PRODUÇÃO DO ÁLCOOL COMBUSTÍVEL E DO FERRO·

PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO FERRO E DO COBRE: INTERPRETAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS

Conteúdos e temas: processos siderúrgicos; produção de ferro e de cobre; combustão completa e incompleta; balanceamento de equações químicas.

Competências e habilidades: utilizar a linguagem simbólica para representar transformações químicas; utilizar a ideia de conservação de átomos para balancear as equações químicas; interpretar equações químicas balanceadas reconhecendo as proporções entre as espécies químicas envolvidas.

Sugestão de estratégias de ensino: exposição dialogada; dramatização.

Sugestão de avaliação: resolução de questões e participação nas atividades.

Propriedades Químicas:

Referem-se àquelas que, quando são coletadas e analisadas, alteram a composição química da matéria, ou seja, referem-se a uma capacidade que uma substância tem de transformar-se em outra por meio de reações químicas.

Por exemplo, a combustibilidade é uma propriedade química, pois a água não tem essa propriedade, enquanto o álcool (etanol) tem. Quando o álcool queima, ele converte-se em outras substâncias (gás carbônico e água), como mostra a reação abaixo:

1 C₂H_6­OH + 3 O₂ →  2 CO₂ + 3 H₂O

• Combustão

É um processo químico de oxidação, no qual o material combustível se combina com o oxigênio em condições favoráveis (calor), produzindo luz e calor.

• FOGO: É uma forma de combustão, caracterizada por uma reação química que combina materiais combustíveis com o oxigênio do ar, com desprendimento de energia luminosa e energia térmica.
• Triângulo do Fogo
  (combustível, comburente e calor)

Outro exemplo é o enferrujamento do prego (corrosão), que, em termos simples, é uma reação de oxidação do ferro, quando exposto ao ar úmido (oxigênio (O₂) e água (H₂O)), formando o óxido de ferro (III) mono-hidratado (Fe₂O₃ . H₂O), que é um composto que possui coloração castanho-avermelhada, isto é, a ferrugem que conhecemos.

As reações envolvidas nesse processo são mostradas abaixo:

Fe_(s) → Fe²⁺ + 2e^–
2H₂O + 2e^– → H₂ + 2OH^–
Fe²⁺ + 2OH^– → Fe(OH)₂
2Fe(OH)₂ + H₂O + 1/2O₂ → 2 Fe(OH)₃ 

Outros exemplos de propriedades químicas são:  oxidar, explosão, poder de corrosão e efervescência.

Propriedades Funcionais

Propriedades Funcionais da matéria são aquelas apresentas por grupos de substâncias. Ou ainda, é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhantes. Como por exemplo, as substâncias químicas podem ser divididas em quatro grandes grupos: ácidos, bases, sais e óxidos. Todos os grupos com propriedades próprias e bem definidas.

Questões

01-(UFPR) Pode-se atravessar uma barra de gelo usando-se uma arame com um peso adequado, sem que a barra fique dividida em duas partes.

Qual é a explicação para o fenômeno?
a) A pressão exercida pelo arames sobre o gelo abaixa seu ponto de fusão.
b) O gelo já cortado pelo arame, devido a baixa temperatura, se funde novamente.
c) A pressão exercida pelo arame sobre o gelo aumenta seu ponto de fusão, mantendo a barra sempre solida.
d) O arame, estando naturalmente mais aquecido, funde o gelo; essa energia, uma vez perdida para a atmosfera, deixa a barra novamente solida.
e) Há uma ligeira flexão da barra, e as duas partes, já cortadas pelo arame, são comprimidas uma contra a outra, soldando-se.

Na patinação sobre o gelo, o deslizamento é facilitado porque, quando o patinador passa, parte do gelo se transforma em água, reduzindo o atrito. Estando o gelo a uma temperatura inferior a 0ºC, isso ocorre porque a pressão da lâmina do patim sobre o gelo faz com que ele derreta.

