculas do combustível e oxigênio, muito do calor liberado se perde, dificultando a reação em cadeia. Com menos calor liberado, mais difícil é sustentar e manter o fogo. A combustão fica prejudicada e ocorre tão lentamente que pode parar. Isso geralmente ocorre com combustíveis sólidos ou líquidos solúveis, mas não muito com líquidos insolúveis e gases, que permanecem separados da água.

Além disso, o vapor de água liberado acaba ocupando o espaço em volta da chama, diminuindo a concentração relativa de oxigênio no ar do local. Deste modo ele também impede o contato entre comburente e combustível. E há ainda o negócio do calor específico...

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3- Calor específico alto

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A água é uma das substâncias que possui o calor específico mais alto.

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A água tem um elevado calor específico: para evaporar, ela absorve uma quantidade absurda de calor. Isso acontece porque as moléculas de H2O estão bem presas umas às outras por fortes ligações de hidrogênio. Para passarem ao estado gasoso, as moléculas de água precisam se desvencilhar umas das outras rompendo as ligações de hidrogênio, o que requer uma grande quantidade de energia térmica. Este é o principal motivo pelo qual a água extingue o fogo: ela drena todo o calor necessário para perpetuar o processo de combustão. Como a combustão é uma reação em cadeia e parte do calor liberado é necessário para induzir um novo processo, a água absorve todo esse calor e acaba, por isso, "matando" o fogo. Com a água presente, a combustão entra num beco sem saída. Xeque-mate! O fogo já era. E o interessante é que a H2O absorve uma quantidade imensa de calor sem alterar muito sua temperatura, o que acaba sendo uma vantagem a mais para torná-la tão eficiente.

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Para se vaporizar, a água líquida deve romper todas as suas ligações de hidrogênio, o que requer muita energia térmica.

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Só para lembrar: o calor específico da água é igual a 1. Isso significa que 1g de água absorve 1 caloria (1 cal) para elevar sua temperatura em 1°C. Para atingir seu ponto de ebulição (100°C) partindo da temperatura ambiente (cerca de 25°C), a mesma quantidade de H2O precisa absorver 75 cal de energia térmica. 1 litro de água (equivale a 1 quilo) absorve 1000 calorias  para aumentar sua temperatura em apenas um grau! É muita coisa, não é mesmo? Poucas substâncias têm um calor específico tão elevado quanto a água.

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1g de H2O absorve 1 cal por grau.

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Resumindo: a água não é afetada pela combustão, ocupa espaço atrapalhando a aproximação entre oxigênio e combustível reduzindo a superfície de contato entre eles e rouba o calor necessário para se chegar à energia de ativação que mantém vivo o fogo. E tudo isso ao mesmo tempo!

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Exceções

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1)  2)  

3)  4)

Certos fogos, como o da queima do magnésio (1), de metais alcalinos como o sódio (2), do fósforo branco (3) e a combustão do gás acetileno liberado na hidrólise da "pedra de carbureto" (4) não são extinguidos eficientemente pela água.

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Há, contudo, certas reações de combustão que não podem ser apagadas com água: a queima do magnésio e outros metais alcalinoterrosos, dos metais alcalinos, fósforo branco, titânio, zircônio e lantanídeos, além de hidretos metálicos e agentes redutores muito fortes. Nestes casos, o material aquecido reage com a água liberando gás hidrogênio (H2), que é um combustível poderoso. A adição de água, nestes casos, reforça o fogo e pode até mesmo causar uma explosão. Isso porque o calor liberado na reação do material em questão com a água compensa o calor roubado por ela.

O magnésio tem a notável propriedade de queimar até debaixo d'água, pois arranca dela o oxigênio e o gás hidrogênio liberado queima sobre a superfície da água. Por isso não adianta nada tentar apagar o fogo de uma peça de magnésio jogando água sobre ela, pois ela continua queimando intensamente e pode até mesmo causar uma explosão. Uma pedra de carbureto (carbeto de cálcio, CaC2) libera gás acetileno (C2H2) quando reage com a água. Este gás queima violentamente produzindo uma chama brilhante e muita fuligem. Se uma pedra de carbureto em chamas for molhada, ela libera mais gás e queima ainda mais (sei disso por experiência própria!), podendo gerar uma chama muito quente e difícil de ser apagada que pode causar incêndios. Metais alcalinos reagem violentamente com a água mesmo a frio, podendo explodir quando são molhados durante sua queima, espalhando material corrosivo e quente para todos os lados. E o fósforo branco (P4) queima espontaneamente quando em contato com o ar. Se for mergulhado em água ele para de pegar fogo, mas volta a queimar tão logo é retirado da água. Por causa disso é usado em muitas bombas incendiárias. Nestes casos deve-se usar extintores alternativos para extinguir estes fogos, tais como gás carbônico, nitrogênio, argônio, etc, respeitando neste caso o tipo de material incendiado.

Entenderam?

Química é uma coisa incrível, né? Só não entendo porque tanta gente a detesta. E assim vou me despedindo. Espero que vocês tenham gostado deste artigo tão legal e também o aproveitem bem para os trabalhos de escola. E também que vocês aprendam a ver a Química com outros olhos...

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O NERD DA QUÍMICA, Montanha - ES

http//nerdaquimica.webs.com/

O NOSSO PRECIOSO NIOBIO!

Posted by o nerd da quimica on July 5, 2012 at 7:25 PM Comments comments (6)

Veja Também:

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- Pibid e o ensino de Química - Nióbio (Nb)

Nióbio (Nb).doc

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Ver mais sobre o Brasil e o Nióbio AQUIAQUI, AQUI e AQUI.

 

O Nióbio é um elemento químico metálico pertencente ao grupo 5 (família 5B) da Tabela Periódica, essencial na produção de dispositivos eletrônicos, aços especiais e muitos outros produtos. É um elemento raro e tem uma alta demanda mundial.

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Essa pergunta é pra você brasileiro: você conhece o nióbio? Já ouviu alguma vez alguém falar deste elemento químico? Não??? Pois fique sabendo: o nióbio é muito mais comum em nossas vidas do que você imagina. Ele está nos lugares onde você menos espera: no seu celular, nos computadores, em alguns aços especiais, etc. Se você usa piercing, o aço usado em sua fabricação contém nióbio. O elemento é utilizado para inúmeros fins no mundo de hoje: na fabricação de aparelhos eletrônicos e alguns tipos de aços, como os usados em turbinas de aviões, em tubos de produção de petróleo, em aparelhos cirúrgicos, entre outros vários usos. O nióbio dá ao aço características metalúrgicas muito superiores aos aços comuns: aumenta a maleabilidade e ductilidade, a resistência à fadiga, facilita os processos de têmpera e concede aos aços uma extraordinária resistência à corrosão. Países como os EUA, os países europeus e o Japão são completamente dependentes de nióbio para o seu progresso. E agora o tópico onde eu quero chegar: você sabia que o Brasil é o único produtor mundial de nióbio? Sabia que o Brasil é o fornecedor de praticamente 100% de todo o nióbio do mundo? Isso mesmo: TODO o nióbio do mundo é extraído aqui no Brasil. Isso o faz um elemento genuinamente brasileiro. Você deve achar que o Brasil lucra muito com a extração do nióbio, não é mesmo? É aí que você se engana! O governo brasileiro não dá muita importância à extração e venda do nióbio, de modo que o metal produzido aqui é vendido no exterior a um preço muito mais baixo do que deveria ser. Seria a salvação para os problemas financeiros de todo o país, não fosse o total descaso do governo por esse metal tão precioso.

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1)  2)  3)

Nióbio metálico (1 e 2) obtido por redução de seu minério columbita-tantalita (3).

4)  5)  6)

4) O nióbio é empregado principalmente em aços especiais resistentes à corrosão, à tensão mecânica e a altas temperaturas, sendo usado por exemplo nas turbinas de aviões e em dutos nos poços produtores de petróleo, onde a flexibilidade e resistência à corrosão são requeridas. 5) Pentacloreto de nióbio (NbCl5), um composto comum de partida para a química do nióbio na indústria. 6) Estrutura dimérica da molécula do pentacloreto de nióbio.

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Apesar da enorme demanda internacional, o Brasil não definiu um preço na bolsa de valores para a venda do nióbio. Por isso os países desenvolvidos podem comprá-lo do Brasil pelo preço que quiserem. E é claro que eles não querem um produto tão procurado por um preço tão alto. Eles saem ganhando enquanto o Brasil fica no prejuízo. Se o elemento é produzido somente aqui e o mundo todo precisa dele, o Brasil deveria exportá-lo a um preço bem alto, criando um enorme lucro que poderia impulsionar a economia nacional. Porém, o Brasil vende o quilo do Nb refinado a menos de 90 dólares o quilo, enquanto que seu preço deveria ser no mínimo cerca de 200 dólares. Pense numa analogia: é como se uma pessoa vendesse uma barra de ouro por 1 real.

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Uma mina de nióbio na cidade de Araxá-MG. O Brasil é o único produtor mundial de nióbio.

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Coin com um CENER verde escuro e um aro prateado exterior. O aro leituras: Republik Österreich 25 euros. A mostra centere elétrico e um vapor conduzido locomotiva

Moeda de 25 euros da Áustria fabricada em prata e nióbio. A parte verde no centro é devido a uma camada superficial de pentóxido de nióbio (Nb2O5) de espessura definida produzida por anodização, que difunde uma luz de comprimento de onda (cor) apropriado para cada espessura. No caso, a espessura dessa camada é tal que ela difunde uma luz verde-azulada.

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O pior e mais aterrador é que, embora o Brasil produza praticamente 100% de todo o nióbio do mundo, apenas cerca de 46% é comprado de nós. E os outros 54%? Onde vão parar? Ninguém liga e os políticos sequer demonstram interesse nisso. Existe um intenso contrabando de nióbio para fora do país, e muitas pessoas de má fé enriquecem com esse comércio ilegal. Eles são verdadeiros traidores para a nação. E os países que recebem praticamente de graça esse nióbio contrabandeado o vendem a preços bem altos. Eles fazem o que o Brasil deveria fazer, e obtém muitos lucros com isso. É, caro cidadão: o Brasil perde mais da metade de seu nióbio para o contrabando e vende o resto a preço de banana. Países como o Canadá que conseguem o metal por outros meios o vendem a preços elevados e obtêm lucro. Nosso povo está sendo ludibriado. A mídia não informa, o governo não resolve... Enquanto a economia dos países compradores progride, a economia de nós, os produtores, não avança. É normal uma coisa dessas?! Não, é humilhante!

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A situação está alarmante: o Brasil não dá a menor importância a uma coisa extremamente importante para sua economia. Não se trata de um minério qualquer: trata-se de um elemento raro que o mundo todo desejaria ter nas mãos e que só é extraído aqui. Alguns outros países conseguem um pouco de nióbio como subproduto da mineração do tântalo, elemento muito parecido com o nióbio e que costuma ocorrer junto com ele, mas geralmente é um processo caro, pouco viável. Países do mundo todo sonham em ter uma mina de nióbio em seu território, e nós brasileiros tivemos essa sorte, mas não estamos aproveitando nada. Ao invés de vender o produto e arrecadar lucros, o Brasil praticamente entrega de bandeja! Isso é uma séria ameaça à soberania nacional. Pense em todo o ouro que Portugal extraiu do Brasil nos tempos coloniais. A história está se repetindo!

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Chega de descaso. O povo brasileiro sequer tem conhecimento da preciosidade que se esconde em seu solo amado. A mídia não se interessa, o governo não dá jeito e o Brasil continua do jeito que está. Chega de comodismo! Enquanto a mídia fala de futebol, copa do mundo, famosos, sertanejo universitário (nada contra quem gosta; não me levem a mal pelo amor de Deus!)... enfim, enquanto estamos distraídos com coisas supérfluas, os "gringos" de colarinho branco entram aqui e surrupiam o nosso nióbio! O mundo todo progride às nossas custas, enquanto ficamos no prejuízo e não ganhamos nada com isso. E aí? Vamos tomar uma providência ou vamos ficar aqui parados chupando o dedo?! Pense bem nisso. É com você essa decisão, amado cidadão brasileiro.

