A Química Inorgânica

Composto inorgânico

• Química inorgânica ou química mineral é o ramo da química que estuda os elementos químicos e as substâncias da natureza que não possuem o carbono coordenados em cadeias, investigando as suas estruturas, propriedades e a explicação do mecanismo de suas reações e transformações. Os materiais inorgânicos compreendem cerca de 95% das substâncias existentes no planeta Terra.

As chamadas "substâncias inorgânicas" que servem de foco de estudo para a química inorgânica, são divididos em 4 grupos denominados como "funções inorgânicas". Na química inorgânica existem quatro grupos funcionais: Óxidos, Ácidos,Bases e Sais. Sua diferenciação é simples: a partir de quatro critérios, descobre-se sua função.

• O primeiro elemento do composto é um hidrogênio, H_ ,sendo assim um ácido. (ex: HCl , HF)O possui OH como último elemento do composto, _OH , sendo assim uma base. (ex: NaOH , AgOH)

É um composto diatômico (dois elementos), no qual o último é oxigênio , _O , sendo assim um óxido. (ex: CO , CaO). O primeiro elemento é um metal e o segundo elemento é um não-metal, sendo assim um sal.(ex: NaCl , AgF

• Muitos compostos inorgânicos são sais, constituídos de um cátion e um ânion agrupados por ligação iônica. Um exemplo de sal é o cloreto de magnésio MgCl2, que é constituído do cátion Mg2+ e ânions de cloro Cl−. 

Nesses compostos, as proporções de íons são tais que a carga elétrica é cancelada, fazendo com que o composto como um todo seja eletricamente neutro. Os íons são descritos por seu estado de oxidação e a facilidade de sua formação pode ser estimada a partir do seu potencial de ionização (para cátions) ou da afinidade eletrônica (anions) de seus elementos formadores.

• Uma importante classe de sais inorgânicos são os carbonatos, sulfatos e os haletos. Muitos dos compostos inorgânicos são caracterizados por um alto ponto de fusão. Sais inorgânicos são tipicamente maus condutores no estado sólido. Outras características importantes são a solubilidade na água e a facilidade de cristalização. Alguns sais (por exemplo NaCl) são muito solúveis em água, outros (por exemplo BaSO4) não o são.

A mais simples reação inorgânica é a da dupla troca, quando da mistura de dois sais iônicos os seus íons são trocados sem a mudança no estado de oxidação. Na reação de oxi-redução um dos reagentes, o oxidante, diminui seu número de oxidação e o outro reagente, o redutor, tem seu número de oxidação aumentado. O resultado é uma troca de elétrons. A troca de elétrons pode ocorrer indiretamente como também, por exemplo nas baterias, como um conceito chave da eletroquímica.

• Quando um dos reagentes contem átomos de hidrogênio, uma reação pode ocorrer pela troca de prótons na química do ácido base. Em uma definição mais genérica, um ácido que pode ser qualquer substância química capaz de capturar um par de elétrons é chamado de ácido de Lewis; por outro lado, qualquer molécula que tende a doar um par de elétrons é denominada de base de Lewis. Como um refinamento da interações ácido-base, a teoria HSAB leva em conta a polarização e tamanho dos íons.

Compostos inorgânicos são encontrados na natureza como minerais. O solo pode conter sulfeto de ferro como pirita ou sulfeto de cálcio como o gypsum. Compostos inorgânicos também podem ser encontrados em outras diversas formas, tais como biomoléculas: como eletrólitos (cloreto de sódio), armazenamento de energia (ATP) ou na construção (o polifosfato é o arcabouço do DNA).

• O primeiro composto inorgânico feito pelo homem foi o nitrato de amônia para fertilização do solo, produzido pelo processo de Haber. Compostos inorgânicos são sintetizados com o uso de catalisadores tais como pentóxido de vanádio e cloreto de titânio(III), ou com reagentes da química

Classificação:

• Uma dos conceitos para explicar a basicidade ou acidez de um composto é a Teoria de Lewis. Na figura é ilustrado a reação de protonação de uma molécula de amônia: o par de elétrons livre do átomo de nitrogênio é "doado" ao íon hidrogênio para formar o íon amônio, caracterizando deste modo a amônia como uma base de Lewis.