02-(UFPEL-RS) Na patinação sobre o gelo, o deslizamento é facilitado porque, quando o patinador passa, parte do gelo se transforma em água, reduzindo o atrito. Estando o gelo a uma temperatura inferior a 0ºC, isso ocorre porque a pressão da lâmina do patim sobre o gelo faz com que ele derreta.

De acordo com seus conhecimentos e com as informações do texto, é correto afirmar que a fusão do gelo acontece por que

1. a) a pressão não influencia no ponto de fusão.
2. b) o aumento da pressão aumenta o ponto de fusão.
3. c) a diminuição da pressão diminui o ponto de fusão.
4. d)  a pressão e o ponto de fusão não se alteram.
5. e) o aumento da pressão diminui o ponto de fusão.

Por que o gelo das pistas de patinação é tão escorregadio?

Quem já ficou em pé sobre uma pista sabe o quanto é tarefa difícil. Bobeou, você leva um tombo. Antes, o pessoal acreditava que a pressão dos pés sobre o gelo era a culpada. E até com razão. Pressionando, o gelo se funde parcialmente, tornando-se escorregadio. Mas pesquisas mostraram que a pressão nem sempre é suficiente para fundir a superfície do gelo.

Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia, nos Estados Unidos, descobriram por que ele causa tantos tombos. O gelo é formado por uma seqüência de camadas de moléculas de água firmemente ligadas umas às outras. As moléculas vibram constantemente, apesar da baixa temperatura. Os pesquisadores descobriram que as moléculas da primeira camada trepidam mais rápido do que as das camadas inferiores. Esse ligeiro movimento coloca-as em um estágio intermediário entre o sólido e o líquido. Ou seja, elas se comportam como líquido, porque suas moléculas estão mais agitadas, só que sua temperatura ainda é inferior ao ponto de fusão.

Esse estado intermediário, que os pesquisadores deram o nome de quasi-liquid (quase líquido), diminui muito o atrito entre os patins e o gelo, tornando-o por isso tão escorregadio.

Influência da pressão no ponto de fusão 
Para a maioria das substâncias, a fusão tem por fim aumentar o seu volume, e como já vimos anteriormente, quando o volume tende aumentar, consequentemente, a pressão tende a diminuir o volume das substâncias. Com base na Lei de Chatelier, podemos concluir que com o aumento de pressão, irá dificultar a fusão, ou seja, aumenta a temperatura de fusão.

Portanto, se pensarmos no gráfico da pressão em função da temperatura de fusão, pode-se dizer que a curva será crescente

03-(FUVEST-SP) Nos dias frios, quando uma pessoa expele ar pela boca, forma-se uma espécie de “fumaça” junto ao rosto. Isso ocorre porque a pessoa:

1. a) expele ar quente que condensa o vapor de água existente na atmosfera.
   b) expele ar quente e úmido que se esfria, ocorrendo a condensação dos vapores expelidos.
   c) expele ar frio que provoca a condensação do vapor de água na atmosfera.
   d) provoca a evaporação da água existente no ar.
   e) provoca a liquefação do ar, com seu calor.

04-(UFPEL-RS) Um bloco de chumbo está sendo fundido.

Durante esse processo, à pressão constante, é correto afirmar que

1. a) ele recebe calor e sua temperatura aumenta.
2. b) ele cede calor e sua temperatura aumenta.
3. c) ele recebe calor e sua temperatura permanece constante.
4. d) o calor evidenciado é sensível, pois há mudança de temperatura.
5. e) ele cede calor e sua temperatura diminui.

PRODUÇÃO DO ÁLCOOL

o álcool e a gasolina? qual deles é menos poluente!

O etanol pode ser obtido através da cana-de-açúcar, milho, beterraba, mandioca, batata, etc.

A matéria-prima é submetida a uma fermentação alcoólica, com atuação do micro-organismo Saccharomyces cerevisiae.

Porém, a cana é a mais utilizada, pois apresenta maior produtividade.