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Viva a soberania do Brasil! O Nióbio é nosso!!!

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

MOLECULAS IMPARES E RADICAIS LIVRES

Posted by o nerd da quimica on May 4, 2012 at 12:45 PM Comments comments (4)

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Ver Também:

COMO SABER A VALÊNCIA DOS ELEMENTOS?

COMO MONTAR FÓRMULAS QUÍMICAS

LIGAÇÕES QUÍMICAS

COMO SE LIGAM OS ELEMENTOS QUÍMICOS

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Veja algo mais sobre esse assunto  AQUIAQUI e AQUI.

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O composto conhecido como Sal de Frémy é um exemplo de molécula ímpar, em que um dos átomos presentes possui 7 elétrons na camada de valência. Este composto é um dos raros exemplos de radical livre estável. A grande maioria das moléculas assim é extremamente instável e tende a reagir com outros compostos para se estabilizar.

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Quem estuda química, com toda a certeza já ouviu falar na "Regra do Octeto", uma regra que a grande maioria dos elementos segue para se estabilizar quimicamente. Por essa regra, um elemento químico se torna estável ao possuir a última camada semelhante à de um gás nobre, que possuem 8 elétrons, o número máximo de elétrons que uma camada pode ter enquanto última (exceto se for a camada K). 

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A regra do octeto tem exceções: muitos dos compostos de metais de transição não a seguem, alguns elementos como o boro e o berílio formam compostos com menos de 8 elétrons na camada de valência, outros elementos, como o enxofre, o fósforo, e o gás xenônio em alguns compostos apresentam mais de 8 elétrons na camada de valência. Certos íons, tais como o Hg2, o Tl , o Pb e o Bi são estáveis, apesar de terem a camada de valência incompleta com 2 elétrons que não foram perdidos, por causa do chamado "Efeito par inerte" (veja sobre isso AQUI) uma anomalia causada por efeitos relativísticos que afeta átomos pesados do bloco p. Outro caso de violação a essa regra, que vai ser o foco deste artigo, é o caso das moléculas ímpares, também chamadas radicais livres, as quais pelo menos um dos átomos participantes possui um número ímpar de elétrons na camada de valência. Essas moléculas possuem elétrons desemparelhados e, portanto, são paramagnéticas. A grande maioria é muito instável e reativa e existe por um curto período de tempo, tendendo a dimerizar para emparelhar os elétrons.

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A grande maioria dos radicais livres é instável, sendo encontrados principalmente como intermediários de vida muito curta em algumas reações químicas, como em reações de combustão e polimerização. Esses radicais não podem ser isolados e geralmente se dimerizam para se estabilizar, pois assim emparelham os elétrons e conseguem adquirir a quantidade de elétrons que falta para completam o octeto. Isso explica porque muitos radicais livres produzidos no organismo são prejudiciais: na ânsia por se estabilizar, eles roubam elétrons de moléculas importantes no interior das células, como proteínas, ácidos nucleicos ou estruturas celulares causando rupturas nas ligações químicas ou alterações em alguns grupos funcionais, além de retirar elétrons de outras moléculas e assim gerar outros radicais livres. Ao reagir com o DNA eles podem destruir parte de sua molécula, quebrar ligações, adicionar grupos estranhos, formar ligações cruzadas indesejáveis ou provocar oxidação em alguns componentes, provocando mutações genéticas que podem em alguns casos provocar a morte da célula ou causar alterações que levam ao câncer.

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A vitamina E (alfa tocoferol) é um composto essencial devido à sua ação antioxidante no organismo, sendo um importante eliminador de radicais livres. Sua molécula é um "alvo fácil" para o ataque de radicais livres, que arrancam elétrons dela para se estabilizar. Com isso eles passam a não ser mais danosos às estruturas celulares. Ao ceder um elétron para estabilizar o radical, a vitamina E torna-se ela mesma um radical livre, porém relativamente estável e não agressivo às estruturas celulares. Desta forma ela bloqueia o efeito destrutivo dos radicais livres ao se "sacrificar". O radical livre tocoferil é facilmente reduzido pelas enzimas, sem causar danos ao organismo. Outras vitaminas (como a vitamina C na figura) e compostos antioxidantes se comportam mais ou menos da mesma maneira.

 

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Radicais hidroxila causando alterações em componentes do DNA. Estas alterações podem causar erros na transmissão da informação genética, que podem levar ao câncer (Veja também este link) .

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Entretanto, há alguns radicais livres que persistem por um tempo considerável e alguns podem ser considerados estáveis. Como exemplos podemos citar alguns óxidos de nitrogênio (NO e NO2), o dióxido de cloro (ClO2), o trifenilmetil , o DPPH, o tempol, o íon superóxido (O2), o íon dioxigenil (O2), o íon ozonídeo (O3), etc. 


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1  2

O Tempol (1) é um reagente analítico usado como antioxidante e catalisador. É um raro exemplo de radical livre muito estável. O elétron desemparelhado pertence simultaneamente aos átomos de N e O e está envolvido numa ligação de 3 elétrons, uma ligação química pouco comum (mais adiante explicaremos sobre ela). (2) O N-difenil-N'-picril-hidrazila (DPPH) é um reagente analítico usado para detectar radicais livres e medir a eficiência dos antioxidantes, sendo também ele próprio um radical livre muito estável. O elétron desemparelhado se encontra deslocalizado num híbrido de ressonância.

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Este tópico é particularmente importante, pois muitos estudantes aprendem sobre a regra do octeto e alguns mais atentos percebem que compostos como o NO2 não completam o octeto, mas ainda assim são estáveis. Como isso é possível? E o pior: é muito difícil achar a explicação nos livros, porque isso não é estudado no 2° Grau. Deste ponto em diante explicaremos o porquê de sua estabilidade.

Iremos estudar agora alguns radicais livres estáveis e suas estruturas de ligação:

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--> ÓXIDO NÍTRICO (NO)

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Frasco contendo óxido nítrico. O NO é um gás incolor que reage com o oxigênio do ar formando NO2 de cor castanha.

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O óxido nítrico ou monóxido de nitrogênio é um gás incolor, considerado um óxido neutro pois não reage com a água para formar nem ácidos nem bases (mas pode ser oxidado pelo ar a NO2 que é um óxido ácido). Ele pode ser formado na reação entre nitrogênio e oxigênio a temperaturas muito elevadas:

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N2 + O2 --> 2NO

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Também se forma na reação entre metais nobres e ácido nítrico concentrado:

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3Cu + 8HNO3 --> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

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O NO se forma na atmosfera durante os raios, devido ao grande aquecimento do ar. Ele é considerado um poluente atmosférico, além de contribuir com a destruição da camada de ozônio. Por ser um radical livre, ele possui um elétron desemparelhado e é paramagnético.

A estrutura da molécula de NO intrigou os cientistas por muito tempo. O elétron desemparelhado não pertence a um átomo em particular, embora ele seja costumeiramente atribuído ao nitrogênio na teoria clássica das ligações.

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Estruturas atribuídas ao NO pela teoria clássica das ligações. Estas estruturas não explicam satisfatoriamente o comportamento químico do óxido nítrico observado experimentalmente.

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O elétron desemparelhado pertence simultaneamente aos 2 átomos da molécula. Isso não pode ser explicado pela teoria clássica das ligações. Logicamente esse elétron está envolvido nas ligações e não sozinho num orbital. Analisando a estrutura das ligações, os cientistas descobriram que ela é intermediária entre uma ligação dupla (ordem de ligação 2) e uma ligação tripla (ordem de ligação 3). A ordem de ligação na molécula de NO é de 2,5 (dois e meio).

Só há uma estrutura possível que explica esta ordem de ligação "quebrada" e ao mesmo tempo o elétron desemparelhado "sem dono": a molécula de NO contém 2 ligações covalentes normais e uma ligação de 3 elétrons, ou seja, uma ligação covalente em que 3 elétrons são compartilhados entre os átomos, ao invés de 2 como nas ligações comuns. Uma ligação de 3 elétrons tem ordem de ligação de 0,5, ou seja, vale por uma "meia ligação". A estrutura do NO segundo a teoria dos orbitais moleculares fica sendo assim:

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A ligação de 3 elétrons viola o Princípio de Exclusão de Pauli, segundo o qual um orbital só pode comportar no máximo 2 elétrons, mas é possível pela Teoria dos Orbitais Moleculares. Embora o elétron esteja desemparelhado, ele não está sozinho, de modo que a molécula se comporta como se estivesse com o octeto "mais ou menos completo".Por causa disso, radicais desse tipo são mais estáveis que radicais como o metil (*CH3), o cloro atômico (*Cl) e o hidroxila (*OH), em que o elétron está realmente sem um companheiro.

Ligações de 1 elétron com ordem de ligação 0,5 também são conhecidas e ocorre, por exemplo, na espécie transiente H2(+) e Li2(+), formada em tubos de descarga de gases a baixa pressão.

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--> DIÓXIDO DE NITROGÊNIO (NO2)

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NO2 formado pela oxidação do NO liberado na reação entre um metal e ácido nítrico concentrado.

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O dióxido de nitrogênio é um gás de cor castanha muito tóxico e corrosivo que se comporta como um óxido ácido, formando dois ácidos distintos por dismutação ao reagir com a água: o ácido nitroso (HNO2) e o ácido nítrico (HNO3). Ele se encontra em equilíbrio químico com seu dímero, o tetróxido de dinitrogênio (N2O4), demonstrando alguma tendência de emparelhar seus elétrons. É um gás paramagnético, muito solúvel em água, sendo um radical livre bastante estável.

O NO2 possui em sua estrutura um elétron desemparelhado que, assim como o NO, não pertence a um átomo em particular. Esse elétron também está envolvido em uma ligação de 3 elétrons que se encontra deslocalizada em um híbrido de ressonância.

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Estrutura do NO2 (híbrido de ressonância) de acordo com a Teoria Clássica das Ligações.

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Estrutura do NO2 (híbrido de ressonância) consistente com a Teoria dos Orbitais Moleculares.

--> DIÓXIDO DE CLORO (ClO2):

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ClO2 em solução.

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O dióxido de cloro é um gás amarelo paramagnético muito oxidante e explosivo, formado sobretudo pela reação de uma solução de clorato com um ácido forte, tal como o sulfúrico. É um óxido ácido, que reage com H2O formando 2 ácidos distintos, o ácido cloroso (HClO2) e o ácido clórico (HClO3), sofrendo dismutação do nox +4 para +3 no HClO2 e +5 no HClO3. O ClO2 não pode se dimerizar como o NO2 e é muito reativo, se comportando realmente como um radical livre, porém é estável e pode ser isolado.

A estrutura do dióxido de cloro segundo a Teoria dos Orbitais Moleculares também contém uma ligação de 3 elétrons, já que a diferença de eletronegatividade entre o Cl e o O é de 0,5. Esta ligação está deslocalizada num híbrido de ressonância.

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Além de ser um radical livre, o ClO2 é também uma molécula hipervalente, pois comporta mais de 8 elétrons na camada de valência. Os híbridos de ressonância da molécula não são mostrados na imagem.

