Os óxidos são mais conhecidos por poluírem a atmosfera terrestre. Porém, os óxidos não estão somente presentes na poluição, estão relacionados a várias funções essenciais no nosso dia-a-dia.
- A ferrugem que corrói os objetos de ferro e a pátina que recobre as cúpulas de bronze de certas igrejas nada mais são que variedades de óxidos.
O óxido é um composto químico binário formado por átomos de oxigênio com outro elemento em que o oxigênio é o mais eletronegativo. Os óxidos constituem um grande grupo na química pois a maioria dos elementos químicos formam óxidos. Alguns exemplos de óxidos com os quais convivemos são: ferrugem (óxido de ferro III), gás carbônico (óxido de carbono IV ou dióxido de carbono), cal (óxido de cálcio).
- Nos óxidos, o elemento mais eletronegativo deve ser o oxigênio. Os compostos OF2 ou O2F2 não são óxidos pois o flúor é mais eletronegativo que o oxigênio. Estes compostos são chamados fluoretos de oxigênio.
Óxidos Básicos:
Definição:
São óxidos (definição de oxigênio em que a tabela periódica se encontra em organelas, assim relatado por Henrique Gondin 1456) em que o elemento ligado ao oxigênio é um metal com baixo número de oxidação (+1 e +2, exceto Pb, Zn, As, Sb e Sn, os quais formam sempre óxidos anfóteros). Os óxidos de caráter mais básico são os óxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos. Os óxidos básicos possuem estrutura iônica devido à diferença de eletronegatividade entre o metal (que é baixa) e o oxigênio (que é alta), por terem este caráter iônico apresentam estado físico sólido. Alguns exemplos:
- Na2O - óxido de Sódio
- CaO - óxido de cálcio (cal viva)
- BaO - óxido de bário (barita)
- CuO - óxido de cobre(II) (óxido cúprico)
- Cu2O - óxido de cobre(I) (óxido cuproso/cuprita)
- FeO - óxido de ferro(II) (óxido ferroso).
Reações:
Reagem com a água formando uma base e com ácidos formando sal e água (neutralizando o ácido). O cálculo do óxido em alguns casos ajuda a dar a nomenclatura dos elementos. Exemplos:
- Na2O + H2O : 2NaOH
- K2O + H2O : 2KOH³
- CaO + H2O : Ca(OH)2
- FeO + H2O : Fe(OH)2
- Na2O + 2HNO3 : 2NaNO3 + H2O
- Cu2O + 2HCl : 2CuCl + H2O
- CaO + H2SO4 : CaSO4 + H2O
- 3FeO + 2H3PO4 :
- Fe3(PO4)2 + 3H2O
Óxidos ácidos ou Anidridos:
Definição:
São óxidos em que o elemento ligado ao oxigênio é um ametal . Possuem estrutura molecular, pois a diferença de eletronegatividade entre o oxigênio e o outro elemento não é tão grande. Resultam da desidratação dos ácidos e, por isso, são chamados anidridos de ácidos. Alguns exemplos:
- CO2 óxido de carbono IV ou dióxido de (mono)carbono ou anidrido carbônico
- SO2 óxido de enxofre IV ou dióxido de (mono)enxofre ou anidrido sulfuroso.
- SO3 óxido de enxofre VI ou trióxido de (mono)enxofre ou anidrido sulfúrico.
- Cl2O óxido de cloro I ou monóxido de dicloro ou anidrido hipocloroso.
- Cl2O7 óxido de cloro VII ou heptóxido de dicloro ou anidrido perclórico.
- SiO2 óxido de silício ou dióxido de (mono)silício ou anidrido silícico.
- MnO3 óxido de manganês VI ou trióxido de (mono)manganês ou anidrido mangânico.
- Mn2O7 óxido de manganês VII ou heptóxido de dimanganês ou anidrido permangânico.
Os óxidos ácidos também chamados de anidridos são aqueles que reagem com a água e originam um ácido e que também reagem com uma base e geram água e um sal.
