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19 Janeiro 2022

Química

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Química

A Engenharia Química tem um dos seus pilares na Química (os outros pilares são a Física, a Matemática e, mais recentemente, também a Biologia) – ver O que é a Engenharia Química. A Química debruça-se sobre a estrutura da matéria (os elementos (Tabela Periódica), os átomos, as moléculas) e, como a Engenharia Química transporta para escala industrial os processos desenvolvidos à escala laboratorial a partir dos conceitos básicos de Química, é importante perceber a relação entre a escala molecular e a escala do processo. Nesta zona do Portal, direccionada essencialmente para os estudantes do Ensino Secundário, na secção da Química tentamos, ao nível de duas áreas essenciais dos Processos Químicos (Processos de Separação e Reacção Química), estabelecer a ligação entre o Processo e a Escala Molecular.

No que se refere aos Processos de Separação abordar-se-á a operação de Destilação (de grande importância na indústria Petroquímica, Figura 1), relacionando o funcionamento de uma coluna de destilação com os mecanismos, ao nível molecular, do equilíbrio de fases (Termodinâmica Química ; Mocho ; Simulação Molecular do Equilíbrio Líquido/Vapor ), e com a forma como as forças intermoleculares influenciam a facilidade de separação dos componentes da mistura e a apetência por uma ou outra fase. A descrição molecular das fases será tratada na secção de Termodinâmica Química enquanto que o processo de separação por destilação, em si, será tratado na secção de Destilação .

Figura 1: Refinarias
Figura 01: Refinarias

Nessa secção está disponível uma Simulação Interactiva de uma coluna de destilação para fraccionamento de uma mistura semelhante a um petróleo, onde se discutirá este processo de separação, relacionando com a estrutura dos hidrocarbonetos (vejam-se em baixo exemplos de moléculas de hidrocarbonetos, metano, etano e benzeno). Nesse caso de estudo abordar-se-á também a questão do conteúdo energético associado aos diferentes combustíveis que utilizamos (ver mais em “KCPC Education Resources ”).

Metano e Etano (representações)

Benzeno (diversas formas de representação)

No que se refere à Reacção Química, a abordagem será do mesmo tipo, embora aqui se tratem as questões da cinética das reacções (Cinética Química) e da produção e rendimento atingidos em diferentes tipos de equipamento de reacção (Reactores). Para promover as reacções que nos interessam, aumentando a sua velocidade, há que conhecer a forma como a temperatura, a pressão e a concentração dos reagentes influenciam a cinética das reacções, ver a secção Reacção Química/ Cinética . Por outro lado, a estrutura das moléculas é muito importante no desenho de catalisadores (Reacção Química/ Reactores Catalíticos de Leito Fixo) que contribuem para a obtenção de muitos compostos químicos essenciais no nosso dia a dia.

A Química está presente em tudo o que nos rodeia e faz parte do nosso quotidiano (ver exemplos, em baixo, de algumas moléculas comuns incluindo moléculas biológicas), desde os plásticos, aos medicamentos, aos combustíveis, às baterias (ver esquema a seguir do funcionamento de uma bateria; tu mesmo podes construir uma bateria no laboratório e medir a diferença de voltagem para diferentes pares de metais – maior diferença de voltagem corresponde a uma intensidade energética maior, de acordo com a lei de Ohm). De facto, todos os tipos de energia que consumimos ao longo do dia têm muito a ver com a Química.

Célula voltaica (bateria)

Etanol (representação 3D, carbono, hidrogénio e um átomo de oxigénio)

Celulose (representação 3D, C, H, O)

Serotonina, representação 3D – C, H, O e N (neurotransmissor humano)   e    Serotonina, Fórmula IUPAC

A Engenharia, por sua vez, trata do controlo e optimização dos Processos Químicos, por forma a minimizar o consumo energético, a emissão de efluentes e a garantir as características desejadas no produto final.

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Outros links relacionados com o Ensino dos Fenómenos Químicos

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“Compound Websites"
“Doc Brown’s Chemistry Clinic”
“Naming Molecules”

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