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Estudos comprovam que ligações de 3 elétrons nunca se formam se a diferença de eletronegatividade entre os elementos for maior que 0,5. Elas só se formam entre átomos de elementos de eletronegatividade muito próxima, tais como nitrogênio ou cloro (eletronegatividade = 3,0) e oxigênio (eletronegatividade = 3,5), nitrogênio e enxofre (eletronegatividade = 2,5), etc. Isso explica porque certas espécies radicalares como o NO e o íon-radical O2 são estáveis, enquanto a espécie química *CO não é. No primeiro caso a diferença de eletronegatividade é de 0,5, no segundo é de zero e no terceiro caso é de 1,0 (eletronegatividade do C = 2,5). Como a diferença é maior que o limite máximo, não se formam ligações de 3 elétrons e o ânion radical *CO não é estável, embora todas as três espécies em questão sejam isoeletrônicas.

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--> ÍON DIOXIGENIL (O2(+))

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Hexafluoroplatinato de dioxigenil (O2PtF6).

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O íon dioxigenil é um cátion incomum formado quando o O2 reage com um agente oxidante extremamente poderoso, tal como o hexafluoreto de platina (PtF6) ou uma mistura de gás flúor (F2) com pentafluoreto de ouro (AuF5). Este íon nada mais é do que uma molécula de oxigênio que perdeu um elétron. É um radical livre relativamente estável, porém um agente oxidante poderosíssimo, muito raro e difícil de ser isolado. O íon oxida quase tudo o que encontra pela frente e só ocorre na forma de alguns compostos restritos.

O dioxigenil é isoeletrônico ao NO e possui uma estrutura semelhante. Este composto da foto acima foi fundamental para a descoberta do primeiro composto de gás nobre, uma vez que a energia de ionização do O2 molecular é próxima à do gás xenônio (veja mais sobre isso AQUI ) .

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--> ÍON SUPERÓXIDO (O2(-))

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Superóxido de potássio (composto amarelado) e estrutura do íon superóxido.

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O íon radical superóxido (O2, às vezes escrito O4) é um ânion radical conhecido por ser um dos famosos radicais livres danosos que se formam nas células durante a redução ineficiente do oxigênio. É simplesmente uma molécula de oxigênio que ganhou um elétron. É importante na "reciclagem" do ar em naves espaciais e submarinos por meio da formação de oxigênio a partir do gás carbônico do ar respirado, quando na forma de superóxido de potássio (KO2). O íon superóxido no estado sólido se dimeriza formando o íon O4. Sua estrutura contém uma ligação comum e uma ligação de 3 elétrons, e a ordem de ligação é de 1,5.

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--> GÁS OXIGÊNIO (O2)

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A glass bottle half-filled with a bluish bubbling liquid

Oxigênio liquefeito. Note que no estado líquido (e também no sólido) o O2 apresenta uma cor azul pálida. As bolhas são de O2 gasoso, já que o líquido se encontra na temperatura de ebulição (-183°C).

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Por incrível que pareça, o gás oxigênio também é um radical livre! Bem, pelo menos no estado fundamental. Embora as ligações entre os oxigênios sejam corriqueiramente escritas como uma ligação dupla ( O = O), essa estrutura não condiz com a realidade (para fins didáticos, pode-se representar a ligação no O2 como ligação dupla mesmo). A molécula de O2 no estado fundamental é fortemente paramagnética, ou seja, possui elétrons desemparelhados. Estudos confirmam que a molécula de O2 tem 2 elétrons desemparelhados. Isso intrigou os cientistas por muito tempo, pois é o caso único em substâncias simples moleculares. Nenhuma molécula diatômica de substância simples tem um momento magnético tão intenso. Podemos pensar na molécula de O2 como um di-radical, do modo representado na imagem abaixo:

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Entretanto, esta fórmula é incorreta, pois a estrutura seria muito instável. A distância entre os oxigênios é curta demais para que o vínculo entre eles seja uma ligação simples e cada elétron desemparelhado pertence simultaneamente aos 2 átomos envolvidos. A distância entre os oxigênios é compatível com o comprimento de uma ligação dupla e a ordem de ligação é de fato 2. Mas e os elétrons desemparelhados? Se os oxigênios formarem uma ligação dupla os elétrons teriam que se emparelhar. Como isso fica então?

 A ligação entre os oxigênios tem ordem de ligação 2, mas não é uma ligação dupla verdadeira. A única explicação lógica é que as ligações são compostas de uma ligação normal (ordem de ligação 1) e 2 ligações de 3 elétrons (cada uma vale por meia ligação) dando uma ordem de ligação 2.

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Estrutura verdadeira da molécula de O2.

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Mas porque o oxigênio simplesmente não forma uma ligação dupla? Bem, isso é possível, mas energeticamente desfavorável. Os 2 elétrons desemparelhados não podem constituir uma ligação, pois eles têm o mesmo spin, ou seja, eles giram para o mesmo lado. Dois elétrons com spin igual não podem ocupar o mesmo orbital. Para que a ligação se forme, é necessário fornecer uma certa quantidade de energia suficiente para inverter o spin de um dos elétrons, para que ele possa se emparelhar com o outro e formar a ligação. Mas no caso do oxigênio, é necessário uma grande quantidade de energia para formar a segunda ligação, que faz com que a molécula atinja o estado excitado, que contém uma grande quantidade de energia armazenada nas ligações. O estado excitado é metaestável e sempre tende a retornar ao estado fundamental após algum tempo. Logo, é inviável para o O2 formar uma ligação dupla, de modo que ele se vê forçado a se "conformar" com a estrutura da última imagem. O oxigênio nesse estado é chamado de oxigênio triplete (³O2). Vale lembrar que o átomo de oxigênio tem dificuldades em formar ligação dupla com outro átomo de O, mas forma facilmente ligações duplas normais com outros elementos.

 

 

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Quando derramado entre os polos de um ímã, oxigênio líquido é atraído e fica preso a eles. Isso se deve ao seu forte paramagnetismo (devido à presença de 2 elétrons desemparelhados com o mesmo spin), que não pode ser explicado pela teoria clássica das ligações.

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Quando o oxigênio tem energia suficiente para passar ao estado excitado e emparelhar os elétrons, ele é chamado oxigênio singlete (¹O2). O oxigênio singlete é diamagnético e contém de fato uma ligação dupla. Logo, ele não é um radical. Porém ele é metaestável e tende a perder energia (geralmente na forma de luz) e retornar ao estado triplete algum tempo depois. O oxigênio singlete é especialmente reativo, muito mais reativo que o ³O2, por conter muito mais energia armazenada nas ligações e se encontrar no mesmo estado quântico que a maioria das outras moléculas, que também são singletes. Moléculas com o mesmo estado tendem a reagir mais facilmente entre si que com moléculas de estado diferente. Isso explica porque o gás oxigênio (triplete), embora seja um oxidante forte, reage mais lentamente que o esperado. O ¹O2 é considerado uma espécie reativa de oxigênio e quando formado no interior do organismo é altamente danoso às estruturas celulares, mas pode ser usado juntamente com outras espécies reativas de oxigênio pelos leucócitos no processo de defesa do organismo contra agentes patogênicos. ¹O2 é um excelente germicida. 

O oxigênio singlete pode ser produzido diretamente a partir da reação entre água oxigenada (H2O2) e hipoclorito de sódio (NaClO) ou por meio de transferência de energia de um corante como porfirinas (como a clorofila) e o azul de metileno excitados para o oxigênio triplete. Ele pode ser produzido também na decomposição do trioxidano (H2O3) catalisada pela água. 

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H2O2 + NaClO --> NaCl + ¹O2 + H2O

<H2O3> + H2O --> ¹O2 + 2H2O

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Ao decair ao estado fundamental sem reagir com outras substâncias, o oxigênio singlete emite energia na forma de luz vermelha. Aqui ele emite luz após ser formado na reação entre hipoclorito de sódio e água oxigenada.

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ALÓTROPOS EXÓTICOS DO OXIGÊNIO

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Muito recentemente, outros dois alótropos do oxigênio foram descobertos além do ozônio (O3): o tetra-oxigênio ou oxozônio (O4) e o octa-oxigênio (O8), um sólido vermelho. Ambas as formas alotrópicas são metaestáveis e não podem ser obtidas nas CNTP. O oxozônio (esse nome ainda não é oficializado) ocorre em algumas condições misturado ao oxigênio líquido a temperaturas abaixo de -183°C e sua estrutura ainda não foi totalmente compreendida. O4 nunca foi isolado, mas os cientistas já trabalham para conseguir caracterizar o alótropo. Aparentemente ele também é paramagnético.

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O octa-oxigênio, oxigênio épsilon ou oxigênio vermelho (O8) é um sólido vermelho profundo obtido pela compressão do O2 à temperatura ambiente a uma pressão de 10 GPa (gigapascals), milhões de vezes maior que a pressão atmosférica. Apresenta uma estrutura cristalina monoclínica e também é paramagnético. A estrutura do O8 é inédita: tem um formato de paralelepípedo em que cada átomo de O tem três vizinhos, um mais próximo e os outros dois mais distantes (ver aqui). Ninguém previu esta estrutura, que foi descoberta ao acaso. A estrutura de cubo distorcido é bem diferente da estrutura de anel do enxofre molecular (S8) (veja aqui), o homólogo teoricamente mais próximo, mas semelhante à do alótropo hipotético do nitrogênio N8 (octa-nitrogênio), que teria uma estrutura cúbica regular (veja esta imagem). Cada átomo de oxigênio se liga a outros três e a estrutura contém elétrons desemparelhados. Provavelmente as ligações entre os átomos mais próximos é uma ligação simples normal e as ligações entre os átomos mais distantes são ligações de 3 elétrons.

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Estrutura do octa-oxigênio (oxigênio vermelho) e configuração provável de suas ligações.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

LIGACAO DE HIDROGENIO

Posted by o nerd da quimica on March 30, 2012 at 2:20 PM Comments comments (3)

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O íon bifluoreto (HF2(-)) é um sistema formado por uma molécula de ácido fluorídrico (HF) mais um íon fluoreto (F(-)), contendo uma ligação covalente (representada por um traço) e uma ligação de hidrogênio muito forte (representada por "::::") que formam um híbrido de ressonância entre si. Esta é a ligação de hidrogênio mais forte conhecida, quase tão forte quanto uma ligação covalente normal, de modo que o átomo de hidrogênio fica exatamente a meio caminho entre os átomos de flúor.

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A ocorrência de ligações de hidrogênio é responsável pela formação do complexo não-covalente estável cianurato de melamina.

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Muitos estudantes de Química questionam sobre o tema das Ligações de Hidrogênio. Alguns não compreendem porque ela ocorre nem no que consiste. Outros ficam perplexos, ao confundí-la com uma ligação química comum ("mas como ela acontece, se o H pode fazer só uma ligação?") Na verdade, há uma explicação para este tipo de ligação, que intriga muitos estudantes. 

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A ocorrência de ligações de hidrogênio é responsável pela extrema resistência da poliamida conhecida como Kevlar, um composto 7 vezes mais resistente que o aço muito usado em coletes à prova de balas. 

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A Ligação de Hidrogênio é um tipo de interação intermolecular (entre moléculas) particularmente intensa, que ocorre quando, em um determinado composto, temos um átomo de hidrogênio ligado a um átomo de um elemento pequeno e muito eletronegativo, tal como o nitrogênio (N), o oxigênio (O) e o flúor (F). Ela é responsável pelos pontos de fusão e ebulição anormalmente altos de compostos como a amônia (NH3), água (H2O) e ácido fluorídrico (HF) em comparação com compostos análogos dos outros elementos de seus respectivos grupos. Por causa dela a água é líquida à temperatura ambiente, e todas as suas propriedades, muitas das quais anômalas quando comparadas a outros líquidos, estão intimamente ligadas à ocorrência dessas interações. Esta interação é única do hidrogênio e ocorre devido a algumas propriedades particulares desse elemento.