Reações:
Reagem com água formando um ácido oxigenado e com bases formando sal e água (neutralizando a base). Exemplos:
- SO3 + H2O : H2SO4
- P2O5 + 3H2O : 2H3PO4
- N2O3 + H2O : 2HNO2
- CO2 + H2O : H2CO3
- SO2 + 2KOH : K2SO3 + H2O
- P2O5 + 6LiOH :: 2Li3PO4 + 3H2O
- N2O3 + Ba(OH)2 : Ba(NO2)2 + H2O
- CO2 + Ca(OH)2 : CaCO3 + H2O
Óxidos Anfóteros
Definição:
São óxidos de metais de transição e semi-metais, que apresentam número de oxidação igual a 3+ ou 4+, capazes de reagir tanto com ácidos quanto com bases, fornecendo sal e água. Por possuírem propriedades intermediárias entre os óxidos ácidos e os óxidos básicos, podem se comportar como óxidos ácidos e como básicos. Dependendo do metal ligado ao oxigênio pode haver predominância do caráter ácido ou básico. O caráter ácido do óxido aumenta à medida que seu elemento formador aproxima-se, na tabela periódica, dos não-metais. O caráter básico do óxido aumenta à medida que o elemento formador aproxima-se dos metais alcalinos e alcalino-terrosos. A estrutura dos óxidos anfóteros pode ser iônica ou molecular. Alguns exemplos:
- SnO óxido de estanho II
- SnO2 óxido de estanho IV
- Fe2O3 óxido de ferro III
- ZnO óxido de zinco
- Al2O3 óxido de alumínio
Observação: Os óxidos de Pb, Zn, As, Sb e Sn, independente de seus números de oxidação, são classificados como óxidos anfóteros.
Mineralogia:
- Mineral é um corpo natural sólido e cristalino formado em resultado da interação de processos físico-químicos em ambientes geológicos. Cada mineral é classificado e denominado não apenas com base na sua composição química, mas também na estrutura cristalina dos materiais que o compõem. Em resultado dessa distinção, materiais com a mesma composição química podem constituir minerais totalmente distintos em resultado de meras diferenças estruturais na forma como os seus átomos ou moléculas se arranjam espacialmente (como por exemplo a grafite e o diamante).
Os minerais variam na sua composição desde elementos químicos, em estado puro ou quase puro, e sais simples a silicatos complexos com milhares de formas conhecidas. Embora em sentido estrito o petróleo, o gás natural e outros compostos orgânicos formados em ambientes geológicos sejam minerais, geralmente a maioria dos compostos orgânicos é excluída. Também são excluídas as substâncias, mesmo que idênticas em composição e estrutura a algum mineral, produzidas pela atividade humana (como por exemplos os betões ou os diamantes artificiais). O estudo dos minerais constitui o objecto da mineralogia.
- Os óxidos constituem um dos grupos mais importantes de minerais por formarem minérios dos quais podem ser extraídos metais. Ocorrem geralmente como precipitados em depósitos próximo da superfície, como produtos de oxidação de outros minerais situados na zona de alteração cerca da superfície ou ainda como minerais acessórios das rochas ígneas da crusta e do manto. Os óxidos mais comuns incluem a hematite (óxido de ferro), a espinela (óxido de alumínio e magnésio, um componente comum do manto) e o gelo (de água, ou seja óxido de hidrogênio). São também incluídos nesta classe os minerais de hidróxidos.
