SÉRIE PETRÓLEO E GÁS
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
SÉRIE PETRÓLEO E GÁS
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA – CNI Robson Braga de Andrade
Presidente DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA – DIRET Raael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor de Educação e Tecnologia SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI Conselho Nacional Robson Braga de Andrade
Presidente SENAI Departamento Nacional Raael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti
Diretor Geral Gustavo Leal Sales Filho
Diretor de Operações
SÉRIE PETRÓLEO E GÁS
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
© 2012. SENAI Departamento Nacional © 2012. SENAI Departamento Regional do Rio de Janeiro Reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, otocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI. Esta publicação oi elaborada pela equipe do Núcleo de Educação a Distância do SENAI do Rio de Janeiro, com a coordenação do SENAI – Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância. SENAI Departamento Nacional Unidade de Educação Proissional e Tecnológica – UNIEP SENAI Departamento Regional do Rio de Janeiro Núcleo de Educação a Distância – NUCED
FICHA CATALOGRÁFICA Catalogação-na-Publicação (CIP) – Brasil Biblioteca Artes Gráficas – SENAI-RJ S491q SENAI/DN. Química aplicada a petróleo e gás / SENAI/DN [e] SENAI/RJ. – Brasília : SENAI/DN, 2012. 138 p. : il. ; 29,7 cm. – (Série Petróleo e Gás). ISBN
978-85-
1. Indústria petroquímica. 2. Química. I. SENAI/RJ. II. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. III. Título. IV. Série. CDD: 665.5
SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional
Sede Setor Bancário Norte • Quadra 1 • Bloco C • Ediício Roberto Simonsen • 70040-903 • Brasília – DF • Tel.: (0xx61) 3317-9001 Fax: (0xx61) 3317-9190 • http://www.senai.br
Lista de ilustrações Figura 1 – Na Química, a transormação Figura 2 – Representação molécular da EDTA Figura 3 – Linha do tempo Figura 4 – Modelo atômico de Dalton Figura 5 – Modelo atômico de Thomson Figura 6 – Modelo atômico de Bohr Figura 7 – Tabela periódica Figura 8 – Ligação iônica entre o sódio (Na) e o Cloro (Cl) Figura 9 – Ligação iônica entre o alumínio e o oxigênio Figura 10 – Representação simbólica da ligação metálica (nuvem eletrônica) Figura 11 – Caso1: Ligação covalente entre dois átomos de nitrogênio Caso 2: Ligação covalente entre o carbono e o oxigênio Figura 12 – Ligação covalente dativa Figura 13 – Ligação covalente entre berílio e hidrogênio Figura 14 – Ligação de ormação do hexafuoreto de enxore Figura 15 – Tabela periódica Figura 16 – Mistura de água e óleo Figura 17 – Aspecto da mistura entre a água e o óleo Figura 18 – Demonstração das três ases (óleo, gelo e água) Figura 19 – Curva de solubilidade de uma substância hipotética Figura 20 – Curva de solubilidade de diversas substâncias Figura 21 – Diluição de uma solução Figura 22 – Gelo futuando quando em água Figura 23 – Demonstração da viscosidade Figura 24 – Fluidos e não fuidos Figura 25 – Resistência ao escoamento Figura 26 – Maça oxidada Figura 27 – Material corroído Figura 28 – Alguns exemplos de materiais corroídos Figura 29 – Corrosão na indústria petrolíera Figura 30 – Dissociação do ácido clorídrico Figura 31 – Dissociação do hidróxido de sódio Figura 32 – Soda caústica Figura 33 – Limão Figura 34 – Leite de magnésia Figura 35 – Carbonato de cálcio Figura 36 – Estrutura de Lewis para o carbono Figura 37 – Representação da molécula de metano
13 17 17 18 19 20 22 23 24 25 26 26 27 27 28 36 36 37 38 38 41 42 43 43 44 47 47 50 52 53 56 58 59 60 62 64 64
Figura 38 – Relação entre as grandezas de pressão Figura 39 – Curva dos pontos de usão e ebulição da água Figura 40 – Densímetro de posto de combustíveis Figura 41 – Página do INMETRO na internet Figura 42 – Ciclo do gás carbônico Figura 43 – Representação de meio ambiente e sustentabilidade Figura 44 – Opções de armazenamento do petróleo e gás Figura 45 – Esquema simplicado dos componentes dos óleos brutos Figura 46 – Percentual dos componentes do óleo cru Figura 47 – Representação da torre de destilação Figura 48 – Representação esquemática das indústrias petrolíeras Figura 49 – Normas técnicas são as bases para auxiliar a amostragem e conservação Figura 50 – Representação proporcional de uma amostra Figura 51 – Exemplo de recipientes de coleta de amostras Figura 52 – Curva de distribuição normal Figura 53 – Curva de distribuição normal Figura 54 – Curva normal X 6 sigmas Figura 55 – Comprimento de onda eletromagnética Figura 56 – Representações de periculosidade de substâncias químicas (NBR 14725)
82 83 84 91 97 98 99 101 109 109 106 111 113 114 116 117 119 123 126
Sumário 1. Introdução
13
2. Fundamentos de Química
17
2.1 Química geral
17
2.1.1 Introdução à Química aplicada
17
2.1.2 Ligações químicas
20
2.1.3 Polaridade
27
2.1.4 Forças intermoleculares
29
2.1.5 Balanceamento de reações
30
2.1.6 Estequiometria
32
2.1.7 Misturas homogêneas e heterogêneas
35
2.1.8 Soluções
37
2.1.9 Concentração das soluções
39
2.1.10 Densidade
42
2.1.11 Viscosidade
43
2.1.12 Conceitos undamentais de eletroquímica (corrosão)
44
2.2 Química Inorgânica
53
2.2.1 Ácidos
53
2.2.2 Bases
55
2.2.3 Sais
60
2.2.4 Óxidos
62
2.3 Química Orgânica
64
2.3.1 Classicação das cadeias carbônicas
65
2.3.2 Hidrocarbonetos
68
2.3.3 Funções oxigenadas
74
2.3.4 Compostos nitrogenados
79
2.4 Estudo dos gases
81
2.4.1 Variáveis de estado de um gás
82
2.4.2 Transormações com massa gasosa xa
85
2.4.3 Condições normais de temperatura e pressão (CNTP)
87
2.4.4 Equação de Clapeyron
87
2.4.5 Hipótese de Avogadro
88
2.4.6 Mistura de gases
88
2.4.7 Densidade dos gases, diusão e eusão de gases
89
3. Petróleo, gás e seus derivados
97
3.1 Geologia do petróleo
98
3.2 Composição do petróleo
100
3.3 Derivados do petróleo e gás
103
3.4 Indústria do petróleo (produtos de primeira, segunda e terceira geração)
105
4. Técnicas de amostragem e conservação 4.1 Técnicas de amostragem e de conservação de amostra para área de petróleo e gás
111 112
4.1.1 Medidas de centralização
115
4.1.2 Medidas de dispersão
115
4.1.3 Distribuição normal
116
4.2 Técnicas de análise para a área de petróleo e gás
121
4.2.1 Densidade
121
4.2.2 Viscosidade
121
4.2.3 Potenciometria
122
4.2.4 Cromatograa
122
4.2.5 Espectroscopia
123
4.3 Interpretação das chas de inormação de produtos químicos (FISPQ)
124
4.4 Boas práticas de laboratório
125
Reerências
133
Introdução
1
e t i e L a m i L n o s y m r e h l i W
Figura 1 – Na Química, a transormação
O processo de transormação química e energética que ocorre na ormação geológica do petróleo gera inúmeras inormações, que são utilizadas para determinação das características qualitativas e quantitativas dos produtos ormados. A elaboração de melhores ormas do aproveitamento da exploração permite a segurança dos envolvidos e a sustentabilidade, não gerando assim problemas ambientais e de processo. A Química permite o estudo e pesquisa dos mais diversos problemas do dia a dia. Ela relaciona a complexidade de temas como: alimentação, saúde, energia, transporte, água, petróleo e também investigação cientíca aplicada a temas relevantes da sociedade, em que o macro e o micro relacionam-se em suas proporcionalidades dentro dos desaos impostos por ela. A ciência, a tecnologia, o meio ambiente e a sociedade são avaliados hoje como aces de uma mesma dinâmica, em que a pesquisa e o desenvolvimento tecnológico orjam uma sociedade empreendedora, sem colocar em risco a qualidade de vida e compreendendo que todos pertencem a um mesmo ciclo natural. O respeito a todos os ecossistemas existentes qualica e dinamiza essa mesma sociedade.
14
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Procuramos abordar neste livro, no capítulo 2, inicialmente os conceitos undamentais de Química, acilitando a compreensão utura de termos básicos utilizados durante as etapas de exploração, obtenção e processo do petróleo e seus derivados, permitindo assim uma ormação prossional baseada no dinamismo necessário aos alicerces dos conteúdos posteriores. A aplicabilidade desses conceitos tem como principal unção os aspectos qualitativos, pois é gerando conhecimento que o prossional poderá se desenvolver cada vez mais. O capítulo 3 desta unidade envolve as principais características do petróleo, gás e seus derivados, relacionando-os a conceitos iniciais e undamentando-os de orma inseparável da Química aplicada. O reno e os produtos gerados pelas indústrias de primeira, segunda e terceira geração baseiam-se no tipo de óleo bruto inicialmente extraído, infuenciando, portanto, na quantidade e qualidade esperadas nos processos, seja como matéria-prima ou como produto acabado. As técnicas de amostragem apresentadas no capítulo 4 evidenciam que não é possível gerar avaliações signicativas de processos tão expressivos sem o aproveitamento das erramentas estatísticas. A avaliação química aplicada a petróleo, gás e derivados só tem valor quando a amostra é retirada corretamente e apresenta-se signicativa de toda a produção, muitas vezes, dada em milhares de toneladas em que as variáveis de processo (pressão, nível, temperatura, volume e outros) são controladas a partir dos dados estatísticos estipulados da amostragem realizada. Abordamos aqui a grande importância relacionada à orma de conservação de amostras, o reconhecimento da leitura de rótulos de reagentes químicos e de suas chas de segurança, permitindo que durante a ormação prossional o aluno tenha a dinâmica e refexão dos limites dados por esses reagentes e produtos, permitindo a avaliação da sua segurança e dos prossionais envolvidos durante os processos de produção e análise da matéria-prima e do produto acabado. As erramentas de qualidade são apresentadas apenas para uma amiliarização inicial. Seu aproundamento se dará nos módulos seguintes, mas undamenta a Química aplicada a petróleo e gás, amarra a relação entre os conceitos da ormação prossionalizante e evidencia a necessidade de uma gestão pela qualidade total. Nos módulos seguintes você verá, com mais proundidade, o desenvolvimento do nosso tema central: QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS .
Na página ao lado está a matriz curricular do curso para acilitar seu entendimento sobre o percurso que terá que realizar.
INTRODUÇÃO
Química Aplicada a Petróleo e Gás COMPONENTES CURRICULARES
CARGA HORÁRIA
Fundamentos Técnicos e Científcos de Petróleo e Gás Comunicação/Inormática – 32h Fundamentos da Indústria de Petróleo e Gás – 60h QSMS – 24h Módulo Básico
Metrologia e Instrumentação Aplicadas a Petróleo e Gás – 80h
356h
Química Aplicada a Petróleo e Gás – 80h
Física Aplicada a Petróleo e Gás – 80h Operação de Sistema Produtivo na Cadeia de Petróleo e Gás Módulo Específco Profssional 1ª Etapa
Exploração On-shore e Of-shore – 160h Tecnologias do Sistema Produtivo On-shore e Of-shore – 160h
484h
Processamento de Petróleo e Gás – 100h Logística e Manutenção da Cadeia de Petróleo e Gás – 64h Manutenção em Sistemas Produtivos na Cadeia de Petróleo e Gás Manutenção Industrial – 100h Planejamento e Atividade na Cadeia de Petróleo e Gás
Módulo Específco Profssional 2ª Etapa
Gestão de Pessoas – 40h Gestão da Produção – 80h Controle da Qualidade de Insumos, Produtos e Processos na Cadeia de Petróleo e Gás Ensaios Analíticos na Cadeia de Petróleo e Gás – 80h Avaliação de Desempenho de Insumos, Produtos e Processos – 60h CARGA HORÁRIA TOTAL: TÉCNICO EM PETRÓLEO E GÁS: 1.200H
360h
15
Fundamentos de Química
2
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
Figura 2 – Representação molécular da EDTA, substância utilizada na Química analítica e de processos
2.1 QUÍMICA GERAL
2.1.1 INTRODUÇÃO À QUÍMICA APLICADA A Química geral é um instrumento de estudo necessário para a resolução de problemas em muitas áreas de atuação. Pode ser utilizada na agricultura, oceanograa, na engenharia, no campo alimentício e na produção de novas tecnologias, entre outros. A evolução química teve o apoio de diversos cientistas. Pode-se dizer que por meio de várias experiências oi possível denir conceitos até então desconhecidos para a sociedade da época. A descoberta do átomo em 450 a.C. por Demócrito causou grandes mudanças na sociedade de modo geral, trazendo alguns conceitos que oram aprimorados ao longo do tempo (Figura 3).
450 a.C. Definição do átomo
1803
1850
1886
1911
Modelo de Thomson
Figura 3 – Linha do tempo
1913
Reformulação do modelo atômico por Bohr
1932
Descoberta do nêutron
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
18
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Para Demócrito, o átomo constitui toda e qualquer matéria, e esses átomos seriam caracetrizados como qualitativamente iguais, dierenciando-se apenas na orma, no tamanho e na massa. No século XIX, mais precisamente em 1803, um cientista chamado John Dalton utilizando as leis da conservação de massa e da composição denida, sugeriu uma teoria que explicava este e outros conceitos químicos. Dalton utilizou o antigo conceito de Demócrito sobre a existência dos átomos e manteve esse conceito com evidências experimentais. Suas principais evidências ormularam conceitos como:
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Figura 4 – Modelo atômico de Dalton
Toda e qualquer matéria é composta por átomos (Figura 4). Os átomos não podem ser criados nem destruídos. Um dado elemento é caracterizado por seus átomos sendo todos os seus
átomos idênticos em todos os aspectos.
Os átomos de dierentes elementos têm propriedades dierentes. Compostos químicos são ormados de átomos de dois ou mais elementos
em uma razão xa.
Todas as transormações químicas consistem em combinação, separação ou
rearranjo de átomos.
VOCÊ SABIA?
Dalton nasceu em Eaglesield, Crumbria, em 6 de setembro de 1766, oi considerado o químico e ísico inglês undador da teoria atômica moderna.
Em 1850, o conceito de Dalton sobre a indivisibilidade do átomo começou a ser repensado. Um cientista chamado Willian Crookes demonstrou um experimento com tubos de descarga de gás, geralmente chamados de tubos Crookes. Esse experimento conseguiu explicar a existência de partículas carregadas negativamente, partículas estas que receberam o nome de elétrons. Em 1886, Goldstein reormulou o experimento de Crookes explicando a existência de partículas positivas denominadas prótons. Após essas descobertas, o conceito de Dalton sobre a indivisibilidade do átomo começou a ser questionado.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Após 48 anos do surgimento do modelo de Dalton, o cientista J. J. Thomson sugeriu que o átomo poderia consistir em uma esera carregada positivamente contendo alguns elétrons incrustados nessa esera positiva.
VOCÊ SABIA?
Joseph John Thomson, nascido em 1856, icou também conhecido por J. J. Thomson; recebeu o Nobel de Física em 1906 pela descoberta do elétron.
Esse modelo de átomo cou conhecido como “pudim de passas”. Conra na Figura 5, abaixo.
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Figura 5 – Modelo atômico de Thomson
Seguindo a linha do tempo da atomística, em 1911 o modelo de Thomson oi substituído por um modelo em que o átomo consiste em um pequeno núcleo rodeado por um grande volume no qual os elétrons estão distribuídos. Esse modelo nuclear oi criado pelo cientista Rutherord. Em 1913, esse modelo oi reormulado pelo então cientista Niels Bohr. Seguido a ormulação do modelo de Rutherord, em 1932, houve a descoberta da terceira partícula atômica pelo ísico inglês J. Chadwick. Essa partícula não possui carga elétrica e possui a mesma massa de um próton. Essa partícula recebeu o nome de nêutron, devido à sua característica eletricamente neutra.
VOCÊ SABIA?
Ernest Rutherord oi um ísico e químico neozelandês que se tornou conhecido como o pai da Física Nuclear. Niels Henrick David Bohr oi um ísico dinamarquês cujos trabalhos contribuíram decisivamente para a compreensão da estrutura atômica e da Física Quântica.
19
20
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
O novo modelo atômico introduziu alguns conceitos revolucionários que conduziram nalmente ao desenvolvimento do modelo moderno da estrutura atômica. O modelo de Bohr pode ser visualizado na Figura 6.
K = 1a L = 2a M = 3a N = 4a O = 5a P = 6a Q = 7a
Núcleo positivo
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Figura 6 – Modelo atômico de Bohr
Para Bohr, os elétrons giravam ao redor de um núcleo positivo, de orma que esses elétrons estavam distribuídos em camadas ou órbitas bem denidas. Ao girar em uma mesma órbita, o elétron não perde nem ganha energia. Ao saltar para outra órbita, o elétron adquire energia e emite essa energia adquirida ao retornar para a sua órbita de origem. O modelo de Bohr oi comparado ao sistema solar, sendo o núcleo o Sol e os elétrons, os planetas.
2.1.2 LIGAÇÕES QUÍMICAS Todas as substâncias estão unidas de alguma orma. Das substâncias mais simples, como o sal de cozinha (cloreto de sódio), até as substâncias mais complexas, como o petróleo, por exemplo. A união entre os elementos que compõem as substâncias chama-se ligação química. Cada elemento possui uma quantidade de elétrons. Um átomo de um mesmo elemento possui sempre a mesma quantidade de elétrons. Por exemplo, todo e qualquer hidrogênio no seu estado undamental possui apenas um elétron, assim como todo oxigênio no seu estado undamental possui oito elétrons. De acordo com Bohr, esses elétrons estão divididos em órbitas, ou seja, em camadas, comportando um número máximo de elétrons. As sete camadas eletrônicas são: K, L, M, N, O, P e Q.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Distribuição em camadas eletrônicas CAMADAS
QUANTIDADE DE ELÉTRONS
K
2
L
8
M
18
N
32
O
32
P
18
Q
2
O oxigênio é um dos elementos encontrados no petróleo na orma de dierentes tipos de óxidos; ele é ormado de oito elétrons. Neste caso, sua distribuição em camadas eletrônicas seria: Exemplo 1
K = 2, L = 6
K suporta no máximo dois elétrons e L suporta no máximo oito elétrons. Ao atingir o máximo de uma camada, partimos para preencher a camada seguinte com os elétrons restantes e assim sucessivamente. O exemplo 2 representa o cloro, que possui 17 elétrons. Exemplo 2
K = 2, L = 8, M = 7
Observe que, neste caso, oi necessária uma terceira camada (M), pois a camada L suporta até oito elétrons.
ESTABILIDADE ELETRÔNICA Outro conceito importante é o da estabilidade eletrônica. Um elemento é considerável estável quando atinge oito elétrons na última camada (camada de valência). Esta teoria é chamada de regra do octeto.
21
22
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Antes de dar continuidade ao conceito de ligações químicas, precisamos entender a orma com que os elementos estão agrupados. Sentindo a necessidade de agrupar os elementos e acilitar o entendimento sobre o seu comportamento, em 1913 criou-se a classiicação periódica moderna, em que se agrupavam os elementos químicos em ordem crescente de número atômico. A esse agrupamento de elementos em orma de tabela, chamamos tabela periódi VOCÊ ca (Figura 7). SABIA? A tabela periódica é dividida em amílias e períodos. As amílias são as colunas verticais e os períodos são as colunas horizontais. Observe que a tabela é ormada por sete períodos. Cada período indica a quantidade de camadas que o elemento possui. Por exemplo, os elementos no primeiro período possuem apenas uma camada, ou seja apenas a camada K, os elementos localizados no segundo período possuem duas camadas, ou seja K e L e assim sucessivamente.
Ao observar a tabela periódica (Figura 7), nota-se que apenas os gases nobres que estão localizados no grupo 18 possuem oito elétrons na sua última camada. Para que os outros elementos atinjam essa estabilidade, é necessário que doem, recebam ou compartilhem seus elétrons. Essa doação, recebimento ou compartilhamento ocorre por meio da união entre os átomos a qual chamamos de ligação química. Essas ligações ocorrem de acordo com as características dos elementos que estão se unindo.