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Os pontos de fusão e ebulição de hidretos dos elementos do bloco p da tabela periódica aumentam com o aumento de sua massa molecular. Entretanto, os compostos dos primeiros membros das famílias 5A, 6A e 7A não seguem esta tendência: embora tenham as menores massas moleculares, possuem pontos de fusão e ebulição mais altos que os outros hidretos dos outros membros de cada família. A explicação para essa aparente anomalia está na ocorrência das ligações de H: só os membros mais leves dessas famílias (átomos pequenos e muito eletronegativos) a formam, de modo que as interações entre as moléculas são mais fortes e por isso seus hidretos possuem PF e PE mais elevados. Note que o metano (CH4) segue a tendência natural prevista, uma vez que o carbono não forma ligações de hidrogênio.

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Dímeros de ácidos carboxílicos ocorrem no estado gasoso.

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--> POR QUE ELA OCORRE:

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O átomo de hidrogênio é o único átomo participante de compostos que só possui uma única camada de elétrons (a camada K) que é ao mesmo tempo a primeira e última e possui um único elétron. A camada K se completa com 2 elétrons, de modo que, para atingir a estabilidade química, o H precisa ganhar ou compartilhar 1 elétron de outro átomo. Ao se ligar a um elemento muito eletronegativo, tal como o N, o O e o F, seu único elétron fica tão afastado na direção do átomo eletronegativo que o próton que compõe seu núcleo fica praticamente nu. Deste modo, a forte carga positiva do próton de seu núcleo fica muito exposta e acaba interagindo com a eletrosfera dos átomos vizinhos, de forma parecida com uma ligação iônica Isso acontece porque o hidrogênio, diferentemente dos outros átomos, não possui outras camadas de elétrons entre a camada de valência e o núcleo atômico para "amortecer" a carga positiva do núcleo. Isso gera um enorme efeito polarizante nesse hidrogênio.

Para reduzir a tensão gerada, o átomo de H envolvido em ligações com N, O ou F interage fortemente com a eletrosfera de átomos vizinhos (mas sem se ligar covalentemente a eles), de modo a "cobrir" parcialmente o próton quase exposto de seu núcleo. Esse efeito é ainda mais pronunciado se o átomo com o qual o hidrogênio interage for um átomo pequeno e muito eletronegativo, pois num átomo pequeno esses elétrons estão mais localizados, se encontram confinados em uma camada menos volumosa e por isso interagem mais facilmente. Se o átomo for muito grande, os elétrons de valência estão mais "espalhados" pela volumosa camada de valência desse átomo, dificultando a interação. É por isso que o átomo de cloro, embora seja tão eletronegativo quanto o nitrogênio, não forma ligações de hidrogênio.

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Consequentemente, haverá uma interação eletrostática entre o átomo de H com forte carga parcial positiva com os elétrons não-ligantes do outro átomo participante. A ligação de hidrogênio pode ser considerada um caso particularmente intenso de interação dipolo-dipolo permanente. Devido ao pequeno tamanho, o átomo de H se aproxima bastante do outro átomo, o que, combinado com a forte atração entre o próton do H e os elétrons do outro átomo, faz com que esta seja a interação mais forte entre as moléculas.

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(Fonte: Ligação de Hidrogênio-Wikipédia (parte que eu mesmo adicionei na edição)). 

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A ocorrência de ligações de hidrogênio intramoleculares é responsável pela insolubilidade da bilirrubina em água, embora compostos análogos sejam relativamente solúveis. Isto ocorre porque há uma interação entre os grupos carboxila e amina, que "esconde" os grupos polares do contato com a água, fazendo com que a parte apolar (anéis e ramificações) fique exposta. Como a parte polar da molécula (que interage com H2O) não está acessível, a água não pode interagir e a molécula passa a ser insolúvel.

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A ocorrência de ligações de hidrogênio é responsável por estabilizar as estruturas secundárias (ou terciárias e quartenárias) de algumas proteínas. Elas são responsáveis pelo aspecto fibroso e pela resistência da fibroína (foto), a proteína que constitui a seda e a teia de aranha.

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Este tipo de interação molecular é de fundamental importância para a vida, uma vez que diversos compostos bioquímicos importantes, como as proteínas, a celulose (veja esta imagem) e ácidos nucléicos, possuem suas estruturas estabilizadas por pontes de H. Se a água, por exemplo, não apresentasse ligações de hidrogênio, seu ponto de ebulição seria de cerca de -100ºC, ou seja, 200 graus abaixo de seu ponto de ebulição verdadeiro de +100ºC.

Consequentemente, a vida a qual conhecemos não seria possível na Terra. Estas interações mantém as cadeias de DNA unidas, mantêm a água no estado líquido e a tornam um solvente tão poderoso e estão relacionadas também com o elevado calor específico  da água, que faz dela um excelente regulador térmico, importante na manutenção da temperatura do nosso corpo e até mesmo a de todo o planeta. Se não fosse pela água dos oceanos e do ar, a Terra seria um mundo estéril no qual durante o dia seria extremamente quente e durante a noite apresentaria temperaturas congelantes. Que diferença faz as ligações de hidrogênio!

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As ligações de hidrogênio são responsáveis pelo emparelhamento correto das bases do DNA, uma propriedade fundamental para a hereditariedade e também para estabilização da estrutura de dupla hélice do DNA.

 

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

ENFIM, O UNUNSEPTIO.

Posted by o nerd da quimica on March 22, 2012 at 11:00 AM Comments comments (2)

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Ver também:

DOIS NOVOS ELEMENTOS ACABAM DE SER BATIZADOS

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Tabela Periódica da Wikipédia, destacando a posição do elemento 117, o Ununséptio. Repare que a quadrícula correspondente ao elemento está em branco e seu símbolo e número atômico se encontram entre parênteses: até a data, este elemento não havia sido descoberto ainda.

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Repare também a quadrícula vazia neste exemplo.

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Até abril de 2010, o elemento 117, o Ununséptio (Uus), era um elemento teórico que ainda não havia sido descoberto. Figurava informalmente entre os elementos artificiais em algumas tabelas, porém seu quadrado estava vazio ou em branco, com o símbolo do elemento entre parênteses. Ele estava lá só para fechar o buraco, pois ainda não havia sido descoberto. Mas recentemente ele foi enfim produzido, mas falta ainda ser reconhecido e batizado com seu nome definitivo pela IUPAC.

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Átomo de ununséptio.

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Este será o primeiro não-metal do período 7, provavelmente com algumas características similares às do astatínio, o elemento situado logo acima. Entretanto, o próprio astatínio é quimicamente pouco conhecido, por ser muito radioativo e extremamente raro (ele é considerado o elemento mais raro do mundo!), o que faz com que as propriedades do Uus sejam um pouco difíceis de prever com precisão.

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--> HISTÓRIA:

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O Uus (Ununséptio, nome temporário estipulado pela IUPAC; do latim un = 1, sept = 7; "um-um-sete")  foi sintetizado pela primeira vez em abril de 2010, no Laboratório Flerov em Moscou, na Rússia (o mesmo que criou o Fleróvio (Fl), elemento 114). Eles anunciaram que conseguiram detectar a rota do decaimento radioativo de um átomo com número atômico 117. Ele poderia ter sido criado antes, porém era muito difícil pois os cientistas precisavam de um alvo de berquélio - 249, que era muito difícil de obter.

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Processo de obtenção do ununséptio: núcleos de cálcio - 48 são lançados contra um alvo de berquélio - 249. Ocorre um processo de fusão nuclear. Os átomos de Uus resultantes são detectados no detector do final deste circuito, onde é medida a massa do átomo, sua carga nuclear, etc. Os átomos de Uus têm uma vida muito curta: persistem apenas por algumas frações de segundo.

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O elemento foi sintetizado ao colidir um alvo de Berquélio - 249 com íons de cálcio, sendo obtido 6 átomos de ununséptio:

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Estes átomos sofreram sucessivos decaimentos radioativos  liberando partículas alfa, formando primeiro átomos de ununpêntio (Uup, 115), depois unúntrio (Uut, 113) e depois rontgênio (Rg, 111), que sofreu fissão espontânea em dois núcleos mais leves. Alguns átomos continuaram o decaimento até formar dúbnio (Db, 105), sofrendo então a fissão espontânea.

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Um acelerador de partículas, onde elementos superpesados podem ser sintetizados por colisões entre átomos, ocasionando reações de fusão nuclear.

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A equipe de cientistas responsáveis pela produção do elemento publicou um artigo científico em abril de 2010 (primeiros resultados foram apresentados em janeiro de 2010) que seis átomos de isótopos vizinhos 294Uus (um átomo) e 293Uus (cinco átomos) foram detectados. O isótopo mais pesado decaiu pela emissão sucessiva de seis partículas alfa, formando o novo isótopo 270Db, o que foram submetidos a fissão espontânea aparente. Por outro lado, o mesmo isótopo também decaiu pela emissão de apenas três partículas alfa, produzindo 281Rg, que foram submetidos a fissão espontânea.

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--> QUÍMICA EXTRAPOLADA:

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Por ser produzido muito recentemente e por existirem pouquíssimos átomos deste elemento, ainda não se conhece seus compostos. Também, por ser extremamente radioativo, com uma vida média de poucos segundos, não será possível isolar este elemento em quantidades suficientes para preparar seus compostos com nossa tecnologia atual, mas pode-se prever algumas características deste elemento.

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O ununséptio é o mais novo elemento da família dos halogênios (família 7A). (Imagem: O Super Anfonídeo  (história em quadrinhos)).

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Julgando pela sua posição na Tabela Periódica, é possível prever algumas supostas propriedades químicas e físicas deste elemento: será provavelmente um sólido não-metálico quebradiço de cor escura, mau condutor de calor e eletricidade, formado por moléculas diatômicas, fortemente radioativo e muito instável. Ele é um halogênio, portanto se comportará essencialmente como um não-metal relativamente eletronegativo, apresentando tendência a formar ânions com carga -1 (Uus(-)). Suas propriedades químicas serão provavelmente similares às do astatínio ou do iodo, elementos próximos e da mesma família. Ele poderá formar compostos nos quais apresentará estados de oxidação -1, +1, +3, +5 e talvez +7. Os estados de oxidação mais estáveis serão provavelmente o +3 e o +5 em compostos covalentes, enquanto o estado -1, característico da família 7A, será estável, porém redutor. O nox +7 será um forte agente oxidante, e, se for acessível, apenas o oxigênio e/ou o flúor poderão trazer o elemento a este estado de oxidação, na forma de compostos como o UusF7, UusO3F, NaUusO4, H5UusO6, e talvez o óxido explosivo e muito oxidante Uus2O7. O composto do elemento com hidrogênio, HUus, será provavelmente um ácido muito forte, porém um forte agente redutor. Como todo halogênio, espera-se que o ununséptio elementar exista na forma de moléculas diatômicas Uus2. A química deste elemento será fortemente influenciada pela possibilidade de sofrer auto-radiólise, ou seja, decomposição dos compostos do elemento pelos efeitos de sua própria radiação.

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Há evidências de que sua química seja influenciada pelos efeitos quânticos relativísticos, como deve ocorrer com o Fleróvio e o Livermório. Estes efeitos desestabilizariam a camada de valência completa do ânion do ununséptio, Uus(-), fazendo com que ele seja menos estável quimicamente. Também, o estado +3 seria mais estável que o esperado e seus compostos com este nox teriam características de compostos iônicos, bem diferente do estado +3 dos outros halogênios, que só ocorrem quando eles se ligam ao oxigênio ou flúor (no caso do iodo, também ao cloro) e são oxidantes e completamente covalentes na maioria dos casos. Os íons livres X(+3) dos halogênios não são estáveis. Apenas é observado no iodo (pouco estável) no composto pouco comum I4O5 (I(+3)(IO3(-))3) e especula-se que seja também pouco estável, porém relativamente comum, no astatínio. O íon Uus(+3) livre seria relativamente estável, apresentando uma camada de valência com 4 elétrons, configuração eletrônica de "falso gás nobre" estável similar à do átomo neutro de Fleróvio. Esta é uma das anomalias que sua química poderá apresentar, que não encontra análogos entre os elementos mais leves do grupo. O estado +5 será um pouco oxidante e similar ao do iodo.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

DOIS NOVOS ELEMENTOS ACABAM DE SER BATIZADOS

Posted by o nerd da quimica on January 5, 2012 at 6:20 AM Comments comments (1)

Veja mais sobre estes elementos em:

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- ENFIM RECONHECIDOS! 

