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Processos Químicos
O processamento químico pode ser definido como o processamento industrial de matérias- primas químicas, que leva à obtenção de produtos com valor industrial realçado.
Os principais processos químicos serão descritos a seguir:
1. Oxidação e Redução
Objetos de Prata tendem a se oxidar.
Na reação de oxidação ocorre a perda de elétrons , enquanto a reação de redução consiste em ganhar elétrons.
A Oxidação pode ocorrer em três circunstâncias: quando se adiciona oxigênio à substância, quando uma substância perde hidrogênio ou quando a substância perde elétrons. Exemplo: as saladas de frutas tendem a se escurecer quando entram em contato com o ar, isso porque o oxigênio age promovendo a oxidação das frutas. Uma dica para que isso não ocorra é adicionar suco de limão ou laranja, pois a vitamina C presente nas frutas cítricas impede a ação oxidante do oxigênio sobre a salada.
A Redução , por sua vez, é o inverso e ocorre também de três maneiras: quando uma substância perde oxigênio, quando ganha hidrogênio ou quando ganha elétrons. Exemplo: Quando o Óxido de Cobre (negro) é colocado em aparelhagem apropriada (câmara) para que ocorra sua redução o Gás Hidrogênio entra em contato com o Óxido de Cobre super aquecido e, como resultado, ele perde oxigênio e vai aos poucos se tornando rosa, pois está sendo reduzido a Cobre.
Reação de Óxido-redução : Sabe-se que oxidação e redução ocorrem juntas na mesma reação química. Esse fenômeno recebe o nome de Reação redox ou Óxido-redução. Óxido-redução são reações que transferem elétrons entre substâncias fazendo com que o número de oxidação (nox) de uma substância aumente enquanto o nox de outra substância diminui. Esse processo não deve ser confundido com as ligações iônicas (onde há transferência de elétrons de uma substância a outra) e sim como um processo de oxidação de uma substância e a redução de outra. Podemos dizer então que em uma reação a substância que perde elétrons e sofre oxidação é designada agente redutor enquanto a substância que ganha elétrons e sofre redução é designada agente oxidante.
Algumas dessas reações são muito úteis para a indústria. O ferro, por exemplo, é extraído pela combinação do minério de ferro com o monóxido de carbono (CO), num alto-forno. Nessa reação, o minério perde oxigênio para formar o ferro (Fe) e o CO recebe oxigênio para formar o CO 2 (dióxido de carbono). A ferrugem é um dos resultados de uma reação redox, na qual o ferro se oxida e forma o óxido de ferro (ferrugem), e o oxigênio do ar é reduzido.
Outro exemplo de reação redox é o da prata em contato com o ar. Os objetos de prata tendem a perder seu aspecto brilhante com o passar do tempo, se tornando embaçados e com coloração escura. Esse fato ocorre porque os átomos de prata da superfície do objeto reagem com outras substâncias, como o oxigênio. Dizemos então que a prata se oxidou, ou seja, passou por uma reação de óxido-redução.
São reações de oxidação-redução os seguintes tipos de reações: Reações de Decomposição Regra geral, quando um composto dá origem a um ou mais elementos livres, de acordo com uma reação do tipo: C → A + B em que A e/ou B são elementos, trata-se de uma reação redox. Com efeito, uma vez que o número de oxidação dos elementos é sempre zero e não o seria no composto original, este elemento variará o seu número de oxidação. Exemplo Por aquecimento o clorato de potássio dá origem a oxigênio e cloreto de potássio 2KClO 3 (g) → 2KCl (g) + 3O 2 (g). Reações de Combinação ou de Síntese Em oposição às reações de decomposição, mas pelos mesmo motivos, nas reações em que um elemento se combina com outros elementos e/ou compostos, formando um novo composto: A + B → C também ocorre, regra geral, uma reação redox. Exemplo Reações do tipo P 4 (s) + 5 O 2 (g) → P 4 O 10 (s) ;
Nesta categoria incluem-se também todas as combustões, uma vez que traduzem a reação de um elemento ou composto com o oxigênio elementar.
Reações de Dismutação
Este tipo de reação redox envolve os elementos que podem existir sob a forma de vários estados de oxidação (pelo menos três). Assim quando o elemento se encontra no estado de oxidação médio, na mesma reação é simultaneamente oxidado e reduzido.
