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A Aplicação dos Hidrocarbonetos

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Instituição:
Tema: Química Orgânica

A APLICAÇÃO DOS HIDROCARBONETOS

Curitiba

2004


1- HIDROCARBONETOS

Os fogos sagrados de Baku, capital do Azerbaijão, situada à beira do Mar Cáspio, assombraram seus antigos habitantes, que ignoravam a origem do fenômeno. Modernamente sabe-se que se devem à constante combustão dos vapores de metano e outros hidrocarbonetos.

Hidrocarbonetos são compostos formados exclusivamente de carbono e hidrogêneo, que também são chamados hidrocarburetos, carboidretos, carbetos, carburetos ou carbonetos e hidrogênio.

1.1 Classificação e ocorrência

Os Hidrocarbonetos se classificam de acordo com a proporção dos átomos de carbono e hidrogênio presentes em sua composição química. Assim, denominam-se hidrocarbonetos saturados os compostos ricos em hidrogênio, enquanto os hidrocarbonetos ditos insaturados apresentam uma razão hidrogênio/carbono inferior e são encontrados principalmente no petróleo e em resinas vegetais.

Os hidrocarbonetos constituem as chamadas séries homologas, em que cada termo (composto orgânico) difere do anterior em um átomo de carbono e dois de hidrogênio. Os termos superiores da série homóloga saturada, de peso molecular mais alto, encontra-se em alguns tipos de petróleo e como elementos constituintes do pinho, da casca de algumas frutas e dos pigmentos das folhas e hortaliças.

Os hidrocarbonetos etilênicos, primeiro subgrupo dos insaturados, estão presentes em muitas modalidades de petróleo em estado natural, enquanto os acetilênicos, que compõem o segundo subgrupo dos hidrocarbonetos insaturados, obtêm-se artificialmente pelo processo de craqueamento (ruptura) catalítico do petróleo. Os hidrocarbonetos aromáticos foram assim chamados por terem sido obtidos inicialmente a partir de produtos naturais como resinas ou bálsamos, e apresentarem odor característico. Com o tempo, outras fontes desses compostos foram descobertas. Com o crescimento da demanda, durante e após a guerra, outras fontes foram pesquisadas. Atualmente, grande parte dos compostos aromáticos, base de inúmeros processos industriais, se obtém a partir do petróleo.

1.2 Estrutura e Nomenclatura

A estrutura das moléculas dos hidrocarbonetos baseia-se na tetravalência do carbono, isto é, em sua capacidade de ligar-se, quimicamente, a quatro ouros átomos, inclusive de carbono, simultaneamente. Assim, as sucessões de átomos de carbono podem formar cadeias lineares, ramificadas em ziguezague, que lembram anéis e estruturas de três dimensões.

1.3 Hidrocarbonetos Saturados

A fórmula empírica molecular dos hidrocarbonetos saturados, também chamados alcanos ou parafinas, é CnH2n+2, segundo a qual n átomos de carbono combinam-se com 2n + 2 átomos de hidrogênio para formarem uma molécula. Valores inteiros sucessivos de n dão origem aos termos distintos da série: metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8), butano (C4H10) etc.

A partir do quarto termo da série, o butano, os quatro carbonos podem formar uma cadeia linear ou uma estrutura ramificada. No primeiro caso, o composto se denomina n-butano. Na estrutura ramificada, um átomo de carbono se liga ao carbono central da cadeia linear formada pelos outros três, formando o iso-butano, ou pode dar origem a uma estrutura cíclica, própria do composto chamado ciclobutano, em que os átomos de carbono das extremidades estão ligados entre si. A existência de compostos com mesma fórmula molecular, mas com estruturas diferentes, é fenômeno comum nos hidrocarbonetos, designado como isomeria estrutural. As substâncias isômeras possuem propriedades físicas e químicas semelhantes, mas não idênticas, e formam, em certos casos, moléculas completamente diferentes.

Os termos da série saturada são nomeados a partir do butano com o prefixo grego correspondente ao número de átomos de carbono constituintes da molécula: penta, hexa, epta, acrescidos da terminação "ano". Nos cicloalcanos, hidrocarbonetos de cadeia saturada com estrutura em anel, a nomenclatura faz-se com a anteposição da palavra "ciclo" ao nome correspondente ao hidrocarboneto análogo na cadeia linear. Finalmente, os possíveis isômeros presentes na série saturada cíclica se distinguem por meio de números, associados à posição da ramificação no ciclo.

1.4 Hidrocarbonetos Insaturados

O primeiro grupo de hidrocarbonetos insaturados constituído pelos compostos etilênicos, também chamado alcenos, alquenos ou olefinas, tem como característica estrutural a presença de uma dupla ligação entre dois átomos de carbono. Sua fórmula molecular é CnH2n e os primeiros termos da série homóloga correspondente recebem o nome de etilino ou eteno (C2H4), propileno ou propeno (C3H6), butileno ou buteno (C4H8) etc. Os termos seguintes tem uma nomenclatura análoga a dois hidrocarbonetos saturados, acrescidos da terminação "eno".