1 1 2 3 4 5 6 7
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
2
3
4
11
12
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
55
56
72
73
74
75
76
77
87
88
104
105
106
107
108
57
58
59
60
89
90
91
92
Na Sódio
Zr
Be Berílio
Ba Bário
Fr Ra Frâncio Rádio
15
16
17
18
6
7
8
9
10
13
14
15
16
17
18
30
31
32
33
34
35
36
47
48
49
50
51
52
53
54
78
79
80
81
82
83
84
85
86
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
Yb Itérbio
71
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
BBoro
Zircônio
CCarbono N O F Nitrogênio Oxigênio Flúor
Al Si Alumínio Silício Sc Ti Escândio Titânio
Rb Sr Y Rubídio Estrôncio Ítrio Cs Césio
14
5
Representação
Mg Magnésio
KPotássio Ca Cálcio
13
40
H He Hidrogênio Hélio Li Lítio
12
57 – 71
89 – 103
VVanádio Cr Cromo
Zr Nb Zircônio Nióbio Hf Háfnio
La Ce Latânio Cério Th Tório
Co Ni Cobalto Níquel
Mo Tc Ru Rh Ródio Molibdênio Tecnécio Rutênio
Ta W Re Tantálio Tungstênio Rênio
Rf Db Ruterfórdio Dúbio
Ac Actínio
Mn Fe Manganês Ferro
Sg Bh Seabórgio Bóhrio
Os Ósmio Hs Hássio
Ir Irídio
Cu Cobre
Pd Ag Paládio Prata Pt Au Platina Ouro
Zn Zinco
Cd In Cádmio Índio Hg Ti Mercúrio Tálio
Ge As Se Br Germânio Arsênio Selênio Bromo Sr Sb Te Estanho Antimônio Telúrio
IIodo
Pb Bi Po At Chumbo Bismuto Polônio Astato
Ar Argon Kr Criptônio Xe Xenônio Rn Radônio
Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo Meitnério Darmstádio Roentgenium Ununbium Ununtrium Ununquadium Ununpentium Ununhexium Ununseptium Ununoctium
Nd Pm Sm Eu Gd Tb Pr Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Pa U Protactínio Urânio
Ga Gálio
PFósforo SEnxofre Cl Cloro
Ne Neón
Np Pu Am Cm Netúnio Plutônio Amerício Cúrio
Figura 7 – Tabela periódica
Dy Ho Er Disprósio Hólmio Érbio
Tm Túlio
Bk Cf Es Fm Md Berquélio Califórnio Einstênio Férmio
Mendelévio
Lu Lutércio
No Lr Nobélio Laurêncio
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
LIGAÇÃO IÔNICA Este tipo de ligação ocorre entre um elemento metálico e outro elemento ametálico. Nesse caso há transerência denitiva do elétron de um elemento para o outro, conorme o exemplo abaixo. O sal de cozinha é um elemento muito comum, utilizado principalmente na culinária. O sal de cozinha de nome cloreto de sódio é ormado pela união do átomo de sódio (Na) com o átomo de cloro (Cl). O átomo de sódio possui 11 elétrons e o átomo de cloro, 17 elétrons. Fazendo a distribuição em camadas para esses elementos, temos:
Na K = 2, L = 8, M =1
Cl K = 2, L = 8, M = 7
Para que o átomo de cloro se torne estável, é necessário que ele ganhe um elétron. O sódio, por sua vez precisa, doar um elétron para que sua última camada que com oito elétrons. Neste caso, o sódio doa denitivamente o seu elétron da última camada para o cloro, conorme a Figura 8.
Na
Cl
Na+ Cl–
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Figura 8 – Ligação iônica entre o sódio (Na) e o cloro (Cl)
Um exemplo mais complexo é o do óxido de alumínio, ou melhor, a união entre átomos de oxigênio com átomos de alumínio. O alumínio é um metal que possui 13 elétrons e o oxigênio, como já visto possui oito elétrons. Fazendo a distribuição por camadas desses elementos têm-se:
O K = 2, L = 6
Al K = 2, L = 8, M = 3
Note que o oxigênio precisa de dois elétrons para se tornar estável e o alumínio precisa doar 3 elétrons. Em uma ligação química não pode sobrar nem altar elétrons; portanto, teremos que utilizar mais elementos para ormar um composto estável. A Figura 9 demonstra como deve ser eita a união entre esses átomos.
23
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Note que, ao doar dois elétrons para o primeiro oxigênio, ainda sobra um outro elétron no elemento alumínio. Nesse caso, pega-se um segundo átomo de oxigênio e doa-se esse elétron. Esse segundo átomo de oxigênio ca com sete elétrons, necessitando de mais um elétron para atingir a estabilidade. Então, pega-se mais um átomo de alumínio para que esse átomo doe um elétron, estabilizando esse segundo átomo de oxigênio. No entanto, sobram dois elétrons no segundo átomo de alumínio. Para que esse átomo se estabilize, pega-se um terceiro átomo de oxigênio e doam-se estes dois elétrons, estabilizando tanto o segundo átomo de alumínio como o terceiro átomo de oxigênio. Em resumo, tem-se um total de dois átomos de alumínio e três átomos de oxigênio, estando todos estabilizados.
Al
O O
Al
O
Portanto:
2Al+3 + 3O–2 Al2O3
Figura 9 – Ligação iônica entre o alumínio e o oxigênio
Íons Um átomo, quando ganha ou perde elétrons, adquire cargas, podendo ser positivas ou negativas. Quando um átomo doa elétron ele ica com carga positiva. Por exemplo: O sódio, ao doar um elétron, passa de Na para Na+; um elemento que perde dois elétrons adquire carga 2+. Por exemplo: VOCÊ O magnésio, ao doar dois elétrons, passa a Mg2+. SABIA? Os elementos da amília 3A, ao doarem seus três elétrons, icam com carga 3+. Estes íons com carga positiva são chamados de cátions. Quando um elemento recebe elétrons, ica com carga negativa. Por exemplo: quando o cloro recebe um elétron, ele passa de Cl para Cl. Quando um elemento recebe dois elétrons, ele ica com carga 2–. Quando um elemento recebe três elétrons, ele ica com carga 3–.
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2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
LIGAÇÃO METÁLICA Este tipo de ligação ocorre com elementos do tipo metálico. De acordo com a teoria da nuvem eletrônica, conhecida também como mar de elétrons, pode-se dizer que os elementos metálicos possuem elétrons “soltos”, ou seja, “livres”. Esta nuvem de elétrons mantém os átomos dos elementos metálicos unidos, ormando assim a ligação metálica.
Li, Na, K, ...
Mg, Ca, Sr, ...
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Figura 10 – Representação simbólica da ligação metálica (nuvem eletrônica)
LIGAÇÃO COVALENTE A ligação covalente pode ser caracterizada como o tipo de união em que não há doação de elétrons e sim o compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos, causando atração mútua. Essa ligação ocorre entre elementos iguais e elementos não metálicos. A Figura 11 demonstra dois casos de ligação covalente. No Caso 1, a primeira molécula expressa a união entre dois átomos de nitrogênio. O nitrogênio está na amília 15, portanto necessita de mais três elétrons para atingir a estabilidade. Como ambos os átomos são de nitrogênio, não é possivel que um doe elétrons para o outro. Nesse caso eles compartilham seus elétrons. Como cada nitrogênio precisa de três elétrons, oram necessários três compartilhamentos. No Caso 2, tem-se a molécula do gás carbônico (CO2). O carbono está localizado na amília 14 e o oxigênio, na amília 16. Portanto, para o carbono se estabilizar será necessário que o mesmo tenha mais quatro elétrons e o oxigênio, apenas dois elétrons. Para azer esta ligação, o primeiro oxigênio compartilha dois elétrons seus com dois elétrons do carbono. O oxigênio se estabiliza, porém o carbono ca com apenas seis elétrons. Neste caso, um segundo átomo de oxigênio compartilha dois elétrons seus com dois elétrons do carbono. Sendo assim, o segundo átomo de oxigênio atinge a estabilidade e o carbono também, estando todos os átomos com oito elétrons na camada de valência.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Caso 1
N
N
Caso 2
O
C
O
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Figura 11 – Caso1: Ligação covalente entre dois átomos de nitrogênio Caso 2: Ligação covalente entre o carbono e o oxigênio
LIGAÇÃO COVALENTE DATIVA Observe a Figura 12. Nela é possível observar que o par de elétrons assinalado, que liga o enxore ao segundo oxigênio, inicialmente era apenas do enxore. Portanto, esse tipo de ligação não pode ser classicado apenas como uma ligação covalente, pois o par de elétrons é cedido por apenas um dos átomos, ou se ja, neste caso o segundo átomo de oxigênio não compartilha seus elétrons com o enxore.
O 2
S Figura 12 – Ligação covalente dativa
Confra que, na Figura 12, todos os átomos permanecem com oito elétrons ao seu redor. A esse tipo de ligação chamamos de ligação covalente dativa. Na página ao lado, veja o boxe com as exceções a regra do octeto.
O 1
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2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Exceções à regra do octeto Existem alguns elementos que não obedecem à regra do octeto, ou seja, se estabilizam com menos ou com mais de oito elétrons. Um exemplo clássico de elemento que se estabiliza com menos de oito elétrons é o berílio (Be). A molécula de BeH2 evidencia que esse composto se estabiliza com apenas quatro elétrons (Figura 13).
H
Be
O
Figura 13 – Ligação covalente entre berílio e hidrogênio
Um caso em que o elemento apresenta estabilidade com mais de oito elétrons pode ser visto na união entre o enxore e o ósoro. A molécula deSF 6 (Figura 14) demonstra o elemento enxore com 12 elétrons ao seu redor.
xx
F
x x
x x
x x
x x
x o
F
x o
xx
x x
F
x x
x x
F
S
x o
xx
x o x x
x o x
F
x o
x
xx
x x
F
F
x x
S
x x
x x
x x
Figura 14 – Ligação de ormação do hexafuoreto de enxore
2.1.3 POLARIDADE A polaridade de uma molécula está relacionada com o valor de eletronegatividade envolvido na ligação química. A eletronegatividade é uma propriedade que caracteriza a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de elétrons que está sendo compartilhado em uma ligação do tipo covalente. Os elementos que apresentam maiores valores de eletronegatividade são os elementos da amília 17, também conhecidos como halogênios. As ligações podem ser denidas como polares ou apolares. As ligações do tipo apolar são aquelas em que a dierença de eletronegatividade é igual a zero. A Figura 15 apresenta uma tabela com os valores de eletronegatividade.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Escala de eletronegatividade de Pauling Grupo Período
1
1
H 2,1 Li 1,0 Na 0,9 K 0,8 Rb 0,8 Cs 0,7 Fr 0,7
2 3 4 5 6 7
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 He
Be 1,5 Mg 1,2 Ca 1,0 Sr 1,0 Ba 0,9 Ra 0,9
Sc 1,3 Y 1,2
Ti 1,5 Zr 1,4 Hf * 1,3 ** Rf
V 1,6 Nb 1,6 Ta 1,5 Db
Cr 1,6 Mo 1,8 W 1,7 Sg
Mn 1,5 Tc 1,9 Re 1,9 Bh
Fe 1,8 Ru 2,2 Os 2,2 Hs
Co 1,9 Rh 2,2 Ir 2,2 Mt
Ni 1,8 Pd 2,2 Pt 2,2 Ds
Cu 1,9 Ad 1,9 Au 2,4 Rg
B C N O F Ne 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Ai Si P S Cl Ar 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0 Zn Ga Ge As Se Br Kr 1,6 1,6 1,8 2,0 2,4 3,0 Cd In Sn Sb Te I Xe 1,7 1,7 1,8 1,9 2,1 2,5 Hg Ti Pb Bi Po At Rn 1,9 1,8 1,9 1,9 2,0 2,2 Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Figura 15 – Tabela periódica
Linus Pauling (1901- 1994) é considerado até hoje um grande cientista, pois oi o único químico a receber o Prêmio Nobel duas vezes. Em 1962, por ter contribuído VOCÊ ativamente contra testes e usos de materiais nucleares. SABIA? Publicou vários trabalhos sobre a estrutura atômica, tendo como preocupação principal explicar e entender os enômenos atômicos.
Um exemplo de molécula apolar é a molécula de O2. Observando a Tabela de Eletronegatividade vericamos que o oxigênio possui um valor de eletronegatividade igual a 3,5. Calculando a dierença de eletronegatividade da molécula teremos:
⌬ = 3,5 3,5 ⌬ = 0 ligação covalente apolar
Uma ligação covalente é considerada polar quando a dierença de eletronegatividade é dierente de zero. A molécula de HCl é um exemplo disso. O valor de eletronegatividade do hidrogênio é 2,1 e do cloro 3. Calculando a dierença de eletronegatividade temos:
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⌬ = 3 2,1 ⌬ = 0,9 Eletronegatividade dierente de
zero; logo, ligação covalente polar
2.1.4 FORÇAS INTERMOLECULARES As orças intermoleculares são as orças que mantêm as moléculas unidas umas às outras. As orças intermoleculares podem ser divididas em:
Van der Walls As orças de Van der Walls podem ser identicadas quando em uma ligação covalente polar verica-se em algum momento que a nuvem eletrônica tende para um dos polos da ligação.
DipoloDipolo É a orça de atração que acontece entre duas moléculas polares, ligando-as pelos seus respectivos polos, ou seja, o polo positivo de uma molécula se liga ao polo negativo da outra molécula. O exemplo abaixo representa um momento de dipolo entre a molécula de HF. Lembre que o hidrogênio apresenta eletronegatividade 2,1 e o lúor tem eletronegatividade 4.
H
F H
F
Momento de dipolo entre o fúor e o hidrogênio
Ou seja, o polo negativo da molécula lúor se liga ao polo positivo da molécula hidrogênio.
Pontes de hidrogênio Acontecem quando temos dentro das moléculas ligações de hidrogênio com elementos de eletronegatividade alta, como nitrogênio, oxigênio e fúor. Pode acontecer tanto entre duas moléculas dierentes, o caso da água, como dentro de uma mesma molécula – ocorre também em moléculas muito grandes, como uma proteína. A orça da ponte de hidrogênio varia de acordo com o átomo eletronegativo ligado a ele. Como o fúor é o que possui a maior eletronegatividade, a ponte de hidrogênio ligada a ele é a que possui mais orça.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
2.1.5 BALANCEAMENTO DE REAÇÕES Balancear uma reação signica equilibrar os coecientes de uma reação, ou seja, a quantidade de um mesmo elemento no reagente deverá ser igual no produto. O exemplo abaixo demonstra uma reação balanceada.
2H2 + O2 2H2O Reação balanceada
Observe que os elementos que estão antes da seta ( ) representam os reagentes e o elemento que se encontra depois da seta é o produto. Uma reação pode ter um ou mais reagentes e um ou mais produtos.
O coeiciente é o número que antecede os elementos, e o índice é o número que está embaixo do elemento. Por exemplo:
VOCÊ SABIA?
2H2
Índice
Coefciente
De acordo com a reação, temos no reagente 4 hidrogênios e 2 oxigênios e no produto 4 hidrogênios e 2 oxigênios. O coeciente multiplica todos os elementos em uma molécula; por exemplo, 2H2O. O coeciente 2 está multiplicando o hidrogênio e o oxigênio. No caso do índice, ele multiplica apenas o elemento em que ele se encontra. Portanto, no caso da molécula de H2O, este 2 que está embaixo do hidrogênio está multiplicando somente o hidrogênio.
VOCÊ SABIA?
Em caso de moléculas que possuam parênteses, o número que está do lado de ora do parêntese está multiplicando todos os elementos que estão dentro dele. Por exemplo: a molécula de AlOH 3 signiica que temos 1 alumínio (Al), 3 oxigênios (O) e 3 hidrogênios (H). Observe que o alumínio não está dentro do parêntese; portanto, não deve ser multiplicado por 3.
É importante ressaltar que nem sempre as reações se encontram balanceadas, sendo necessário balanceá-las. Para azer o balanceamento correto, utilizamos algumas regras.
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1 Observar o elemento que aparece apenas uma vez no primeiro membro (reagente) e uma vez no segundo membro (produto). 2 Começar o balanceamento pelo elemento que possui o maior índice. Lembre-se de que ele deverá aparecer apenas uma vez em ambos os lados. 3 Transerir o índice de um membro para o outro lado, utilizando-o como coeciente. 4 Prosseguir da mesma orma com os outros elementos até que todos este jam balanceados. 5 Apenas o índice pode tornar-se coeciente, e nunca o coeciente se tornar índice.
H2 + Cl2 HCl Veja a representação de uma reação de ormação do HCl. Analisando esta reação, verica-se que ela não se encontra balanceada. No primeiro membro, têm-se 2 hidrogênios e 2 cloros e no segundo membro apenas 1 hidrogênio e 1 cloro. Neste caso, é necessário balanceá-la. Veja que tanto o cloro quanto o hidrogênio aparecem apenas uma vez de cada lado. Observando o segundo passo, tanto o cloro quanto o hidrogênio possuem índice 2, o que torna indierente a escolha entre cloro e hidrogênio para transpor os índices. Supondo a escolha do hidrogênio para transpor o índice teríamos:
Reação 1
H2 + Cl2 HCl
Reação 2
H2 + Cl2 2 HCl
Observe que a reação 2 encontra-se balanceada. No primeiro membro têm-se 2 hidrogênios e 2 cloros e no segundo membro têm-se também 2 hidrogênios e 2 cloros.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
2.1.6 ESTEQUIOMETRIA A estequiometria permite calcular a quantidade de uma determinada substância que está reagindo ou que está sendo produzida numa determinada reação. Para calcular a quantidade de uma determinada substância em uma reação química, é necessário que a equação mencionada esteja balanceada, ou seja, todos os elementos participantes da reação deverão estar equilibrados. O segundo passo para a estequiometria é azer uma regra de três entre os elementos participantes da reação. O coeciente de um elemento em uma reação química representa o seu número de mol (quantidade de matéria). Por exemplo, na reação:
C2D3 2C + 3D Temos: 1 mol de C2D3 2 mol de C 3 mol de D
O número de mol está sempre relacionado à massa atômica que o elemento possui. O hidrogênio possui massa atômica de 1g/mol, ou seja, cada 1 mol de hidrogênio possui 1g. Seguindo a proporção, 2 mol de hidrogênio têm 2g e assim sucessivamente. O mesmo ocorre com os demais elementos. Por exemplo A massa do sódio na tabela periódica é de 23g/mol, o que signica que a cada 1 mol de sódio (Na) temos 23g. Se tivéssemos 4 mol de sódio teríamos:
1 mol de sódio Na
23g
4 mol de sódio Na
x
1mol . X = 4mol . 23g 92g . mol X= 1mol
X = 92g de Na
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Um exemplo mais complexo é quando temos uma molécula composta por mais de um elemento em uma reação. Supondo a reação 3 de neutralização de ormação do sal de cozinha (NaCl) pela junção de um ácido com uma base, temos:
Reação 3
HCl + NaOH NaCl + H2O De acordo com a tabela periódica, temos os seguintes valores de massa para os elementos da reação:
H = 1g
Na = 23g
Cl = 35,5g
O = 16g
Imagine se quiséssemos calcular a massa de NaCl produzida em 365g de HCl. Observe que a relação está entre HCl e NaCl. A reação 3 a que se reere o exemplo está balanceada, pois temos no reagente 2 hidrogênios ( H), 1 sódio (Na), 1 oxigênio (O), 1 cloro (Cl) e, no produto, as mesmas quantidades. Os coecientes da reação são todos iguais a 1, ou seja temos 1 mol de cada molécula na reação; com isso, podemos concluir que para cada 1 mol de HCl temos 1 mol de NaCl produzido. A massa total de HCl será igual à massa do hidrogênio somada à massa do cloro, ou seja: (1 + 35,5)g, totalizando 36,5g. O mesmo ocorre com a molécula de NaCl, sendo sua massa total a soma da massa do sódio com a massa do cloro, (23 +35,5)g. Sabendo essas massas podemos estabelecer a regra de três.
1 . 36,5g de HCl
1 . 58,5g
365g de HCl
X
Resolvendo a regra de três: 36,5 X = 58,5 . 365 21352,5 X= 36,5
X = 585g de NaCl
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
REAGENTE LIMITANTE É o reagente que delimita a reação, ou seja, aquele que é consumido primeiro no processo. Suponha a reação 4 entre o hidróxido de cálcio e o ácido fuorídrico.
Reação 4
KOH + HF KF + H2O Sabendo que oram misturados 560g de KOH com 180g de HF, calcule o reagente limitante e o excesso de reagente na reação. Observe que a reação acima encontra-se balanceada e temos 1mol para cada substância. Veja que a cada 1mol de KOH temos 1mol de HF. A tabela periódica, por sua vez, nos dá os seguintes valores de massa atômica para os elementos em questão:
K = 39
H = 1
F = 19
O = 16
Somando as massas temos para o KOH: Logo:
1 mol = 39 + 16 + 1 = 56g
Somando as massas temos para o HF: 1 mol = 1+19 = 20g = Unidade de massa atômica
Para azer a regra de três, escolha um dos elementos.