Exemplo
Hg 2 Cl 2 (s) Hg (l) + HgCl 2 (s)
O mercúrio reduz-se e oxida-se, como se pode verificar pelos números de oxidação do mesmo nas diferentes moléculas:
Hg 2 Cl 2 => n.o.(Hg) = +
Hg => n.o.(Hg) = 0
HgCl 2 => n.o.(Hg) = +
Reações de Deslocamento ou Deslocação
n (CH 2 = CH - CH = CH 2 ) + n (C 6 H 5 - CH = CH 2 ) → [- CH 2 - CH = CH - CH 2 - CH 2 - CH (C 6 H^5 ) - ]^ n
n (ácido terefáltico) + n (etileno glicol) → poliéster dracon + n H 2 O
n [HO - C( = O ) - C 6 H 4 - C ( =O ) - OH ] + n ( HO - CH 2 - CH 2 - OH ) → [- C( = O ) - C 6 H (^4)
- C( =O ) - O - CH 2 - CH 2 - O - ] (^) n + 2 n H 2 O
Buna S - Buna N - Baquelite - Nylon 66 - Poliestireno - Poliéster drácon
Polímeros Naturais
Os polímeros naturais são: a borracha; os polissacarídeos, como celulose, amido e glicogênio; e as proteínas.
A borracha natural é um polímero de adição, ao pas5v que os polissacarídeos e as proteínas são polímeros de condensação, obtidos, respectivamente, a partir de monossacarídeos e aminoácidos.
A borracha natural é obtida da árvores Heveu brasilienses (seringueira) através de incisão feita em seu caule, obtendo-se um líquido branco de aspecto leitoso, conhecido atualmente por látex.
As cadeias que constituem a borracha natural apresentam um arranjo desordenado e, quando submetidas a uma tensão, podem ser espichadas, formando estruturas com comprimento maior que o original.
Vulcanização
O látex obtido da seringueira é precipitado, dando origem a uma massa viscosa que é a borracha natural. Essa borracha é prensada com o auxílio de cilindros, originando lâminas moles de pequena resistência e elasticidade. A utilização desse tipo de borracha é limitada, pois ela se torna quebradiça em dias frios e extremamente gosmenta em dias quentes.
Em 1839, Charles Goodyear descobriu que o aquecimento dessa massa viscosa com enxofre produzia um material bastante elástico, que praticamente não se alterava com pequenas variações de temperatura. A esse processo foi dado nome de vulcanização (Vulcano = Deus do fogo).
Na vulcanização, as moléculas de enxofre (S8) são rompidas, interagindo com as duplas ligações das cadeias que compõem a borracha.
O enxofre (Ss) tem a propriedade de unir as várias cadeias que compõem o polímero, através das chamadas pontes de enxofre, diminuindo o número de insaturações. As pontes de enxofre também têm a propriedade de alinhar as cadeias de tal maneira que, quando ~ material é tencionado, ele não se deforma. Esquematicamente, temos:
Se a tensão for muito grande, poderá provocar a ruptura das cadeias. mesmo se tratando de borrachas vulcanizadas.
Aproximadamente 70% de toda borracha vulcanizada é utilizada para a
produção de pneus, devido ao fato de ela ser elástica, praticamente
indeformável e mais resistente às variações de temperatura e ao atrito. Os
pneus de automóveis e caminhões são uma mistura de borrachas natural e
sìntética vulcanizadas, enquanto os pneus de aviões são constituídos de
borracha natural vulcanizada.
Os pneus de automóveis, quando gastos, podem ser reaproveitados através
de um processo denominado recauchutagem. Essa palavra é derivada de
cauchu (ca = madeira e chu = que chora), que era usado pelos nativos da
América para designar o material obtido da seringueira.
Assim recauchutar significa aplicar nova camada de borracha ao pneu
gasto.
A vulcanização da borracha é feita pela adição de 3% a 8% de enxofre à
borracha. Aumentando a percentagem de enxofre, ocorrerá um aumento do
número de pontes de enxofre, diminuindo a sua elasticidade. Quando essa
percentagem atinge valores próximos a 30%, obtém-se uma borracha
denominada ebonite, que é rígida e apresenta grande resistência mecânica,
sendo empregada como isolante elétrico e na produção de vários objetos,
como pentes. vasos etc.
Polímeros de Adição
Os polímeros de adição obtêm-se a partir de monómeros que contêm
uma ou várias duplas ligações.
O resultado da polimerização de uma só classe de monómeros é um
homopolímero. Se se polimerizam juntos dois monómeros distintos obtém-
se um copolímero.