A posição da dupla ligação na molécula dos alcenos pode dar origem a diferentes isômeros. Para distingui-los, o número do primeiro carbono a conter ess ligação precede o nome do hidrocarboneto na nomenclatura desses compostos. Existem, ainda, hidrocarbonetos etilênicos com mais de uma dupla ligação – denominados dienos, quando possuem duas ligações, e poliênos com três ou mais. Os grupos mais importantes dessa classe de hidrocarbonetos constituem-se de compostos de duplas ligações em posições alternadas, os dienos conjugados. A nomenclatura dos alcenos de estrutura anelar ditos cicloalquenos, é formalmente análoga à dos cicloalcanos.

Os alcinos ou alquinos (de forma molecular CnH2n-2), também conhecidos como hidrocarbonetos acetilênicos e componentes do segundo grupo dos compostos insaturados, apresentam ligação tripla em sua estrutura e sua nomenclatura similar à dos alcenos, com a terminação "ino" que lhes é própria. Os cicloalquinos inferiores (de baixo peso molecular) são instáveis sendo o ciclo-octino, com oito átomos de carbono, o menor alcino cíclico estável conhecido.

1.5 Hidrocarbonetos Aromáticos

A estrutura do benzeno, base dos hidrocarbonetos aromáticos, foi descrita pela primeira vez por Freiedrich August Kekulé, em 1965. Segundo ele, "a molécula do benzeno tem o formato de um hexágono regular com os vértices ocupados por átomos de carbono, o anel benzênico apresenta três duplas ligações alternadas e conjugadas entre si, o que lhe confere sua estabilidade característica".

Os hidrocarbonetos da série homóloga benzênica subdividem-se em três grupos distintos. O primeiro constitui-se de compostos formados pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio do anel pelos radicais de hidrocarbonetos. Esses compostos têm seus nomes derivados do radical substituinte, terminado em "il", e seguidos da palavra "benzeno". Alguns, no entanto, apresentam denominações alternadas (ou vulgares), mais comumente empregadas. Assim, o metil-benzeno é conhecido como tolueno, o dimetil-benzeno como xileno, etc.

No segundo grupo, encontram-se os compostos formados pela união de anéis benzênicos por ligação simples entre os átomos de carbono, como bifenila, ou com um ou mais átomos de carbono entre os anéis. Por último, o terceiro grupo de hidrocarbonetos aromáticos constitui-se de compostos formados por condensação de anéis benzênicos, de modo que dois ou mais átomos de carbono sejam comuns a mais de um anel, tais como o naftaleno, com dois anéis, e o antraceno, comtrês.

1.6 Propriedades e Aplicações

Os hidrocarbonetos em geral são insolúveis em água, mas se solubilizam prontamente em substâncias orgânicas como o éter e a acetona. Os primeiros termos das séries homólogas são gasosos, enquanto os compostos de maior peso molecular são líquidos ou sólidos. Graças a sua capacidade de decompor-se em dióxio de carbono e vapor d’água, em presença de oxigênio, com desprendimento de grande quantidade de energia, torna-se possível a utilização de vários hidrocarbonetos como combustíveis.

Os hidrocarbonetos saturados ou parafinas, caracterizam-se sobretudo por ser quimicamente inertes. Industrialmente, são empregados no processo de craqueamento (cracking) ou ruptura, a elevadas temperaturas, e produzem misturas de compostos de estruturas mais simples, saturados ou não. A hidrogenação catalítica dos alcenos é utilizada, em escala industrial, para a produção controlada de moléculas saturadas.esses compostos são usados ainda como moderadores nucleares e como combustíveis (gás de cozinha, em automóveis etc.).

Os hidrocarbonetos naturais são compostos químicos constituídos por átomos de carbono (C) e de hidrogênio (H), aos quais podem juntar átomos de oxigênio (O), azoto (N) e enxofre (S).

São conhecidos alguns milhares de hidrocarbonetos. As diferentes características físicas são uma conseqüência das diferentes composições moleculares. Contudo, todos os hidrocarbonetos apresentam uma propriedade comum: "ardem", isto é, oxidam-se facilmente libertando calor, são combustíveis.

Os hidrocarbonetos, em termos da química do carbono, são compostos cujas moléculas são constituídas exclusivamente por átomos de carbono e hidrogênio. Os milhares de hidrocarbonetos conhecidos diferenciam-se uns dos outros, pelas propriedades físicas e químicas que apresentam. Com o objetivo de facilitar o seu estudo, os hidrocarbonetos podem-se classificar da seguinte forma:

Cadeia aberta – (Cadeia linear, caso do metano e pentano cujos modelos de moléculas estão representados abaixo): 1. Alcanos – são hidrocarbonetos saturados só com ligações simples (exemplos: metano(CH4) e pentano (CH3-CH2-CH2-CH2-CH3), 2. Alcenos – são hidrocarbonetos não saturados que apresentam uma dupla ligação ( >C=C<) (exemplo: eteno (CH2=CH2), 3. Alcinos – são hidrocarbonetos não saturados que apresentam na sua molécula uma ligação tripla carbono-carbono (-C=C-);

Cadeia fechada ou cíclicos ( as ligações dos átomos de carbono formam anéis, caso do ciclopentano cujo modelo de moléculas está representado abaixo): 1. Cicloalcanos- (hidrocarbonetos com cadeia cíclica saturada ,de fórmula geral( CnH2n) com n>2,2) Cicloalcinos-hidrocarbonetos com cadeia cíclica com uma ligação dupla, de fórmula geral CnH2n-2, com n>2.