Reações:
Reagem com ácidos formando sal e água (o metal do óxido torna-se o cátion do sal), e com bases formando sal e água também (neste caso o metal formador do óxido e o oxigênio formam o ânion do sal). Exemplos:
- ZnO + H2SO4 : ZnSO4 + H2O
- ZnO + 2KOH : K2ZnO2 + H2O
- Al2O3 + 6HCl : 2AlCl3 + 3H2O
- Al2O3 + 2NaOH² : 2NaAlO2 + H2O
Alguns dos ânions formados são:
- ZnO2−2 zincato
- AlO2- aluminato
- SnO2−2 estanito
- SnO3−2 estanato
- PbO2−2 plumbito
- PbO3−2 plumbato
- AsO3−3 arsenito
- AsO4−3 arseniato
Óxidos neutros:
Definição:
São óxidos que não apresentam características ácidas nem básicas. Não reagem com água, nem com ácidos, nem com bases. O fato de não apresentarem caráter ácido ou básico não significa que sejam inertes. São formados por não-metais ligados ao oxigênio, e geralmente apresentam-se no estado físico gasoso. Alguns exemplos:
- CO óxido de carbono II
- NO óxido de nitrogênio II
- N2O óxido de nitrogênio I
- H2O
Óxidos duplos ou mistos:
Definição:
- São aqueles que originam dois sais ao serem aquecidos.Quando se reage um óxido duplo com um ácido, o produto formado é composto de dois sais de mesmo cátion, mas com nox diferentes, e mais água. Alguns exemplos:
Fe3O4, Pb3O4, Mn3O4
Exemplo de reação:
Fe3O4 +8 HCl ----> 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2 O
Os óxidos duplos ou mistos são aqueles que se comportam como se fossem formados por dois óxidos de um mesmo elemento químico.
Peróxidos:
- São os óxidos formados por cátions das famílias dos metais alcalinos (1A) e metais alcalinos terrosos (2A) e pelo oxigênio com nox igual a -1.
Um exemplo é o peróxido de hidrogênio (H2O2), componente da água oxigenada. Sua aplicação se dá em cortes e feridas que correm o risco de infecção bacteriana. A degradação do peróxido de hidrogênio pela enzima catalase libera oxigênio (O2) o que causa a morte de bactérias anaeróbicas. Exemplos:
- Na2O2
- BaO2
Superóxidos:
- São óxidos iônicos que apresentam o íon do oxigênio com número de oxidação igual a -1/2.
Nomenclatura:
Óxidos de metais:
- Óxido de [Nome do Metal], caso o cátion apresente somente uma carga
- Na2O : Óxido de sódio
- ZnO : Óxido de zinco
- Al2O3 : Óxido de alumínio
- Caso o elemento apresente mais de uma carga(quando não tiver nox fixo), poderemos utilizar Óxido de [nome do elemento] + carga do elemento.
- Fe2O3 : Óxido de ferro III
- SnO2 : Óxido de estanho IV
Pode-se também fazer uso dos sufixos ico (maior Nox) e oso (menor Nox), para o caso do elemento apresentar duas cargas.
- Fe2O3 : Óxido férrico
- FeO : Óxido ferroso
- Cu2O : Óxido cuproso
- CuO : Óxido cúprico
- SnO : Óxido estanoso
- SnO2 : Óxido estânico
Óxidos de ametais:
- [Mono, Di, Tri…] + Óxido de [(Mono), Di, Tri] + [Nome do Ametal]
- SO3 : Trióxido de (Mono)Enxofre
- N2O5 : Pentóxido de Dinitrogênio
Óxidos ácidos ou anidridos:
- Anidrido [Nome do Elemento] + se noqui = (+1 e +2) : prefixo HIPO + sufixo OSO
- Exemplo: Anidrido Hipoiodoso : I2O : NOX do Iodo = +1
- Anidrido [Nome do Elemento] + se noqui = (+3 e +4) : + sufixo OSO
- Exemplo: Anidrido Iodoso : I2O3 : NOX do Iodo = +3
- Anidrido [Nome do Elemento] + se noqui = (+5 e +6) : + sufixo ICO
- Exemplo: Anidrido Iódico: I2O5 : NOX do Iodo = +5
- Anidrido [Nome do Elemento] + se noqui = (+7) :prefixo HIPER/PER + sufixo ICO
- Exemplo: Anidrido Periódico : I2O7: NOX do Iodo = +7
- SO3 : Anidrido Sulfúrico
- SO2 :Anidrido Sulfuroso
Exceção:
- CO2 : dióxido de carbono ou Anidrido Carbônico
Durante décadas, as empresas globais confiaram na Harper como o parceiro estratégico para as tecnologias de forno à medida que trazem para o mercado óxidos ...