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Ver também:

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COMO SE LIGAM OS ELEMENTOS QUÍMICOS

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Novidade: os dois novos elementos da tabela (já citados numa página deste site) já receberam seus nomes e símbolos definitivos: o ununquádio (Uuq, elemento 114) vai se chamar Fleróvio (Fl) e o ununéxio (Uuh, elemento 116) irá se chamar Livermório (Lv). Esses nomes foram dados após um acordo entre os EUA e a Rússia, onde os elementos foram produzidos: os russos batizariam o 114 e os americanos batizariam o 116. Os nomes foram dados em homenagem aos laboratórios onde foram produzidos.

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--> HISTÓRIA:

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O elemento 114 foi criado pela primeira vez pelos cientistas em Dubna, na Rússia, e relatado informalmente pelos meios de comunicação. Eles usaram aparentemente os isótopos provenientes do Lawrence Livermore National Laboratory, dos Estados Unidos. A mesma equipe produziu um outro isótopo de Uuq três meses mais tarde. Desde então, não foi mais sintetizado. O elemento foi anexado à tabela periódica sob o nome provisório de Ununquadium (do latim Un = um, quad = 4; "um-um-quatro"), permanecendo como um elemento não reconhecido até junho do ano passado (2011), juntamente com os elementos 113, 115, 117 e 118, que ainda permanecem indefinidos. O elemento 116 surgiu como um dos produtos do decaimento radioativo do 114, no mesmo laboratório em que o 114 foi criado e também foi sintetizado mais tarde em uma reação de fusão nuclear entre um átomo de cálcio (Ca, número atômico = 20) e um de cúrio (Cm, nº atômico = 96). Foi anexado informalmente sob o nome temporário de Ununhexium (do latim un = 1 e hex = 6; "um-um-seis"), até ser reconhecido juntamente com o 114.

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Os dois elementos permaneceram como casos pendentes por mais de uma década, aparecendo informalmente na tabela, pois não foram reconhecidos como elementos confirmados até junho de 2011 quando a IUPAC reconheceu que seu processo de síntese era válido e eles foram incorporados definitivamente na Tabela Periódica. Até então o último elemento reconhecido e batizado havia sido o elemento 112, o Copernício. Os novos elementos permaneceram sem nome até dezembro de 2011, quando seus nomes foram divulgados na mídia.

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Ilustração artística sobre o ununquádio (Fleróvio), um dos elementos que formam a chamada "ilha de estabilidade", região da tabela periódica onde os elementos superpesados seriam mais estáveis.

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Finalmente, em 5 de dezembro de 2011, os elementos foram nomeados. A proposta de nomeação seguiu um acordo firmado entre os EUA e a Rússia: os russos batizariam o 114 e os americanos batizariam o 116. O nome do 114, Fleróvio, foi dado em homenagem ao laboratório onde foi descoberto em Dubna, o Laboratório Flerov, fundado pelo físico nuclear Georgy Nikolayevich Flyorov. Embora também tenha sido descoberto no laboratório russo, o elemento 116 deve homenagear o laboratório norte-americano de onde provavelmente foram adquiridos os isótopos usados na produção dos elementos. Ele foi nomeado em homenagem ao laboratório nacional Lawrence Livermore, a partir do qual também foi batizado o elemento químico Laurêncio.

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Acelerador de partículas do laboratório Flerov, em Dubna, na Rússia.

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Vista aérea do laboratório americano Lawrence Livermore.

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Embora os nomes e símbolos dos elementos tenham sido reconhecidos pela IUPAC, há algumas controvérsias sobre a nomeação. Embora o recém-divulgado comunicado da IUPAC afaste essa possibilidade, em março do ano passado fontes da imprensa russa disseram que o elemento 116 também seria batizado pelos russos e ganharia o nome de Moscovium (Moscóvio), já que o Laboratório Flerov fica no distrito de Moscou. Também há algumas reclamações acerca do caráter repetitivo das nomeações: o nome do elemento 116, Livermório, foi dado em homenagem ao mesmo laboratório que também nomeou o elemento Laurêncio (Lr,103). Se a IUPAC não aceitar as propostas de mudança de nome, o nome Moscóvio talvez será usado para batizar outro elemento que ainda será reconhecido no futuro, provavelmente o Ununpêntio (Uup, elemento 115).

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--> QUÍMICA EXTRAPOLADA:

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Esses elementos são muito instáveis e radioativos e foram produzidos em quantidades pequenas demais para que suas propriedades químicas sejam investigadas, mas pode-se presumir algumas propriedades baseadas em sua posição na tabela e nas tendências observadas à medida que se desce por uma família na tabela periódica.

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O Fleróvio (Fl) é provavelmente um metal pesado, mole e com ponto de fusão baixo, muito similar ao chumbo, porém radioativo. Supõe-se que suas propriedades químicas e físicas sejam similares às do chumbo: seria um metal denso, sólido (com ponto de fusão baixo), relativamente mole, com estados de oxidação +2 e +4 (sendo que o +2 seria mais estável). Seus haletos e seu sulfato no estado +2 (FlCl2, FlSO4 etc) seriam pouco solúveis em água, assim como os do chumbo, seu "parente" mais próximo. As propriedades citadas foram presumidas a partir da observação das tendências que se observa à medida que se desce pela família 4A, à qual pertence este elemento.

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Entretanto, há algumas evidências de que sua química será fortemente afetada por efeitos quânticos relativísticos (veja também: química quântica)  que afetam especialmente átomos pesados com muitos elétrons. Sua química poderá apresentar algumas anomalias que não são observadas nos outros elementos da família. Cálculos sugerem que o átomo de Fleróvio poderá apresentar algumas características similares às dos gases nobres, fazendo com que o elemento seja relativamente pouco reativo e suas ligações com outros átomos numa amostra do metal sejam mais fracas que o esperado, abaixando consideravelmente seu ponto de fusão. Algo similar acontece com o mercúrio (Hg), que apresenta diversas anomalias físicas e químicas, incluindo o próprio fato de ele ser líquido, apresentar compostos com nox +1 incomuns (tais como o íon duplo Hg2), etc.

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O Livermório (Lv) seria um metal ou semimetal cinzento ou prateado, quebradiço, mau condutor de eletricidade, com ponto de fusão baixo e radioativo. Apresentaria propriedades químicas similares às do polônio ou do telúrio: formaria compostos covalentes (com duas ligações) apresentando estados de oxidação -2, +2, +4 e +6, sendo que os estados de oxidação mais estáveis seriam o +2 e o +4. Alguns possíveis compostos importantes incluiriam os óxidos possivelmente anfóteros LvO2 e LvO3 e os haletos voláteis LvCl2, LvCl4, LvF6, etc. Estes compostos seriam tóxicos e apresentariam odor muito desagradável. Estas possíveis propriedades foram baseadas na extrapolação das tendências observadas à medida que se desce pela família 6A, à qual pertence o elemento.

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Sua química poderá também ser muito influenciada pelos efeitos relativísticos, gerando características anormais na química do elemento. O estado de oxidação +2 será mais estável que o previsto, o que está relacionado diretamente com as anormalidades na química do Fleróvio, que se comportará em alguns casos como um "falso gás nobre" de forma similar ao mercúrio. Os efeitos quânticos relativísticos são de natureza muito complexa e seu mecanismo não será explicado nesta seção. Ele afeta os elementos mais pesados da Tabela Periódica, especialmente os do lado direito da tabela. A química de elementos como o ouro (Au), mercúrio (Hg) e dos actinídeos é fortemente afetada por esses efeitos e apresentam uma série de anomalias que fogem bastante ao padrão previsto (tais como a cor amarela do ouro, o estado líquido do mercúrio, a inércia química dos átomos de Hg isolados no estado gasoso (que se comportam como um "falso gás nobre"), a estabilidade incomum do íon uranila ( , etc) e durante muito tempo intrigaram cientistas do mundo inteiro.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

ELE EXISTE, AFINAL!

Posted by o nerd da quimica on November 28, 2011 at 6:30 PM Comments comments (0)

Ver também:

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- ENFIM, COMPROVADO: ELE EXISTE!

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Comprimido efervescente se dissolvendo na água. Nesta reação, o bicarbonato de sódio (NaHCO3) e um ácido, ambos presentes no comprimido, reagem entre si produzido o ácido carbônico, que se decompõe formando água e dióxido de carbono (gás carbônico, CO2). O gás carbônico é liberado sob a forma de bolhas.

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Estrutura molecular do ácido carbônico (H2CO3).

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As estalactites que ocorrem em certas cavernas são formadas por carbonato de cálcio (CaCO3), um sal insolúvel do ácido carbônico. Elas se formam quando água com CO2 dissolvido passa por terrenos calcáreos (também é carbonato de cálcio), dissolvendo seus componentes (CaCO3 se dissolve em excesso de solução de ácido carbônico). Durante o gotejamento, cristais de carbonato de cálcio se formam quando o excesso de gás carbônico escapa para o ambiente.

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O ácido carbônico (H2CO3) é um composto bem comum. Ele se forma quando se reage o gás carbônico (CO2) com a água ou um ácido com um bicarbonato ou carbonato, como na famosa reação química entre o vinagre e o bicarbonato de sódio. Ele existe nos refrigerantes, na água com gás, se forma quando um comprimido efervescente ou um sal de frutas se mistura com água, se forma na chuva quando o CO2 do ar se dissolve na água, está presente como agente tamponante no sangue... Em todo livro de química ele está lá; todo estudante de química vai trombar com ele em alguma página do livro e com toda a certeza ele vai cair na prova. Mas eu te garanto uma coisa: em nenhum laboratório de química do planeta você encontra na prateleira um frasco cheio de ácido carbônico puro.

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De acordo com os livros didáticos, há uma explicação para essa assombrosa constatação: o ácido carbônico é um composto instável. Sempre que é produzido numa reação, ele se decompõe rapidamente em água (H2O) e gás carbônico (CO2), o que explica as bolhas de gás liberadas nessas reações. Isso significa dizer que o ácido carbônico puro não existe; ele ocorre como um composto de curta duração que só existe em solução, em um delicado equilíbrio com os íons oriundos de sua dissociação em água e com o CO2 dissolvido:

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CO2 + H2O <--> [H2CO3] <--> H(+) + HCO3(-) 

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Nunca, até então, um cientista havia conseguido obter uma amostra de ácido carbônico em estado puro. Há muito tempo eles aparentemente haviam desistido e consideraram sua purificação impossível. Não se conhecia seu estado físico, seu ponto de fusão nem o ponto de ebulição. Até agora.

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Recentemente, alguns pesquisadores trabalhando com os cientistas austríacos Klaus R. Liedl, Erwin Mayer e Hallbrucker Andreas conseguiram, enfim, isolar e caracterizar o ácido carbônico puro, tanto no estado sólido quanto no estado gasoso. Isso é um feito muito importante para a ciência, pois eles conseguiram quebrar um tabu de mais de um século na química. Foi uma verdadeira revolução para a ciência! Eles descobriram que a molécula de H2CO3, em algumas condições, é muito estável. À temperatura ambiente, uma molécula do ácido persiste com uma meia-vida  de 180 mil anos sem se decompor. Mas por que ele se decompõe tão rapidamente, se os cálculos e os estudos demonstram que ele deveria ser muito estável? O que há de errado?Através da realização de alguns cálculos teóricos, eles descobriram em que condições o ácido carbônico é estável, e por que essa estabilidade não foi reconhecida por tanto tempo.