Aromáticos – Estes hidrocarbonetos são compostos químicos baseados na molécula de benzeno C6H6, e apresentam cheiros característicos. A química dos compostos aromáticos é antes do mais a química do benzeno e seus derivados.

Os hidrocarbonetos com moléculas simples e leves (metano, etano, popano, butano), são gasosos às temperaturas e pressões normais; o metano, o mais simples de todos os hidrocarbonetos, só passa ao estado liquido à temperatura de –1600º C; o propano e o butano passam ao estado líquido (liquefazem-se) a temperaturas normais e a baixas pressões, deste modo, podem ser colocados dentro de botijas metálicas dando origem ao chamado "gás líquido" (G.P.L.).

Os outros hidrocarbonetos, na sua grande maioria, são líquidos nas condições naturais e as suas misturas variáveis constituem o petróleo é, por conseguinte, uma mistura complexa, composta principalmente por hidrocarbonetos parafínicos, cicloparafínicos (nafténicos) e aromáticos. Os hidrocarbonetos com moléculas pesadas e complexas são sólidos. Segundo alguns autores e petróleo é um mineral.

O petróleo constituído por mais de 50% de hidrocarbonetos saturados e mais de 40% de parafínicos é designado petróleo parafínico. A este tipo pertence, por exemplo, o petróleo do Paleozóico dos Estados Unidos, do Gabão e do congo, do Terciário da Líbia...Os petróleos ricos em cocloparafinas designam-se por naftéicos, exemplo: o do Mar Norte...

Atualmente, os hidrocarbonetos são a fonte de energia mais importante e indispensável para as necessidades de desenvolvimento dos países.

É sabido que os hidrocarbonetos, sob a forma de gás natural ou de petróleo, formam-se e acumulam-se no longo de milhões de anos.

A exploração e a produção dos hidrocarbonetos não exige investimentos consideráveis, bem como metodologias muito avançadas para se poder trabalhar condições cada vez mais complexas e em regiões de acesso muito difícil.

Nas páginas que seguem vou tentar sintetizar, com a ajuda de algumas ilustrações, o que são os hidrocarbonetos, sua origem, a sua acumulação, a sua pesquisa em terra e no mar, a sua exploração e produção, e refinação e o seu consumo.

Os hidrocarbonetos naturais estão encerrados nas rochas que constituem a parte superior da crosta terrestre, também chamado subsolo. Resultam de transformações de ordem física e química que se produzem ao longo da historia da Terra (milhões de anos) e que levam, em simultâneo, a formação das rochas sedimentares.

A chuva, o vento, o gelo, os rios, os mares e os seres vivos desagregam e alteram continuamente as rochas superficiais (erosão) cujos detritos, transportados pelas águas, gelo e vento, até o mar, depositam-se sobre o fundo formando camadas sobrepostas de areia e de lamas argilosas.

Ao mesmo tempo em que se depositam minerais que precipitam, tais como o sal-gema, o gesso, a calcite. De igual modo, depois de mortos, depositam-se sobre o fundo do mar os organismos animais e vegetais que viveram nas águas marinhas e aquelas que viveram nos continentes e foram transportados para os mares.

Os hidrocarbonetos são, sem dúvida, os produtos comerciais de maior consumo no planeta Terra. Nos finais da década de 1960-1970 o consumo mundial era de 2,5 bilhões de toneladas por ano e nos últimos 20 anos houve um aumento anual de 10%.

Atualmente, os derivados do petróleo, correspondem a cerca de 50% do global dos produtos do mercado mundial. As gasolinas, o gasóleo, o petróleo de iluminação (querosene) e o fuel-oil equivalem a 80% de energia consumida nas atividades industriais, de transportes, de lazer e de conforto do Homem. Como exemplo prático, vejamos o que acontece com os chamados plásticos, os quais abrangem uma extensa gama de materiais fabricados pelo homem a partir de dois elementos, o carbono e o hidrogênio, provenientes do petróleo bruto. O etano (dois átomos de carbono e seis de hidrogênio) é um gás que pode ser convertido no etileno, que depois de polimerizado origina o polietileno. De forma semelhante, o gás propano transforma-se em polipropileno. Estes dois plásticos, o polietileno e o polipropileno, são usados para fabricar centenas de artigos. Adicionando-se-lhes outros elementos ou produtos químicos, os plásticos adquirem propriedades especiais, como maior rigidez, resistência ao calor, poder deslizante e flexibilidade.