PRIMEIRA HIPÓTESE
Suponha que o elemento escolhido seja o KOH. A regra de três seria: 56g de KOH
20g de HF
560g de KOH
X
Calculando: 56 X = 560 . 20 X=
11.200 56
X = 200g de HF
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SEGUNDA HIPÓTESE
Suponha que o elemento escolhido seja o HF. A regra de três seria: 56g de KOH 20g de HF x 180g de HF Calculando: 20 X = 56 . 180 100800 X= 20
X = 504g de KOH
Na primeira hipótese vemos que, para gastar as 560g de KOH, teríamos que ter 200g de fúor e, no entanto, temos apenas 180g. Na segunda hipótese isso é conrmado, pois para gastar as 180g de fúor só seriam necessários 504g de KOH e, no entanto, temos 560g de KOH. Contudo, conclui-se que o ácido fuorídrico (HF) é o reagente limitante, pois ele é consumido totalmente primeiro, ou seja, é o que acaba primeiro durante a reação. Sabendo qual elemento é o reagente limitante podemos calcular o excesso. O reagente que se encontra em excesso é o KOH. O excesso é calculado subtraindo-se da massa inicial a massa realmente gasta até o término da reação. A massa inicial do KOH era 560g. Sabendo que a reação acaba quando todo reagente limitante (neste caso HF) é consumido, vimos que seriam necessários 504g de KOH. Logo, o excesso de KOH será 560-504, totalizando 56g de excesso de KOH.
2.1.7 MISTURAS HOMOGÊNEAS E HETEROGÊNEAS As misturas podem ser classicadas de acordo com o seu aspecto. Uma mistura homogênea é aquela que apresenta aspecto uniorme, ou seja, em qualquer ponto da solução suas propriedades são iguais. A mistura heterogênea, por sua vez, não apresenta aspecto uniorme e suas propriedades variam para cada ase. Fase Uma ase pode ser considerada toda a porção homogênea dentro de um sistema heterogêneo.
35
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Por exemplo A Figura 16 apresenta a mistura de óleo e água. Observe que, ao colocar óleo em um copo com água, o óleo em nenhum momento se torna homogêneo com a água.
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Figura 16 – Mistura de água e óleo
A Figura 17 demonstra como ca o aspecto da mistura entre óleo e água. Note que a mistura não apresenta uniormidade; porém, ao analisar as substâncias separadamente, é possível observar que tanto o óleo quanto a água apresentam aspecto uniorme. A cada porção com aspecto uniorme chamamos de ase. Neste caso, a mistura água e óleo possui duas ases, ou seja o óleo representa uma ase e a água representa outra ase.
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Figura 17 – Aspecto da mistura entre a água e o óleo
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Observe a Figura 18. Veja que temos no recipiente uma mistura entre gelo, água e óleo. Neste caso temos três ases. O óleo representa a primeira ase (menos densa), seguido pela pedra de gelo (segunda ase) e a terceira representada pela água líquida.
Óleo Gelo Água s n i t r a M s o l r a C é s o J / o i l ó F n I
Figura 18 – Demonstração das três ases (óleo, gelo e água)
VOCÊ SABIA?
Apesar da existência de três ases no exemplo mostrado na Figura 18 acima, temos apenas duas substâncias, na qual uma delas (água) encontra-se em dois estados ísicos dierentes (líquido e sólido).
2.1.8 SOLUÇÕES Toda mistura homogênea ormada por duas ou mais substâncias é chamada de solução verdadeira. A maioria das reações químicas ocorre em solução aquosa, pois a água é conhecida como solvente universal, sendo de undamental importância o conhecimento das relações existentes em uma solução.
SOLUÇÃO = SOLUTO + SOLVENTE
O coefciente de solubilidade é a quantidade máxima de soluto para determinado solvente a uma dada temperatura. Em relação à solubilidade podemos classifcar as soluções assim:
INSATURADA
SATURADA
SUPERSATURADA
Menor quantidade de soluto que seu coefciente de solubilidade
É a quantidade máxima de soluto que o solvente pode diluir
Quantidade de soluto maior que seu coefciente de solubilidade
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Quantidade de soluto 100g de água
Soluções saturadas Curva de solubilidade
Soluções supersaturadas Soluções insaturadas
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Temperatura ºC
Figura 19 – Curva de solubilidade de uma substância hipotética
Cada substância possui curva de solubilidade dierente. VOCÊ Algumas substâncias aumentam a quantidade de soluto SABIA? com o aumento da temperatura, porém outras têm sua solubilidade reduzida com o aumento da temperatura. Solubilidade em gramas de substância por 100g de água
m1(g) 150 140
AgNO3
CaCl22H2O
KI
130 120
NaNO3
CaCl 24H2O
110
KBr
100 90
KNO3
CaCl 26H2O
80
NH4Cl
70 60
Na4SO4
50
KOH
40
NaCl
30
KCl
20
Na2SO410H2O
10 10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
t (ºC)
Figura 20 – Curva de solubilidade de diversas substâncias
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2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
OUTRAS FORMAS DE CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES As substâncias podem ser classicadas de acordo com a condutividade elétrica: Eletrolíticas ou iônicas Condutividade elétrica Não eletrolíticas ou moleculares
De acordo com a proporção soluto/solvente: Diluida
Proporção soluto / Solvente
Concentrada
2.1.9 CONCENTRAÇÃO DAS SOLUÇÕES A relação proporcional entre a quantidade de soluto e o solvente pode ser expressa por diversas ormas:
Concentração comum É a massa do soluto em gramas (g) por litro de solução (L).
C = g/L C=
m V
m=g V=L
Concentração em quantidade de matéria mol Corresponde ao número de mol do soluto por litro de solução. Mol é o nome da unidade de base do Sistema Internacional de Medidas (SI), que estabelece a proporcionalidade da quantidade de matéria e a massa molar da própria substância.
n=
m mol
m = mol/L n mol = V
m=g V=L
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Título massa e volume É o quociente entre a (massa ou volume) de um determinado soluto em relação à massa ou volume de uma solução.
T=
msoluto msolução
ou
T=
Vsoluto Vsolução
ppm e ppb Em soluções muito diluídas, a relação entre a massa do soluto e o volume de solvente tende a se igualar. Chamamos de ppm a relação de uma parte do soluto para um milhão de partes do solvente e ppb uma parte do soluto para um bilhão de partes do solvente.
1ppm =
1 parte de soluto 106 partes de solução
Fração molar É a relação entre o número de mol do soluto e o número de mol totais da solução, podendo-se calcular também a ração correspondente de mol do solvente em relação ao número de mol totais da solução.
Fração molar do soluto
x1 =
n1 n1 + n2
Fração molar do solvente
x2 =
n2 n1 + n2
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
DILUIÇÃO DAS SOLUÇÕES Em processos em que ocorre a necessidade da adição de solventes para a diminuição de sua concentração, teremos a chamada diluição.
Retirada da alíquota
Diluição com solvente
Solução diluída Figura 21 – Diluição de uma solução
MISTURA DE SOLUÇÕES DE UM MESMO SOLUTO Para um mesmo soluto, o produto de uma concentração nal por seu volume nal será o somatório do produto das concentrações iniciais por seus respectivos volumes.
C f . V f = C1V1 + C2V2 MISTURA DE SOLUÇÕES COM REAÇÃO QUÍMICA Neste caso, só podemos estabelecer a concentração dos produtos após a vericação da estequiometria da reação. Exemplo
Um rasco contendo 200mL de uma solução aquosa de HCL 0,20 mol/L reagiu completamente com 50mL de uma solução aquosa de CaOH2. Qual a concentração em quantidade de matéria do hidróxido ormado? Temos, portanto, uma reação de neutralização
2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O
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41
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Dois mol de ácido clorídrico reagem com 1 mol de hidróxido de cálcio, ormando 1 mol de cloreto de cálcio e 2 mol de água.
HCl V = 200mL m = 0,20mol/L
+
CaOH2 V = 50mL m=?
m x V L a = a a b mb x VbL 0,20 x 0,2 2 = 1 mb x 0,05
mb = 0,4mol/ L
2.1.10 DENSIDADE A densidade é uma medida importante, pois relaciona o volume de um determinado material com uma determinada temperatura. Para calcular a densidade basta dividir a massa do material pelo seu volume, conorme a órmula abaixo:
m d= V
d = Densidade g/cm 3 V = Volume cm 3 m = Massa m
É importante associar o conceito de densidade em unção da temperatura, pois um mesmo material tem dierentes valores de densidade em unção de dierentes estados ísicos. Por exemplo, a água no estado líquido possui densidade de 1g/cm3, já no estado sólido (gelo) possui densidade de 0,92g/cm3. Portanto, o gelo em um copo com água líquida irá futuar (Figura 22). O gelo futua porque possui menor densidade em comparação com a água líquida.
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Figura 22 – Gelo futuando quando em água
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
2.1.11 VISCOSIDADE A viscosidade é uma propriedade associada aos fuidos e está relacionada à diculdade de escoamento da substância (Figura 23).
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Figura 23 – Demonstração da viscosidade
Os fuidos possuem a característica de adquirir a orma dos seus recipientes. Observe que a Figura 24 apresenta três situações distintas.
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Figura 24 – Fluidos e não fuidos
Para ser considerado um fuido, a substância deve adquirir a orma do recipiente em que or depositado. Entretanto, isso não ocorre em todas as situações. Na situação da direita temos uma pedra em um recipiente. Veja que a pedra não adquire a orma do recipiente em que ela está dierentemente do gás que está no balão e do líquido que está na garraa; ambos adquirem a orma do recipiente. Fazendo uma analogia entre as guras, verica-se que os componentes sólidos não são fuidos, pois não adquirem a orma do recipiente. Assim, apenas líquidos e gases podem ser considerado fuidos.
43
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
A viscosidade é a medida de quanto um fuido resiste ao escoamento (Figura 25), ou seja, é uma medida que se relaciona a tempo de escoamento. Assim, como a densidade, a viscosidade também depende da temperatura. Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade e assim o líquido escoa com maior acilidade.
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Figura 25 – Resistência ao escoamento
2.1.12 – CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE ELETROQUÍMICA Veja esta representação:
K + HCl KCl
HCl + 1/2H2
H2O
K + + Cl–
Observe que o potássio (K) doou um elétron para o cloro (Cl). Neste caso dizemos que o potássio se oxidou. Oxidação é o nome dado à perda de elétrons. É importante ressaltar que, para existir oxidação, é necessário que ocorra a redução simultaneamente de outro elemento. A redução é caracterizada pelo ganho de elétrons. Na representação acima, observe que o cloro está recebendo o elétron doado pelo potássio. Logo, podemos dizer que o cloro está sorendo redução. Quando isso ocorre em uma reação, dizemos que essa reação é de oxirredução, porque nela há transerência de elétrons. Outro conceito importante é o de agente oxidante e agente redutor. Agente oxidante é aquele que promove a oxidação de algum elemento, az com que um elemento se oxide. Já sabemos que, para um elemento se oxidar, outro elemento terá que sorer redução, o elemento que é agente oxidante terá que sorer redução. O mesmo ocorre com o elemento que é agente redutor. Agente redutor é aquele que promove a redução de outro elemento. Neste caso ele terá que sorer oxidação.
Quem sore oxidação é agente redutor
Quem sore redução é agente oxidante
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) O número de oxidação representa a carga que o elemento possui. Existem elementos que já possuem número de oxidação xo. Outros elementos podem ter NOX variáveis. Os elementos que possuem NOX xo são: O oxigênio possui NOX = –2, com exceção dos peróxidos e superóxidos. O hidrogênio possui NOX = +1, com exceção dos hidretos metálicos. Os elementos da amília 1 da tabela periódica possuem todos NOX = +1. Os elementos da amília 2 da tabela periódica possuem todos NOX = +2. O alumínio possui NOX = +3. Os elementos da amília 17 em compostos binários têm NOX = –1. Os elementos que não possuem NOX xo são os elementos da amília 15, 16 e 17.
Em uma molécula que não possui carga, a soma dos números de oxidação deve ser igual a zero.
Observe estes exemplos:
HCl O hidrogênio está localizado na amília 1. Portanto seu NOX = +1. Seguindo a regra de que as moléculas têm que ter soma de cargas igual a zero, temos:
+1 + X = 0
Logo X = 1
O número de oxidação do cloro é igual a 1.
H2SO4 O hidrogênio está localizado na amília 1
Logo, o seu NOX = +1; o oxigênio possui NOX = 2
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Agora temos que calcular o NOX para o enxore (S). Temos:
H = +1 S=X O = 2
Calculando: 2 . +1 + X + 4 . 2 = 0 +2+X8=0 X=+82 X=+6
Observe que o NOX do hidrogênio oi multiplicado por 2 porque na mesma molécula temos 2 átomos de hidrogênio. O mesmo acontece com o oxigênio, que na molécula tem 4 átomos. HClO2 Observe que nesta molécula o cloro não está em uma das pontas da molécula; portanto, não podemos denir seu NOX como –1. Neste caso temos que calcular, já que ele é o elemento intermediário na molécula.
H
amília 1
NOX = +1
Cl
amília 17
NOX = X
O
amília 16
NOX = 2
Logo: +1 + X + 2 . 2 = 0 X=41 X=+3
CORROSÃO Muitas reações químicas espontâneas ocorrem na natureza, como por exemplo a variação de cor dos produtos alimentícios, resultante na sua decomposição. Nos metais há também a decomposição, com a ormação de óxidos nas sua superícies. Conra nas Figuras 26 e 27.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
s n i t r a M s o l r a C é s o J / o i l ó F n I
Figura 26 – Maça oxidada
o h l e o C o t n i P s e r a o S o n a i r a M é s o J
Figura 27 – Material corroído
Para compreender a maioria dessas transormações, devemos lembrar que cada elemento químico é ormado por estruturas totalmente dierentes umas das outras, até mesmo tratando-se das partículas subatômicas que os compõem. Isso gera um comportamento dierente desses elementos na ormação dos compostos com maior estabilidade. Na busca pela estabilidade, os elementos podem perder ou ganhar elétrons, gerando alteração em seu número de oxidação. Esse potencial de perda ou ganho denomina-se potencial padrão de redução medido em volts. Podemos prever se uma reação química é espontânea ou não com o auxílio da Tabela 1, na página seguinte.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Tabela1 Potencial de redução dos elementos químicos SEMI-REAÇÃO
E0(V)
Li+(aq) + e – Li(s)
–3,05
K +(aq) + e – K(s)
–2,93
Ba2+(aq) + 2e – Ba(s)
–2,90
Ca2+(aq) + 2e – Ca(s)
–2,87
Na+(aq) + e – Na(s)
–2,71
Mg2+(aq) + 2e – Mg(s)
–2,3
Al3+(aq) + 3e – Al(s)
–1,66
Mn2+(aq) + 2e – Mn(s)
–1,18
Zn2+(aq) + 2e – Zn(s)
–0,76
Cr3+(aq) + 3e – Cr(s)
–0,74
Fe3+(aq) + 2e – Fe(s)
–0,44
Cd2+(aq) + 2e – Cd(s)
–0,40
Co2+(aq) + 2e – Co(s)
–0,28
Ni2+(aq) + 2e – Ni(s)
–0,25
Sn2+(aq) + 2e – Sn(s)
–0,14
Pb2+(aq) + 2e – Pb(s)
–0,13
2H+(aq) + 2e – H2(s)
–0,00
Sn4+(aq) + 2e – Sn2+(s)
+0,13
Cu2+(aq) + e – Cu(aq)
+0,15
Cu2+(aq) + 2e – Cu(s)
+0,34
O2+ 2H2O + 4e – 4OH–(aq)
+0,40
I2(s) + 2e – 2I–(aq)
+0,53
O2(g) + 2H+(aq) + 2e – H2O2(aq)
+0,68
Fe3+(aq) + e– Fe2+(aq)
+0,77
Ag+(aq) + e– Ag(s)
+0,80
Hg2+2(aq) + 2e– 2Hg(l)
+0,85
2Hg2+(aq) + 2e– Hg2+2(aq)
+0,92
Br2(l) + 2e– 2Br+(l)
+1,07
O2(g) + 4H+(aq) + 4e – 2H2O
+1,23
Cr2O2–7(aq) + 14H+(aq) + 6e – 2Cr3+(aq) + 7H2O
+1,33
Cl2(g) + 4e– 2Cl–
+1,36
Au3+(aq) + 3e – Au(s)
+1,50
MnO–4(aq) + 8H+(aq) + 5e – Mn2+(aq) + 4H2O
+1,51
PbO2(s) + 4H+(aq) + SP2–4 (aq) + 2e – PbSO4(s) + 2H2O
+1,70
H2O2(aq) + 2H+ (aq) + 2e – 2H2O
+1,77
Co3+ (aq) + e – Co2+(aq)
+1,82
O3(g) + 2H+(aq) + 2e – O2(g) + H 2O(I)
+2,07
F2(g) + 2e – 2F– (aq)
+2,87
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Grande parte dos materiais metálicos deteriora-se com o uso, quando expostos a ambientes oxidantes ou corrosivos. Como não é possível eliminar de todo a corrosão, a melhor maneira de garantir um bom projeto de engenharia está nos processos de controle da corrosão. A corrosão pode ser denida como uma deterioração dos metais provocada por uma reação de oxirredução. Veja novamente a Figura 27. A corrosão eletroquímica acontece, por exemplo, numa pilha do seu rádio ou lanterna. Vamos mostrar a corrosão que ocorre em uma barra de erro na presença de ácido clorídrico (HCl). Com auxílio da Tabela1 – potencial de redução dos elementos químicos, na página ao lado, acompanhe as reações:
Fe2+ + 2e Fe0 E0 = 0,44v
2H+ + 2e H2 E0 = 0,00v
Observe pelas reações que o valor do potencial do hidrogênio em solução (ácida) é maior que a do metal (erro). Logo quem possui maior potencial de redução vai reduzir a outra substância. No entanto, deverá fuir sua equação no sentido da oxidação. Oxidação
Redução
Fe0 Fe2+ + 2e E0 = + 0,44v (inverte a reação)
2H+ + 2e H2 E0 = 0,00v (permanece)
Anodo É o eletrodo no qual há oxidação. Ele perde elétrons (–). Catodo É o eletrodo no qual há redução. Ele recebe elétrons (+) Acompanhe os exemplos. Anodo
Redução
Fe0 Fe2+ + 2e E0 = + 0,44v (inverte a reação)
2H+ + 2e H2 E0 = 0,00v (permanece)
Equação global Fe0 + 2H+Fe2+ + H2
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
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Figura 28 – Alguns exemplos de materiais corroídos
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Aqui ocorreu a corrosão de metal (erro). A ormação de seu íon correspondente indica que o metal passou para sua orma solúvel, ocorrendo portanto o desgaste do material. Veja alguns processos corrosivos de dierentes ormas:
Alveolar Uniorme Placas Esoliação Alveolar Quando a corrosão produz escavações na superície metálica. Uniorme Quando se processa em toda a extensão da superície, ocasionando perda uniorme da espessura do material. Placas Quando não ocorre em toda extensão da superície metálica e sim em regiões da superície, ormando placas com escavações. Esoliação É um tipo de corrosão subsupercial, que se inicia em uma superície limpa, mas se espalha abaixo dela. A corrosão, como oi descrita, ocorre pela a exposição do material em contato com a atmosera. Alguns atores que infuenciam no processo de corrosão são:
Umidade relativa. Substâncias poluentes, como materiais particulados e gases. Fatores como o clima, vento, insolação, chuvas e a temperatura em que se
encontra o material.
Para minimizar os eeitos ocasionados por esses atores, utilizam-se como orma de controle os revestimentos para proteção. Os revestimentos mais utilizados são:
Tintas Esmaltes vítreos Plásticos Películas protetoras Revestimentos metálicos
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
As tintas são consideradas o revestimento mais importante, devido à sua impermeabilidade ao ar e à umidade. Geralmente as tintas são misturadas a pigmentos como zarcão, cromato de chumbo e cromato de zinco, que contribuem para a inibição da corrosão.
VOCÊ SABIA?
As indústrias químicas, petrolíeras, petroquímicas, naval, entre outras, devem estabelecer rigorosas ormas de controle dos processos corrosivos nos ambientes de produção, tendo como objetivo os seguintes parâmetros: Redução de custos nas substituições de peças ou equipamentos de produção (substituição de material corroído pode custar relativamente pouco em termos de perda de produção). Perdas do processo na ormação do produto acabado por motivo das diversas ormas de contaminação. Proteção dos uncionários envolvidos, com o objetivo de evitar paralisações acidentais. Perda energética do processo, exigindo maior esorço dos equipamentos e, consequentemente, maior custo do produto inal.