Anidrido acético
Síntese e aplicações de óxidos nanoestruturados:
Sistema MgO+Cu:
- Este trabalho tem por objetivo dar continuidade a pesquisa do compósito formado pelos óxidos nanoestruturados de óxido de magnésio (MgO) e cobre (Cu). O nanocompostos de óxido de magnésio (MgO) e cobre (Cu) tem sido amplamente estudados ao longo dos tempos, já havendo algumas aplicações para estes. O compósito Mgo+Cu visa potencializar essas aplicações e, até mesmo, descobrir novas. As características do compósito, tais como a cinética de formação, a granulometria e a composição das fases formadas, são afetadas pelo método de preparação e o precursor utilizado. Assim como o tratamento térmico, o tempo ao qual o material foi submetido ao tratamento térmico, a concentração dos reagentes e a atmosfera em que o material foi preparado também interferem nas características do material.
Para o compósito em questão foi desenvolvido um método para a síntese de um material nanoestruturado formado por MgO e Cu a partir de uma solução contendo nitrato magnésio hidratado (Mg(NO3)2.6H2O), nitrato de cobre hidratado (Cu(NO3)2.6H2O) e álcool polivinílico (PVA), esse ultimo, usado como agente precursor. O material foi submetido a diferentes condições de tempo e tratamentos térmicos, obtendo-se materiais com morfologias e estruturas diferenciadas. Essas características foram investigadas e diferenciadas por difração de raio-x (DRX) e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Diferentes características estruturais e morfológicas proporcionam ao compósito propriedades únicas para serem aplicadas em diversos segmentos tecnológicos. O processo de corrosão causada pela formação de biofilmes vem sendo estudado ao longo de muitos anos, tendo seu primeiro registro publicado em 1981.
- Duas décadas depois foi verificada que a corrosão de ferro em solo era causada por bactérias redutoras de sulfato, oxidantes de enxofre e ferrobactérias. Além de causar danos, através do processo de corrosão, às industrias químicas, petroquímicas, navais, civil, entre outras, a formação de biofilmes também acarreta problemas como a perda da eficiência de equipamentos, redução da capacidade de trocas térmicas e contaminação de águas. Em tubulações, os biofilmes podem acarretar desde a diminuição da velocidade do escoamento de fluidos, decorrente do processo de incrustação nas paredes dos dutos, até a perda de produtos através de vazamentos gerados pela corrosão, gerando, consequentemente, impactos ao meio ambiente. Nanopartículas de materiais naturalmente bactericidas, metais e óxidos metálicos, interagem com bactérias por vários mecanismos.
Essas podem interagir diretamente com a com a célula interrompendo a transferência de elétron através da membrana, perturbando ou penetrando no envelope celular, ou oxidando componentes celulares, ou produzindo produtos secundários que causam danos a célula. O nanocristais de cobre e óxido de magnésio, separadamente, já apresentam bom desempenho como agentes bactericida. Utilizando-se amostras contendo nominalmente Cu metálico numa matriz de MgO puro, obteve-se excelentes resultados para a amostra contendo nominalmente 20% de Cu metálico tratada por 1 hora a uma temperatura de 600ºC, onde a amostra mostrou-se 100% efetiva no combate a bactérias redutoras de sulfato (SRB) que causam a biocorrosão de tubulações em ambientes anaeróbicos, como por exemplo, dutos de petróleo.
- A obtenção do gás de síntese, gás largamente utilizado na química para produzir compostos orgânicos constituído de hidrogênio e monóxido de carbono, a partir de compostos orgânicos exige o uso de grande quantidade de energia.
Essa quantidade pode ser diminuída quando um catalisador é empregado na reação. O compósito MgO+Cu contendo nominalmente uma quantidade de 50% de Cu metálico, tratado termicamente sob temperatura de 600º por 2 horas e 40 minutos, foi avaliado como catalisador na reforma a vapor do metanol, tendo um rendimento satisfatório.
Objetivo:
- O objetivo deste estudo é obter investigar maneiras de produzir o compósito MgO+Cu em escala nanométrica sob diferentes condições de temperatura, tempo e atmosfera e de acordo com as características do material formado, estudar a melhor aplicação para o mesmo.
