Fundamentos Químicos na Siderurgia: Conceitos Básicos por Castro e Tavares, Notas de estudo de Engenharia de Produção

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ALTOS-FORNOS

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

LUIZ FERNANDO ANDRADE DE CASTRO

ROBERTO PARREIRAS TAVARES

MARÇO/ 2004

Página

Sumário.......................................................................... 1

Conceitos Fundamentais................................................. 2

Bibliografia........................................................................ 11

Quadro 4 – Circuito elétrico

Tais códigos ou símbolos são um tipo de linguagem de entendimento universal, cuja principal vantagem é a de economizar palavras. Entretanto, é necessário que a pessoa seja familiarizada com estes símbolos para que possa interpretá-los adequadamente.

No quadro 3 tem-se um trecho de uma partitura musical. Um músico em qualquer parte do mundo pode, a partir desta partitura, interpretar a melodia que ela representa. De forma similar, um engenheiro eletrônico e um programador de computadores poderão interpretar o que está sendo expresso nos quadros 4 e 5, respectivamente.

O quadro 6 representa uma reação química, expressa através da simbologia utilizada pela química. Nela pode-se ler que: hematita reage com monóxido de carbono produzindo ferro e dióxido de carbono. Ao final deste módulo, você vai estar apto a entender essa simbologia da química e a saber determinar as quantidades dos materiais envolvidos em reações químicas.

Elementos Químicos

As substâncias que aparecem na natureza são compostas por um ou mais elementos químicos. Atualmente são conhecidos 109 elementos químicos. Estes elementos são designados na literatura através de seus símbolos químicos. Modernamente, cada símbolo é formado por letra(s) retirada(s) do nome do elemento. A primeira letra é maiúscula e a segunda, quando houver, é minúscula. Em alguns casos, os símbolos derivam do nome do elemento em latim. A tabela 1 a seguir contém uma lista dos elementos mais comuns na siderurgia e de seus respectivos símbolos químicos.

Compostos

Os átomos dos elementos químicos podem se juntar para formar moléculas. As moléculas são, portanto, compostos formados por uma ou mais elementos químicos. Dois átomos de oxigênio, por exemplo, podem se combinar para formar uma molécula de oxigênio. Essa molécula de oxigênio é designada por:

Tabela 1-Símbolos químicos dos elementos mais comuns na siderurgia.

Símbolo químico Elemento Elemento Símbolo químico

Al Alumínio Alumínio Al

Ar Argônio Argônio Ar

C Carbono Cálcio Ca

Ca Cálcio Carbono C

Cl Cloro Cloro Cl

Cr Cromo Cobre Cu

Cu Cobre Cromo Cr

Fe Ferro Enxofre S

H Hidrogênio Ferro Fe

K Potássio Fósforo P

Mg Magnésio Hidrogênio H

Mn Manganês Magnésio Mg

N Nitrogênio Manganês Mn

Na Sódio Niquel Ni

Ni Niquel Nitrogênio N

O Oxigênio Oxigênio O

P Fósforo Potássio K

S Enxofre Silício Si

O índice de atomicidade 2 para o hidrogênio significa que cada molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio. O índice de atomicidade 1 para o oxigênio (quando só aparece o símbolo químico, esse índice é 1) expressa que cada molécula de água possui um átomo de oxigênio.

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Exemplo- Quais são os elementos que compõem a molécula de ácido sulfúrico, H 2 SO 4 , e em que proporção eles estão nesta molécula?

Solução- Uma molécula de ácido sulfúrico é composta por átomos de hidrogênio (H), enxofre (S) e oxigênio (O), na seguintes proporção: 2 átomos de hidrogênio + 1 átomo de enxofre + 4 átomos de oxigênio.

Exemplo- Repita o exemplo acima para a molécula de hematita, Fe 2 O 3.

Solução- Uma molécula de hematita é composta por átomos de ferro (Fe) e de oxigênio (O). A proporção é de dois átomos de ferro para três átomos de oxigênio.

Mol

Normalmente, se está habituado a expressar as quantidades dos materiais utilizando as suas massas e volumes. Expressões do tipo: “ kg de batatas” ou “1 m 3 de água” são bastante comuns no dia-a-dia das pessoas. Em química, em muitas situações, é necessário avaliar o número de de átomos ou moléculas presentes em uma determinada quantidade de um dado material. Entretanto, ao contrário do que acontece com massas e volumes, não existe nenhum instrumento (como as balanças, pro exemplo) que determine o número de átomos ou moléculas presentes em uma certa quantidade de uma material. Além disso, como os átomos e as moléculas individuais são sempre de dimensões muito reduzidas (aproximadamente um milhão de vezes menor que 1 milímetro), mesmo em quantidades muito pequenas dos materiais, existe um número bastante elevado de átomos ou moléculas.

Desta forma, para permitir estabelecer a ligação entre as massas das substâncias e os números de átomos ou moléculas nelas presentes e, ao mesmo tempo, evitar o uso de números absurdamente grandes para expressar as quantidades de átomos ou moléculas, definiu-se arbitrariamente uma quantidade denominada mol.

Um mol é, por definição, a quantidade de matéria de uma substância que contém tantos átomos ou moléculas quantos são os átomos presentes em 12 gramas de carbono. Esse número equivale a 6 x 10 23 (seis seguido de 23 zeros, ou também, 600 sextilhões) e é conhecido como número de Avogadro.

O mol passou a ser, então, adotado como unidade básica para se expressar quantidades em química. Nesse aspecto, ele tem o mesmo papel que a dúzia tem para se expressar quantidades de ovos, por exemplo.

A massa de 1 mol de um dado elemento varia de elemento para elemento. Esse valor é conhecido como massa atômica e pode ser obtido em tabelas. A tabela 2 fornece valores de massas atômicas para os elementos normalmente envolvidos em processos siderúrgicos.

1- (^) Química na Abordagem do Cotidiano. Tito Miragaia Peruzzo e Eduardo Leite Canto. Editora Morerira, São Paulo, 1983.

Conceitos Fundamentais Castro e Tavares^9