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Figura 29 – Corrosão na indústria petrolíera
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
2.2 QUÍMICA INORGÂNICA A Química Inorgânica estuda os elementos químicos com exceção do carbono, que compete à Química Orgânica. As substâncias inorgânicas são originadas dos minerais, e o número desses compostos é muito grande, sendo, portanto, divididos em quatro unções conorme as suas características.
As quatro unções da Química Inorgânica são: ÁCIDOS
SAIS
BASES
ÓXIDOS
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
2.2.1 ÁCIDOS Os ácidos são substâncias que apresentam características como: sabor azedo; ormam substâncias aquosas que conduzem eletricidade e podem modicar a cor de certas substâncias. São várias as substâncias que contêm algum tipo de ácido. Um exemplo típico, voltado à área industrial, são as baterias automotivas. Elas são compostas de ácido sulúrico. Os ácidos na indústria química possuem papel undamental na produção de novos materiais. A denição de Arrhenius teoriza que um ácido, em presença de água, orma íons H+ (Veja a Figura 30).
HCI
água
H+ + Cl–
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Figura 30 – Dissociação do ácido clorídrico
Os ácidos podem ser classicados de acordo com a presença ou não de oxigênio na sua molécula. Ácidos compostos de oxigênio são chamados de oxiácidos. Ácidos que não possuem oxigênio em sua composição são chamados de hidrácidos.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
H2SO4 Ácido sulúrico oxiácido HCl Ácido clorídrico hidrácido
NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS Hidrácidos Os hidrácidos, ou seja, ácidos que não possuem oxigênio em sua composição, são nomeados da seguinte maneira:
ácido + nome do ânion + ídrico HCl ácido clorídrico HF ácido uorídrico HBr ácido bromídrico
Oxiácidos São ácidos que possuem o oxigênio na ormação de seu composto. Quando o elemento orma apenas um oxiácido, é nomeado da seguinte orma:
ácido + nome do ânion + ico
Quando o elemento orma dois oxiácidos, a nomenclatura é eita de acordo com o NOX do elemento. Quando o elemento está no seu maior NOX, utilizamos a terminação ico, como por exemplo, na molécula de H2SO4. Utilizando os conceitos de NOX previamente estudados, podemos dizer que o enxore (S) possui NOX 6. Neste caso, o enxore está no seu maior NOX, ele está alocado na amília 16, e portanto pode ter no máximo NOX = + 6 . Neste caso, a nomenclatura é:
Ácido sulúrico H2SO4
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Quando o elemento está no seu menor NOX, utilizamos a terminação oso, como por exemplo, na molécula de H2SO3. Calculando o NOX do enxore nessa molécula, verica-se que ele apresenta valor igual a 4. Sabendo que o NOX máximo do enxore é 6, podemos concluir que na molécula de H2SO3 o enxore não está no seu maior NOX. Neste caso, a nomenclatura utilizada deverá ser dierente, empregando a terminação oso, conorme o exemplo abaixo:
Ácido suluroso H2SO3
Existem alguns elementos que ormam três ou mais oxiácidos. Neste caso, obedecem a uma nova regra. Observe a nomenclatura de acordo com o NOX. O primeiro exemplo mostra o NOX mais alto e assim sucessivamente.
VOCÊ SABIA?
Ácido + per (nome do ânion) + ico Ácido + nome do ânion + ico Ácido + nome do ânion + oso NOX
Ácido + hipo (nome do ânion) + oso
Os exemplos abaixo demonstram o uso dessas nomenclaturas: HClO4 Cloro no seu maior NOX, valor 7 ácido perclórico HClO3 Cloro no seu segundo maior NOX, valor 5 ácido clórico HClO2 Cloro no seu segundo menor NOX, valor 3 ácido cloroso HClO Cloro no seu menor NOX, valor 1 ácido hipocloroso
2.2.2 BASES As bases são substâncias que apresentam algumas características essenciais na indústria química. Em geral as bases são tóxicas e corrosivas. Fazem algumas substâncias retornarem à sua cor natural, caso tenham sido alteradas por alguma substância ácida. As bases são condutoras de eletricidade, quando em solução aquosa.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Para Arrhenius, uma base pode ser denida como um composto que em solução aquosa libera íons OH (hidroxila).
NaOH
H2O
+ Na
+
– OH
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Figura 31 – Dissociação do hidróxido de sódio
Em relação à solubilidade em água, as bases podem ser classicadas como:
Praticamente insolúveis
Pouco solúveis
Solúveis
As bases solúveis são as bases ormadas por metais alcalinos, ou seja, elementos da amília 1, com exceção do hidrogênio. As base pouco solúveis são aquelas compostas por metais da amília 2 ou pelos outros metais. As bases também podem ser classicadas de acordo com o seu grau de ionização, que é o seu grau de dissociação iônica em água. As bases com dissociação de praticamente 100% são chamadas de bases or tes e são compostas por metais da amília 1 e 2. As bases racas são aquelas que apresentam grau de ionização menor que 5% e são ormadas pelos demais metais da tabela periódica.
As bases podem ser classiicadas de acordo com o número de hidroxilas (OH ). O número de hidroxilas de uma base pode variar de um até quatro. Esse número depende do elemento ao qual a base está ligada. O valor do NOX (número de oxidação) para a hidroxila é igual a –1. Como as bases são elementos que não possuem carga, a soma do NOX dos elementos que a compõem tem que ser igual a zero. Observe o exemplo abaixo. VOCÊ SABIA? CaOH 2 Neste caso temos duas hidroxilas. O cálcio está na amília 2, portanto seu NOX é +2. Para que a soma dos NOX seja igual a zero temos que ter duas hidroxilas (OH), partindo do princípio de que cada uma tenha o valor de NOX -1. Logo temos: + 2 + 2 x 1 = 0
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
NOMENCLATURA DAS BASES Quando um elemento orma apenas uma base (monobásico), possui apenas uma hidroxila. A nomenclatura é eita da seguinte orma:
Hidróxido de + nome do elemento metálico
As monobases são aquelas ormadas por elementos da amília 1. Veja o exemplo abaixo:
NaOH Hidróxido de sódio
Quando o elemento orma duas bases, (dibásico) utiliza-se a regra do maior e do menor NOX vista anteriormente para os elementos ácidos. Quando o metal estiver no seu maior NOX, utilizaremos o suxo ico; quando o elemento o metal estiver no seu menor NOX, utilizamos o suxo oso.
Maior NOX + ico Menor NOX + oso
O estanho orma duas bases, o SnOH4 e o SnOH2, e está localizado na amília 14, portanto o maior NOX que este elemento pode atingir é + 4. Na base SnOH4, o estanho possui valor de NOX igual a + 4; portanto, para nomeá-la utilizaremos o suxo ico. Observe:
SnOH 4 hidróxido estânico
O estanho na base SnOH 2 apresenta NOX igual a + 2; portanto, nesta molécula ele não está no seu maior NOX, sendo necessário o emprego do suxo oso na nomenclatura.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
A soda cáustica, também conhecida como hidróxido de sódio, é um sólido branco produzido industrialmente por VOCÊ eletrólise e apresenta características tóxicas e corrosivas. SABIA? No que diz respeito à indústria petrolíera, o hidróxido de sódio é utilizado na puriicação dos derivados do petróleo. Na indústria química, o hidróxido de sódio é utilizado na produção de sabão.
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Figura 32 – Soda caústica
PROPRIEDADES DOS ÁCIDOS E DAS BASES Vamos vericar algumas dierenças entre os ácidos e as bases no quadro a seguir. PROPRIEDADES
ÁCIDOS
BASES
Estrutura
São moleculares
Família 1 e 2 iônicos e as demais bases moleculares
Solubilidade
Em grande parte são solúveis
Em grande parte insolúveis
Condutividade elétrica
Conduzem corrente em água
Conduzem corrente em água. Os hidróxidos alcalinos iônicos conduzem corrente elétrica quando undidos
Como indicadores
Quando um ácido modica a cor de uma substância, a base az com que aquela substância retome a sua cor inicial
União
A união de um ácido com uma base orma sal e água. A essa reação damos o nome de neutralização
REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO Uma reação de neutralização é uma junção entre um ácido e uma base. Os produtos resultantes dessa reação são sal e água. Conra no exemplo a seguir.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
HCl + NaOH ácido base
NaCl + H2O sal água
A reação acima representa a união entre o ácido clorídrico (ácido) e o hidróxido de sódio (base). Esta reação tem como produto o sal, cloreto de sódio e uma molécula de água.
MEDIDA DE ACIDEZ E BASICIDADE Para medir a acidez ou a basicidade de uma solução utilizamos uma escala de pH. Essa escala varia de zero a quatorze. Substâncias que apresentam valor de pH menor que 7 são classicadas como ácidas. Substâncias que apresentam valor de pH igual a 7 são denominadas neutras. As que apresentam valor de pH maior que 7 são denominadas básicas. Medir o pH torna-se uma importante erramenta para a indústria. Por meio da aerição do pH podemos controlar o nível de acidez e basicidade das substâncias. Essas características estão diretamente ligadas ao sabor, cor e dissociação dos elementos, como os alimentos, por exemplo. O limão é um exemplo de alimento de características ácidas. Para medir o caráter ácido ou básico de uma substância utilizamos os indicadores de acidez e basicidade. Um teste muito utilizado em laboratório é o papel tornassol (azul e vermelho). O papel tornassol azul mede a acidez das substâncias. Caso as substâncias apresentem características características ácidas, o papel, ao entrar em contato com essas substâncias, torna-se de coloração avermelhada.
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Figura 33 – Limão
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Um exemplo de substância básica é o leite de magnésia, muito conhecido por todos nós. Neste caso utilizamos o papel tornassol vermelho. Ele identica se a substância apresenta características características básicas. Em contato com a substância básica, o papel tornassol vermelho torna-se de cor azul.
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Figura 34 – Leite de magnésia
Para medir o valor de pH utiliza-se uma ta que é comparada a um padrão de acordo com a sua coloração. Cada combinação de cores representa um valor de pH.
2.2.3 SAIS São substâncias em que sua molécula é ormada com pelo menos um cátion OH.. dierente de H+ e 1 ânion dierente de OH
FÓRMULA GERAL Todo sal é ormado por um cátion (X ( X) proveniente da base que o gerou e de um ânion (Y (Y) proveniente do ácido da reação de neutralização. Para colocar os índices embaixo dos elementos na molécula basta vericar o NOX do elemento ao lado. Por exemplo, o NOX do cátion será o índice do ânion e o NOX do ânion será o índice do cátion, conorme o esquema a seguir:
Xb
Ya
logo
Xa Yb
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Exemplo
Ca2+
Cl –
CaCl2
Al+3
SO4–2
Al2(SO4 )3
NOMENCLATURA DOS SAIS A nomenclatura dos sais está relacionada com o ácido e a base que o ormaram. Observe o esquema abaixo:
ídrico ÁCIDO
eto
oso
ito
SAL
ico
ato
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Todo sal proveniente de um ácido não oxigenado de nomenclatura ídrico terá na nomenclatura do sal correspondente a terminação eto. Sais ormados por ácidos oxigenados em que os ânions encontram-se no seu menor NOX (oso) serão nomeados com a terminação ito. Sais ormados por um ácido de nomenclatura ico, ou seja, que estão no seu maior NOX serão nomeados com a terminação ato. ato. A nomenclatura será eita da seguinte orma:
Nome do ácido de origem
Conra no exemplo ao lado
eto ito ato
de
Nome do cátion oriundo da base
HCl + NaOH NaCl + H2O
Neste caso o sal (NaCl (NaCl)) é ormado por um ácido não oxigenado, portanto a terminação para o ânion do sal será eto. Observe que o ânion proveniente do sal é o cloro (Cl Cl)) e o cátion proveniente da base é o sódio (Na ( Na).). Assim a nomenclatura deverá ser:
NaCl Cloreto de sódio
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Carbonato de cálcio CaCO3 O carbonato de cálcio é um importante sal. É comumente enconVOCÊ trado na orma de calcita, calcário e mármore. O uso mais coSABIA? mum na indústria para o carbonato de cálcio é na produção de cal virgem CaO e na produção do cimento. Na agricultura, o carbonato de cálcio é utilizado para reduzir a acidez do solo.
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Figura 35 – Carbonato de cálcio
2.2.4 ÓXIDOS Os óxidos podem ser denidos como compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Obrigatoriamente o oxigênio tem que estar presente para ser óxido. A estrutura de um óxido, ou seja, sua órmula geral é dada da mesma orma que a do sal. O valor do NOX do ânion será o índice do cátion e vice-versa.
Xb
Ya
logo
Xa Yb
CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA DOS ÓXIDOS Os óxidos podem ser classicados de acordo com suas características de reação e os produtos provenientes dessas reações. Óxidos básicos São aqueles que, ao reagir com a água, ormam uma base ou reagem com um ácido ormando sal e água.
Na2O + H2O 2 NaOH
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
A nomenclatura dos óxidos é eita assim:
1 Quando orma só um óxido: Óxido de + nome do elemento Na2O Óxido de sódio
2 Quando orma mais de um óxido: Utilizase a terminação ico maior NOX e oso menor NOX. Veja os exemplos para o erro: Fe2O3 Óxido érrico
FeO Óxido erroso
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ÓXIDOS ÁCIDOS São óxidos que reagem com a água, produzindo um ácido, ou com uma base, produzindo sal e água.
SO3 + H2O H2SO4 A nomenclatura dos óxidos ácidos é eita assim: Anidrido + nome do ânion + ico ou oso Veja os exemplos
SO3 Anidrido sulúrico
SO2 Anidrido suluroso
Existem alguns tipos de óxidos que se ormam ou reagem de maneira dierenciada dos óxidos ácidos e básicos: Óxidos neutros São óxidos que, ao contrário dos óxidos ácidos e dos ácidos básicos, não reagem com a água. Estes óxidos também não reagem com compostos ácidos nem com compostos básicos. Óxidos duplos VOCÊ SABIA? São óxidos que apresentam comportamento como se dois óxidos tivessem se unido ormando um só elemento. Peróxidos São óxidos que, ao reagir com a água ou com ácidos diluídos, produzem a água oxigenada.
Pb3O4 2PbO + PbO2
H2O2
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
2.3 QUÍMICA ORGÂNICA A Química Orgânica é a parte da Química que estuda os compostos do carbono. Os compostos orgânicos podem ser divididos em orgânicos naturais e sintéticos. Os compostos orgânicos naturais são aqueles provenientes da natureza de orma vegetal ou animal, como o carvão mineral, o petróleo e o gás natural, entre outros. Já os compostos orgânicos sintéticos são aqueles produzidos pelas indústrias químicas, como os medicamentos, entre outros produtos. O carbono é um elemento de número atômico 6 e está localizado na amília 4 A, tendo, portanto, 4 elétrons na sua última camada. Seguindo a regra do octeto, o carbono precisará de 8 ligações para que se torne estável. A Figura 36 apresenta a estrutura de Lewis para o carbono. A Figura 37 apresenta a molécula do metano, em que o carbono encontra-se estabilizado.
Figura 36 – Estrutura de Lewis para o carbono
Figura 37 – Representação da molécula de metano
As quatro valências do carbono são iguais entre si. Somente dierentes tipos de ligante determinam os tipos de compostos ormados. Outras características importantes do carbono:
Forma dierentes tipos de ligação
LIGAÇÕES SIMPLES
LIGAÇÕES DUPLAS
LIGAÇÕES TRIPLAS
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Ligase a vários elementos químicos Oxigênio, nitrogênio, enxore, ósoro, cloro, úor, iodo e outros
NO2 H
H
H CL
C
C
H
H H
C
H
H
H
H Br
C
C
H
H H
Forma cadeias
H
H
H
C
CH
CH
C
H
H
H
H
H H
C
C
H
H
H
H
H
C
C
C
C
H
H
H
H H
C
H
H
H H C
C
C
C
H H
H
H H
H
2.3.1 CLASSIFICAÇÃO DAS CADEIAS CARBÔNICAS Veja como as cadeias carbônicas podem ser classicadas:
Aberta ou echada Normal ou ramicada Saturada ou insaturada Homogênea ou heterogênea
C
CH 3
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66
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
ABERTAS OU FECHADAS Cadeias abertas são aquelas que possuem pontas, também conhecidas como aliáticas. As cadeias echadas são aquelas que ormam ciclos.
Cadeia aberta
H
H H
H H
H H
C
C
C
C
H H
C
H H
C
H
H H
Cadeia echada
H
H
H
C
C
H
H
C
C
H
H
NORMAL OU RAMIFICADA As cadeias carbônicas normais são aquelas que apresentam uma única sequência. As cadeias ramicadas são aquelas que apresentam ramicações. Veja os exemplos:
Cadeia normal
H
H H
H
C
C
C
H H
H
H
Cadeia ramifcada
H
H
H
H
C
C
C
C
H H
H H
H
H
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
SATURADA OU INSATURADA As cadeias carbônicas classicadas como saturadas são aquelas que apresentam apenas ligações simples entre os carbonos. São insaturadas quando apresentam ligações duplas ou triplas. Observe que, no primeiro exemplo, a cadeia apresenta apenas ligações simples (−); portanto, será classicada como saturada. Já no segundo exemplo apresenta ligação dupla (=), portanto deverá ser considerada insaturada.
Cadeia saturada
H
H H
H
C
C
C
H H
H
H
Cadeia insaturada
H
H H
H
C
C
C
H
H H
HOMOGÊNEA OU HETEROGÊNEA As cadeias carbônicas homogêneas são aquelas em que não existe nenhum átomo dierente do carbono (heteroátomo) entre os carbonos. Na cadeia heterogênea existe um heteroátomo entre os carbonos.
Na página seguinte, conra nos exemplos que, quando o heteroátomo está na ponta da cadeia carbônica, ela será considerada homogênea. Veja que a representação mostra uma cadeia sem heteroátomos; portanto, é classicada como homogênea.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Cadeia homogênea
H
H H
H
C
C
C
H H
H
H
Cadeia heterogênea Aqui o oxigênio se encontra entre dois carbonos. É uma cadeia heterogênea.
H H
C
H O
H
C
H
H
Aqui o oxigênio está na ponta da cadeia, ele não está entre dois carbonos, é classicada então como cadeia homogênea.
VOCÊ SABIA?
H H H
C
C
O
H
H H
2.3.2 HIDROCARBONETOS São compostos ormados apenas por átomos de carbono, e hidrogênio. O nome hidrocarboneto é justicado:
hidro-hidrogênio
carboneto-carbono
Os hidrocarbonetos podem possuir cadeias abertas ou echadas, saturadas ou insaturadas e normais ou ramicadas. Para cada tipo existe uma nomenclatura e classicação.
ALCANOS E CICLOALCANOS Os alcanos são compostos de cadeia aberta que possuem apenas ligações simples. Os cicloalcanos são compostos de cadeia echada que também só possuem ligações simples, conorme as representações mostradas na página ao lado.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Cicloalcano
Alcano
H
H H
H H
H H
C
C
C
C
H H
C
H H
CH2
C
H
H H
H2C
CH2
H2C
CH2 CH2
NOMENCLATURA QUANTIDADE DE CARBONOS
PREFIXO
QUANTIDADE DE CARBONOS
PREFIXO
1
Met
6
Hex
2
Et
7
Hept
3
Prop
8
Oct
4
But
9
Non
5
Pent
10
Dec
De orma geral, a nomenclatura dos compostos orgânicos é eita utilizando-se um prexo para a quantidade de carbonos presentes na cadeia. Esses prexos são utilizados para todos os compostos orgânicos. O suxo será determinado de acordo com a classicação do composto. No caso dos alcanos utilizamos a terminação ano. Observe a gura.
H
H H
H
C
C
C
H H
H
H
Esta molécula é composta por três carbonos; portanto, seu prexo será prop. Como é composta apenas por ligações simples (alcano) sua terminação será ano, logo: Prop + ano = propano
69
70
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
No caso dos compostos cíclicos, é preciso colocar a palavra ciclo para indicar que é um composto de cadeia echada. A representação apresenta seis carbonos. Neste caso, por ser uma cadeia echada, a nomenclatura será ciclohexano. Ve ja a conguração:
CH2 2HC
CH2
2HC
CH2 CH2
ALCENOS Os alcenos são compostos de cadeia aberta que possuem ligações simples e ligação do tipo dupla. Sua nomenclatura é eita utilizando os prexos de acordo com a quantidade de carbonos e a terminação eno. A contagem dos carbonos é eita iniciando-se pela extremidade mais próxima da dupla ligação. É necessário que na nomenclatura seja descrito o número em que se encontra a insaturação =.