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Realmente, a decomposição de H2CO3 em H2O e CO2 é um processo energeticamente favorável, que poderia ocorrer espontaneamente. Isso porque os produtos formados (H2O e CO2) são mais estáveis que o reagente. Entretanto, foi descoberto por meio de alguns cálculos que o ácido carbônico não consegue se decompor sozinho. Ele "não tem força" para iniciar sozinho seu processo de decomposição, ou seja, precisa de uma "ajudinha" para se decompor. Uma analogia: a reação da madeira com o oxigênio (queima) é um processo energeticamente favorável. Porém a madeira e o oxigênio podem coexistir por tempo indeterminado sem que a reação se inicie. Para que ela ocorra, é necessário aquecer a madeira a uma temperatura adequada para atingir a energia de ativação. Os gases hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) reagem facilmente para formar água. Entretanto, uma mistura desses gases nas proporções adequadas pode ser guardada durante anos sem que uma única molécula de água se forme. Mas essa reação ocorre imediatamente na presença de uma faísca ou de um catalisador tal como a platina. No caso do ácido carbônico, o catalisador necessário para provocar sua decomposição é... pasmem: a água!

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A água desempenha o papel crucial na decomposição do ácido carbônico. Esta constatação espanta pela sua simplicidade e pelo fato de ninguém ter levado isso em consideração até agora. Isso explica porque o ácido carbônico nunca tinha sido isolado antes: todas as reações que os cientistas efetuavam para tentar obtê-lo eram realizadas em solução aquosa!

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Quando um pedaço de mármore (composto principalmente por carbonato de cálcio) entra em contato com uma solução de ácido, bolhas de CO2 são liberadas. Elas são provenientes da decomposição do ácido carbônico formado na reação.

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O ácido carbônico, por si só, é realmente uma molécula bastante estável. No entanto, o ácido carbônico se decompõe imediatamente quando entra em contato com a água. Uma única molécula de água é suficiente para acelerar a decomposição de uma molécula de ácido carbônico um bilhão de vezes. Duas moléculas aceleram sua decomposição cerca de 50 bilhões de vezes. Mesmo minúsculos traços de água podem destruir rapidamente uma amostra de H2CO3, gerando uma reação em cadeia, já que a água é um dos produtos da decomposição. A equação real da decomposição do ácido carbônico agora fica sendo assim:

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H2CO3 + 2H2O --> CO2 + 3H2O

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O processo pelo qual a água catalisa a decomposição do ácido já foi elucidado. Ele ocorre da seguinte forma:

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1- Duas moléculas de água se unem por meio de pontes de hidrogênio a uma molécula de H2CO3. Forma-se um intermediário cíclico, como visto na imagem abaixo:

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2- Esta conformação é favorável para que ocorra uma troca de posições entre as ligações covalentes e pontes de H no intermediário. Por meio de um "salto de prótons", o hidrogênio de um dos grupos -OH do ácido carbônico migra, através das moléculas de água, para o outro grupo -OH do ácido, fazendo com que ele se torne uma molécula de H2O que se desprende da estrutura do ácido. O que sobra é uma molécula de CO2 (imagem abaixo):

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3 - As moléculas envolvidas se separam. Ocorre então o desmantelamento da molécula do ácido, que se separa formando uma molécula de CO2 e uma de H2O, além de regenerar as duas moléculas de água que iniciaram o processo. Essas moléculas de água, juntamente com a formada na decomposição, irão catalisar a decomposição de outras moléculas do ácido, reiniciando o ciclo. Vejam essa reação completa na animação abaixo: 

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Compostos químicos relacionados ao ácido carbônico, tais como os bicarbonatos e os ácidos carboxílicos não conseguem reagir da mesma maneira e por isso são estáveis em solução aquosa.

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O íon bicarbonato (HCO3(-)), em solução, forma um intermediário cíclico similar ao do ácido carbônico, mas não se decompõe porque o produto formado após o "salto de prótons" é igual à espécie que reagiu, ou seja, o íon bicarbonato virtualmente não sofreu alteração. Um caso semelhante ocorre com os ácidos carboxílicos.

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Essas pesquisas provaram sim que é possível isolar o ácido carbônico, e provaram que ele de fato é estável e que realmente existe. Ele se apresenta  à temperatura ambiente no estado sólido, como esperado analisando sua estrutura. Pode ser armazenado por muito tempo na total ausência de água. Essa verdadeira conquista da ciência abre um leque de novas utilidades e possibilidades para o ácido carbônico. Ele pode ser muito abundante no universo, já que gelos de água e CO2 estão presentes em nebulosas, cometas e em torno de estrelas, e quando uma mistura de H2O e CO2 sólidos é irradiada por radiações de alta energia (ultravioleta, raios cósmicos, etc), eles reagem facilmente entre si formando o H2CO3

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--> SÍNTESE

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Ácido carbônico puro pode ser produzido por pelo menos dois métodos:

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1- Irradiando uma mistura congelada de água e CO2 com radiação de alta energia (ultravioleta, etc), aquecendo posteriormente para que a água seja removida. O resíduo é formado por ácido carbônico sólido.

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2- Reação de uma solução de ácido e bicarbonato em camadas de vidro alternadas no vácuo. A água é removida por vaporização, pois ela ferve espontaneamente no vácuo. O que resta é ácido carbônico sólido misturado com o sal formado como o outro produto da reação. O ácido carbônico pode ser separado por sublimação, passando para o estado gasoso e posteriormente solidificado de novo em estado puro.

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--> UTILIDADES FUTURAS:

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Além dos usos comuns do ácido carbônico na química (na forma de solução de CO2), um uso futuro interessante para o ácido puro pode ser como um detector de água em meios não-aquosos: como mesmo traços ínfimos de água fazem o ácido se decompor rapidamente, ele pode ser muito útil para detectar umidade em amostras de solventes destinados a reações químicas na qual a água não pode estar presente, como em solução etérea de boranos e hidreto de alumínio e lítio  (LiAlH4), que podem explodir em contato com a água. Se ocorrer liberação de bolhas de gás, é sinal de que tem água ali.

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--> Referências:

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* ENFIM, COMPROVADO: ELE EXISTE! 

Pergunte a um cientista (...) (em inglês)

* carbonic acid- Wikipedia (em inglês)

* Ele existe, afinal (em inglês)

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

 

COMO OBTER ALGUNS INDICADORES NATURAIS DE pH

Posted by o nerd da quimica on November 11, 2011 at 10:10 AM Comments comments (11)

Ver também:

EXPERIÊNCIAS

- O NERD DA QUÍMICA - INDICADOR DE PH COM FLOR!!! (VÍDEO)

- O NERD DA QUÍMICA-INDICADOR ÁCIDO-BASE NATURAL (VÍDEO)

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Indicador de repolho roxo em meio básico (azulado), em meio neutro (roxo) e em meio ácido (avermelhado).

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Neste artigo eu irei falar sobre os indicadores de pH naturais, que poucas pessoas conhecem mas estão dando sopa aí pela natureza. Pode não parecer, mas essas incríveis substâncias que muita gente acredita só existirem em laboratórios de química podem estar onde você menos imagina: no seu jardim, na sua salada, nas frutas que você come... Acredita só!

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Muitas plantas e alguns outros organismos produzem substâncias coloridas que podem atuar como indicadores ácido-base. Se conhecem vários exemplos de folhas, frutas e flores que possuem pigmentos que variam de coloração de acordo com o pH do meio. O tornassol, indicador muito conhecido nos laboratórios, que é vermelho em meio ácido e azul em meio básico, é extraído de uma espécie de líquen que cresce em algumas rochas perto do oceano, nas proximidades do mar mediterrâneo.

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Parmelia sulcata, uma das espécies de líquen da qual é extraído o indicador Tornassol.

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O princípio ativo do tornassol, 7-hidroxifenoxazona, e suas diferentes formas de acordo com a variação do pH: vermelho em meio ácido e azul em meio básico.

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Outros vegetais que produzem pigmentos indicadores são o repolho roxo, comprado em supermercados, o açaí (quem diria!), o cravo-de-defunto, o trevo roxo, suco de amora, hortências, a flor de sino-azul, no gerânio e até mesmo a casca da jabuticaba! Sem dúvida um dos indicadores naturais mais conhecido é o extrato de repolho roxo.

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--> REPOLHO ROXO

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O suco de repolho roxo contém uma substância (antocianina) que atua como um indicador de pH, tipo a fenolftaleína ou o papel de tornassol dos laboratórios. Em meio ácido, a antocianina do repolho roxo se torna vermelha; em meio básico, ela se torna azul/verde e em meio muito básico ela fica amarelada.

A mudança de cor se deve à reação da antocianina com o ácido ou com a base formando íons de cores diferentes da molécula neutra roxa (um íon positivo avermelhado e um íon negativo esverdeado). A molécula de antocianina é um exemplo de substância anfótera (que reage tanto com ácidos quanto com bases).

Ao se adicionar, por exemplo, soda cáustica à solução de repolho roxo, ela se torna verde-azulada e, se for em excesso, fica amarelada. Isso se deve ao aumento do pH da solução, tornando-a básica. Em meio básico a antocianina perde alguns íons H, formando um íon negativo cuja cor (verde-azul) é diferente da cor da molécula original (roxa). A solução roxa torna-se esverdeada. Em meio muito básico mesmo, a molécula da antocianina é destruída e forma um composto amarelado.

Ao ser adicionado vinagre (de preferência do branco pra não interferir na cor do indicador) ou outro ácido à solução de repolho roxo, ela se torna vermelho-alaranjada. Isso ocorre devido à diminuição do pH da solução, fazendo com que a antocianina seja protonada (receba um íon H) em meio ácido, formando um íon positivo (íon flavílio) de cor avermelhada.

Ao ser adicionado vinagre numa mistura de repolho roxo e soda, a solução muda de cor gradativamente: de verde-azul passa lentamente a roxo (neutralização do pH básico), e, se for adicionado excesso de ácido, a solução fica ácida e, portanto, se torna vermelha.

A equação química que representa essa mudança é:

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- meio ácido:

HA + H(+) --> H2A(+) (íon flavílio vermelho-alaranjado)

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- meio básico:

HA + OH(-) --> H2O + A(-) (íon antocianato verde-azulado)

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NOTA: HA = molécula da antocianina neutra.

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Existem vários tipos de antocianinas na natureza. Elas pertencem a um grupo de substâncias conhecido como flavonóides. Os flavonóides possuem propriedades antioxidantes (a vitamina PP é um flavonóide) e muitos deles são coloridos, de cores que variam do roxo ao azul (antocianidinas e antocianinas) e do amarelo ao vermelho (antoxantinas). Entre os exemplos citados acima, todos (exceto o cravo-de-defunto) são arroxeados e possuem antocianidinas que atuam como indicadores de pH, ficando roxas em meio neutro, avermelhadas em meio ácido e verde/azul em meio básico. No caso do cravo-de-defunto, a substância indicadora é uma antoxantina que fica amarela em meio ácido, laranja em meio neutro e vermelha em meio básico.

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--> FRUTAS, FLORES E FOLHAS ROXAS

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Suco de açaí.

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Uvas.

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Frutas, flores e folhas roxas geralmente possuem antocianinas indicadoras, semelhantes às do repolho roxo. O extrato de açaí, por exemplo, é vermelho intenso em meio ácido e azul em meio básico. O suco de amoras fica vermelho em meio ácido e esverdeado em meio básico. O mesmo ocorre com o extrato de jabuticaba, com o extrato de folha de trevo roxo, etc. As transformações químicas são similares às do repolho roxo.