Metodologia:
- O PVA foi diluído em água destilada, na proporção de 10 g para cada 100mL de água, dentro de um Becker de teflon. Este foi inserido dentro de um Becker de vidro, contendo água destilada. Esse sistema foi posto em uma placa aquecedora, com agitação magnética, a temperatura de 100°C, por um período de 2 horas. Após esse período uma solução de 100 mL de água destilada contendo 10g de Mg(NO3)2.6H2O e Cu(NO3)2.6H2O, misturados segundo as proporções estequiométricas desejadas, foi acrescentada a solução de PVA e aquecida na placa, por mais 48 horas.
Foram preparados materiais contendo nominalmente as seguintes quantidades percentuais de cobre metálico numa matriz de MgO puro: 10, 20, 30, 40 ou 50%. Estes valores são ajustados pela mistura apropriada de quantidades estequiométricas dos nitratos utilizados.
Cu metálico
- (%)
- 10%
- 20%
- 30%
- 40%
- 50%
Cu(NO3)2.6H2O
- (g)
- 0,6230446
- 1,300561
- 2,040022
- 2,850327
- 3,742170
Mg(NO3)2.6H2O
- (g)
- 9,376955
- 8,699438
- 7,959977
- 7,149672
- 6,257829
O material foi tratado termicamente em um forno, Forno Tubular Combustol 1200ºC ou em um Forno Mufla Grion 1200ºC, sob temperaturas de 500, 600, 700, 800, 900 e 1000°C por intervalos de tempo de 15, 30, 60, 100 e 160 minutos, com o objetivo de eliminar o nitrogênio, carbono e hidrogênio, provenientes, respectivamente dos nitratos e do PVA. Esse tipo de tratamento térmico também é necessário para promover mudanças na microestrutura do material, e, portanto, obtê-lo em escala nanométrica.
Temperatura:
- 500ºC
- Amostra:
- 10%Cu
- 15
- 30
- 60
- 120
- 160
Exemplifica-se o tratamento térmico de amostras contendo um percentual de cobre de 10% sob a temperatura de 500º em diferentes intervalos de tempo. Cada uma destas amostras foi submetida a temperatura de 500º por um dos intervalos de tempo acima mostrados.
- As amostras contendo as outras porcentagens em cobre foram tratadas como exemplificado.. Após o tratamento térmico o o material foi caracterizado por difração de raio-x (DRX) onde aspectos como as fases presentes com suas respectivas porcentagens, e a granulometria foram analisados. Os resultados do DRX foram analisados através do software Topas3.
A avaliação da ação biocida do material foi realizada frente a uma cultura mista de bactérias redutoras de sulfato (BRS) originária do sistema de exploração e produção de petróleo. Essa avaliação foi realizada no Laboratório de Biocorrosão da PUC-Rio.
- Três testes foram realizados: o primeiro com amostras contendo nominalmente quantidades de 10, 20 e 30% de Cu, tratadas termicamente a temperatura de 600ºC por um diferentes intervalos de tempo foram testadas simultaneamente. Amostras contendo nominalmente quantidades de 30% de Cu, tratadas termicamente também a temperatura de 600ºC e intervalos de tempo de 1 horas e 20 minutos e 2 horas e 40 minutos foram testadas posteriormente. As diferenças entre as amostras foram as quantidades de cobre em cada uma, o período ao qual elas foram submetidas a temperatura de 600ºC e o forno em que cada uma foi tratada.
Primeira avaliação biocida
- MgO+Cu
- 30%Cu
- 600ºC
- 1 h
- MgO+Cu
- 30%Cu
- 600ºC
- 2 h 40 min
- MgO+Cu
- 20%Cu
- 600ºC
- 2 h e 40 min
- MgO+Cu
- 10%Cu
- 600ºC
- 2 h e 40 min
- MgO+Cu
- 20%Cu
- 600ºC
- 1 h e 20 min
Segunda avaliação biocida:
- Mgo+Cu
- 30%Cu
- 600ºC
- 2 h e 40 min
- MgO+Cu
- 30%
- 600ºC
- 2 h e 40 min
Para estes testes foi utilizada uma metodologia adaptada, baseada no trabalho de Lei Huang et al quando estudaram a ação biocida de MgO com diferentes tamanhos de partículas. O tratamento por choque com os nano compostos foi realizado em frascos do tipo antibiótico de 50 mL de capacidade contendo uma solução tampão de fosfato previamente preparada.