A calcinação – um processo vigorosamente endotérmico – é usada principalmente na produção de óxidos, segundo:
MgCO 3 →MgO + CO 2 (g) ou
Al 2 O 3 ⋅3H 2 O → Al 2 O 3 + 3 H 2 O (g).
A reação inversa é lenta, porém existe! A calcinação serve para eliminar gases, diminuir o volume da carga ou para evitar o consumo de um combustível caro, sendo então realizada à parte do processo principal. As temperaturas de calcinação variam; o MgCO3 se decompõe aproximadamente à temperatura de 400°C, enquanto que para decompor o CaCO3 deve-se atingir aproximadamente 900°C. A estrutura e a morfologia do calcinado sofrem modificações com a exposição ao calor – tão mais profundas quanto maior forem a temperatura e a duração do processo e isso pode diminuir a reatividade de alguns produtos calcinados. Algumas substâncias, ao perderem água de cristalização, sofrem hidrólise , impossibilitando a sua calcinação. Uma característica desse processo é o uso de uma fase gasosa para transferir o calor necessário e, simultaneamente, arrastar os produtos gasosos da decomposição. A calcinação é realizada em reatores do tipo forno de cuba , forno rotativo e leito fluidizado. A agitação mecânica, por exemplo, por meio de pás ou por tamboreamento, é um fator importante do processo.
3.2 TERMODINÂMICA DA CALCINAÇÃO
O caso da eliminação da água é muito interessante para mostrar que não existe uma fronteira nítida entre água ‘livre’ e a água ‘ligada quimicamente a um composto’. Isto é observado claramente em substâncias minerais do tipo argilas e hidratos (ver Figura 2.1); para elas, a temperatura na qual a pressão parcial da água é igual a uma atmosfera , em função do quociente molar H2O / Me2O3, cresce continuamente, com inclinações variadas, desde aquela da água ‘livre’, de 100°C (material úmido), até valores muito elevados, em excesso de 1000°C (hidrato quase completamente desidratado), à medida que a razão molar água-óxido diminui e o material vai sendo calcinado. Este fenômeno, observado por outro ângulo, mostra que a pressão parcial da água mantida a uma temperatura de 100°C decresce continuamente, de maneira não uniforme, desde a pressão de uma atmosfera até valores ínfimos, à medida que diminui o valor do quociente molar água-óxido. Isto mostra o quanto é difícil a eliminação total da água desses materiais. A calcinação é uma operação nitidamente endotérmica. Isso pode ser visto pela aplicação da equação de Van’t Hoff aos dados de equilíbrio da reação de calcinação de alguns carbonatos e hidratos, Figura 2.2. A entalpia da calcinação do carbonato de cálcio: CaCO 3 = CaO + CO 2 (g) é quase quatro vezes maior do que aquela da evaporação, com ΔH°298 = + 178,2 kJ; além disto, a energia (sob a forma de calor) deve ser fornecida em temperaturas elevadas – fato que dificulta ainda mais o processo de calcinação, pois necessita-se de fontes de calor de alta temperatura!
Algumas substâncias, ao perderem água de cristalização, sofrem hidrólise , impossibilitando a sua calcinação; por exemplo: a obtenção de MgCl 2 anidro a partir do MgCl 2 ⋅6H 2 O não é possível pois no aquecimento ele perde parte da água produzindo MgCl 2 ⋅1,5H 2 O. Esta substância, ao ser aquecida, hidrolisa, gerando MgO: MgCl 2 ⋅1,5H 2 O → MgCl 2 + 1,5H 2 O e
MgCl 2 + 1,5H 2 O → MgO + 2HCl + 0,5H 2 O
4. SINTERIZAÇÃO
4.1-INTRODUÇÃO