Etapas da produção do álcool combustível

A cana-de-açúcar é moída.

O bagaço é utilizado para ser queimado como combustível ou usado na alimentação do gado.

A garapa (suco) é aquecida e se transforma em melaço.

Na presença de leveduras, o melaço passará pelo processo de fermentação alcoólica, que dura cerca de 50 horas.

Impactos ambientais da produção de açúcar e álcool

A cana-de-açúcar foi a primeira cultura introduzida no Brasil, há aproximadamente quatrocentos anos, visando a produção do açúcar, que na época tinha alto valor de mercado. No entanto, com a problemática da poluição pelos combustíveis fósseis e com a implantação do programa Pró-Alcool, em 1975, seu uso para a produção de etanol ganhou imensa força no Brasil. Como os passos iniciais para a produção de álcool e açúcar são basicamente os mesmos, os problemas ambientais em sua cadeia apenas se agravaram.

Por volta de 2010, o Brasil era responsável por cerca de 40% da produção de álcool mundial, da qual 80% era consumida no mercado interno. Em relação ao açúcar, o país é o maior produtor e exportador global, com cerca de 20% da produção e 40% das vendas no mercado internacional.

Monocultura extensiva da cana de açúcar: um grande problema ambiental.

Segundo a pesquisadora Maiara de Melo, “… desde o início da cultura canavieira se observam problemas como o desmatamento e o desgaste do solo. É um modelo econômico que nega e explora a natureza”. De fato, ambos os problemas apresentados mostram-se verdadeiros: o desmatamento ocorre na busca por mais e maiores áreas para o plantio da cana-de-açúcar, altamente lucrativo devido à alta demanda tanto de açúcar quanto de álcool; o desgaste do solo acontece associado ao uso de herbicidas, à utilização de queimadas, com o intuito de facilitar a colheita, e ao cultivo da cana em monoculturas, onde o solo torna-se infértil pelo esgotamento de seus nutrientes.

De forma geral, o sistema sucroalcooleiro  (sucro- (francês sucre, açúcar)) possui três etapas: a agrícola, que consiste no processamento da matéria-prima, envolvendo fases de preparo do solo, plantio, tratos culturais, colheita e transporte até a usina; a industrial, a qual compreende a recepção da cana na usina, a lavagem, o tratamento do caldo e a produção de açúcar e álcool; e a de geração de energia, em que a energia produzida pelo processamento do bagaço é reaproveitada como suprimento energético da própria indústria.

Queimadas: um problema não só ambiental, mas de saúde pública.

Nessas fases pode-se observar alto gasto de água (cerca de 1,4L para produzir 1L de álcool, segundo Ballester) e emissão de poluentes atmosféricos pela utilização de queimadas, caldeiras tecnologicamente atrasadas, torres de destilação e dornas de fermentação. Além disso, há formação de fuligem pelas queimadas, consumo de grandes quantidades de insumos químicos agressivos ao meio ambiente (e.g. óleo diesel, soda cáustica, óleos lubrificantes e graxas não biodegradáveis), mau gerenciamento dos resíduos industriais, falta de reservas florestais próximas às regiões de cultivo e uso de vinhaça como fertilizante, a qual é rica em nitrogênio, podendo causar a eutrofização de rios e lagos, quando em excesso.

O processo de produção do açúcar e do álcool desde a recepção da cana na usina.

Visando a redução do impacto, existe uma lei (Nº 11.241/2002) que proíbe as queimadas, porém essa mudança deve acontecer gradativamente até 2017. Junto a isso, existem políticas de zoneamento agroecológico, indicando possíveis áreas para expansão, e de ordenamento do uso do solo, buscando seu uso sustentável. Outras medidas como o uso de tecnologias menos poluentes, a introdução, em larga escala, de controle biológico e a aplicação de adubos e fertilizantes orgânicos, podem ser tomadas no intuito de proteger o meio ambiente.