Se retirássemos das nossas casas tudo aquilo que contém plástico, que restaria? O comércio do petróleo e derivados é controlado por um pequeno número de gigantescas empresas que dirigem toda a cadeia de produção, de tratamento e de transporte, desde o poço até ao consumidor. Mas nem tudo são rosas. O petróleo faz parte dos recursos naturais extraídos da Terra, par beneficio do homem. À escala temporal do homem(cerca de 1 milhão de anos desde a sua origem; 70 anos, em média, por gestão), terá que ser considerado um recurso não renovável, na medida em que os processos geológicos envolvidos na sua formação levam pelo menos, 10 milhões de anos, sendo a maioria do petróleo bastante mais antigo (60 e 150 milhões de anos).

A partir do atual conhecimento, podemos elaborar estimativas sobre as reservas petrolíferas totais disponíveis em todo o planeta. As reservas petrolíferas são as quantidades de petróleo que podem ser extraídas dentro das coordenadas econômicas e dos conhecimentos tecnológicos que caracterizam a comunidade, num certo período. Os diversos níveis de confiança que caracterizam as reservas dependem do maior grau de avanço do estudo geológico.

De acordo com o atual ritmo de exploração petrolífera estima-se que as reservas existentes serão esgotadas nos próximos 45 anos, isto é, até ao ano 2048. assim sendo, há que estudar intensamente, o que tem vindo a ser feito, as fontes de energia alternativa (vento, sol, correntes marinhas de ondulação e de marés, fissão nuclear, geotermia), bem como as tecnologias economicamente capazes de as utilizar.

1.6 Uso de Hidrocarbonetos na Refrigeração

"Devido ao protocolo de Montreal, estabelecido em 1987,para eliminação das substâncias que destroem a camada de ozônio, os fabricantes brasileiros de refrigeradores e congeladores que empregavam em seus equipamentos os fluídos refrigerantes CFCs (Clorofluorcarbonos), prejudiciais à camada de ozônio, têm feito a substituição pelos HFCs (Hidrofluorcarbonos)".

Estes, apesar de não afetarem a camada de ozônio, tem um potencial de aquecimento global que causa efeito estufa cerca de 1.300 vezes maior que o do gás carbônico. Com isso, nos últimos anos algumas das maiores empresas do setor começaram a demonstrar interesse em encontrar alternativas para os HFCs.

A questão é que a seleção de refrigerantes alternativos envolvem muitos fatores, tais como eficiência energética, segurança, projeto do produto, investimentos, disponibilidade de tecnologia e necessidades para a área de assistência técnica e serviços.

Dentro da perspectiva de minimizar o impacto ambiental de sistemas de refrigeração, um grupo de estudantes formandos da Escola de Engenharia Mauá desenvolveu, em conjunto com a Metal Frio, um trabalho de graduação para substituir os HFCs dos equipamentos. Para tanto, foi criado um protótipo de um refrigerador comercial que utilizava como fluído refrigerante o HC-600 a (isobutano). Trata-se de um hidrocarboneto, considerado um "fluído natural" e que não apresenta os problemas do HFCs.

Como etapa inicial do projeto, foi avaliado o desempenho desse protótipo em laboratório. A continuação do projeto incluirá estudos teóricos, envolvendo simulação numérica e trabalho experimental adicional.

O hidrocarbonetos foram usados no passado antes de serem substituídos pelos CFCs. São fluídos refrigerantes que dificilmente serão afetados por legislações ambientais futuras, pois o seu potencial de aquecimento global (GWP) é baixo e o de destruição do ozônio (ODP) zero. O problema é que os hidrocarbonetos são inflamáveis e medidas adquadas de segurança devem ser usadas durante sua manipulação, fabricação dos equipamentos de refrigeração, manutenção e assistência técnica e disposição do equipamento. Contudo, diversos países já têm legislação e normas técnicas sobre as limitações de uso e dos aspectos de segurança necessários.


2- Hexano (CH3(CH2)4CH3)

O Hexano é um líquido incolor, volátil, com odor fraco, hidrocarboneto alifático saturado ou alcano, sendo um de vários hidrocarbonetos com ponto de ebulição baixa (entre 40º e 90º C) obtidos em processos de destilação, craqueamento e reforma. Estes hidrocarbonetos são uma mistura de alcanos e cicloalcanos com 5 a 7 átomos de carbonos (n-pentano, n-hexano, n-heptano, isopentano, ciclopentano, 2-metil pentano, 3-metil pentano, ciclo-hexano, metil ciclo pentano). A destilação fracionada desta mistura produz hidrocarbonetos com vários graus de pureza.

O n-hexano ou especial contém benzeno na proporção de 40%. O hexano comum ou comercial contém benzeno numa proporção menor que 1%.

Usos: Tem diversos usos comerciais, sendo constituinte de solventes, colas, adesivos, industria de borracha e extração de óleos vegetais. Na industria do petróleo é largamente utilizado como solvente.