A Metalurgia do pó, comumente denominada sinterização, vem a ser um processo altamente desenvolvido de manufatura de peças metálicas ferrosas e não ferrosas. Basicamente, os pós metálicos são configurados em ferramental apropriado com posterior aquecimento sob condições controladas a temperaturas abaixo do ponto de fusão do metal base para promover ligação metalúrgica entre as partículas. Esse aquecimento, chamado sinterização, normalmente confere à massa de pó aglomerada as propriedades físicas e mecânicas desejadas. É comum, entretanto, a ocorrência de outras fases de processo que permitem alcançar valores mais rigorosos de resistência mecânica, tolerância dimensional, acabamento, etc. Fundamentalmente, a sinterização é um processo onde a economia de material é levado ao extremo: não há geração de cavacos (os quais numa usinagem convencional podem representar até 50% do peso original da peça bruta, nem carepas e tendo ainda vantagem de controlando-se a densidade, eliminar pesos mortos indesejáveis no produto final. Mesmo levando em consideração à necessidade de operações posteriores de usinagem, uma peça sinterizada normal, usa mais de 97% de sua matéria original. A consideração dos aspectos econômicos torna ainda mais significativos quando se fabricam peças de formas complexas, tolerância dimensionais rigorosas e grandes lotes de produção. 4.2 CARACTERÍSTICAS Através da metalurgia do pó, consegue-se a fabricação de um componente de uso universal: os mancais auto lubrificantes. Realmente, a porosidade existente num mancal sinterizado pode ser preenchida com óleo para garantir uma lubrificação permanente entre o eixo e o mancal. É também a metalurgia do pó o único processo conhecido para a produção de determinadas ligas de altíssima dureza em condições industriais. As técnicas de metalurgia do pó possibilitam o desenvolvimento de ligas -cerâmicas (CEMET), cuja aplicação abre um horizonte ilimitado. Além de poderem ser impregnadas com óleo para funcionarem com mancais auto lubrificantes, as peças sinterizadas podem ser impregnadas com rezinas para selar os poros interconectantes, infiltradas com ligas metálicas para se aumentar a resistência mecânica, tratadas termicamente, cromadas, niqueladas, ferróxidadas, etc... A maioria das peças sinterizadas pesa menos de 2,5kg, embora peças com até 15kg, possam ser fabricadas. Em seu desenvolvimento inicial, a metalurgia do pó produzia peças de formas geométricas bastante simples, em contraste com a atualidade onde, por motivos principalmente econômicos, procura-se fabricar cada vez mais complexas, já que os processos convencionais tornam-nas extremamente onerosas. 4.3ECONOMIAS EM PROCESSOS Em vários casos práticos, tais como em eixos com excêntricos, pinhões em pontas de eixo, etc., obtêm-se os, economia significativa pela utilização de peças sinterizadas agregadas a um a peça original simples. Em situações como esta, o processo de fabricação utiliza-se dos métodos convencionais para a "peça básica" e da metalurgia do pó para a produção da "parte complexa". Algumas peças podem, ainda, ser feitas separadamente na compactação e, então, juntadas e sinterizadas, produzindo a peça final desejada. 4.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS Reduz ao mínimo as perdas de matéria prima; Facilita o controle exato da composição química desejada; Elimina ou reduz operações de usinagem; Possibilita bom acabamento superficial; Processo produtivo de fácil automação; Produtos obtidos de alta pureza; Permite a utilização de características de resistência exatamente como requeridos pelo projeto. 4.5CARACTERÍSTICAS DOS PÓS METÁLICOS FORMA, TAMANHO E DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA Entre as características mais importantes dos pós metálicos estão à forma e o tamanho das partículas individuais. Para o projeto de uma peça sinterizada, a distribuição granulométrica das partículas é outra informação importante. Os vários métodos de obtenção de pó metálicos conduzem a diversas formas, tamanhos, distribuição e outras características dos pós, sendo imprescindível o domínio do processo de obtenção e caracterização dos pós para se chegar a uma peça final que atenda os quesitos de engenharia.