But1eno 4
3
2
1
C
C
C
CH2
H3 H2 H But2eno 1
C
2
C
3
C
4
CH 3
H3 H H Observe que a contagem em ambos os casos é eita pela extremidade mais próxima da dupla ligação. Todas as duas moléculas possuem quatro carbonos, portanto o prexo será but. No primeiro caso a insaturação está no carbono 1; portanto, but1eno, ou apenas buteno. No segundo caso, a insaturação se encontra no segundo carbono, portanto but2eno.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
ALCINOS Os alcinos são compostos de cadeia aberta que possuem ligações simples e ligação do tipo tripla. Sua nomenclatura é eita utilizando os prexos de acordo com a quantidade de carbono e a terminação ino. A contagem dos carbonos é eita iniciando-se pela extremidade mais próxima à tripla ligação. É necessário que na nomenclatura seja descrito o número em que se encontra a insaturação ( ).
H H H
C
C
H C
C
H H
C
H
H
A contagem é eita pela extremidade mais próxima da insaturação. A tripla ligação encontra-se no segundo carbono (da direita para esquerda). Como temos no total cinco carbonos, o prexo será pent. Portanto temos pent2ino.
HIDROCARBONETOS RAMIFICADOS Os hidrocarbonetos, sejam eles alcanos, alcenos, alcinos ou compostos cíclicos, podem apresentar ramicações. Neste caso, é necessário evidenciá-las na nomenclatura; para tanto é necessário colocar o número onde se encontra a ramicação na cadeia carbônica. As ramicações podem ser: metil para um carbono, etil para dois carbonos, propil para três carbonos, butil para quatro carbonos e assim sucessivamente. A cadeia principal sempre será a maior cadeia carbônica, seja ela aberta ou echada. Em caso de haver insaturações além de ramicações, a contagem dos carbonos será eita a partir da extremidade mais próxima da insaturação. No caso dos alcanos, que possuem apenas ligações simples, a contagem deverá ser eita a partir da extremidade mais próxima da ramicação.
Caso existam ramicações iguais na mesma molécula, podemos utilizar para nomeá-las os prexos: di tri tetra Conra, a seguir, quatro exemplos.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Primeiro exemplo
A cadeia principal está em amarelo. É composta de cinco carbonos ligados apenas por ligações simples (alcanos). Portanto, teremos o prexo pent e a terminação ano. No caso das ramicações que precedem à nomenclatura, estão localizadas nos carbonos 2 e 3. Ambas são do tipo metil, pois são compostas apenas de um carbono cada. Neste caso, este composto será nomeado como 2,3 dimetil pentano. Observe que precisamos colocar os dois números em que estão localizadas as ramicações. O prexo di signica que possuímos duas ramicações do mesmo tipo.
1
2
3
4
5
C
C
C
C
C
H3 CH3 CH3 H2 H3 2,3 dimetil pentano Segundo exemplo
Revela uma cadeia principal composta por sete carbonos, todos com ligações do tipo simples. Portanto, a cadeia principal terá como prexo hept e o suxo ano. A contagem deverá ser eita da esquerda para a direita, pois as ramicações estão mais próximas da extremidade da esquerda. Temos duas ramicações do tipo metil nos carbonos 2 e 6 e uma ramicação do tipo etil localizada no carbono 3. Logo a nomenclatura cará assim:
2,6 dimetil3 etilheptano
C H3
CH3 H
H
H
CH3
C
C
C
C
C
C
HH
H
H
H
CH 3
CH3 Terceiro exemplo
Demonstra uma cadeia principal composta por seis carbonos e contendo uma ligação dupla = alceno. Portanto, a cadeia principal terá como prexo hex e como suxo eno, lembrando que a dupla ligação está no carbono 2. No caso das ramicações temos uma ramicação do tipo metil no carbono 2 e uma ramicação do tipo etil no carbono 4. Veja a ramicação:
1
4etil2metilhex2eno
C
2
C
3
C
H3 CH3 H
H C
4
5
C
CH2 H2 CH3
6
CH 3
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Quarto exemplo
Demonstra uma cadeia principal com seis carbonos e uma insaturação dupla no carbono 2. A ramicação é do tipo metil e está localizada no carbono 5. Conra a nomenclatura ao lado:
73
5metilhex2eno
H C
C
C
H3 CH3 H2 H
H
H3
C
C
C
HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS São compostos que possuem em sua órmula estrutural pelo menos um anel benzênico na molécula.
H C H C
C H
H C
C H C H
A melhor orma de obtenção dos compostos aromáticos em produção industrial é por meio da hulha (variedade de carvão mineral) em processos especiais de destilação. Esses hidrocarbonetos não seguem uma norma xa em sua nomenclatura, sendo usualmente adotados os nomes comerciais. Os compostos aromáticos apresentam propriedades químicas semelhantes às dos hidrocarbonetos, possuindo seu ponto de usão um pouco mais elevado, já que suas moléculas são planas, o que permite maior interação intermolecular.
Aqui estão alguns exemplos de compostos aromáticos
Benzeno
Fenil benzeno Dienilo
CH3
Antraceno
1,2Dimetil benzeno Ortodimetil benzeno 2Metil tolueno
Fenantreno
H
CH3 H3C
Metil benzeno Tolueno
Nataleno
H3C H3C
C
H CH3
C
CH3
CH3
1,4Dimetil benzeno Paradimetil benzeno 4Metil tolueno
Isopropil benzeno Cumeno
Vinil benzeno Estireno
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
O PETRÓLEO E OS HIDROCARBONETOS O petróleo é uma substância ormada por uma mistura de diversos compostos orgânicos. Dentre eles estão compostos mais complexos, em que os elementos enxore e nitrogênio estão presentes e são responsáveis pela poluição liberada na queima de alguns combustíveis, como por exemplo a gasolina e o diesel. Os principais componentes do petróleo são os alcanos.
O GÁS NATURAL O gás natural é uma mistura de gases em que o metano (CH4) tem uma composição acima de 70%. Os demais gases que compõem o gás natural são H2S, CO2, NO2, entre outros. O gás natural, assim como o petróleo, são encontrados em locais subterrâneos denominados jazidas. No Brasil, as reservas de gás natural estão localizadas principalmente em Santos e em Campos.
Como combustível, o gás natural se destaca pelo seu alto poder caloríco e por ser menos poluente do que os combustíveis derivados do petróleo.
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2.3.3 FUNÇÕES OXIGENADAS Dierentemente dos hidrocarbonetos, as unções orgânicas oxigenadas não possuem apenas carbono e hidrogênio em sua composição; possuem também átomos de oxigênio. Em relação à nomenclatura, podemos destacar que os prexos utilizados para os hidrocarbonetos são utilizados para todas as unções oxigenadas.
ÁLCOOL São compostos orgânicos que possuem uma ou mais hidroxilas (OH) ligadas a carbonos saturados, ou seja, que azem ligações simples. A nomenclatura destes compostos é dada de orma que numeramos a cadeia carbônica a partir da extremidade onde está ligado o grupo uncional. Numeramos apenas os carbonos. A terminação para o álcool é ol. Neste caso também é preciso indicar em qual carbono está ligada a hidroxila e evidenciá-la na nomenclatura. Conra nos exemplos 1 e 2.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Nesta molécula (exemplo 1) temos dois carbonos e a hidroxila está ligada ao primeiro carbono. O nome deste composto é etano1ol. É etano porque temos dois carbonos na cadeia, ano por ter apenas ligações simples entre carbonos e ol porque se trata de um álcool, que por sua vez está localizado no carbono 1.
Exemplo 1
H H H
C
C
OH
H H
Neste caso (exemplo 2) temos três carbonos e a hidroxila está ligada ao carbono 2. O nome deste composto é pro pano2ol. Prop porque se trata de uma molécula com três carbonos, ano porque as ligações entre os carbonos são do tipo simples e olporque se trata de um álcool OH, que por sua vez está ligado ao segundo carbono.
Exemplo 2
H
H H
H
C
C
C
H
H OH H
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O grupo uncional que representa o álcool é ROH, em que R é uma cadeia carbônica saturada.
O etanol é o composto mais importante dos álcoois. Pode VOCÊ ser utilizado na limpeza doméstica, como solvente indusSABIA? trial e principalmente como combustível. No Brasil, o álcool é obtido pelo processo de ermentação da cana-de-açúcar.
FENOL São compostos orgânicos oxigenados em que a hidroxila OH está ligada diretamente ao anel aromático. A nomenclatura destes compostos é eita de orma dierente. Utilizamos à palavra hidroxi para designar a hidroxila.
Caso a molécula possua ramicações, a contagem de carbonos será eita a partir do carbono em que a hidroxila estiver diretamente ligada.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
A molécula do exemplo 1 é chamada de hidroxibenzeno. Hidroxi devido à hidroxila e benzeno, pois o composto aromático é o benzeno. Na molécula do exemplo 2 temos uma ramicação do tipo metil. Neste caso, ela também ará parte da nomenclatura. A contagem dos carbonos é eita a partir do carbono a que a hidroxila (OH) está ligada. A nomenclatura é 2metil1hidroxibenzeno. Observe que a ramicação está ligada ao segundo carbono. Exemplo 1
Exemplo 2
OH
CH3 3 4
2
5
1
OH
6
ÉTER Os éteres são compostos orgânicos em que o oxigênio está ligado a duas cadeias carbônicas ao mesmo tempo, ou seja o oxigênio está entre dois carbonos. A nomenclatura é eita nomeando-se primeiro o menor grupo acrescentando a palavra oxi e depois se nomeia o segundo grupo utilizando a regra dos hidrocarbonetos. Acompanhe os exemplos 1 e 2. No exemplo 1, ambas as cadeias carbônicas são compostas de apenas um carbono. Neste caso, o prexo utilizado será met. A nomenclatura deste composto é metóximetano. Met por só ter um carbono, oxi por ser um éter e metano porque o segundo grupo é um hidrocarboneto de cadeia simples (alcano) composto por apenas um carbono. No exemplo 2, temos duas cadeias carbônicas, uma com um carbono e outra com dois carbonos. Seguindo a regra, temos a nomenclatura metóxietano. Menor grupo + oxi seguido do nome do segundo grupo. Prexo met porque o menor grupo possui apenas 1 carbono e prexo et para o segundo grupo por ter dois carbonos. A cadeia é saturada, por isso a terminação ano. Exemplo 1
H H
C H
Exemplo 2
H O
C H
H
H
H
H
C
C
H
H
O
CH 3
O grupo uncional que representa o éter é ROR’, em que R e R’ são cadeias carbônicas saturadas iguais ou dierentes.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
ALDEÍDOS São compostos orgânicos em que um carbono da extremidade az uma dupla ligação com o oxigênio e uma ligação simples com o hidrogênio. No exemplo 1, a nomenclatura é eita contando os carbonos a partir do carbono do grupo uncional e a terminação utilizada é al. Caso a cadeia possua ramicações, é necessário que ela seja identicada na nomenclatura. Et porque só temos dois carbonos e al por ser uma molécula de aldeído. No exemplo 2, metil porque a ramicação só possui um carbono e está localizada no carbono 2, prop porque a cadeia principal possui três carbonos e al por ser um aldeído. Exemplo 1
H H
C
Exemplo 2
H C
H O
H
H
H
C
C
O grupo uncional que representa o aldeído é
H C
H H C H
H
O
CHO ou R C
em que R é uma cadeia carbônica.
H Etanal
O
2metilpropanal
CETONA São compostos que possuem uma carbonila C = O entre carbonos. A nomenclatura é eita contando os carbonos a partir do carbono que está na extremidade mais próxima do grupo uncional e a terminação utilizada é ona. Caso a cadeia possua ramicações, é necessário que ela seja identicada na nomenclatura. A molécula mostrada como exemplo é identicada como propan2ona; prop por ter três carbonos na cadeia principal e 2ona por ser cetona e se localizar no segundo carbono. Exemplo
Veja no exemplo ao lado. O grupo uncional que representa a cetona é C = O.
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H
H
O H
C
C
H
C H
H
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
ÁCIDO CARBOXÍLICO Os ácidos carboxílicos são compostos orgânicos oxigenados que se caracterizam por conter em sua molécula o grupamento COOH na cadeia carbônica. A nomenclatura destes compostos é eita de orma que a contagem inicia-se pelo carbono do grupo uncional (carboxila). A terminação utilizada é oico. Caso haja ramicação, ela deve ser expressa na nomenclatura. Por ser um ácido, a palavra ácido também consta na nomenclatura. A seguir veja dois exemplos. No exemplo 1, a nomenclatura é assim descrita, pois ácido representa uma molécula de caráter ácido. O prexo pent corresponde à quantidade de cinco carbonos e oico por ser um ácido carboxílico.
Exemplo 1
H
O grupo uncional que representa o ácido carboxílico é O COOH ou
C
H
H
H
C
C
C
C
H
H H
H
O C OH
Ácido pentanoico
No exemplo 2, a palavra ácido caracteriza a molécula, 3 metil representa a ramicação que está ligada ao carbono 3 da cadeia principal e oico por ser um ácido carboxílico. a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
H
Exemplo 2
H H
C
4
H H 3
C
2
1
C
C
H CH3 H
H
O OH
Ácido 3metilbutanoico
OH
ÉSTERES Os ésteres são compostos orgânicos ormados por meio da troca do hidrogênio no grupamento carboxila por uma cadeira carbônica aberta ou echada.
A nomenclatura dos ésteres é assim representada: Primeiro grupo + ato + segundo grupo + ila Acompanhe o exemplo 1, Etanoato de metila e o exemplo 2, Benzoato de metila, mostrados na página ao lado.
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2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Exemplo 1
H
H
H
C
C
H
H
O O
H C
H
H Etanoato de metila
Exemplo 2
O
H O
C
H
H Benzoato de metila
Veja no exemplo1: etano porque o primeiro grupo apresenta dois carbonos e apenas ligações simples entre os carbonos; + ato, que indica o éster, met por ter apenas um carbono no segundo grupo + ila que representa a nomenclatura do éster. No exemplo 2, benzoato porque o primeiro grupo é constituído pelo aromático benzeno + ato, que representa a nomenclatura do éster, met porque o segundo grupo apresenta apenas um carbono e ila, que também representa a nomenclatura do éster.
2.3.4 COMPOSTOS NITROGENADOS
AMINAS São compostos que possuem origem nos derivados da molécula de amônia (NH3), quando temos a substituição de um ou mais hidrogênios ligados à molécula por um hidrocarboneto.
Primárias
H
H
H
C
C
H
H
H AMINAS
Secundárias
Terciárias
H
H
NH2
H
H
C
N
C
C
H
H
H
H
H
H
C
C
H
H
H
H H N
C
C
H H
H
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Segundo a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), a nomenclatura estabelecida, coloca como terminação a palavra amina. Veja os exemplos:
H
H H
H
H
H
C
C
H
H H
H
C
N
C
C
H
H
H
H
H
H
C
C
H
H
NH2
Etilamina
H
Etil-metilamina
H H N
C
C
H
Fenil-dietilamina
H H
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AMIDAS São compostos derivados do ácido carboxílico por substituição do grupo oxidrila OH pelo grupo NH2. Sua nomenclatura recomenda colocar a palavra amida após o hidrocarboneto correspondente. Conra nos exemplos: Exemplo 1
Propanoamida
H
H
H
C
C
H
H
O C NH2
Exemplo 2
n,ndietilpropanoamida
H
H
H
C
C
H
H
O C N
H C
CH2 H CH3
CH3
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
NITRILOS Apresentam o grupo uncional C N; sua nomenclatura; possui a terminação nitrilo com o hidrocarboneto correspondente. É também empregado o prexo cianeto em sua nomenclatura. Propanonitrilo ou Cianeto de etila
H
H
H
C
C
H
H
C
N
NITROCOMPOSTOS São ormados pelo grupo uncional denominado nitro (NO2). A IUPAC recomenda o emprego do prexo nitro na nomenclatura desses compostos. Exemplo 1
H
H
H
C
C
H
H
NO2
Nitro etano
2.4 ESTUDO DOS GASES O estudo dos gases possibilita a você compreender a relação desses gases e a aplicação correta das variáveis de processo como pressão, temperatura e nível. Permite também um entendimento maior das tecnologias atualmente aplicadas no processo de extração e produção de gás natural e de outras rações gasosas do petróleo.
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos que têm origem na decomposição da matéria orgânica.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
81
82
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
2.4.1 VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS PRESSÃO É uma grandeza que relaciona a orça aplicada a uma superície. A colisão entre as moléculas do gás em determinado recipiente recipiente gera uma orça resultante derelativa, pois leva em consideração a pressão atmosérica lonominada pressão relativa, cal. Portanto, Portanto, a pressão medida de um gás em uma tubulação pode ser chamada de pressão relativa ou manométrica.
Pressão absoluta Grau de vácuo Pressão de vácuo
Pressão manométrica Pressão diferencial
Pressão diferencial
Vácuo perfeito
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Pressão atmosférica Figura 38 – Relação entre as grandezas de pressão
atm,, centímetro de merA pressão de um gás pode ser medida em atmosera atm mmHg.. cúrio cmHg e milímetro de mercúrio mmHg CONVERSÃO DE UNIDADES – PRESSÃO Unidade
Símbolo
Equivelência
Pascal
Pa
= 1 N.m–2 = 1 kg.m–1.s–2
Atmosera
atm
= 101325 Pa = 101325 N.m–2
Bar
bar
= 105 Pa
Torricelli
Torr
= (101325/760) Pa ~ 133,323 Pa
Milímetro de mercúrio (convencional)
mmHg
= 1 torr
Libra por polegada quadrada
psi
~ 6,894 757 x 103 Pa
Milímetro de água
mmH2O
~ 9,859 503 Pa
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
TEMPERATURA É a medida da energia cinética ou grau de liberdade que as moléculas possuem em um sistema equilibrado. A transerência de energia térmica entre os corpos possibilita a elaboração de diversos tipos de escala, resultando nas mais variadas v ariadas ormas de medi-la: escalas Celcius, Fahrenheit, Fahrenheit, Kelvin, Rankine entre outras. Em trabalhos cientícos, o Kelvin é adotado de orma unânime, principalmenprincipalmente por apresentar teoricamente seu valor absoluto.
Corpo sem energia alguma = 0 K
VOCÊ SABIA?
Nem sempre o aumento da temperatura está diretamente relacionado ao aumento de energia, como, por exemplo, nas mudanças de estado ísico.
Temperatura F TE
D
E Quantidade de calor absorvido
TF
B
C
A
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Figura 39 – Curva dos pontos de usão e ebulição da água
Cada trecho no diagrama indica: AB Somente sólido BC Sólido em usão + líquido CD Líquido DE Líquido em ebulição + vapor EF Vapor TF Temperatura de usão TE Temperatura de ebulição
Neste caso vericamos a presença de calor sensível (com variação de temperatura) e calor latente (sem variação de temperatura, porém propiciando a mudança de estado ísico)
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
83
84
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
CONVERSÃO DE UNIDADES – TEMPERATURA
ºC 5
=
ºR 4
=
ºF Graus Fahrenheit ºC Graus Célsius ou Centígrados ºR Graus Rankine ou Réaumur
ºF 32 = K 273 9
5
K Kelvin
VOLUME Toda matéria ocupa lugar no espaço. Portanto, a medida da quantidade de espaço ocupado por um sólido, líquido ou gás poderá ser avaliada em unidades como cm3, m3, in3, entre outras unidades. A unidade de medida de volume no Sistema Internacional de Unidades é o metro cúbico (m (m3), sendo também aceito o litro (L). CONVERSÃO DE UNIDADES – VOLUME Unidade
Símbolo
Equivelência
metro cúbico
m3
= 1m3
litro
l, L, l
= dm³ = 10–3m3
lambda
λ
= μl = 10–6d87m3
barril (US)
US-bl
~ 158,987dm3
galão (US)
US-gal
= 3,78541dm3
galão (UK)
B-gal
= 4,546 09dm3
O aparelho utilizado para medir a densidade dos materiais é o densímetro. Esse aparelho pode ser VOCÊ encontrado SABIA? com acilidade nos postos de gasolina; tem a inalidade de medir a densidade do álcool que está sendo vendido.
s n i t r a M s o l r a C é s o J / o i l ó F n I
Figura 40 – Densímetro de posto de combustíveis
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
2.4.2 TRANSFORMAÇÕES COM MASSA GASOSA FIXA Transormações gasosas podem ocorrer em uma massa constante, quando aplicamos valores dierentes às variáveis deste gás. Chamamos de gás ideal ou gás pereito o modelo teórico que obedece às equações:
Onde: p = pressão p.V = k T
V = volume e
p . V = n . R .T
T = temperatura K = constante n = número de mol R = constante geral dos gases
Na prática, temos gases reais. Um gás real tende para o gás ideal quando a pressão tende a zero e a temperatura se eleva. Submetendo um gás a qualquer variação, suas condições iniciais e nais serão dadas pelas equações:
P1 . V1 = k 1 T1
e
P2 . V2 = k 2 T2
Como a mesma quantidade de gás, as constantes k 1 e k 2 são iguais, temos:
k 1 = k 2
P1 . V1 P2 . V2 = T1 T2
Como você vericou, constatamos aqui que o volume é inversamente proporcional à pressão e diretamente proporcional à temperatura.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
85
86
QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Transormações isotérmicas Ocorrem sem alteração da temperatura do respectivo gás (Lei de Boyle e Mariotte):
P1 . V1 = P2 . V2 = K
Transormações isobáricas Ocorrem sem alteração da pressão. É conhecida como a Lei de Charles e Gay-Lussac.