Os compostos inorgânicos são classificados em quatro grandes grupos: os sais, os óxidos, os ácidos e as bases. Os sais são constituídos de um cátion e um ânion unidos por uma ligação iônica, como por exemplo o brometo de sódio Na Br, que é constituído de um cátion Na+ e um ânion de brometo Br−. 

• Os sais são caracterizados por um alto ponto de fusão e são maus condutores de eletricidade no estado sólido. Outras características importantes são a solubilidade em água e a facilidade de cristalização. Alguns sais (por exemplo NaCl) são muito solúveis em água e outros (por exemplo BaSO4) não o são.

Um óxido é um composto químico que contém pelo menos um átomo de oxigênio e um outro elemento químico em sua fórmula química. Óxidos de metais contêm tipicamente um ânion de oxigênio no estado de oxidação de -2. 

• A maior parte da crosta terrestre é constituída de óxidos sólidos, resultado de elementos que são oxidados pelo oxigênio no ar ou dissolvido na água. A combustão de hidrocarbonetos produz os dois principais óxidos de carbono: monóxido de carbono e dióxido de carbono.

A teoria de Brønsted-Lowry define como bases como aceitadores de íons de hidrogênio, enquanto a teoria de Lewis define bases como doadores de par de elétrons. A teoria mais antiga é de Arrhenius que define bases como espécies que liberam ânion hidróxido quando em solução e é estritamente aplicável aos compostos alcalinos.

• A definição para ácidos segue o raciocínio contrário da definição de base. A teoria de Brønsted-Lowry define como ácidos substâncias que doam íons hidrogênio, enquanto a teoria mais geral de Lewis define ácidos como aceitadores de par de elétrons. A teoria de Arrhenius define como ácidos espécies que liberam íons hidrogênio em solução aquosa.

A Química Inorgânica

Química de coordenação:

• Os compostos de coordenação tradicionais apresentam metais ligados a pares de elétrons que se encontram nos átomos dos grupos ligantes, tais como H2O, NH3, Cl- e CN-. Em compostos de coordenação modernos quase todos os compostos orgânicos e inorgânicos podem ser utilizados como ligantes. 

O metal é geralmente um metal dos grupos 3-13, assim como os trans-lantanídeos e trans-actinídeos. A estereoquímica dos complexos de coordenação pode ser muito rica, como sugerido por Alfred Werner após a separação de dois enantiômeros de [Co((OH) 2Co (NH3)4)3]6+, uma manifestação precoce de que a quiralidade não é inerente aos compostos orgânicos. Um tema dentro deste tópico é a química supramolecular de coordenação.

Exemplos de compostos de coordenação: 

[Co(EDTA)]−, [Co(NH3)6]3+, TiCl4(THF)2.

Os principais elementos da tabela periódica estão nos grupos da 1, 2 e 13-18 (excluindo o hidrogênio), mas devido à sua reatividade, os elementos do grupo 3 (Sc, Y, La) e do grupo 12 (Zn, Cd e Hg) são também geralmente incluídos entre os principais.

Principais compostos de grupo:

• Compostos do grupo principal são conhecidos desde os primórdios da química como o enxofre elementar e o fósforo branco. Experimentos com oxigênio, O2, realizados por Lavoisier e Priestley não só identificou um gás diatômico importante, mas abriu o caminho para descrever compostos e reações de acordo com razões estequiométricas. 

A descoberta de uma síntese da amônia bastante prática usando catalisadores de ferro por Carl Bosch e Fritz Haber no início de 1900 impactou a humanidade profundamente, demonstrando a importância da síntese inorgânica. Típicos compostos do grupo principal são SiO2, SnCl4, e N2O. Muitos compostos do grupo principal pode também ser classificados como "organometálicos", uma vez que contêm grupos orgânicos, por exemplo, B(CH3)3). 