Precauções: Sendo volátil e lipossolúvel, o n-hexano é absorvido pela via respiratória (15% do total inalado) e através da pele sendo lenta absorção por ambas as vias. A quantidade absorvida através da pele é extremamente pequena.

Na corrente sanguínea o n-hexano através das lipoproteínas plasmáticas, tendo afinidade pelo sistema nervoso, rico em gorduras. É biotransformado no fígado, sendo oxidado a 2-5 hexanodiona, metabólito tóxico para o sistema nervoso e, eliminado pela urina. O hexano também é eliminado de forma inalterada pelos pulmões.

Os vapores de hexano são irritantes das vias aéreas superiores.

Na pele, o hexano atua como um irritante, devido à sua ação desengordurante.

Se ingerido, o hexano provoca náuseas, tontura, irritação brônquia e intestinal. O risco de aspiração para as vias respiratórias faz com que 50 ml possam ser fatais para o homem.

2.1 Exposição Crônica

Os efeitos crônicos ocorrem após exposições prolongadas. Estes efeitos são manifestados no sistema nervoso periférico, através de degeneração das fibras nervosas, intumescência dos axônios e desmielinização de fibras nervosas.

Em conseqüência, surgem os seguintes sinais e sintomas: deficiência motora, que pode levar à incapacidade para a movimentação, devido à paralisia dos músculos da coxa, especialmente o quadíceps, como também em nível do músculo tibial anterior, sendo o déficit geralmente bilateral e simétrico, havendo certa atrofia dos músculos afetados.

Com a evolução, pode haver comprometimento dos músculos superiores. Alterações de sensibilidade são relativamente incomuns, havendo parestesias distais (sensação de formigamento). Em casos graves há comprometimento dos músculos respiratórios.

Em casos de intoxicação severa têm sido observados efeitos no sistema nervoso central, como déficit na função visual e na memória, possivelmente relacionados à degeneração das estruturas do hipotálamo.

Dependendo da seriedade das lesões, a regeneração geralmente é completa em um período médio de 9 a 10 meses, quando o paciente é afastado da exposição.

2.2 Primeiros Socorros

Na inalação: remove o paciente da exposição. Administrar oxigênio e ressuscitação, se necessário.

Na ingestão: A indução do vomito normalmente é contra-indicada. Contudo, o vômito poderá ser indicado em ingestão recente de grande quantidade da substância e se o paciente não estiver comatoso. Se não houver êxito, realizar lavagem gástrica cuidadosa, para evitar aspirações para os pulmões. Colocar o paciente em decúbito lateral esquerdo e posição de Trendelemburg. O risco da lavagem gástrica deve ser avaliado em função da quantidade ingerida.

No contato com a pele: Lavagem com água e sabão.

No contato com os olhos: Lavagem com água corrente.

Controle biológico: Dosagem urinária da 2-5 hexanodioma: IBMP (NR7) = 5 mg/g creatinina.

2.3 O Carbono

(do latim carbo, carvão) é um elemento químico, símbolo C de número atômico 6 (6 prótons e 6 elétrons) com massa atômica 12uma e., sólido a temperatura ambiente. Dependendo das condições de formação pode ser encontrado na natureza em diversas formas alotrópicas, carbono amorfo e cristalino em forma de grafite ou diamante.

É o pilar básico da química orgânica, se conhecem cerca de 10 milhões de compostos.

2.3 Características Principais

O carbono é um elemento notável por várias razões. Suas formas alotrópicas incluem, surpreendentemente, uma das substancias mais frágeis (o grafite) e uma das mais duras (o diamante) e do ponto de vista econômico um dos materiais mais baratos (carbono) e um dos mais caros (diamante). Mais ainda: apresenta uma grande afinidade para combinar-se quimicamente com outros átomos pequenos, incluindo átomos de carbono que podem formar largas cadeias. O seu pequeno raio atômico permite-lhe formar cadeias múltiplas, assim, com o oxigênio forma o dióxido de carbono, vital para o crescimento das plantas (ver ciclo do carbono); com o hidrogênio forma numerosos compostos denominados genericamente hidrocarbonetos, essenciais para a indústria e o transporte na forma de combustíveis fósseis, e combinado com ambos forma uma grande variedade de compostos, como por exemplo os ácidos graxos, essenciais para a vida, e os ésteres que dão sabor a às frutas, além disso fornece, através do ciclo carbono-nitrogênio, parte da energia produzida pelo sol e outras estrelas.


3. O Grafite

A pressão normal, o carbono adota a forma de grafite estando cada átomo unido a outros três em um plano composto de células hexagonais, neste estado, 3 elétrons se encontram em orbitais híbridos planos sp² e o quarto em um orbital p.

As duas formas de grafite conhecidas, alfa (hexagonal) e beta (romboédrica), apresentam propriedades físicas idênticas. As grafites naturais contêm mais de 30% de forma beta, enquanto o grafite sintético contém unicamente a forma alfa. A forma alfa pode transformar-se em beta através de procedimentos mecânicos, e esta recristalizar-se na forma alfa por aquecimento acima de 1000º C.