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Transformações sofridas pelas antocianinas em diferentes faixas de pH.

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a)

b)

 

c) 

d)

Algumas antocianinas (na forma de íon flavílio, em meio ácido): a) Cianidina (presente na uva, no açaí, na cereja, no jamelão e no morango); b) Pelargonidina (presente na flor de gerânio, na amora, na ameixa, na acerola...); c) Malvidina (presente na flor do feijoeiro, no feijão preto, na uva, na acerola...); d) Peonidina (presente na cereja, na jabuticaba...).

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--> CRAVO-DE-DEFUNTO E CERTAS FLORES AMARELAS

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Cravos-de-defunto.

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O extrato alcoólico das pétalas da flor do cravo-de-defunto e de algumas outras flores amarelas contém antoxantinas e geralmente se apresentam com uma cor alaranjada muito viva, que se torna vermelha intensa em meio básico e bem amarela em meio ácido. Essa mudança de cor é exatamente oposta àquela sofrida pelo indicador artificial alaranjado de metila (vermelho em meio ácido e amarelo em meio básico) mas as cores são incrivelmente semelhantes.

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Luteolina, um exemplo de composto da família das antaxantinas. Note a semelhança estrutural com as antocianinas. Este pigmento amarelo está presente em muitas flores, sendo o principal responsável pela cor.

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--> VINHO

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Vinho tinto.

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O vinho tinto também se comporta como um excelente indicador de pH. Sabe-se que a cor do vinho varia entre vários tons de roxo, desde roxo profundo até um tom bem avermelhado, de acordo com sua acidez. Em pH ácido, o vinho (que contém as antocianinas cianidina e malvidina, entre outras) fica vermelho; em pH básico fica verde.

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--> FLOR DE SINO AZUL

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A flor de sino azul é uma flor normalmente azul, presente em muitos jardins. Entretanto, quando um pé desta planta cresce perto de um formigueiro de formigas vermelhas, suas flores adquirem uma cor rosa incomum. Isso ocorre porque o pigmento presente nessa flor é um indicador do grupo das antocianidinas que se torna rosa em meio ácido. A mudança ocorre por causa do ácido fórmico (H-COOH) produzido pelas formigas que é absorvido pela planta e altera o pH da flor, tornando-o mais ácido.

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--> HORTÊNSIAS

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Hortênsia rosa (solo predominantemente ácido).

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Hortênsia azul (solo predominantemente básico).

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A hortênsia é uma planta muito comum em jardinagem, que produz flores com coloração diferente dependendo do solo onde foi plantada. Isso ocorre por causa do pH do solo onde ela cresce: se for um solo ácido, as flores ficam rosadas; se for um solo básico, as flores se tornam azuladas. Essa planta é excelente para identificar a acidez dos solos, além da bela coloração de suas flores. Minha avó tinha um pé de hortênsia azul. Isso significa que o terreno onde minha avó mora possui um solo com pH básico.

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--> HIBISCO ROSA

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O extrato aquoso de hibisco rosa, embora seja um pouco gosmento, serve como indicador de pH. A solução neutra possui uma cor rosa muito pálida, quase incolor. Ao se adicionar um ácido, sua cor se torna bastante alaranjada; na presença de base ela se torna visivelmente verde. (em Nova Venécia, por tradição, essa flor é chamada de "papoula", embora não seja o nome correto.) 

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--> ROSAS

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Rosa vermelha.

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As rosas, especialmente as mais avermelhadas, possuem pigmentos que se tornam azulados em meio básico, ficando avermelhados novamente quando o extrato alcalino reage com ácidos. A transformações são reversíveis.

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Existem muitos outros exemplos de indicadores naturais de pH, que podem ser usados em experiências caseiras de identificação de acidez/basicidade de alguns produtos. Isso pode ser muito útil para elaborar projetos de ciências!

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DICAS PARA SABER QUAIS PLANTAS PRODUZEM INDICADORES:

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1) Suspeite das plantas que produzem flores, folhas ou frutas arroxeadas ou dos produtos delas derivados (como vinho, suco de amora, etc). Muitas delas contêm antocianidinas que atuam como indicadores de pH.

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2) Se ao amassar uma parte arroxeada de algumas dessas plantas num recipiente com água o pigmento se dissolver com facilidade, é um indício de que ele é um indicador. Descarte as plantas cujas partes coloridas não são solúveis em água, como a flor da violeta

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3) Faça um teste com os sumos das partes suspeitas das plantas em solução de água + vinagre (ácido) ou água + sabão (básico). Se as soluções mudarem radicalmente de cor, significa que essa planta é indicadora.

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COMO EXTRAIR ALGUNS INDICADORES

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- Repolho roxo

Ferva em água algumas folhas do repolho por cerca de 5 minutos. O pigmento (cianidina) se dissolverá com facilidade. Espere esfriar e, se necessário, filtre. A solução se conserva por pouco tempo (cerca de 2 dias) devido à deterioração por micróbios e à oxidação pelo ar. O extrato de repolho roxo se apresenta avermelhado em pH abaixo de 3,5 (ácido) e esverdeado em pH acima de 8 (básico). Em meio muito básico (pH acima de 12), o indicador é destruído e a solução perde suas propriedades indicadoras.

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Cianidina (na forma de íon flavílio, em meio ácido).

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- Trevo roxo

Amasse algumas folhas de trevo roxo em um recipiente com água. O pigmento (também é a cianidina) se dissolve com facilidade. Se necessário, filtre. A solução neutra é roxa, mas pode se apresentar avermelhada acusando meio ácido, pois a planta é naturalmente ácida, rica em ácido oxálico (H2C2O4). Neste caso, se desejar, pode neutralizar a acidez com um pouco de solução diluída de bicarbonato de sódio (NaHCO3). O extrato aquoso de trevo roxo se apresenta avermelhado em pH abaixo de 3,5 (ácido) e esverdeado em pH acima de 8 (básico). Uma solução de água e vinagre ou água e sabão já é suficiente para mudar a cor do indicador (veja essa reação neste vídeo). A solução se conserva por cerca de uma semana, especialmente em meio ácido. 

Trevo roxo.

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- Cravo-de-defunto

Retire algumas pétalas de cravo-de-defunto amarelo e coloque-as em um recipiente contendo álcool (a luteolina, pigmento presente nessa flor, é mais solúvel em álcool) e, se necessário, amasse. Aguarde cerca de meia hora e se necessário filtre. A solução alaranjada se conserva por vários meses, apresentando cor amarelo vivo em pH menor que 3,5 (ácido) e vermelho vivo em pH maior que 8,5 (básico).

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cravo-de-defunto amarelo.

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- Amoras

Recolha algumas amoras maduras e as amasse em um recipiente com água. A solução (contendo cianidina) adquire cor roxa escura. Em pH ácido abaixo de 3, a solução se rorna vermelha intensa; em pH básico acima de 8, se torna esverdeada ou azulada. A solução se conserva por pouco tempo (cerca de 2 dias) devido à oxidação e à presença de açúcar, que propicia a deterioração por microrganismos.

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Amoras.

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- Jamelão

Recolha alguns jamelões maduros e amasse-os em um recipiente com água. A solução roxa contém cianidina. Se necessário, filtre a solução ou neutralize a acidez, se esta se apresentar avermelhada. A solução se torna vermelha em meio ácido (pH menor ou igual a 3,5) e azul-esverdeada em meio básico (pH menor ou igual a 8,5). A solução se conserva por cerca de 3 dias.

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Jamelões.

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- Feijão preto

Ao cozinhar feijão preto em uma panela de pressão por cerca de meia hora, antes de ele amolecer, recolha um pouco da água em que o feijão foi cozido (cuidado pra não se queimar), espere esfriar e filtre. A solução contém o pigmento malvidina. Esta solução se conserva por apenas 2 dias, devido à deterioração por microrganismos. Ela se torna avermelhada em meio ácido (pH abaixo de 3,5 a 4) e esverdeada em meio básico (pH acima de 8,5).

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Feijão preto cru.

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Malvidina (meio ácido).

 

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- Flor de Boa-noite cor-de-rosa

Amasse as pétalas das flores de boa-noite (de preferência as flores de cor rosa mais escura) em um recipiente com água ou álcool (o álcool é melhor). A solução resultante contém vários pigmentos (depende do tipo de flor) e apresenta cor arroxeada ou rosa. A solução alcoólica resiste por cerca de 2 meses e a aquosa por cerca de 6 dias. Em meio ácido (pH < 3 ou 4), a solução se apresenta vermelha alaranjada a vermelha viva, enquanto em meio básico (pH > 8 ou 9) apresenta cor de verde a azulada. A cor depende muito da tonalidade da flor. Uma flor rosa arroxeada intensa produz uma cor vermelho viva em meio ácido e verde em meio básico (veja este vídeo).

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Flor de boa-noite.

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- Jabuticaba

Triture algumas cascas de jabuticaba bem limpas em um recipiente com álcool ou água (o álcool é melhor) e depois filtre.A solução arroxeada resultante contém o pigmento peonidina, podendo se apresentar avermelhada devido à acidez em alguns casos (se preferir, neutralize a solução). A peonidina é mais facilmente solúvel em álcool. A solução aquosa se conserva por 3 dias e a alcoólica por cerca de 1 mês, talvez mais. Se apresenta avermelhada em meio ácido (pH < 3 ou 4) e esverdeada em meio básico (pH > 8,5). A solução de água e sabão não é básica o suficiente para induzir a mudança da cor do indicador para verde-azulado no extrato de jabuticaba.

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Jabuticabas.

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Cloridrato de peonidina (sal ácido do íon flavílio da peonidina, vermelho).

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

CARBORANO

Posted by o nerd da quimica on October 20, 2011 at 4:15 PM Comments comments (0)

Um carborano é um conjunto composto de átomos de boro e carbono. Eles são moléculas deficientes em elétrons, de modo que as ligações entre os átomos de carbono e boro dentro do esqueleto da molécula seja predominantemente do tipo tricentrada com 2 elétrons com algumas ligações covalentes simples, que geram uma estrutura hiperconjugada que leva a um híbrido de ressonância  estável. Como muitos dos boranos relacionados, estes clusters são poliedros e são igualmente classificados como closo, nido, aracno, hipno, etc, dependendo se eles representam uma estrutura em forma de poliedro completo (closo), um poliedro que está faltando um véritce (nido), dois vértices (aracno), e assim por diante.

Exemplos interessantes de carboranos são os closo-carboranos icosaédricos extremamente estáveis:

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Superácido Carborano, H[CHB11Cl11]. O íon  do ácido não aparece na imagem.

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Estrutura do orto-carborano.

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Um exemplo de destaque é o composto neutro C2B10H12 conhecido como orto-carborano, que tem sido explorado para uso em uma ampla gama de aplicações de polímeros resistentes ao calor para aplicações médicas. Este composto é chamado de composto super aromático, pois obedece à Regra de Hückel  e exibe alta estabilidade térmica. A 420°C o o-carborano converte-se para o isômero meta. Em comparação, o benzeno requer uma temperatura de mais de 1000 ° C para induzir rearranjo do esqueleto. Como os arenos (hidrocarbonetos aromáticos), os carboranos também passam por substituição eletrofílica aromática.

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Estrutura do o-carborano, B10C2H12. No esqueleto do icosaedro há  3 ligações covalentes simples (em preto) e 10 ligações tricentradas (em vermelho) entre os átomos de B e C, que formam um híbrido de ressonância similar ao dos hidrocarbonetos aromáticos.

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Outro carborano importante é o negativamente carregado [CB11H12], que tem sido usado para fazer sólidos superácidos mais de um milhão de vezes mais fortes que o ácido sulfúrico, tais como o Superácido Carborano H[CHB11Cl11] .