A cana-de-açúcar não é apenas mais um produto agrícola, mas uma importante fonte de biomassa energética. O grande desafio do Brasil agora é reduzir os impactos ambientais da atividade sucroalcooleira e, ao mesmo tempo, aumentar a produtividade, contribuindo para o crescimento econômico e proporcionando oferta de trabalho e geração de renda no país.

A história da cana-de-açúcar confunde-se com a do próprio Brasil. Fundamental para a colonização do nosso território pelos portugueses, ela ainda hoje desempenha um importante papel em nossa economia.

Apesar de tanta riqueza, é impossível divorciar a produção nacional de cana-de-açúcar da intensa exploração de trabalhadores. No tempo em que éramos colônia, escravos negros moviam as propriedades de senhores de engenho. Na década de 1970, foi a vez dos chamados “boias-frias” enfrentarem condições precárias com o Próalcool

Autores: Marino da Motta Nanzer, Rafael Farina, Silvia Sayuri Mandai e Vanessa Thomé.

Bibliografia utilizada:

• Material de apoio ao currículo do Estado de São Paulo: Caderno do Professor, Química, Ensino Médio, 1ª Série. São Paulo: SE, 2014.
• http://brasilescola.uol.com.br/geografia/etanol.htm
• http://trabalhonacana.escravonempensar.org.br/apresentacao
• <https://www.ufpe.br/agencia/index.php?option=com_content&view=article&id= 39727:producao-do-etanol-gera-impactos-ambientais-ainda-sem-monitoramento&catid=441& Itemid=77>.
•  Impacto Ambiental da Cana-de-Açúcar. Embrapa – Monitoramento por satélite. Disponível em:<http://www.cana.cnpm.embrapa.br/setor.html>.
• Pesquisa analisa impacto ambiental da cana-de-açúcar. Novacana.com. Disponível em: <http://www.novacana.com/n/cana/meio-ambiente/pesquisa-analisa-impactos-das-mudancas-no-uso-da-terra/>/

Produção do ferro

QUÍMICA

A produção do ferro gusa (ferro de primeira fundição ainda não purificado) é um processo químico que utiliza a redução de minérios de ferro para gerar o principal formador do aço.

O ferro gusa é uma liga composta de ferro (cerca de 0,1%), carbono (de 3% a 6%), manganês (cerca de 0,5%), silício (de 1% a 4%) e enxofre (cerca de 0,1 %). Sua produção é realizada rotineiramente em altos fornos em formato de cuba, com cerca de 30 metros de altura.

A produção do ferro gusa é uma atividade do setor siderúrgico de extrema importância econômica pelo fato de corresponder à grande parte do custo da produção do aço. A produção dessa liga ocorre por meio do processo de redução do ferro presente em minérios que contêm esse elemento.

Assim, a produção do ferro gusa depende da utilização de minérios de ferro, ou seja, minérios formados por óxidos de ferro, os quais não apresentam nenhuma utilização para a produção do aço, mas que são fundamentais para a extração do ferro.

Diversas são as formas de extrair o ferro dos minérios, as quais foram aperfeiçoadas ao longo da história, uma vez que a utilização de ligas formadas a partir de ferro data de antes de Cristo. Porém, a técnica mais utilizada para a produção de ferro gusa é a redução em altos fornos, a qual será abordada neste texto.

Minérios para a produção do ferro gusa

Os principais minérios de ferro utilizados na produção do ferro gusa são:

• Hematita (Fe₂O₃);
• Magnetita (Fe₃O₄);
• Limonita (Fe₂O₃.nH₂O);
• Carbonato de siderita (FeCO₃).

Matéria-prima

Para a produção do ferro gusa em alto forno, são necessárias as seguintes matérias-primas para cada tonelada de material produzido:

• Minério de ferro: cerca de 1700 Kg;
• Coque (um tipo de carvão): cerca de 500 Kg;
• Óxido de cálcio (CaO) ou óxido de magnésio (MgO): cerca de 140 Kg;
• Ar quente: cerca de 1800 Kg.