Devido ao deslocamento dos elétrons do orbital pi, o grafite é condutor de eletricidade, propriedade que permite seu uso em processos de eletrólise. O material é frágil e as diferentes camadas, separadas por átomos intercalados, se encontram unidas por forças de Van de Waals, sendo relativamente fácil que umas deslizem sobre as outras.

3.1 O Diamante

Sob pressões elevadas, o carbono adota a forma de diamante na qual cada átomo está unido a outros quatro átomos de carbono, encontrando-se os 4 elétrons em orbitais sp³, como nos hidrocarbonetos. O diamante apresenta a mesma estrutura cúbica que o silício e o germânio, e devido a resistência da ligação química carbono-carbono, é junto com nitreto de boro (BN) a substância mais dura conhecida. A transformação em grafite na temperatura ambiente é tão lenta que é indetectável. Sob certas condições, o carbono cristaliza como lonsdaleíta uma forma similar ao diamante porém hexagonal, encontrado nos meteoros.

O orbital hídrico sp¹ que forma ligações covalentes só é de interesse na química, manifestando-se em alguns compostos como, por exemplo, no acetileno.

3.2 Aplicações

O principal uso indústrial do carbono é como componente de hidrocarbonetos, especialmente os combustíveis fósseis petróleo e gás natural. Do primeiro se obtém por destilação nas refinarias, gasolina, querosene e óleos e, ainda, como matéria-prima para a obtenção de plásticos, enquanto que o segundo está se impondo como fonte de energia por sua combustão mais limpa. Outros usos são:

O isótopo carbono-14, descoberto em 27 de fevereiro de 1940, se usa na datação radiométrica.

O grafite se combina com argila para argila para fabricar a parte interna do lápis.

O diamante é empregado para a produção de jóias e como material de corte aproveitando sua dureza.

Como elemento de liga principal dos aços (ligas de ferro)

Em varetas de proteção de reatores nucleares.

As pastilhas de carbono são empregadas em medicina para absorver as toxinas do sistema digestivo e como remédio para flatulência.

O carbono ativado se emprega em sistemas de filtração e purificação da água.

As propriedades químicas e estruturais dos fularenos, na forma de nanotubos, prometem usos futuros no campo da nanotecnologia.

3.3 Precauções

Os compostos de carbono têm uma ampla variação de toxidade. O monóxido de carbono, presente nos gases de escape dos motores e combustão e o cianógeno (CN) são extremamente tóxicos para os mamíferos, entre eles as pessoas. Os gases orgânicos eteno, etino e metano são explosivos e inflamáveis em presença de ar. Muitos outros compostos não são tóxicos, pelo contrário, são essenciais para a vida.


4. Petróleo

Os hidrocarbonetos constituem grande parte do petróleo. Oriundo de substâncias orgânicas, restos de animais e vegetais, principalmente microfauna (plânctons) e microflora, que teriam se depositado em grandes quantidades no fundo dos mares e lagos. Essa massa de detritos orgânicos se transformaria em compostos químicos, sob a ação do calor e da pressão das camadas que iam se depositando e pela ação das bactérias até passar para o estado semi-sólido (pastoso). Este material passaria para o estado líquido através de reações químicas de craqueamento. Composição: a alta proporção de carbono e hidrogênio, mostra que os hidrocarbonetos são seus principais constituintes podendo chegar a 90% da sua composição. Os hidrocarbonetos presentes no petróleo são de três classes diferentes – parafinicos, naflênicos e aromáticos – estando presentes desde compostos com um átomo de carbono até compostos com 60 ou mais átomos de carbono.

4.1 Tipos de Petróleo

Os hidrocarbonetos presentes no petróleo apresentam propriedades físicas bastantes distintas entre si, de acordo com o hidrocarboneto predominante. O tipo de petróleo é que vai determinar o grau de refino necessário para a produção das quantidades e qualidades desejadas nos derivados.

4.2 A Aguarrás

É uma corrente de hidrocarbonetos obtida da destilação do petróleo. É um líquido incolor de odor penetrante, similar ao querosene. Esse solvente caracteriza-se por sua ampla faixa de destilação e taxa de evaporação média. Aplicações: na fabricação de ceras, graxas e tintas, como também em outro produtos com ação desengordurante de couro e na limpeza em geral na indústria. Segurança descrição: Hidrocarboneto, líquido incolor de odor penetrante, similar ao querosene.

Segurança: Risco de incêndio. Perigoso quando exposto ao calor e as chamas.

Saúde: Os vapores tem efeito narcótico. O contato constante com a pele poderá causar dermatites. Os vapores de aguarrás em altas concentrações podem provocar a redução de oxigênio e prejudicar a respiração, podem levar à dor de cabeça, náuseas, tonturas e confusão mental.

Primeiros Socorros: Em caso de contato com a pele ou olhos, lavar com água em abundância.