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--> DICARBADODECABORANO

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O carborano mais fortemente estudado é o C2B10H12, com ponto de fusão de 320°C. Geralmente ele é preparado a partir da reação entre o acetileno (C2H2) e o decaborano-14 (B10H14). Uma variação deste método implica a utilização do dimetil-acetilenodicarboxilato (CH3-OC(=O)-C≡C-C(=O)-O-CH3) que produz o composto C2B10H10(CO2CH3)2, que pode ser degradado a C2B10H12

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--> História:

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Os 1,2-closo-dicarbadodecaboranos (geralmente chamados simplesmente de carboranos) são um conjunto de três isômeros (orto, meta e para) de carboranos que diferem entre si na posição dos átomos de C no icosaedro. Eles foram relatados simultaneamente por grupos de Olin Corporation e da Divisão de Motores de Reação Thiokol Chemical Corporation trabalhando sob a Força Aérea dos EUA e publicado em 1963. Até então, acreditava-se que os derivados do decaborano seriam termicamente instáveis ​​e reagiriam rapidamente com o ar e a água. Estes grupos demonstraram a estabilidade sem precedentes do grupo de 1,2-closo-dodecaboranos, apresentaram uma síntese geral, descreveram a transformação de substituintes sem destruir o cluster carborano, e demonstraram a isomerização orto-meta-para.

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--> ÍON DICARBOLÍDEO

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Estrutura do íon dicarbolídeo (B9C2H11(-2)).

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O dicarbolídeo ou dicarbolida é o ânion [B9C2H11], um nido-carborano formado na remoção de um átomo de boro de um dos vértices do icosaedro próximo aos dois átomos de carbono. Numerosos estudos têm sido feitos sobre derivados do ânion [B9C2H11]. Este ânion forma compostos do tipo sanduíche, referidos como bis(dicarbolídeos), com muitos íons metálicos e em muitos casos alguns destes íons existem em estados de oxidação incomum. No complexo [Au(B9C2H11)2] o átomo de ouro apresenta nox +2, que não é comum para o elemento (os nox comuns do ouro são +1 e +3). O primeiro complexo metal-dicarbolídeo foi descoberto por Frederick M. Hawthorne e colegas de trabalho em 1965. O diânion é um cluster nido preparado por degradação do dicarborano-pai na reação abaixo:

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B10C2H12 + 3CH3OH + KOH → KB9C2H12 + B(OCH3)3 + H2O + H2

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Nesta reação o carborano reage com uma solução de hidróxido de potássio em metanol, formando o dicarbolídeo de potássio, precursor dos demais compostos do dicarbolídeo.

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Os Bis(dicarbolídeos) freqüentemente apresentam propriedades muito diferentes dos seus análogos metalocenos. Por exemplo, no cluster de dicarbolídeo-níquel pode ser observado o raríssimo estado de oxidação +4 do níquel. Alguns exemplos notáveis ​​de aplicações potenciais desses complexos incluem catálise, troca iônica de materiais para gestão dos resíduos radioativos, os inibidores de proteases biologicamente ativos, e emprego em células de geração de energia solar. 

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Reversible redox chemistry of Ni(III)/Ni(IV) bis(dicarbollide) clusters.

Estrutura dos complexos de bis(dicarbolídeo)-níquel, em que o níquel se apresenta nos estados de oxidação pouco comuns +3 e +4. O estado de oxidação mais comum do níquel é o +2.

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Alguns complexos Tântalo-dicarbolídeos e seus derivados (o nox do tântalo (Ta) é +5).

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--> Aplicações

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Os Carboranos têm sido usados ​​como uma fonte de boro em boroterapia por captura de nêutrons. Eles também têm sido utilizados em estudos estruturais em cristalografia .

Carboranos tem sido muito usados para fazer sólidos superácidos. Catalisadores sólidos superácidos diminuem a necessidade de desperdício de ácidos, proporcionando assim uma vantagem significativa sobre ácidos dissolvidos no meio ambiente. O superácido carborano H(CHB11Cl11) é um milhão de vezes mais forte que o ácido sulfúrico. A razão para esta elevada acidez é que o ânion ácido [CHB11Cl11] é muito estável e os hidrogênios dos átomos de boro substituídos com substituintes muito eletronegativos (o cloro). O

H(CHB11Cl11) é o único ácido conhecido por conseguir protonar (adicionar H) o fulereno C60 sem provocar sua decomposição. Além disso, é o único ânion conhecido capaz de formar um sal estável e isolável ​​com o cátion benzeno protonado, C6H7.

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--> Fonte:

- O artigo foi elaborado a partir da tradução deste artigo da Wikipédia em Inglês.

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

ENFIM RECONHECIDOS!

Posted by o nerd da quimica on August 25, 2011 at 8:15 AM Comments comments (0)

Ver Também:

COPERNÍCIO

COMO SE LIGAM OS ELEMENTOS QUÍMICOS

DOIS NOVOS ELEMENTOS ACABAM DE SER BATIZADOS  

A tabela periódica acaba de ser atualizada mais uma vez, incluindo dois novos elementos que há algum tempo aguardam sua inclusão na tabela: o ununquádio (Uuq, número atômico = 114) e o ununéxio (Uuh, número atômico = 116). A síntese destes elementos acaba de ser comprovada definitivamente pela IUPAC (o órgão internacional que rege a química), em julho de 2011. Os elementos ainda não receberam nomes definitivos e são chamados por um nome sistemático provisório que correspondem aos algarismos de seus números atômicos em latim: un = 1, quad = 4 e hex = 6.

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A Tabela Periódica acaba de ganhar dois novos elementos: o 114 (Ununquádio) e o 116 (Ununéxio), dois elementos artificiais superpesados e radioativos. Esses elementos já haviam sido anunciados pelos cientistas que os criaram desde 1999, mas a forma como seus átomos foram produzidos ainda não era reconhecida como verdadeira até então. Desde 1999, muitas equipes de pesquisadores já vinham anunciando a criação do 114 em laboratório. Mas até hoje nenhum desses estudos isolados havia sido repetido para provar a sua validade. Apenas agora a Iupac reconheceu o feito, obtido pela colaboração entre os grupos da Rússia e dos Estados Unidos, que conseguiram repetir a experiência em dois laboratórios diferentes, em 2004 e 2006, e provar a criação não só do 114, como também do 116. Elementos com número atômico até 118 já foram produzidos (exceto o 117), mas ainda não são reconhecidos. A última alteração sofrida pela tabela periódica foi a inclusão do elemento 112, que foi reconhecido e batizado com o nome definitivo de Copernício  e recebeu o símbolo Cn (já falei sobre esse elemento em uma sessão deste site).

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Os dois elementos foram produzidos por meio da fusão nuclear de alguns elementos pesados (como os actinídeos) com alguns elementos mais leves, com número atômico em torno de 20. Para criar o 116, por exemplo, os cientistas usaram um acelerador de partículas para lançar um átomo de cálcio (Ca), que tem 20 prótons, contra um átomo de cúrio (Cm), que tem 96 prótons.

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96Cm[248] + 20Ca[48] -->116Uuh[292] + 4 nêutrons

 

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Já para chegar ao 114, ocorreu a fusão de um átomo de cálcio (20 prótons) com um de plutônio (94 prótons).

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94Pu[244] + 20Ca[48]--> 114Uuq[289] + 3 nêutrons

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Ilustração artística de um choque violento entre partículas.

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Os novos elementos são agora os mais pesados da tabela periódica já reconhecidos. Ambos são radioativos e só se mantêm por menos de um segundo até começar a decair, ou seja, perder partículas do núcleo e se transformar em outros elementos mais leves. O 114, por exemplo, se transforma em copernício (112) meio segundo depois de sua criação. Isso significa que os átomos destes dois elementos existem apenas por um curto intervalo de tempo. O próprio copernício dura apenas alguns microssegundos. Acredita-se que o 114 seja um dos elementos artificiais mais estáveis, ou seja, que demora mais tempo até seus átomos "desaparecerem" (ou seja, se transformarem em átomos mais leves).

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Átomos artificiais, de um modo geral, têm um tempo de vida muito curto. Os cientistas acreditam que a produção desses novos elementos é um primeiro passo rumo à criação de novos átomos artificiais mais estáveis, capazes de se manter em sua forma original por décadas. Muitos químicos e físicos especulam sobre a existência da chamada “ilha de estabilidade”, uma região da tabela periódica em que os elementos químicos artificiais seriam mais estáveis. Esses elementos poderiam se manter por horas, meses ou até mesmo décadas sem decair. O ununquádio, na sua primeira tentativa de criação, durou cerca de 30 segundos, um tempo incrivelmente longo, considerando que muitos elementos artificiais duraram apenas alguns milissegundos.

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--> PROPRIEDADES QUÍMICAS E FÍSICAS

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Devido ao tempo de vida muito curto e ao fato de terem sido produzidos poucas vezes, não se conhecem as propriedades destes 2 elementos, mas presume-se que eles apresentem propriedades similares aos elementos logo acima deles na tabela (chumbo para o Uuq e polônio para o Uuh). Para finalizar, vamos citar algumas possíveis propriedades destes elementos, baseadas nas propriedades dos elementos logo acima deles:

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--> Ununquádio (Uuq)

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Estrutura eletrônica do Ununquádio.

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As propriedades do ununquádio são provavelmente similares às do chumbo (Pb). Provavelmente ele é um metal sólido cinza ou prateado, denso, razoavelmente mole, com ponto de fusão baixo (talvez ainda menor que o do Pb (327°C), seguindo a tendência da família 4A), maleável e relativamente estável por tomar parte da "ilha de estabilidade", embora seja muito radioativo. O ununquádio poderia apresentar os estados de oxidação +2 e +4, assim como o chumbo, formando compostos análogos. O sulfato de ununquádio ("UuqSO4") seria praticamente insolúvel em água, assim como o sulfato de chumbo PbSO4, os haletos do elemento também seriam pouco solúveis; o estado de oxidação +2 seria o mais comum e estável para o elemento, enquanto que o +4 seria um forte agente oxidante. Essa tendência de aumentar a estabilidade do estado de oxidação mais baixo é observada à medida que se desce pela família 4A e já se manifesta de forma razoável no chumbo. Ela seria ainda mais pronunciada no Uuq, por ele se situar mais embaixo. A forte radiação do elemento poderia influenciar em sua química, pois alguns compostos seriam decompostos pela própria radiação do elemento (auto-radiólise).

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--> Ununéxio (Uuh)

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Estrutura eletrônica do Ununéxio.

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As propriedades do Uuh seriam similares às do polônio e do telúrio. Elas seriam um pouco mais difíceis de prever que as do Uuq porque o próprio polônio (Po) é pouco conhecido por causa de sua radiação. Além disso ele teria propriedades mais metálicas que o Po ou o Te.

O ununéxio seria provavelmente um metal ou semimetal sólido, cinza ou prateado, relativamente quebradiço, com ponto de fusão baixo, além de ser um condutor de eletricidade relativamente ruim. Teria estados de oxidação -2, +2, +4 e +6, sendo que o -2 seria bem menos estável e o +6 seria um forte agente oxidante, também pouco estável. O estado de oxidação +4 seria o mais estável enquanto que o +2 seria um agente redutor moderado, baseado na tendência da família 6A de o nox mais baixo e o mais alto irem se tornando menos estáveis à medida que se desce pelo grupo. Ele também poderia formar compostos covalentes, por ter 6 elétrons na camada de valência. Devido à forte radiação do elemento, seus compostos também seriam influenciados pela possibilidade de sofrerem auto-radiólise. Aliás, isso já é observado nos compostos de Po, que sofrem auto-radiólise considerável, além de radiolisar a água, tornando difícil identificar corretamente seus compostos em solução.

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Ligações externas e referências:

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--> Enfim, reconhecidos - Ciência Hoje

--> Tabela Periódica ganha mais dois elementos - Guia do Estudante

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

 


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