- O compósito foi adicionado aos frascos (1ª etapa), solubilizado e após agitação foi realizada a inoculação com culturas mistas de BRS (2ª etapa). Após 24 horas de contato (3ª etapa) foram retiradas alíquotas para inoculações nos kits contendo meio de cultura específico para o grupo microbiano avaliado.
Os kits foram incubados em estufa bacteriológica por 28 dias, quando então foi realizada a contagem do número mais provável de células (NMP/mL). Foi realizada alteração do protocolo baseado no artigo de Lei Huang et al. Estabeleceu-se uma concentração de 300 mg/L para cada composto, sendo portanto 0,015 g para os 50 mL da solução de tampão fosfato. A seguir uma mostra alguns dados sobre o experimento.
Amostras contendo 20% de Cu
- Ínicio: 22/02/2010
- Micro-organismo avaliado: BRS
- Período de incubação: 24 horas
- Inoculação dos kits: 23/02/2010
- Obtenção dos resultados: 23/03/2010
Amostras contendo 30% de Cu
- Inicio: 14/06/2010
- Micro-organismo avaliado: BRS
- Período de incubação: 24 horas
- Inoculação dos kits: 15/06/2010
- Obtenção dos resultados: 08/07/2010
O poder catalítico do material também foi investigado através de um teste em uma laboratório de química na PUC-Rio. O catalisador foi ativado através da redução com H2 puro a 250ºC por um período de 1 hora com uma vazão de aproximadamente 60mL/min. A reação também realizada a temperatura de 250ºC com vazão total de de 90mL/min de CH3OH/ H2O 3:1 molar, usando N2 como gás de arraste. A amostra utilizada neste teste tinha nominalmente 50% de Cu e foi submetida a temperatura de 600ºC por um período de 2 horas e 40 minutos.
Reação: Reforma a vapor do metanol (RVM):
CH3OH (g) + H2O (g) → 3H2 (g) + CO2 (g)
Resultados e Discussão:
- A variação das quantidades das fases Mg(Cu,O), Cu e Cuo, em função do tempo em que as amostras ficaram submetidas ao tratamento térmico para amostras contendo, nominalmente, 10% e 40%, em Cu metálico. Para as amostras contendo, nominalmente 10% em Cu metálico, foram escolhidas as amostras tratadas a 500ºC e 600ºC, e para as amostras contendo, nominalmente, 40% , os temperaturas de tratamento escolhidas foram de 600ºC e 800ºC.
As amostras de 40% foram tratadas em um forno do tipo mufla, onde o ambiente de tratamento forneceu subsídios necessários para que todo o Cu metálico fosse oxidado, por isso não existe a fase Cu nessas amostras.
Outras Considerações:
- Foi verificado que o o método de síntese do material é eficiente e proporciona a ao mesmo material propriedades diferentes com inúmeras aplicações tecnológicas que continuarão a serem investigadas.
- O nanocristais de cobre e óxido de magnésio, separadamente, já apresentam bom desempenho como agentes bactericida. Utilizando-se amostras contendo nominalmente Cu metálico numa matriz de MgO puro, obteve-se excelentes resultados para a amostra contendo nominalmente 20% de Cu metálico tratada por 1 hora e 20 minutos a uma temperatura de 600ºC, onde a amostra mostrou-se 100% efetiva no combate a bactérias redutoras de sulfato (SRB) que causam a biocorrosão de tubulações em ambientes anaeróbicos, como por exemplo, dutos de petróleo.
O potencial catalitico do material foi verificado, e este continuará a ser investigado com o objetivo de potencializar esta propriedade.
Um óxido de zinco (ZnO) ocorre na natureza e é denominado zincita, podendo também apresentar pequenas quantidade de MnO.