Precauções: Manter distante de pontos de calor e em caso de derramamento lavar com água. Utilizar ventilação local exaustora ou geral diluidora. Meio Ambiente Ar – Provoca cheiro característico.

Água – Assim como a maioria dos hidrocarbonetos sua presença pode transmitir qualidades indesejáveis à água, afetando o seu uso.

Curiosidade: A utilização de aguarrás na lavagem a seco apresenta vantagem em relação a solventes sintéticos, como: menor custo, fácil recuperação e geração de vapores menos tóxicos.

4.3 Asfalto

É um material aglutinante de cor escura, constituído de misturas complexas de hidrocarbonetos não voláteis e de elevada massa molecular. Obtém-se o asfalto de petróleo em diferentes consistências, medidas pelos ensaios de penetração ou pela viscosidade. Conforme aplicação, dois são os tipos de asfaltos: para pavimentação e industriais. No primeiro grupo enquadram-se cimentos asfálticos (produzidos na REFAP), asfaltos diluídos e asfaltos emulsionados e no segundo, asfaltos oxidados.

Aplicações: Utilização em pavimentação de estradas, revestimentos em construção civil e impermeabilizações.

Segurança: Pode inflamar com o calor, fagulhas e chamas.

Saúde: Na manipulação do asfalto quente se em contato com a pele causa queimaduras e adere a pele sendo de difícil remoção. A exposição aos fumos de asfalto quente pode provocar severa irritação ocular, irritação respiratória, efeitos sobre o sistema nervoso central.

Primeiros socorros: No contato com a pele, lavar com água fria corrente e fazer imersão de partes atingidas. Óleos minerais, vaselina ou lanolina são bons removedores de asfalto na pele. No contato com os olhos, lavar em água corrente por pelo menos 15 minutos e encaminhar ao oftalmologista.

Meio ambiente água – Vazamentos e derramamentos podem causa mortalidade dos organismos aquáticos, prejudicar a vida selvagem, particularmente as aves além de transmitir qualidades indesejáveis à água, afetando o seu uso.

4.4 Gasolina

A gasolina é um combustível de composição complexa, constituída basicamente por hidrocarbonetos aromáticos, olefínicos e saturados e, em menor quantidade, por substancias cuja fórmula química contém átomos de enxofre, nitrogênio, metais, oxigênio, etc.

Os hidrocarbonetos são mais leves do que aqueles que compõe o óleo diesel, pois são formados por moléculas de menor cadeia carbônica (normalmente de 5 a 13 átomos de carbono). Que é obtida através de quebra de moléculas de hidrocarbonetos mais pesados.

4.5 Gás Liquefeito de Petróleo

O GLP pode ser separado das frações mais leves do petróleo ou das mais pesadas do gás natural, sendo composto essencialmente de hidrocarbonetos com três e quatro átomos de carbono. São quase todos mais pesados que o ar, podendo se acumular em depressões.

Aplicações: Utilizando como fonte de aquecimento para fins diversos. È normalmente comercializado em botijões no estado líquido. Uma parcela de GLP é utilizada pela indústria de vidros, cerâmica e alimentícia.

Precauções: Seu maior risco é a alta explosividade. Manter longe de fontes de calor e diluir com neblina de água em caso de vazamento. Meio ambiente Ar – poderão ocorrer efeitos de contaminações atmosféricas próximos a fonte de vazamento. Face a sua alta densidade, tende a se dispersar inicialmente deslocando-se a baixa altura.

Propano Comercial

Mistura de hidrocarbonetos contendo predominantemente propano e/ou propeno. É indicado para sistemas que necessitem de alta volatilidade do produto e composição/pressão de vapores estáveis.

Butano Comercia

Mistura de hidrocarbonetos contendo predominantemente butanos e/ou butenos. É indicado para sistemas de combustão com pré- vaporizadores e que necessitam de composição/pressão de vapor estáveis.

Misturas Propano/Butano

Mistura de hidrocarbonetos com percentuais variáveis de propano/propeno e butanos/butenos. Este é o produto conhecido com GLP ou gás de cozinha. É recomendado para uso residencial. Pode ser utilizado me sistemas de combustão industrial que não necessitem de composição do produto estável.

Propano especial

É a mistura de hidrocarbonetos contendo no mínimo 90% de propano por volume e no máximo 5% de propeno por volume. Este é o produto recomendado para aplicações onde o teor de olefinas é fator limitante.

4.6 Querosene Iluminante

O querosene iluminante é um composto formado por uma mistura de hidrocarbonetos alifáticos, naftênicos e aromáticos, com faixa de destilação, compreendida entre 150º C e 300º C. O produto possui diversas características específicas como uma ampla curva de destilação, conferido a este um excelente poder de solvência e um taxa de evaporação lenta, além de um ponto de fulgor que oferece relativa segurança ao manuseio. Aplicações: O querosene iluminante é um excelente diluente de tintas, empregado para o acerto de viscosidade e para conferir à tinta um poder de retocabilidade, que é permitido, por causa da sua evaporação lenta.