V1 V = 2 T1 T2
Transormações isocóricas Ocorrem sem alteração do volume. É conhecida como a Segunda Lei de Charles e Gay-Lussac.
P1 P = 2 T1 T2
As equações acima se aplicam somente para massas xas do respectivo gás e em condições ideais.
a r u o M a l u a P / o i l ó F n I
O ísico e químico inglês John Dalton (1766-1844), criador da teoria atômica, publicou o artigo Absorção de g ases pela água e outros líquidos , estabelecendo o princípio básico de sua teoria: A pressão total de uma mistura de gases é igual à soma VOCÊ das pressões parciais dos gases que a constituem SABIA? A pressão parcial, nesse caso, seria a pressão de cada gás individualmente. Com base nessa teoria, criou a Teoria de Dalton, na qual constatou que os átomos de determinado elemento eram iguais e de peso invariável, concluindo que átomos de dierentes elementos são dierentes entre si.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
2.4.3 CONDIÇÕES NORMAIS DE TEMPERATURA E PRESSÃO (CNTP) Um gás encontra-se nas CNTP quando suas variáveis possuem os valores:
p = 1 atm
ou
760mmHg
T = 00C
ou
273K
2.4.4 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Podemos calcular uma constante universal para os gases ideais, sabendo que as transormações das variáveis do estado do gás geram um valor único para as unidades correspondentes.
R = 0,082
atm. L mol . K
R = 8,31
1 mol . K
R=
2cal mol . K
R = 62,3mmHg . L / K . mol Esta constante oi calculada relacionando uma massa fxa de gás 1 mol e justifcando o uso da expressão: P.V=n. R.T
Exemplo
Em uma bombona de 50 litros são colocados 5 mol de um gás pereito à temperatura de 300K. Qual a pressão exercida pelo gás nessas condições?
R = 0,082 atm . L / K . mol
Resolução n = 5 mol V = 50L
n.R.T p= V
T = 300 K p.V=n. R.T
p=
5 . 0,082 . 300 = 2,46 atm 50
Devemos aplicar a constante universal que corresponda a unidades usadas pelas variáveis de estado.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
2.4.5 HIPÓTESE DE AVOGADRO Reconhecendo que dierentes tipos de moléculas gasosas possuem dierentes massas, Amedeo Avogadro elaborou a lei conhecida como Hipótese de Avogadro: Volumes iguais de dierentes gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão, possuem a mesma quantidade de matéria Volume molar É o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás nas CNTP (condições normais de temperatura e pressão), ou seja, na temperatura de 273K e 1 atm de pressão.
22,4L / mol
2.4.6 MISTURA DE GASES A maior parte dos sistemas gasosos naturais encontra-se na orma de misturas, principalmente por possuírem miscibilidade, independente da proporção dos ormadores da mistura. Pressão parcial Conhecida como Lei de Dalton das pressões parciais . A pressão de um sistema corresponde à soma das pressões exercidas pelos componentes da mistura Como a massa de um gás ocupa um volume constante, podemos relacionar a pressão total e parcial com a ração molar do respectivo gás.
PTotal = P1 + P2 + ...
P1 = PTotal . X1
Volume parcial É o volume que o gás ocuparia sob a infuência da pressão total da mistura gasosa e sob a mesma temperatura; é a Lei de Amagat .
VTotal = VA + VB + ... + V N
VA = XA . VT
XA =
nA nTotal
P . VT = nT . RT
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
O volume parcial de cada gás da mistura corresponde proporcionalmente à quantidade de matéria do gás (número de mol), sendo uma relação do volume ocupado por um dos componentes e o volume total. Temos a mesma relação de sua ração molar (XA).
Cálculo de combustíveis gasosos Quando uma combustão em que tanto os reagentes quanto os produtos de uma reação encontram-se em seu estado gasoso, temos maior acilidade para calcular por meio da estequiometria em volume, utilizando a equação dos gases pereitos.
P1 . V1 P2 . V2 = T1 T2
VOCÊ SABIA?
A combustão do gás propano obedece à estequiometria da reação para as mesmas condições de temperatura e pressão. C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O
Nesta reação, as proporções molares 1:5 e 3:4 não dependem das condições de temperatura e pressão, pois utilizam a unidade química de quantidade de matéria (mol), ou seja, está diretamente relacionada a sua massa.
2.4.7 DENSIDADE DOS GASES, DIFUSÃO E EFUSÃO DE GASES DENSIDADE ABSOLUTA A densidade absoluta de um gás é o quociente entre a massa e o volume desse gás, avaliado segundo a sua temperatura e pressão. Podemos deduzir a densidade absoluta de um gás aplicando a equação de estado dos gases ideais:
Onde: P = Pressão V = Volume m = massa P.V=n. R.T
ou
P.V=
m R .T MM
R = Constante do gás T = Temperatura MM = Massa molecular n = Número de real
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Em termos gerais, sendo a densidade a razão entre a massa e seu volume, temos:
Onde: P = Pressão PM m = RT V
MM = Massa molecular
A unidade usada é g / L
R = Constante dos gases
m = massa em gramas T = Temperatura V = Volume
DENSIDADE RELATIVA É dada pela relação entre suas densidades absolutas.
PMA dA = RT
PMB dB = RT
Onde: P = Pressão d = Densidade
dA PMA/RT = dB PMB/RT dA MA = dB MB
MM = Massa molecular R = Constante dos gases T = Temperatura
Podemos concluir, por estas relações, que quanto maior or a massa molar de um gás, maior será sua densidade.
DIFUSÃO E EFUSÃO DOS GASES Diusão Miscibilidade espontânea
Eusão Passagem de um gás por pequenos oriícios
Por meio de resultados experimentais, o ísico inglês Graham, em 1928, estabeleceu a seguinte relação matemática:
v1 = v2
d2 d1
Onde: v = Velocidade d = Densidade
A velocidade de diusão e eusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Para a mesma pressão e temperatura, a relação entre as densidades de dois gases é igual à relação entre suas massas molares.
No Brasil, o I NMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia tem como uma de suas competências:
SAIBA MAIS
Veriicar a observância das normas técnicas e legais no que se reere às unidades de medidas, métodos de medição, medidas materializadas, instrumentos de medição e produtos pré-medidos O INMETRO possui um laboratório de análise de gases e atua no desenvolvimento de novas metodologias analíticas para o processo de certiicação de misturas gasosas a partir de padrões primários de reerência (Padrões Primários de Misturas Gasosas – PPMG), trabalhando em linhas de pesquisa e ensaios de proiciência.
Entre no site do INMETRO e aça sua pesquisa. www.inmetro.gov.br
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a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Figura 41 – Página do INMETRO na internet
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
CASOS E RELATOS
SUSTENTABILIDADE APLICADA A água extraída em grandes campos petrolíeros durante muito tempo oi desperdiçada, não sendo possível aproveitar as suas inúmeras aplicabilidades nos processos industriais. A reutilização da água, hoje, é uma realidade, e seu aproveitamento na geração de vapor permite processos com melhor resultado, principalmente quando usadas para retirar o óleo altamente viscoso dos depósitos rochosos onde o encontramos. A qualidade da água usada nesses processos deve ser rigorosamente monitorada, a m de evitar problemas de incrustações provocados por sais insolúveis ormados principalmente por cálcio e magnésio e processos corrosivos devido à condutividade da água, acidez e outros parâmetros que devem ser controlados. Mesmo exigindo ormas de controle, o aproveitamento dessa água permite uma diminuição signicativa do uso da água que possui parâmetros de potabilidade (própria para consumo humano), o que gera beneícios para toda a sociedade, de orma a contribuir no ciclo de sustentabilidade no qual todos devem estar envolvidos com seu uso consciente de orma eciente, permitindo um uturo digno com água de qualidade para todos. Muitos estudos ainda são realizados para que seu aproveitamento possa ser eito em outras áreas, como por exemplo na agricultura, dependendo da avaliação completa de seu impacto sobre o ser humano, proporcionando um consumo com qualidade e segurança.
A QUÍMICA DA ÁGUA NOS PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Todas as indústrias que trabalham com calor, utilizando a água como veículo na transerência de energia, dependem diretamente que os parâmetros químicos dessa água atendam a especicações que evitem problemas. Esses problemas são: entupimento das tubulações de vazão, oxidação dos materiais metálicos dos equipamentos envolvidos no processo, condutividade elétrica e aumento ou redução descontrolada da condutividade gerada pelos equipamentos.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Esses problemas podem ocasionar acidentes perigosos em locais de trabalho como, plataormas de petróleo, indústrias de polímeros, entre outros.
Veja alguns exemplos de parâmetros de controle em água de processo em caldeiras e rerigeração:
Condutividade Dureza pH
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Condutividade Alguns íons, como os cloretos (Cl) em solução aquosa, permitem o aumento do fuxo de elétrons em solução, tornando a solução mais condutora e aumentando os processos, como os de corrosão. Dureza Também chamada de água dura. Este controle é eetuado vericando-se a redução de íons de cálcio e magnésio em solução. Estes são responsáveis pela ormação de incrustações em tubulações, diminuindo a capacidade de fuxo de e aumentando o risco de explosão da caldeira em vale. pH O potencial hidrogeniônico (pH) é controlado evitando reações paralelas ou mesmo a solubilização dos metais que participam da instrumentação de análise e de processo. Outras importantes análises são eetuadas, como: alcalinidade, osatos, sílica entre outros, em que a compreensão desses parâmetros químicos pelo analista e pelo operador é de grande importância na redução dos riscos inerentes ao processo. Plataormas de petróleo, renarias e indústrias devem obrigatoriamente controlar a qualidade da água de seus processos. Isso evita acidentes que possam contaminar o meio ambiente e gerar prejuízo para a sociedade. Na página seguinte você vai encontrar o texto RECAPITULANDO , sobre o capítulo que você acabou de estudar.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
RECAPITULANDO
Partículas negativas elétrons Partículas positivas prótons Partículas sem cargas nêutrons Ligação iônica Há transerência denitiva do elétron de um elemento para o outro. Ligação covalente Há o compartilhamento dos elétrons. Ligação metálica Os elementos metálicos possuem elétrons “soltos”, ou seja, “livres”. Esta nuvem de elétrons mantém os átomos dos elementos metálicos unidos, ormando assim a ligação metálica. Balanceamento de reação Balancear uma reação signica equilibrar os coecientes de uma reação. A quantidade de um mesmo elemento no reagente deve ser igual no produto. Reagente limitante É o reagente que delimita a reação. É aquele que é consumido primeiro no processo. Corrosão A corrosão pode ser denida como uma deterioração dos metais provocada por uma reação de oxirredução. Oxirredução Reação em que há perda e ganho de elétrons. Química orgânica A Química Orgânica é a parte da Química que estuda os compostos do carbono. Os compostos orgânicos podem ser divididos em orgânicos naturais e sintéticos. Alcanos São os hidrocarbonetos mais encontrados no petróleo.
2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
Anotações:
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Petróleo, gás e seus derivados
3 O2 Fotosíntese
CO2 Atmosfera
Combustão
Difusão
Rochas sedimentares Petróleo
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Figura 42 – Ciclo do gás carbônico
Na Química estudamos o amplo contexto das substâncias ormadoras da mistura de hidrocarbonetos (petróleo), desde a origem de seus compostos aos dierentes processos químicos de menor ou maior complexidade, sendo aplicado como matéria-prima ou mesmo como produto acabado. Para compreender de orma adequada o comportamento químico das diversas substâncias presentes no petróleo, sua origem, seu processo de reno e sua utilização em processos industriais, aremos uma introdução à Química do Carbono. Inicialmente oi chamada de Química Orgânica, pois seus compostos eram inicialmente encontrados em organismos vivos. Atualmente, mais de 9 milhões de substâncias orgânicas são conhecidas pelo homem, devido às inúmeras propriedades do carbono Milhares de compostos orgânicos e inorgânicos apresentam o elemento carbono em suas estruturas moleculares. É o composto mais abundante na atmosera, sendo solúvel em água na orma de CO2, atuando no ciclo do carbono por diusão (troca da água do mar com a atmosera).
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Nas atividades biológicas, os compostos orgânicos são quebrados, liberando CO2, que no processo de otossíntese é convertido novamente em carbono (C) inorgânico. A decomposição e oxidação dos organismos vivos, quando soterrados, geram a ormação de combustíveis ósseis (carvão ou petróleo), reinserindo-os no ciclo de ormação do carbono.
Ciclos biogeoquimicos Os processos naturais que envolvem dierentes substâncias químicas em processos ísicos, químicos e biológicos permiVOCÊ tem o equilíbrio da concentração deles na Terra e são unSABIA? damentais para a compreensão do nosso meio ambiente, e levam o homem a ter uma interação sem prejuízo, respeitando princípios de sustentabilidade. A água, o carbono, o oxigênio, o ósoro e outros elementos são exemplos de substâncias que participam desses processos naturais.
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Figura 43 – Representação de meio ambiente e sustentabilidade
3.1 GEOLOGIA DO PETRÓLEO A aplicação conjunta dos procedimentos técnicos e cientícos da Geologia (ciência que estuda a Terra, sua composição, estrutura e propriedades ísico-químicas) com técnicas diversas relacionadas à busca do petróleo e seus derivados permite o estudo de aspectos particulares relacionados à exploração dos dierentes tipos de petróleo associados à origem dos reservatórios. As bacias sedimentares (depressões da superície terrestre) evidenciam que o petróleo pode ter sido ormado pela transormação da matéria orgânica proveniente da superície e depositada na orma de sedimentos em regiões onde não há a presença de oxigênio. Depois de milhares de anos após as reativações tectônicas ocorre a ascensão dos hidrocarbonetos, que, em presença de bactérias, interagem ormando os diversos tipos de óleos (leves e pesados).
3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
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Confra os principais aspectos avaliados em bacias sedimentares para exploração do petróleo Rocha reservatório ou rocha onte Local de acúmulo ormado por rochas porosas e permeáveis, permitindo sua extração.
Selo ou rocha selante Unidade de baixa permeabilidade, que impede o fuxo de hidrocarbonetos da rocha reservatório.
Trapa Justaposição entre a rocha reservatório e a rocha selante que impede a uga do hidrocarboneto do reservatório de origem (característica estrutural).
Tempo Cronologia e histórico do processo.
Maturação Avaliação histórica termal da rocha onte, cronologia da geração e expulsão dos hidrocarbonetos existentes.
Migração Estudo do movimento dos hidrocarbonetos na rocha onte para uma área em particular.
Todas as características ísicas de um reservatório são de undamental importância na exploração dos hidrocarbonetos existentes. Elas permitem maior controle dos aspectos econômicos da exploração e principalmente avaliam os riscos ambientais inerentes ao processo, o que permite prever possíveis danos e minimizá-los. A Figura 52 mostra que a Geologia estudada exige dierentes ormas de trabalhar a extração de petróleo para um melhor aproveitamento.
1 Reservatório esgotado de
petróleo e gás
3
4
1
2
5
2 Uso orçado de gás carbônico na
recuperação de petróleo e gás 3 Formação de salinas proundas – ofshore 4 Formação de salinas proundas – onshore 5 Uso de gás carbônico na maior
recuperação de metano em leito de carvão Petróleo ou gás produzido a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Injeção de gás carbônico Armazenamento de gás carbônico Figura 44 – Opções de armazenamento do petróleo e gás
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
3.2 COMPOSIÇÃO DO PETRÓLEO É um líquido escuro de composição indenida, em que a mistura de hidrocarbonetos está mais associada à sua ormação geológica. Quimicamente constitui-se de uma mistura de de compostos orgânicos (principalmente alcanos de cadeia linear), aliáticos, alicíclicos e aromáticos. Podemos expressar sua composição a partir dos elementos que são obtidos em sua destilação ou racionamento. Outras composições menores também podem ser encontradas, como enxore, nitrogênio, oxigênio e metais. A Tabela 1 mostra a composição média do petróleo cru típico em teor percentual com os elementos químicos correspondentes. Tabela 2 Composição química do petróleo Hidrogênio
11-14%
Carbono
83-87%
Enxore
0,06-8%
Nitrogênio
0,11-1,7%
Oxigênio
0,1-2%
Metais (Fe, Ni, V, entre outro)
até 0,3%
Fonte: Fundamentos do Reno de Petróleo – Tecnologia e Economia.
PRINCIPAIS COMPONENTES DO ÓLEO BRUTO Parafnas Hidrocarbonetos lineares ou ramicados, de órmula geral Cn H2n + 2, geralmente com até 20 átomos de carbono. Exemplo
Metano, etano, propano, butano, isobutano, pentano, hexano, heptano, n-octano, iso-octano, entre outros. Apresentam-se no estado líquido ou gasoso, de acordo com a temperatura. Cicloalcanos Hidrocarbonetos saturados de cadeia echada mas sem ligações duplas (CnH2n) e com um ou mais anéis por molécula. Exemplo
Ciclopentano; metilciclopentano; ciclohexano; metilciclohexano, entre outros. Estes compostos são normalmente líquidos. Aromáticos Hidrocarbonetos que apresentam anel aromático de seis carbonos com ligações duplas alternadas, podendo possuir mais de um anel na ormação de seus compostos.
3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
101
Exemplo
Benzeno, tolueno, xileno, nataleno etc. Estes compostos são normalmente líquidos à temperatura ambiente. Alquenos Hidrocarbonetos lineares ou ramicados com ligações duplas (CnH2n). Exemplo
Etileno, buteno, isobuteno, entre outros. Estes compostos podem ser gases ou líquidos. Os alquenos raramente estão presentes no petróleo bruto, mas surgem durante o processo de renação. Resinas e asaltenos Substâncias de peso molecular elevado, não relacionadas com qualquer classe denida de compostos orgânicos, conhecidas como resinas (gomas), asaltenos, carbenos e carboides. Nelas estão presentes, além do carbono e hidrogênio, o oxigênio e o enxore. Em alguns casos, aparecem nitrogênio e metais. Os asaltenos pertencem à ração de compostos mais pesados e polares de óleos crus. São complexos contendo inúmeros grupos uncionais dierentes, estruturas moleculares e massa molecular relativamente elevada.
ÓLEO CRU HIDROCARBONETOS
OUTROS COMPOSTOS
ALIFÁTICOS
AROMÁTICOS
NAFTENOS
SULFURADOS
NITROGENADOS
OXIGENADOS
METÁLICOS
25%
17%
50%
< 8%
< 1%
< 3%
< 100ppm
C1 – C60
(C6 – C5 )1
Cicloalcanos O
SH NH
CO OH S
Figura 45 – Esquema simplicado dos componentes dos óleos brutos
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
CLASSIFICAÇÃO DO PETRÓLEO O petróleo está diretamente relacionado à sua rocha reservatória, ou seja, às condições geológicas de sua ormação, que permitem esta classicação:
Petróleo de base paraínica
Petróleo de base natênica
Petróleo de base aromática
A dierença entre estes óleos é perceptível durante o processo de destilação. O petróleo de base paraínica apresenta, como resíduo, substâncias ceráceas contendo principalmente elementos da série paraínica. tO petróleo de base natênica apresenta resíduo asáltico. O petróleo aromático apresenta, em seus componentes, derivados da cadeia do benzeno. O Instituto Americano do Petróleo (API, do inglês American Petroleum Institute) classica os óleos crus baseado em sua densidade. Atualmente essa classicação também é empregada no Brasil com a nalidade de denir parâmetros de qualidade para o respectivo óleo. A característica do petróleo em unção da gravidade API é denida por graus, conorme a Tabela 3: Tabela 3 Classifcação de grau API Faixa API
Descrição
Viscosidade
Cor
Componentes
0º – 22,3º
PESADO
Extrema
Escuro
Asalto
22,3º – 31,3º
MÉDIO
Média
Marrom
Gasolina e diesel
31,3º – 47º
LEVE
Fluido
Amarelo claro
Condensado/ gasolina
Fatores que podem aetar o ºAPI do petróleo
Idade geológica das rochas terciárias de origem do óleo Proundidade dos reservatórios Teor de enxore Tectonismo (tensões nas camadas geológicas) Salinidade dos poços de origem
3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
Um óleo cru com uma gravidade API de 35 º pode ter esta composição:
Natenos – 50% Aromáticos – 7% Asálticos – 8% Outros – 10% Saturados – 25%
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Figura 46 – Percentual dos componentes do óleo cru
3.3 DERIVADOS DO PETRÓLEO E GÁS Após a extração e transporte, o petróleo passa por um processo de separação e puricação de seus componentes, chamado de reno. O óleo bruto, após aquecimento (orno), começa a desprender vapores, que se elevam da base (área mais quente) para o alto da torre de destilação (área mais ria). A condensação em pratos correspondentes permite a separação de orma especíca de seus componentes. Observe a Figura 47.