Etapas da produção do ferro gusa

1^o Passo: Extração do minério de ferro;

2^o Passo: Mistura do minério de ferro com o coque e óxido de cálcio (ou óxido de magnésio);

3^o Passo: Injeção de ar preaquecido (em temperatura de aproximadamente 1200 ^oC). O gás oxigênio do ar reage com o carvão e produz o monóxido de carbono (CO), que é o agente redutor do processo de produção do ferro gusa;

C + O₂ → CO_(g)

4^o Passo: O calor do ar quente e da combustão do carvão realizam a fusão do minério de ferro;

5^o Passo: Concomitantemente, ocorre a reação química entre o monóxido de carbono e o óxido de ferro (como a hematita), formando o ferro metálico (Fe) fundido, isto é, o ferro gusa, além de elementos como carbono, enxofre, manganês, etc.

Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3CO₂

Recolhimento do ferro gusa fundido

Obs.: Existem empresas siderúrgicas produtoras do ferro gusa que, ao produzi-lo, já produzem em seguida o aço a partir dele. Da mesma forma, existem ainda aquelas indústrias que produzem apenas o ferro gusa para servir de fonte de abastecimento para outras que trabalham com a produção e manufatura do aço.

Danos causados ao meio ambiente

A produção do ferro gusa é extremamente importante econômica e industrialmente, porém, sua realização, principalmente em altos fornos, leva aos seguintes danos ambientais:

• Intenso desmatamento para a produção de carvão;
• Aumento da emissão de dióxido de carbono no ar atmosférico;
• Emissão de óxidos de enxofre na atmosfera;
• Emissão de poluentes orgânicos de potencial cancerígeno.

Entretanto, na contramão dos danos ambientes causados, várias empresas que realizam a produção do ferro gusa efetuam o plantio de árvores que serão utilizadas na produção do carvão. Essas árvores utilizam na fotossíntese parte do dióxido de carbono formado na produção do ferro gusa.

Por Me. Diogo Lopes Dias

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

DIAS, Diogo Lopes. “Produção do ferro gusa”; Brasil Escola. Disponível em

-9  IMPLICAÇÕES SOCIOAMBIENTAIS DA PRODUÇÃO E O USO DE COMBUSTÍVEIS.·

Conteúdos e temas: problemas sociais e ambientais ligados à produção e ao uso de combustíveis; conceito operacional de ácido e base.·

Competências e habilidades: selecionar, organizar, relacionar e interpretar dados e informações apresentados em textos, tabelas e gráficos referentes aos problemas socioambientais provenientes da produção e do uso de combustíveis (chuva ácida e efeito estufa) para tomar decisões e enfrentar situações-problema; relacionar informações obtidas por meio de observações diretas e de textos descritivos para construir argumentações consistentes num debate sobre desenvolvimento tecnológico e impactos socioambientais.·

Sugestão de estratégias de ensino: levantamento das ideias dos alunos; leitura de textos; experimentos; debate; exposição dialogada.·

Sugestão de recursos: lousa e giz; roteiros experimentais; textos e questões presentes neste Caderno; materiais e reagentes indicados nos roteiros dos experimentos.

Sugestão de avaliação: respostas às questões e participação na aula; material escrito sobre o tema do debate

Impactos Ambientais
Os minérios são indispensáveis para a manutenção da atividade industrial, tendo em vista que produtos como automóveis, máquinas, tratores, cimento, entre outros, são fabricados a partir de matérias-primas vindas dessa extração.
A exploração mineral se tornou mais evidente a partir da Primeira Revolução Industrial (final do século XVIII, início do século XIX), quando a produção em massa intensificou a extração de minérios para abastecer a crescente indústria. Com o crescimento populacional mundial houve a necessidade de retirar da natureza um volume cada vez maior desse tipo de recurso.