• Os compostos do grupo principal também ocorrem na natureza, por exemplo, fosfato de DNA e, portanto, podem ser classificados como bioinorgânicos. Por outro lado, os compostos orgânicos que não estão ligados a hidrogênio são classificados como compostos inorgânicos, tais como os fulerenos e os óxidos de carbono.

Os compostos que contêm metais do grupo 4 a 11 são considerados compostos de metais de transição. Alguns compostos de um metal do grupo 3 ou 12 são, por vezes, também incorporadas neste grupo, mas também muitas vezes classificados como compostos do grupo principal. 

• Compostos de metais de transição mostram uma química de coordenação rica, variando de tetraedros de titânio (por exemplo, TiCl4) à geometria quadrado planar de alguns complexos de níquel e complexos de coordenação octaédrica para compostos de cobalto. Uma gama de metais de transição podem ser encontrados em compostos biologicamente importantes, tais como o ferro na hemoglobina. Exemplos de composto contendo metais de transição: pentacarbonilo de ferro e cisplatina.

O Nitrato de amônio:

Nitrato de amônio é um composto químico de fórmula molecular (NH4)+(NO3)–

• É um sal inorgânico que, quando puro, é encontrado na cor branca e quando impuro nas colorações: cinza claro ou marrom, se estiver na forma de um cristal relativamente grande, aparenta-se com o sal grosso(NaCl). É inodoro, e, em solução aquosa, precipita-se misturando-se lentamente com a água, sua dissolução é bastante endotérmica.

Uma de suas particularidades agronômicas é que detêm ao mesmo tempo duas formas de fornecimento de nitrogênio ao solo, a nítrica (NO3), e a amoniacal (NH4). Como a forma amoniacal tem carga elétrica positiva (+), pode se ligar aos colóides do solo, principalmente nas argilas, pois as mesmos tem cargas elétricas negativas. 

• O mesmo não ocorre com a forma nítrica que tem carga elétrica negativa (-), não sendo portanto absorvida pelas argilas, podendo sofrer o processo de perda chamado lixiviação ou percolação, que é transporte às camadas mais profundas dos solos, escapando assim da ação absorvedora das raízes das plantas.

Quando o nitrato de amônio é excitado com um fogareiro elétrico libera óxido nitroso (N2O), mais conhecido como gás hilariante ou gás do riso.

• Pode ser produzido pela reação entre sulfato de amônio [(NH4)2SO4] e nitrato de cálcio [Ca(NO3)2], de acordo com a reação:(NH4)2SO4 + Ca(NO3)2}→ 2 NH4NO3+ CaSO4.

Produção a partir da amônia gasosa Pode ser produzido a partir da reação da amônia gasosa com uma solução de ácido nítrico, de acordo com a reação:

NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq)

Usos:

• Usado como fertilizantes, herbicidas, inseticidas, absorvente para óxidos de nitrogênio, fabricação de óxido nitroso, como oxidante em propelentes sólidos para foguetes,explosivos, etc.

O nitrato de amônio é obtido através da neutralização do ácido nítrico pela adição de hidróxido de amônio, ou ainda pode ser preparado com nitrato de sódio e hidróxido de amônio e ele também é usado na fabricação de Metanfetamina Cristal.

• O Nitrato de Amônio (NH4 NO3) possui em média 34% de nitrogênio, é um produto sólido, perolado ou granulado, contém um radical nítrico e outro amoniacal, muito usado na agricultura por possuir menor volatilização e acidificação do solo, se adapta bem às misturas NPK e muito adequado para fertirrigação. Foi o fertilizante nitrogenado mais utilizado no mundo até o fim dos anos 80, onde teve seu consumo reduzido devido ao aumento no controle de sua venda, uma vez que é a matéria-prima principal para a fabricação de Anfos (amonium-nitrate, fuel-oil) (FRANCO et al., 2007). 