Petróleo
Gás
Nafta Gasolina Retorta
Querosene Óleo diesel Óleo lubrificante Óleo combustível
Forno
Asfalto Figura 47 – Representação da torre de destilação
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
A composição do óleo, como escrito anteriormente, pode variar signicativamente, o que irá impor sistemas complexos com múltiplas operações até a ormação dos produtos nais, que são: Combustíveis Gasolina, GLP, querosene e outros. Produtos acabados não combustíveis Solventes, lubricantes, graxas, asalto e coque (para produção de erro-gusa). Intermediários da indústria química Nata, etano, propano, butano, etileno, propileno, butilenos, butadieno e BTX (benzeno, tolueno e xileno). Algumas operações realizadas pelas renarias de petróleo, para obtenção dos produtos nais são: Topping
Destilação racionada. Craqueamento É a quebra de rações mais pesadas (moléculas maiores) do petróleo. Este processo é realizado com o uso de calor e/ou catalisadores para melhor aproveitamento nal dos produtos ormados. Combinação de hidrocarbonetos O processo envolve duas ou mais moléculas para a ormação de uma molécula maior, como por exemplo combinar dois combustíveis gasosos com o propósito de produzir um combustível líquido. Exemplo
Produção de gasolina de alta octanagem. Rearranjo de hidrocarbonetos reforming Altera a estrutura da molécula original sem modicar o número de átomos de carbono da molécula, modicando, portanto, suas propriedades ísicas e químicas (ormação de isômeros). Tratamento e blending Remoção de substâncias indesejaveis na ormação do produto nal, como enxore, nitrogênio, metais pesados e outras impurezas. O blending corresponde à última etapa do tratamento, em que pode ocorrer a recuperação de parte do que oi removido (mistura a ormulação do produto), permitindo que o produto atenda as especicações desejadas.
3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
3.4 INDÚSTRIA DO PETRÓLEO (PRODUTOS DE PRIMEIRA, SEGUNDA E TERCEIRA GERAÇÃO) Os produtos nais gerados pelas renarias de petróleo servem de matéria-prima para o segmentos indústriais e são organizados em produtos de primeira, segunda e terceira geração, de acordo com o destino ou nalidade.
INDÚSTRIAS DE PRIMEIRA GERAÇÃO Correspondem às indústrias petroquímicas básicas, também denominados de “craqueadores”. Essas empresas compram a nata da Petrobras para abricar produtos petroquímicos básicos, utilizados no segmento industrial. Exemplos
Olenas, principalmente eteno, propeno e butadieno Aromáticos, tais como benzeno, tolueno e xilenos
INDÚSTRIAS DE SEGUNDA GERAÇÃO Estas empresas processam os produtos petroquímicos básicos, gerando produtos intermediários utilizados como matérias-primas na abricação de plásticos e borrachas. Exemplos
Polietileno, poliestireno e EDC/PVC (produzidos a partir do eteno) Polipropileno e acrilonitrila (produzidos a partir do propeno) Cumeno e etilbenzeno (produzidos a partir do benzeno) Polibutadieno (produzido a partir do butadieno) Estes produtos intermediários são eitos na orma sólida (placas ou em pó) e transportados para as indústrias de terceira geração.
INDÚSTRIAS DE TERCEIRA GERAÇÃO Também chamados de transormadores, pois a partir da matéria-prima produzida pelas indústria de segunda geração a sua aplicabilidade torna-se diretamente voltada para o consumidor nal, na orma de utensílios como materiais de embalagem, garraas, tintas, autopeças, brinquedos e bens de consumo eletrônico.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Exemplos
Plásticos (produzidos a partir de polietileno, polipropileno e PVC Fibras acrílicas (produzidas a partir de acrilonitrila) Náilon (produzido a partir de enol, no Brasil) Elastômeros (produzidos a partir de butadieno) Embalagens descartáveis (produzidas a partir de poliestireno e polipropileno)
R e fi n a r i a
PRIMEIRA GERAÇÃO
SEGUNDA GERAÇÃO
TERCEIRA GERAÇÃO
Pet roquím ic o básico
Resinas
Tra nsforma dores
Nafta/Gás
Gás natural Etano
Petroquímicos básicos
Resinas/Outros
PRIMEIRA GERAÇÃO
SEGUNDA GERAÇÃO
TERCEIRA GERAÇÃO
Eteno
Polietileno
Filmes, embalagens, garrafas, utensílios domésticos, fios e cabos
Cloro Buteno
Dicloretano/PVC
Tubos, conexões, filmes, calçados, frascos, fios e cabos
Polioropileno
Autopeças, sacarias e embalagens
Propeno Látex – SBR Petróleo Nafta
Butadieno
Borracha de estireno Butadieno
Eletrônicos e embalagens
Estireno Benzeno
Etilbenzeno
Poliestireno ABS
Paraxileno
Ácido tereftálico
Fibras sintéticas e borrachas para automóveis, eletroeletrônicos e telefones Embalagens e fibras têxteis de poliéster
DMT Gasolina automotiva
Borrachas, papel e celulose, auxiliar têxtil, calçados
PET
Figura 48 – Representação esquemática esquemática das indústrias petrolíeras
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3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
CASOS E RELATOS
APLICAÇÕES DO OURO NEGRO É comum imaginar que algo dourado tenha seu valor na própria palavra, ou seja, possui brilho; realmente as inúmeras aplicações do petróleo em diversos materiais contribuem com a qualidade que q ue vivemos em nosso dia a dia. Na prática, o petróleo, ao prover inúmeros combustíveis que são usados, seja na produção de eletricidade (Furnas), nos veículos automotivos, nas indústrias de polímeros e em outros segmentos, mostra que seu valor está além das percepções de um líquido escuro e viscoso, mas promove com brilhantismo os processos tecnológicos que melhoram a vida em sociedade. Os mais diversos segmentos industriais utilizam o petróleo como matéria-prima, sendo, portanto, um recurso mineral imprescindível para a sociedade por sua excelência. As indústrias de primeira, segunda e terceira geração de petróleo envolvem diversos processos ísicos e químicos que concorrem para a melhoria da vida em sociedade. As evoluções tecnológicas permitem o aprimoramento das técnicas utilizadas, diminuindo custos e seus impactos no meio ambiente. A mistura de compostos orgânicos orgânicos presentes no ouro negro nos ornece uma grande dede manda de possibilidades na criação de novos produtos, necessitando, necessitando, portanto, de pesquisa e desenvolvimento, gerando uma crescente necessidade de ormação de prossionais qualicados para as diversas áreas analíticas de produção e de qualidade.
Na página seguinte você vai encontrar o texto RECAPITULANDO sobre o capítulo PETRÓLEO, GÁS E SEUS DEVIRADOS.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
RECAPITULANDO
COMPONENTES DO ÓLEO BRUTO Parafnas Hidrocarbonetos lineares ou ramicados, de órmula geral C nH2n + 2 , geralmente com até 20 átomos de carbono. Cicloalcanos Hidrocarbonetos saturados de cadeia echada mas sem ligações duplas (CnH2n) e com um ou mais anéis por molécula. Aromáticos Hidrocarbonetos que apresentam anel aromático de seis carbonos com ligações duplas alternadas, podendo possuir mais de um anel na ormação de seus compostos. Alquenos Hidrocarbonetos lineares ou ramicados com ligações duplas (CnH2n). Exemplo
Etileno, buteno, isobuteno, entre outros. Resinas e asaltenos Substâncias de peso molecular elevado, elev ado, que não são relacionadas com qualquer classe denida de compostos orgânicos; conhecidas como resinas (gomas), asaltenos, carbenos e carboides. Petróleo de base aromática A dierença entre estes óleos é perceptível durante o processo de destilação, em que os petróleos de base paraínica apresentam, como resíduo, substâncias ceráceas contendo principalmente elementos da série paraínica. O petróleo natênico apresenta resíduo asáltico. O petróleo aromático apresenta, em seus componentes, derivados da cadeia do benzeno.
3 PETRÓLEO, GÁS E SEUS DERIVADOS
Anotações:
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Técnicas de amostragem e conservação
4
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Figura 49 – Normas técnicas são as bases para auxiliar a amostragem e conservação
O emprego de normas técnicas para amostragem e conservação permite evidenciar o tempo necessário para estocar adequadamente, não modicando suas características que representam a composição da totalidade na área ou do tanque amostrado. Veja as normas mais utilizadas: ABNT NBR5725 Guia para inspeção por amostragem no controle e certicação de qualidade ABNT NBR5726 Plano de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos ABNT NBR5727 Norma de utilização da norma NBR-5726 ABNT NBR5728 Procedimentos estatísticos para determinação de validade de inspeção por atributos eita pelos ornecedores ABNT NBR10007 Amostragem de resíduos sólidos
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
ABNT NBR14883 Petróleo e produtos de petróleo – Amostragem manual Portaria ANP nº 238 Regulamento técnico que estabelece os procedimentos para a coleta de amostras de rocha e de fuidos de poços perurados pelos operadores nas bacias sedimentares brasileiras. De acordo com essas normas citadas, vários atores devem ser considerados para que tenhamos amostras representativas:
Ensaios analíticos a serem realizados. Tipos de recipientes de amostra a serem utilizados. Instruções especícas para materiais especiais a serem amostrados.
4.1 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO DE AMOSTRA PARA A ÁREA DE PETRÓLEO E GÁS Para compreender os procedimentos adotados pelas indústrias da cadeia petroquímica, algumas terminologias são essenciais para compreensão do manual dos equipamentos utilizados e as normas técnicas que se aplicam a esses equipamentos. Amostragem Operações realizadas com o objetivo de obter uma pequena porção (amostra) que represente toda composição produzida (lote). Amostra analítica Pequena porção do material objeto da análise química que representa a composição média qualitativa e/ou quantitativa do lote. Analito Espécie química identicada durante procedimento analítico (cálcio, por exemplo) presente em amostra de água para determinação de dureza. Emulsão Mistura óleo/água que não se separa acilmente. Alíquota Porção de amostra coletada a partir de recipiente primário ou intermediário para análise. Entende-se por recipientes primários de amostra os rascos de vidro e plástico, latas, amostrador de alçapão e receptores de amostras xos e portáteis.
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
Sinal analítico ou sinal Resposta instrumental gerada de orma amplicada sobre as propriedades analisadas (absorbância, intensidade de emissão etc.) Matriz Engloba todos os constituintes de amostra. Logo, além do analito a matriz contém os outros componentes chamados “concomitantes”. Sensibilidade Capacidade de um instrumento em distinguir pequenas dierenças na concentração de um analito. Limite de detecção É o menor nível de concentração (ou quantidade) de analito detectável por um instrumento. Seletividade Reere-se ao quão um método analítico está livre de intererências de outras espécies presentes na matriz.
Amostragem
Amostra
População Uma amostra pode ser considerada uma porção ou parte de uma população de interesse, e sua retirada está diretamente relacionada à necessidade de controle estatístico de processos; portanto, a amostra deverá ser representativa do processo em estudo.
Figura 50 – Representação proporcional de uma amostra
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
A aparelhagem adotada na coleta de amostra possui variedade de ormas, tamanhos e materiais. Por esse motivo, o produto a ser coletado deverá ser conhecido, para garantir que não haverá interação do reerido produto com o recipiente de coleta. Outra prática adotada pelas indústrias de petróleo e gás no momento da coleta da amostra é a de não exceder em 80% do volume total do recipiente, a m de permitir a expansão térmica do material coletado e acilitar sua homogeneização. Algumas instruções especiais descritas na NBR 14883 (Petróleo e produtos de petróleo – Amostragem manual) diminuem os erros de coleta, quando reerem-se a materiais como petróleo e óleos combustíveis residuais: 1. Não retirar amostra próximo ao undo do tanque. Ali a concentração de água livre é maior, não permitindo uma avaliação correta dessa concentração. 2. Não retirar amostra em interaces emulcionadas ou em ormação de borras. 3. Recomenda-se retirar amostras durante transerências de tanques quando houver a concordância entre as partes envolvidas no processo. 4. Amostras voláteis ou sensíveis à luz devem ser protegidas, de orma a garantir a estabilidade durante o processo de análise. Exemplo
Utilização de vidro âmbar ou envolvidos com material opaco.
O laboratório, ao receber as amostras, deve manter a integridade e conservação delas, resriando as amostras voláteis antes de serem abertas.
s n i t r a M s o l r a C é s o J / o i l ó F n I
Figura 51 – Exemplo de recipientes de coleta de amostras
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
4.1.1 MEDIDAS DE CENTRALIZAÇÃO Quando avaliamos estatisticamente uma amostra, percebemos que muitos valores tendem a concentrar-se onde valores intermediários apresentam requência maiores do que os valores extremos. Algumas medidas de centralização muito usadas em planos de amostragem são: Média É a soma dos valores amostrados dividido pelo número total de termos:
Onde: X Média dos valores
X = ⌺nX
⌺X Somatório dos valores
n Número de termos
Mediana É a medida central, quando os termos são colocados em ordem crescente de valores. No caso de a quantidade dos termos ser ímpar, a mediana será o valor central. Quando o número de termos or par, a mediana será a soma dos dois valores centrais dividido por 2.
Par: X= n 2
Ímpar: n+1 X= 2
Onde: X Mediana dos valores n Número de termos
Moda É o valor mais requente disponibilizado em uma amostra.
4.1.2 MEDIDAS DE DISPERSÃO São medidas que localizam as sensíveis dierenças que ocorrem entre os próprios valores. Demonstram a variabilidade da distribuição. São medidas estatísticas de dispersão adotadas em amostragem para o controle de processos: Amplitude R É a dierença entre o maior e o menor valor medido em uma amostra.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Variança s Variável aleatória de medida da dispersão estatística, indicando o distanciamento que determinados valores possuem do valor esperado.
s=
⌺X X2
n1
Desvio padrão σ É o índice de variabilidade entre os termos da amostra.
σ=
⌺X X2
n1
4.1.3 DISTRIBUIÇÃO NORMAL É uma das mais importantes erramentas estatísticas de aplicação da probabilidade usando dados amostrados que azem reerência a medidas de centralização e de dispersão. Sua importância está relacionada à compreensão do comportamento da Curva de Gauss (ou Curva de Sino) rente aos dierentes valores numéricos que se aastam da média.
99,7% 95,4% 68,3% Percentual do grupo
34,1% 2,1% 55
70
34,1%
13,6% 85
13,6% 100
115
2,1% 130
145
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Figura 52 – Curva de distribuição normal
A proporção de área sob a curva entre esses dois valores é a probabilidade de que o reerido valor seja encontrado dentro dos intervalos. Cada curva de distribuição normal é caracterizada pelos parâmetros μ (média) e σ (desvio padrão).
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
X1
X2
μ
As probabilidades resultantes da integração da unção z estão calculadas e apresentadas na Tabela 4, onde Z é o valor do escore desejado (área resultante da média até o intervalo desejado).
Figura 53 – Curva de distribuição normal
Z=
Com a inalidade de padronizar uma metodologia que transorme qualquer distribuição normal N(μ, σ) em um único tipo de unção, caracterizada por ter média μ = 0 e desvio padrão σ = 1, aplicamos a chamada unção de distribuição normal reduzida.
Xμ
σ
Tabela 4 Reerência para avaliação da área compreendida pela curva normal reduzida N0;1, de 0 a z*
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,0000 0,0398 0,0793 0,1179 0,1554 0,1915 0,2257 0,2580 0,2881 0,3159 0,3413 0,3643 0,3849 0,4032 0,4192 0,4332 0,4452 0,4554 0,4641 0,4713 0,4772 0,4821 0,4861 0,4893 0,4918 1,4938 0,4953 0,4965 0,4974 0,4981 0,4987
0,0040 0,0438 0,0832 0,1217 0,1591 0,1950 0,2291 0,2611 0,2910 0,3186 0,3438 0,3665 0,3869 0,4049 0,4207 0,4345 0,4463 0,4564 0,4649 0,4719 0,4778 0,4826 0,4864 0,4896 0,4920 0,4940 0,4955 0,4966 0,4975 0,4982 0,4987
0,0080 0,0478 0,0871 0,1255 0,1628 0,1985 0,2324 0,2642 0,2939 0,3212 0,3461 0,3686 0,3888 0,4066 0,4222 0,4357 0,4474 0,4573 0,4656 0,4726 0,4783 0,4830 0,4868 0,4898 0,4922 0,4941 0,4956 0,4967 0,4976 0,4982 0,4987
0,0120 0,0517 0,0910 0,1293 0,1664 0,2019 0,2357 0,2673 0,2967 0,3238 0,3485 0,3708 0,3907 0,4082 0,4236 0,4370 0,4484 0,4582 0,4664 0,4732 0,4788 0,4834 0,4871 0,4901 0,4925 0,4943 0,4957 0,4868 0,4977 0,4983 0,4988
0,0160 0,0557 0,948 0,1331 0,1700 0,2054 0,2389 0,2704 0,2995 0,3264 0,3508 0,3729 0,3925 0,4099 0,4251 0,4382 0,4495 0,591 0,4671 0,4738 0,4793 0,4838 0,4875 0,4904 0,4927 0,4945 0,4959 0,4969 0,4977 0,4984 0,4988
0,0199 0,0596 0,0987 0,1368 0,1736 0,2088 0,2422 0,2734 0,3023 0,3289 0,3531 0,3749 0,3944 0,4115 0,4265 0,4394 0,4505 0,4599 0,4678 0,4744 0,4798 0,4842 0,4878 0,4906 0,4929 0,4946 0,4930 0,4970 0,4978 0,4984 0,4989
0,0239 0,0636 0,1026 0,1406 0,1772 0,2123 0,2454 0,2764 0,3051 0,3315 0,3554 0,3770 0,3962 0,4131 0,4279 0,4406 0,4515 0,4608 0,4686 0,4750 0,4803 0,4846 0,4881 0,4909 0,4931 0,4948 0,4961 0,4971 0,4979 0,4985 0,4989
0,0279 0,0675 0,1064 0,1443 0,1808 0,2157 0,2486 0,2794 0,3078 0,3340 0,3577 0,3790 0,3980 0,4147 0,4292 0,4418 0,4525 0,4616 0,4693 0,4756 0,4808 0,4850 0,4884 0,4911 0,4932 0,4949 0,4962 0,4972 0,4979 0,4985 0,4989
0,0319 0,0714 0,1103 0,1480 0,1844 0,2190 0,2517 0,2823 0,3106 0,3365 0,3599 0,3810 0,3997 0,4162 0,4306 0,4429 0,4535 0,4625 0,4699 0,4761 0,4812 0,4854 0,4887 0,4913 0,4934 0,4951 0,4963 0,4973 0,4980 0,4986 0,4990
0,0359 0,0753 0,1141 0,1517 0,1879 0,2224 0,2549 0,2852 0,3133 0,3389 0,3621 0,3830 0,4015 0,4177 0,4319 0,4441 0,4545 0,4633 0,4706 0,4767 0,4817 0,4857 0,4890 0,4916 0,4936 0,4952 0,4964 0,4974 0,4981 0,4986 0,4990
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
EXEMPLOS APLICADOS AO CONTROLE DE PROCESSOS POR AMOSTRAGEM Exemplo 1
O rendimento, em óleo, de algumas espécies de oleaginosas com potencial para a produção de biodiesel é apresentado na tabela abaixo. Determine, do conjunto de dados dessa tabela:
Moda Mediana Média
Rendimento em óleo t/ha
Espécie
Soja Babaçu Amendoim Colza Mamona Girassol
0,60 0,80 0,80 0,90 1,00 1,50
Solução Moda é o valor que ocorre com maior requência. Logo, a moda é o valor 0,80. Mediana é o número central (ou a média aritmética dos dois números centrais) de um determinado conjunto de números colocados em ordem crescente. Observe que 0,80 e 0,90 são os valores centrais. Assim, a mediana é (0,80 + 0,90) / 2 = 0,85. Média é a soma de todos os termos amostrados, divididos pelo número de termos: (0,60 + 0,80 +0,80 + 0,90 + 1,00 + 1,50) / 6 = 0,933 t/ha Exemplo 2
A duração de um certo componente eletrônico tem média de 850 dias e desvio padrão de 40 dias. Sabendo que a duração é normalmente distribuída, calcule a probabilidade de esse componente durar:
a Entre 700 e 1.000 dias X = 850
S = 40
Z1 =
X X 700 850 = = 3,75 S 40
Z2 =
X X 1.000 850 = = 3,75 40 S
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700
X
1.000
3,75 < Z < 3,75
P 3,75 < Z < 3,75 = P 3,75 < Z < 0 + P 0 < Z < 3,75 = = P 0 < Z < 3,75 + P 0 < Z < 3,75 = 0,4990 + 0,4990 = 0,998 ou 99,98%
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
b Mais de 800 dias a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Z = X X = 800 850 = 1,75 S 40 800
X 850
P Z > 1,25 = P 1,25 < Z < 0 + P Z > 0 = = P 0 < Z < 1,25 + P Z > 0 = 0,3944 + 0,5 = 0,8944 ou 89,44%
SEIS SIGMAS NO GERENCIAMENTO DOS PROCESSOS Empresas de grande porte da área de petróleo de derivados e demais segmentos industriais possuem como erramenta na gestão do desempenho e da variabilidade de processos o 6σ. A letra grega sigma ( σ), matematicamente, corresponde ao desvio padrão de uma determinada população, acilitando a avaliação da qualidade de uma ininita gama de possibilidades de produtos, serviços e processos.