No Brasil, os principais problemas oriundos da mineração podem ser englobados em quatro categorias: poluição da água, poluição do ar, poluição sonora, e subsidência do terreno. Em geral, a mineração provoca um conjunto de efeitos não desejados que podem ser denominados de externalidades. Algumas dessas externalidades são: alterações ambientais, conflitos de uso do solo, depreciação de imóveis circunvizinhos, geração de áreas degradadas e transtornos ao tráfego urbano. Estas externalidades geram conflitos com a comunidade, que normalmente têm origem quando da implantação do empreendimento, pois o empreendedor não se informa sobre as expectativas, anseios e preocupações da comunidade que vive nas proximidades da empresa de mineração.

Efeitos sócio-ambietais da mineração

Inicialmente, a mineração afeta a cobertura vegetal, em graus variados, desde a supressão total ou parcial na área a ser minerada, até a utilização de grandes volumes de água, em geral oriundas do próprio lençol freático, através de poços perfurados para trabalhos de estudos preliminares.  A atividade de extração gera profundas alterações, modificando toda estrutura física e social do local onde está situada a mina e a região no entorno.

O método de lavra é o mais utilizado na exploração das substâncias minerais e é um dos principais fatores determinantes do nível de impacto ao ambiente, tendo grande influência na modificação da paisagem e escasseamento de recursos naturais. A grande maioria dos bens minerais é lavrada por métodos tradicionais a céu aberto onde o comprometimento ambiental é muito grande.

Nesse método de extração, para se ter um maior aproveitamento do minério, acaba-se gerando uma maior quantidade de estéril, poeira em suspensão, vibrações e maiores riscos de poluição das águas subterrâneas e superficiais. Minas a céu aberto elevam gradativamente a produção de rejeitos, os subprodutos da mineração ou lixo, resultantes da escavação e extração que não interessam a empresa mineradora e, portanto precisam ser descartados.

Considerando que o objetivo da empresa é livrar-se dos rejeitos da forma menos onerosa possível, para tanto se necessita da criação de uma área de descarte adjacente à área de lavra, sacrificando ainda mais a vegetação existente no entorno da mina. A depender da posição geográfica das barragens, construídas para serem depositados os rejeitos, não são descartadas as possibilidades de vazamentos ou rompimentos, comprometendo significativamente todo o ambiente através da contaminação dos reservatórios de águas superficiais e subterrâneas.

A má utilização da água por parte das grandes mineradoras tem gerado conflitos em função da inversão dos usos prioritários e por políticas públicas que suprimem a população local. As políticas públicas sempre vêm em benefício das grandes empresas, excluindo principalmente a população pobre. Comumente as indústrias mineradoras sugam grande parte da água através da perfuração de poços ou canalização de rios, limitando o uso para fins industriais negando sempre o uso humano e animal

No Brasil, a extração de pedras preciosas ou semipreciosas é desenvolvida por uma atividade denominada de garimpo, nela são obtidos ouro, diamante, esmeralda, cassiterita e etc. A garimpagem geralmente é executada de forma tradicional nas margens de rios, em locais que recebem grande volume de sedimentação e em planícies fluviais, principalmente nas Bacias hidrográficas do Amazonas e do Paraguai.

O garimpo mecanizado produz profundos impactos nos ambientes fluviais, destruindo as margens dos rios e modificando profundamente a paisagem. Sem contar que contamina as águas com aplicação de mercúrio e outros detritos; o prejuízo ambiental é muito elevado, pois os rios são assoreados, a fauna é contaminada, a cobertura vegetal é retirada e compromete a saúde do homem.

Os danos gerados nas áreas onde são desenvolvidas a mineração ou garimpagem são irreversíveis. Diante desses fatos percebemos que a lucratividade oriunda da extração mineral fica nas mãos de uma minoria e os prejuízos ambientais para toda a população atual e também futura.
Fonte. Geografia humana do Brasil

http://https://www.youtube.com/watch?v=8sovsUzYZFM