O Nitrato de Amônio, dentre as fontes nitrogenadas mais usadas, é a que apresenta menor índice de acidez no solo, em número de 62, ou seja, para cada 100 kg de Nitrato de Amônio é necessário 62 kg de Carbonato de Cálcio para neutralizar a acidez no solo (SOUZA & LOBATO, 2004).

Riscos:

• Perigos mais iminentes: Por ser oxidante, pode interagir com outros produtos. Quando contaminado com produtos orgânicos ou materiais oxidantes, aquecido, confinado, e ainda sob ação de agentes iniciadores, pode detonar. Risco de ignição ou detonação ao expor o produto ao calor e a materiais incompatíveis.

Perigos físicos e químicos: O Nitrato de Amônio é um forte oxidante. A contaminação pode promover a sua decomposição, tornando-o imprevisível e perigoso. Os contaminantes incluem matéria orgânica, Cloretos, Fluoretos e também alguns metais (exemplos: Cobre, Bronze, Cromo, Zinco e outros).

• Efeitos do produto em animais: A inalação pode causar irritação do trato respiratório, com tosse, dor de garganta e dificuldade respiratória. O contato com o produto pode causar irritação na pele e nos olhos. Exposto a altas temperaturas, devido à decomposição, pode liberar Amônia e gases Nitrosos tóxicos (NOx), capazes de provocar problemas respiratórios agudos.

Efeitos ambientais: É muito solúvel em água, podendo contaminar cursos d’água, tornando-os impróprios para uso em qualquer finalidade. O produto da combustão do Nitrato de amônia é o óxido nitroso, N2O. Este composto é um agravante do efeito estufa, sendo 273 vezes mais nocivo que o dióxido de carbono, CO2. (Xavier, A. Agronomia/UFSM, 2008)

• Efeitos na saúde humana: O nitrato de amônio causa irritações nos olhos, na pele e no trato respiratório. A substância pode afetar o sangue, devido ao íon nitrato,causando uma doença chamada metahemoglobinemia, ou doença do bebê azul (IPCS ICHEM, 2011) .Seus principais efeitos na saúde humana e dos ecossistemas são decorrentes dos compostos secundários que podem ser formados.

Contaminação Ambiental:

• O íon nitrato é fonte de nutrição para plantas (principal uso é como fertilizante) e, portanto pode seguir o ciclo natural de nitrificação/ desnitrificação ou pode ser transportado através do solo atingindo as águas subterrâneas e chegando em curso d'água, tornando-os saturados em nitrogênio(KIISKI, 2009). 

Quando o íon amônio permanece adsorvidos as cargas negativas do solo o íon nitrato permanece em solução, sua potabilidade em água para o consumo humano é estabelecida pela portaria n°518/GM em 25 de março de 2004(PORTARIA n° 518, 2004). Já a resolução CONAMA de março de 2005 estabelece as concentrações máximas de nitrato para as águas de acordo com o seu uso e características. 

• A liberação do íon nitrato no meio, além de ser causada pela interação com as partículas do solo, também pode ser causada por elevação da temperatura e aeração na ausência de água, tais condições possibilitam a oxidação do nitrogênio e a decomposição da matéria orgânica (STRUJA,2006). 

No perfil do solo o nitrato de amônio está sujeito a reações, dentre elas a de decomposição, sendo que o íon amônio é biodegradável.As reações de decomposição podem ser catalisadas pela presença de Cl, Fe, Co, Ni, Zn e Cu ou podem ser resultantes do aumento de temperatura no solo(KIISKI, 2009).

Recomendações:

• Existem técnicas especificas para a remoção do íon nitrato da água, dentre elas destacam-se a Osmose Reversa e a Permuta iônica. Já no solo podem ser usados inibidores de nitrificação, estes inibem a conversão de amônio em nitrato.

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