µ – 3σ µ – 2σ µ – σ
µ
µ + σ µ + 2σ µ + 3σ
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Figura 54 – Curva normal X 6 sigmas
Podemos observar na Figura 54 que a partir do valor central ( μ = média) os desvios padrões correspondentes são 3 acima da média e 3 abaixo da média, permitindo a cobertura de uma área total do gráco de 99,74%. Dessa orma, quando temos limites de controle que correspondam à área do gráco entre os seis desvios padrões (6σ), operacionalmente o processo encontra-se estável, atendendo, portanto, a parâmetros de qualidade.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
FOCO NA QUALIDADE ALGUMAS DAS PRINCIPAIS FERRAMENTAS DE GESTÃO DIRECIONADAS PELO SEIS SIGMAS Mapeamento de processos Elaboração de fuxogramas para identicar os parâmetros críticos do processo, ciclos de retroalimentação e outras características que mostram a operação ineciente ou eciente do processo. Análise de sistemas de medição Estabelece a capacidade de um sistema de medição na detecção de pequenas mudanças que infuem no real desempenho de uma variável, possibilitando calibração de instrumentos ou até mesmo sua substituição. Capabilidade de processos Dimensiona a relação entre o desempenho de um processo e o desempenho esperado pelo cliente do processo. Controle estatístico de processos CEP Permite elaborar grácos de controle no monitoramento de parâmetros críticos que norteiam a qualidade exigida pelo cliente e mantém o desempenho do processo, permitindo um ajuste muito mais preciso e seguro. Os parâmetros de controle também permitem a avaliação dos operadores em processo e o apontamento da necessidade de ajustes na variabilidade do processo.
O emprego do seis sigmas pelas indústrias em geral corresponde apenas a uma das erramentas utilizadas na gestão pela qualidade total. O emprego de gráicos de controle, histogramas, luxogramas e outros acilitadores desempenha um importante papel nas decisões tomadas gelo gestor. Outros exemplos de erramentas da qualidade são: 5s Cinco passos dirigidos à simples organização do espaço
VOCÊ SABIA? PDCA Planejar, desenvolver, checar e aplicar
Fluxogramas Gráicos que demonstram a sequência operacional do desenvolvimento de um processo ISO Signiica Organização Internacional para Normalização (International Organization or Standardization)
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
4.2 TÉCNICAS DE ANÁLISE PARA A ÁREA DE PETRÓLEO E GÁS Os métodos analíticos utilizados por um laboratório de análise empregam métodos clássicos, como a gravimetria e a titulometria, ou métodos instrumentais, que azem uso direto de equipamentos tecnológicos necessários à velocidade inerente aos sistemas de produção modernos. São os mais utilizados, pois permitem maior velocidade e precisão dos resultados, acilitando a gestão do processo em conormidade com a demanda de produção.
4.2.1 DENSIDADE A determinação da massa especíca e da densidade relativa de destilados de petróleo e óleos viscosos é abordada pela norma brasileira ABNT 14065:2006. Sua importância concentra-se na necessidade de identicar a maior ou menor concentração de hidrocarbonetos com menor peso molecular.
VOCÊ SABIA?
Não conunda densidade relativa com ºAPI, pois a densidade relativa é avaliada em relação à densidade da água. A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade relativa. Quanto maior or a densidade relativa, menor será o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é mais leve. O aparelho mais utilizado para determinação de densidade é o densímetro digital.
4.2.2 VISCOSIDADE A diculdade de escoamento de determinado óleo é avaliada pela sua viscosidade. As orças internas de atrito do fuido em movimento no interior de uma tubulação demandam grande quantidade de energia. Os aparelhos utilizados em suas determinações são os viscosímetros capilares e os viscosímeros rotativos. Viscosímetros capilares Medem a taxa de escoamento de um volume de fuido através de um pequeno oriício a uma determinada temperatura. Viscosímetros rotativos São usados para a determinação da viscosidade dinâmica e medida a baixas temperaturas utilizando o torque em um eixo rotativo (agulha) para medir a resistência do fuido ao escoamento.
121
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
4.2.3 POTENCIOMETRIA A eletroanalítica compreende um grupo de métodos analíticos baseados nas propriedades elétricas das soluções. O método potenciométrico de análise baseia-se na medida do potencial de uma cela eletroquímica na variabilidade da corrente utilizada para detectar o ponto nal de titulações (titulações potenciométricas), ou para a determinação direta de um constituinte em uma amostra, por meio da medida do potencial de um eletrodo íon-seletivo; um equipamento simples, constituído de um eletrodo de reerência, um eletrodo indicador e um dispositivo para leitura do potencial. O medidor de pH é de excepcional importância para controle da atividade do íon H+ em soluções, sendo comumente utilizados instrumentos com eletrodo de membrana de vidro, que é altamente seletivo e tem boa sensibilidade na detecção desse íon. Existem também outros tipos de eletrodos que podem detectar outras espécies iônicas e que também são utilizados.
VOCÊ SABIA?
O pH é uma variável de processo, portanto a correta calibração do equipamento utilizado durante a análise é signicativa. Permite avaliar processos corrosivos, o consumo de reagentes químicos e até mesmo a proporção de alguns componentes em análises quantitativas, como a titulação potenciométrica. A calibração permite uma medição conável, sendo undamental no diagnóstico de todo o processo.
4.2.4 CROMATOGRAFIA É método ísico-químico undamentado na migração dierenciada dos componentes químicos de uma amostra. As dierentes interações que ocorrem entre duas ases imiscíveis (móvel e estacionária) permitem a separação de componentes, que são identicados por comparação com padrões previamente existentes. Apresentamos aqui uma ampla visão dos tipos de cromatograas existentes.
CROMATOGRAFIA PLANAR
CCD Cromatograa em camada delgada
COLUNA
CENTRÍFUGA Chromatotron CP Cromatograa em papel CSC Cromatograa supercrítica
CCD
CENTRÍFUGA
CP
LÍQUIDA
CSC
GASOSA
CLAE Cromatograa líquida de alta eciência CG Cromatograa gasosa
CLÁSSICA
CLAE
CG
CGAR
CGAR Cromatograa gasosa de alta resolução
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4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
4.2.5 ESPECTROSCOPIA As propriedades radiantes da luz servem de base na elaboração de métodos analíticos ópticos, que permitem análises quantitativas e qualitativas das substâncias. Atualmente, matéria e energia não são consideradas entidades distintas e, portanto, correlacionam-se no aspecto relacionado a propriedades ísicas e químicas.
LUZ VISÍVEL A energia luminosa é caracterizada pela energia dos ótons que permitem a avaliação do comprimento de onda, requência e velocidade de acordo com o meio de propagação; chamamos, portanto, a luz de onda eletromagnética.
INFRAVERMELHO A caracterização do petróleo por espectroscopia no inravermelho próximo (NIR) é utilizada com êxito na previsão de resultados relacionados às propriedades dos seus derivados como gasolina, diesel e até mesmo nos derivados do processo de craqueamento catalítico. Este tipo de equipamento, assim como na espectroscopia, também utiliza as propriedades das ondas eletromagnéticas, ugindo, no entanto, da aixa pertinente à luz visível, como podemos identicar na Figura 55.
a l e c r a M s i r C / o i l ó F n I
Figura 55 – Comprimento de onda eletromagnética
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
Esta técnica possui atrativos como:
Rapidez para obtenção dos resultados. Método não destrutivo, mantendo a integridade da amostra e permitindo seu uso em outros tipos de ensaio.
Pode ser guardada de orma íntegra como testemunho dos valores encontrados após análise ou mesmo ser usada em outros analisadores.
ULTRAVIOLETA Este equipamento utiliza as mesmas propriedades dos equipamentos de espectroscopia anteriores. Trabalha com um comprimento de onda menor que os demais e isso permite maior gama de substâncias que podem ser analisadas, além de promover a desinecção da amostra, o que evita erros devido ao crescimento microbiológico de intererentes analíticos.
4.3 INTERPRETAÇÃO DAS FICHAS DE INFORMAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS (FISPQ) Os produtos químicos que são produzidos ou empregados de orma direta ou indireta na produção ou na análise de novos produtos devem obedecer às inormações reerentes a proteção, segurança, saúde e meio ambiente descritas para cada produto químico. O documento de reerência para a elaboração dessas chas é baseado na norma brasileira ABNT 14725-x (Produtos químicos – Inormações sobre segurança, saúde e meio ambiente, Partes 1, 2, 3 e 4). Essa é a ordem das inormações de orma obrigatória: 1. Identicação do produto e da empresa 2. Identicação de perigos 3. Composição e inormações sobre os ingredientes 4. Medidas de primeiros socorros 5. Medidas de combate a incêndio 6. Medidas de controle para derramamento ou vazamento 7. Manuseio e armazenamento
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
8. Controle de exposição e proteção individual 9. Propriedades ísicas e químicas 10. Estabilidade e reatividade 11. Inormações toxicológicas 12. Inormações ecológicas 13. Considerações sobre tratamento e disposição 14. Inormações sobre transporte 15. Regulamentações 16. Outras inormações Esta ultima seção deve ornecer qualquer outra inormação que possa ser importante do ponto de vista da segurança, principalmente o uso de EPIs (equipamentos de proteção individual), saúde e meio ambiente.
4.4 BOAS PRÁTICAS DE LABORATÓRIO Com o objetivo de proteger operadores, analistas, técnicos engenheiros e outros prossionais envolvidos diretamente na amostragem e/ou na determinação analítica de produtos realizados em laboratório ísico, químico ou microbiológico, as empresas adotam manuais e ministram cursos de orma regular, com a nalidade de padronizar os procedimentos que zelem pela segurança de todos envolvidos. Alguns princípios gerais devem ser abordados para a compreensão de todos os trabalhadores envolvidos: 1. Alimentos e bebidas não podem ser consumidos no setor. 2. Equipamentos devem ser destinados apenas para seu propósito designado. 3. Os envolvidos no processo de análise devem conhecer as chas de segurança dos produtos antes de manuseá-los (FISPQ), determinando causas de riscos potenciais e as precauções de segurança apropriadas antes de começar a utilizar novos equipamentos ou implantar novas técnicas no laboratório. Conrmar se existem condições e equipamentos de segurança sucientes para a implantação do novo procedimento.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
4. Conhecer a localização e o uso correto dos equipamentos de segurança disponíveis. 5. Não proceder a vários eventos de orma concomitante, para que não ocorram riscos de acidente durante o processo analítico. 6. Certicar-se de que todos estejam usando os equipamentos de segurança apropriados. 7. Assegurar-se de que todos os agentes estejam rotulados e estocados corretamente, identicando propriedades potencialmente perigosas, conorme exemplos abaixo. Símbolo de perigo
Denominação Bomba explodindo
Chama
Chama sobre círculo
Cilindro de gás
Corrosão
Crânio e ossos cruzados
Ponto de exclamação
Perigoso à saúde
Meio ambiente
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Figura 56 – Representações de periculosidade de substâncias químicas (NBR 14 725)
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
8. Seguir os procedimentos de descarte adequados para cada reagente ou material de laboratório. Consultar NBR 10004 (descarte de resíduos sólidos). Resíduos com origem conhecida
Resíduos com origem desconhecida
NÃO
É resto de embalagem?
NÃO
NÃO
É produto ou subproduto fora de especificações?
Contém substâncias da listagem 4? SIM
SIM
Consultar listagem 5
SIM
Avaliar características de periculosidade
Consultar listagens 5 e 6
Está na listagem?
SIM
Resíduos classe 1 Perigoso
SIM
Tem alguma característica?
NÃO
SIM NÃO
Existe razão para considerar perigoso? NÃO
SIM
Analizar periculosidade Vericar se tem característica de: Corrosividade Infamabilidade Toxicidade Reatividade
É perigoso?
NÃO
Resíduo não perigoso
9. Nunca pipetar ou sugar diretamente com a boca materiais biológicos, perigosos, cáusticos, tóxicos, radioativos ou cancerígenos. 10. Proceder em conormidade com as normas técnicas vigentes, não permitindo a contaminação ambiental por uso indevido de materiais em excesso.
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
QUALIDADE EM LABORATÓRIOS Um sistema de qualidade em um laboratório é basicamente o fuxo correto de inormações que são utilizadas e geradas durante todo um processo de medição. O uso de erramentas da gestão pela qualidade total, como o PDCA (planejar, desenvolver, checar e agir), permitem uma correta relação entre o cumprimento das normas de qualidade ISO – 9000 e a dos Requisitos Gerais para Competência de Laboratórios de Ensaio e Calibração (ISO/IEC – 17025), que têm como principal ob jetivo a acreditação de um laboratório, em que uma atestação de terceira parte, relacionada a um organismo de avaliação de conormidade, atesta ormalmente ao laboratório sua competência para realizar tareas especícas. A acreditação de laboratórios produz vantagens como:
Evidência da competência técnica Aprimoramento das práticas laboratoriais Reconhecimento e aceitação internacional de suas atividades Conquista de novos mercados São objetivos da ISO/IEC17025:
Atestar a competência dos
laboratórios para realizar ensaios e/ou calibrações, estabelecendo um padrão internacional e único de amostragem.
Facilitar a interpretação e a
aplicação dos requisitos, evitando ao máximo opiniões divergentes e confitantes.
Facilitar a orma de amostragem e desenvolvimento de novos métodos.
Estabelecer uma relação mais
estreita, clara e sem ambiguidade com a ISO 9001 e 9002.
A elaboração de procedimentos operacionais padronizados (POP), manuais de qualidade, registro dos resultados de medição permite a rastreabilidade de uma amostra avaliada em laboratório, descreve medidas globais que um laboratório deve utilizar para assegurar a qualidade em suas operações.
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
CASOS E RELATOS
REPRESENTATIVIDADE E AMOSTRAGEM A conormidade que uma amostra possui ao relacioná-la com uma determinada população depende de inúmeros atores, sendo de grande importância os parâmetros de produção que permitem uma avaliação estatística do processo. Os critérios que são adotados para a aprovação de matérias-primas ou produtos acabados dependem diretamente de atores como armazenamento do material, da dinâmica do processo e nalmente da orma como o mesmo é distribuído, chegando a seu destino nal. Sem dúvida a amostragem que possa representar essa dinâmica deve ser elaborada de orma a diminuir ou até mesmo eliminar prováveis erros do processo, permitindo maior controle e conabilidade dos resultados. Todos os passos que direcionam uma análise conável possuem início na orma e na quantidade de amostra que é retirada de um determinado lote ou população. Os instrumentos analíticos de nada servem, assim como os procedimentos analíticos, se não orem aplicados a uma amostra signicativa do todo. Ou seja, as avaliações estatísticas do processo permitem maior conabilidade no resultado nal. As perspectivas de segurança, como o uso de EPI e cuidados dierenciados com o tipo de amostra a ser coletado, também devem ser observados, permitindo uma interação durante todo o processo de avaliação.
Na página seguinte você vai encontrar o texto R ECAPITULANDO sobre o capítulo
TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO.
a l e c r a M s i r C é s o J / o i l ó F n I
Amostragem
Amostra mos ra
População s n i t r a
M s o l r a C é s o J / o i l ó F n I
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QUÍMICA APLICADA A PETRÓLEO E GÁS
RECAPITULANDO
A utilização de normas técnicas para amostragem e conservação de amostras permite evidenciar o tempo necessário para estocá-las adequadamente, não modicando suas características que representam a composição da totalidade na área ou tanque amostrado. As propriedades radiantes da luz servem de base na elaboração de métodos analíticos ópticos, que permitem análises quantitativas e qualitativas das substâncias. Atualmente matéria e energia não são consideradas entidades distintas e, portanto, correlacionam-se no aspecto relacionado a propriedades ísicas e químicas.
4 TÉCNICAS DE AMOSTRAGEM E CONSERVAÇÃO
Anotações:
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REFERÊNCIAS ATKINS, Peter. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. BROWN, Lawrence S.; HOLME, Thomas A. Química geral aplicada à engenharia . Cengage, 2009. RUSSEL, John B. Química geral . V. 1 e v. 2.
MINICURRÍCULO DOS AUTORES GISELE TEIXEIRA SALEIRO
Graduada em Licenciatura em Química pela Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Mestre em Engenharia e Ciência dos Materiais na mesma universidade, deendendo a dissertação intitulada Avaliação do processamento de cerâmica vermelha sob condições de queima rá pida. Na Universidade do Grande Rio – Unigranrio se ormou em bacharel em Química Tecnológica. Como proessora, leciona na área de educação prossional ligada à Química de Petróleo e Gás. Participou de diversos congressos na área de Química envolvendo a área ligada ao meio ambiente, com apresentação de trabalhos reerentes a pesquisas realizadas durante a graduação e pós-graduação. Atualmente é instrutora especialista do Senai na área de Petróleo e Gás no Centro de Reerência em Automação e Simulação na cidade do Rio de Janeiro. Leciona disciplinas como Química Aplicada, Tratamento de Água e Controle de Processos. Além disso, atua como proessora universitária na ormação de engenheiros de petróleo, meio ambiente e químicos. WILHERMYSON LIMA LEITE
Graduado em licenciatura e bacharelado em Química pela FTESM, iniciou seus estudos na área de Química com ormação técnica no Ensino Médio. É especialista em Ensino de Ciências pelo Instituto Federal do Rio de Janeiro. Ainda na graduação, iniciou sua carreira na indústria como técnico em Química, supervisor de produção, analista químico de Controle de Qualidade e responsável técnico, o que lhe garantiu experiência para posteriormente lecionar em escolas técnicas prossionalizantes. Atualmente é proessor das redes estadual e particular de ensino médio e prossionalizante e, dentre essas instituições, destaque para o Senai, onde atua como instrutor especializado nas áreas de Química Aplicada a Petróleo e Gás, Tratamento de Águas Industriais, Corrosão, Controle Estatístico de Processos e outras disciplinas correlatas.
SENAI – DEPARTAMENTO NACIONAL UNIDADE DE EDUCAÇÃO PROFISS IONAL E TECNOLÓGICA – UNIEP Rolando Vargas Vallejos
Gerente Executivo Felipe Esteves Morgado
Gerente Executivo Adjunto Diana Neri
Coordenação Geral do Desenvolvimento dos Livros SENAI – DEPARTAMENTO REGIONAL DO RIO DE JANEIRO NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA – NUCED Luis Roberto Arruda Marcela Gomes Geraldo
Coordenação do Desenvolvimento dos Livros no Departamento Regional Ana Beatriz Lima Guedes Monteiro
Coordenação do Projeto Gisele Teixeira Saleiro Wilhermyson Lima Leite
Elaboração Cleber Magno do Sacramento Gisele Teixeira Saleiro
Revisão Técnica Biblioteca Artes Gráfcas
Normalização
i-Comunicação
Projeto Gráco José Carlos Martins
Design Educacional Alexandre Rodrigues Alves
Revisão Ortográca e Gramatical Cris Marcela Paula Moura André Brito
Ilustrações Graftto
Produção Executiva In-Fólio
Programação Visual, Edição e Produção Editorial