ATPS Quimica

Etapa 1

Aula-tema: “Matéria, Energia, Transformação e Substâncias

1-Composição do ar atmosférico

O ar atmosférico é constituído por uma mistura de diversos gases, como o nitrogênio, oxigênio, gás carbônico e gases nobres. Além dos gases citados, o ar atmosférico também apresenta vapor de água (cuja quantidade depende de alguns fatores como clima, temperatura e local), que se apresenta na forma de neblina, nuvens e chuva. No ar também encontramos em suspensão poluentes, poeira, cinzas, microrganismos e pólen.

O oxigênio (O2) presente no ar atmosférico é de extrema importância para a manutenção da vida no planeta, planeta, pois é indispensável à respiração celular: ao ser inspirado, ele é levado até todas as células do organismo e reage com a glicose (C6H12O6), produzindo água (H2O), gás carbônico (CO2) e a energia necessária à realização de todas as atividades do corpo e também é necessário para que ocorra a combustão. Concentração de 21% de oxigênio.

O nitrogênio (N2) compõe aproximadamente 78% do ar atmosférico, sendo, portanto, o componente mais abundante do ar. Este gás é formado pela união de dois átomos de nitrogênio e é o mais leve de todos os gases que se conhece: sua densidade pode ser até 14 vezes menor do que a do ar, o que explica sua abundância. É de extrema importância para todos os seres vivos, pois participa da formação de diversas moléculas orgânicas necessárias para o seu metabolismo.

O gás carbônico (CO2) é encontrado em proporções muito pequenas muito pequenas na atmosfera, contribuindo com apenas 0,03% da composição do ar. È um gás de extrema importância para realização da fotossíntese pelos vegetais, e é liberado para a atmosfera através da combustão e também pela respiração dos animais.

Dentre os gases nobres que fazem parte da composição do ar podemos citar: argônio (Ar)=0,934%, neônio (Ne)=18,18ppm, radônio (Rn)=6,0x10-14ppm, hélio (He)=5,24ppm, criptônio (Kr)=1,14 e xenônio (Xe)=0,087ppm. Esses gases não produzem nenhum tipo de reação química com outras substâncias e por isso são considerados nobres.

O vapor de água que também participa da composição do ar da evaporação das águas de rios, mares e lagos, respiração dos seres vivos, transpiração das plantas, evaporação da água do solo e dos dejetos orgânicos (fezes e urina de animais)

2- Comparação entre os gases quanto a sua descrição: substâncias simples ou compostas?

Substâncias simples são todas aquelas que se compõem de 1, 2 ou mais moléculas do mesmo elemento químico. Sendo assim todos os gases que integram a composição do ar atmosférico são substâncias simples.

3- Separação gás-gás

A separação dos gases pode se dar das seguintes formas:

a) Liquefação fracionada: a mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada.

Obs.: Uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico: N2 e O2. Após a liquefação do ar, a mistura líquida é destilada e o primeiro componente a ser obtido é o N2, pois apresenta menor PE (-195,8 ° C); posteriormente, obtém-se o O2, que possui maior PE (-183 ° C).

b) Adsorção: Consiste na retenção superficial de gases. Algumas substâncias, tais como o carvão ativo, têm a propriedade de reter, na sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos.

c) Criogenia: Todo processo criogênico consiste de 5 etapas:

1)CO Filtragem e compressão do ar;

2) Remoção de contaminantes, como vapor de água e dióxido de carbono, que congelaria durante o processo;

3) Resfriamento do ar até temperaturas bem baixas através de processos de troca de calor e refrigeração;

4) Destilação do ar parcialmente condensado (-185ºC) para produção dos produtos desejáveis;

5) Reaquecimento do produto gasoso bem como todo o líquido do sistema de troca de calor,que serve para resfriar o ar que entra no sistema.

3.1- Separação de cada gás

Oxigênio: A produção industrial de oxigênio é feita por meio de um processo de destilação que retira o ar da atmosfera, que é então filtrado, comprimido e resfriado. Por meio destes processos são extraídos os teores de água, gases indesejados e impurezas. O ar purificado passa então por uma coluna onde são separados oxigênio, nitrogênio e argônio, no estado líquido.

Nitrogênio: Da mesma forma que o oxigênio, o nitrogênio é obtido por meio da destilação do ar. O processo retira o ar da atmosfera, que é então filtrado, comprimido e resfriado. Por meio destas etapas são extraídos os teores de água, gases indesejados e impurezas. O ar purificado passa então por uma coluna através da qual são separados nitrogênio, oxigênio e argônio, no estado líquido.

Argônio: Dentro do grupo dos gases raros, o argônio é o mais comumente encontrado. Está presente na atmosfera em uma concentração de 0,934% (volume) ao nível da superfície terrestre. O ar é a única fonte conhecida para a extração de argônio puro, por esta razão sua produção se realiza pela destilação em uma planta de separação de gases do ar.

Neônio: O neônio se encontra usualmente na forma de gás monoatômico. A atmosfera terrestre contém 15,4ppm, sendo obtido pelo resfriamento do ar e destilação do líquido criogênico resultante.

Criptônio: O criptônio tem ponto de ebulição cerca de 30ºC acima dos pontos de ebulição da maioria dos outros componentes do ar. Assim, ele é prontamente separado por destilação fracionada, acumulando-se junto do xenônio na parcela menos volátil. Ambos os gases são purificados por absorção em sílica-gel, separados por nova destilação e tratados com titânio aquecido para remover demais impurezas.

Xenônio: Se encontra traços de xenônio na atmosfera terrestre, aparecendo em uma parte por vinte milhões. O elemento é obtido comercialmente por extração dos resíduos do ar líquido. Este gás nobre é encontrado naturalmente nos gases emitidos por alguns mananciais naturais. Os isótopos Xe-133 e Xe-135 são sintetizados mediante irradiação de nêutrons em reatores nucleares refrigerados a ar.

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