4.7 Óleo Diesel

O óleo diesel é um combustível de composição complexa, constituído basicamente por hidrocarbonetos parafínicos, olefínicos e aromáticos e, menor quantidade, por substâncias cuja fórmula química contém átomos de enxofre, nitrogênio, metais, oxigênio, etc.

Estes hidrocarbonetos são formados por moléculas constituídas de 8 a 40 átomos de carbono, normalmente, sendo portanto mais pesados do que aqueles que compõe a gasolina.

Primeiros socorros: Remover o paciente imediatamente do local e levá-lo para ambiente de ar fresco. Retire imediatamente roupas e sapatos que tiveram sido atingidos pelo produto químico. A pele afetada deve ser lavada abundantemente com água e sabão. Para os olhos, leve abundantemente com água limpa, separando as pálpebras com os dedos.

Precauções: Ventilação dos locais de trabalho, uso de EPI. Meio Ambiente Ar – Produto moderadamente volátil, com cheiro característico desagradável.

Água – O produto pode formar películas superficiais sobre a água. É moderadamente prejudicial à vida aquática. Derramamentos podem causar mortalidade dos organismos aquáticos, prejudicar a vida selvagem, particularmente as aves.

4.8 Solvente de Borracha

É um solvente alifático, apresentando hidrocarbonetos obtidos por destilação fracionada de frações do petróleo, com faixa de destilação compreendida entre 52 a 128º C. Aplicações: A alta proporção de carbono e hidrogênio, existente no petróleo, mostra que os hidrocarbonetos são seus principais constituintes podendo chegar a mais de 90% de sua composição. Os hidrocarbonetos presentes no petróleo são de três classes diferentes – parafínicos, naftênicos e aromáticos.


5. Problemas Urbanos

5.1 Lixo

O lixo orgânico pode contaminar também o lençol freático, trazendo conseqüências graves para a saúde humana. O lixo ainda não é transformado em matéria-prima no Brasil, como acontece em outros países do mundo que é feita a coleta seletiva – processo em que há separação do lixo por tipo de materiais que podem ser reciclados – é implementada por poucos governos, dependendo de suas características particulares.

5.2 Poluição da Água

A indústria, a mineração e a agricultura são as principais poluentes das águas. Entre as substâncias poluidoras estão minerais, petróleo, mercúrio, chumbo (pelas indústrias), fertilizantes, herbicidas (pela agricultura), que são arrastados para os rios com as chuvas. Outra fonte importante de poluição são os esgotos, que degradam áreas de mananciais. Os poluentes que entram em contato com a água podem contaminar também os lençóis de água subterrâneos.

5.3 Poluição do Ar

O monóxido de carbono (CO) é o poluente emitido em maior quantidade à atmosfera. Apenas na região metropolitana de São Paulo são mais de 1 tonelada por ano. Desse total, 60% são lançados pelos carros a gasolina, 18% pelos veículos movidos a diesel, 15% pelos carros a álcool, 3% por similares, 2% pelos táxis e 2% resultam do processo industrial. O monóxido de carbono pode provocar náuseas e dor de cabeça, podendo até provocar problemas cardíacos.

Os poluentes emitidos pela indústrias dependem do ramo de atuação (química, siderúrgica, metalúrgica, etc). O processo industrial da região metropolitana de São Paulo é responsável por 45% da emissão do enxofre (SO), 10% de partículas inaláveis (PI), 3% de hidrocarbonetos (HC) e 2% de monóxido de carbono (CO).

O óxido de enxofre provoca tosse, falta de ar, bronquite crônica, irritação nos olhos, nariz e pele. As partículas inaláveis estão presentes fumaça emitidos pelos veículos e na fumaça expelida pelas indústrias. Este poluente causa irritação nos olhos e garganta, provoca doenças respiratórias crônicas resistência orgânica às infecções.

5.4 Poluição do Solo

É causada principalmente pelo acúmulo de lixo sólido, como: plástico, papel e metal. A maioria desses materiais não é biodegradável, não se decompõe pela ação de microorganismos ou demora muitos anos para desaparecer. O vidro, por exemplo, leva cerca de 5 mil anos para se decompor, certos plásticos podem durar para sempre.

Algumas alternativas para eliminar esses resíduos, como a queima, o lançamento ao mar ou a mistura em aterros, são igualmente prejudiciais. A única forma não danosa de diminuir o problema é diminuir a quantidade de lixo produzido, por meio da reciclagem e do uso de produtos descartáveis ou biodegradáveis. Os produtos químicos, como fertilizantes, pesticidas e herbicidas, e elementos radioativos também são graves poluidores do solo.


Bibliografia

CADERNO Digit@l de informações sobre Energia , Ambiente e Desenvolvimento

www.guiafloripa.com.br/energia/ambiente.brasil.php

ABRIL almanaque (1999 e 2000)

MATTOZO Vânia Desenvolvimento: Kornelius Hermann Eidam (2001)

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