Métodos físico-químicos: pirólise (obtenção de pós de ferro e níquel de alta pureza); Métodos químicos: redução de óxidos por hidrogênio ou monóxido de carbono; corrosão: pós de aço inoxidável. 4.11-SINTERIZAÇÃO A sinterização consiste no aquecimento das peças comprimidas a temperaturas especificas, sempre abaixo do ponto de fusão do metal base da mistura, eventualmente acima do ponto de fusão do metal secundário da mistura, em condições controladas de velocidade de aquecimento, tempo a temperatura, velocidade de resfriamento e atmosfera do ambiente de aquecimento. Em alguns casos certas peças de metal duro entre outros procede-se a uma sinterização prévia, a uma temperatura mais baixa com o objetivo de conferir a briquetes de compactadas condições de serem usinadas antes da sinterização final. Esta operação é denominada pré-sinterização. A temperatura ideal de sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da temperatura de fusão da liga considerada. Basicamente a sinterização é um processo de estado sólido ocorrendo ligação química e metalurgia do pó, no sentido de eliminar ou diminuir a porosidade existente no compactado verde; formando um corpo coerente provido das propriedades físicas primárias do sinterizado. Em diversos casos, a temperatura de sinterização é suficientemente alta para fundir um ou mais componentes do material, caracterizando a chamada sinterização com fase liquida. A sinterização em presença de fase líquida faz presente, por exemplo, na produção de buchas alto lubrificantes de bronze onde os pós principais de cobre (cerca de 90%) e estanho (cerca de 10%) são previamente misturados, na sinterização que é elevada a efeito aproximadamente a formação de estrutura cristalina típica do bronze. De qualquer modo a fase líquida presente não deve comparecer em quantidade tal que possa promover uma modificação sensível nas dimensões do compactado. A sinterização é comumente processada em fomos contínuos ou semi-contínuos, caracterizado por 3 zonas de operação: Pré-aquecimento; Manutenção; Resfriamento. Basicamente existem 4 tipos de fornos: Forno de Esteira (até 1150oC); Forno Wakkingbean (até 1300 oC); Forno Pussher (até 1300oC); Forno a vácuo (até 1350 oC). FORNOS DE SINTERIZAÇÃO Os fornos de sinterização são a gás ou elétricos, por resistência ou indução (fornos a vácuo geralmente). Nos fornos a resistência, os elementos de aquecimento, em fios, ou barras, são de Ni-Cr para temperatura até 1150o^ C, de carboneto de cilício (Globar) até da temperatura da ordem de 1400 oC, de molibdênio ou tungstênio, até temperatura da ordem de 1550 o^ C (neste caso, exigindo a atmosfera protetora redutora de hidrogênio). Os fornos de sinterização trabalham normalmente com atmosfera protetora com objetivo de evitar a oxidação das peças e reduzir os eventuais óxidos contidos nos pós e que poderiam prejudicar o grau de sinterização. 4.12 -TRATAMENTOS TÉRMICOS E TERMOQUÍMICOS As peças sinterizadas de ferro são tratadas para obter aumento de resistência a tração ao desgaste, dureza, ou uma combinação entre elas. Os tratamentos usuais a que podem ser submetidas as peças sinterizadas incluem a têmpera, cementação, carbonitretação, nitretação e tratamento a vapor. A seleção do tratamento a ser feito depende basicamente da aplicação e da densidade da peça. TÊMPERA Toda peça sinterizada, como as forjadas, deveriam ser temperadas imediatamente após arrefecer. A têmpera é efetuada de forma similar dos aços convencionais, tendo como ressalva o tipo de atmosfera protetora, evitando-se o banho de sal que tende a provocar corrosão pela retenção do sal nos poros da peça. Pelo mesmo motivo, é recomendável o uso de um óleo de arrefecimento rápido, com boa circulação. Para se evitar uma distorção muito acentuada, pode-se aumentar a temperatura do óleo até níveis em torno de 150oC ou 300 oF.
CEMENTAÇÃO
Peças sinterizadas com baixo teor de carbono (0,1 a 0,2%) podem ser sementadas por cementos convencionais ou gasosos. Os sementos líquidos não são recomendados, por causa da dificuldade de lavar a peça, isentando-as do sal. Os cementos sólidos, por motivos econômicos não são utilizados em peças sinterizadas pequenas, produzidas em grandes quantidades. Os cementos gasosos são mais recomendáveis entretanto, para que seja bem sucedida, a densidade bem como a precisão de composição devem ser conhecidas. Para se ter uma peça cementada com razoável homogeneidade de camada e dureza é necessário uma densidade mínima de 7,2g/cm3.
CARBONITRETAÇÃO
É uma forma modificada de cementação que consiste na introdução de amônia na atmosfera gasosa. O nitrogênio contido na amônia difunde na superfície da peça, simultaneamente, com o carbono, e abaixa a velocidade critica do resfriamento. A carbonitretação é feita com temperatura mais baixa (pelo menos 55o^ C ou 100o^ F) e tempo mais curto (meia hora ou mais) do que a cementação. A baixa taxa de difusão que ocorre nestas temperaturas permitem um controle melhor da camada e da dureza. A alta taxa de penetração do carbono e nitrogênio que ocorre como um resultado da porosidade para peças sinterizadas, feitas na sociedade americana para teste de materias (ASTN) B-310, classe a - pó de ferro. NITRETAÇÃO Diferente da carbonitretação principalmente naquela em que a temperatura usada é completamente dentro do campo fase ferrítica (cerca de 750 oC). As condições atmosféricas podem variar, dependendo do processo especifico. Em um processo próprio, a atmosfera é formado por quantidade do amônia e gás endotérmico associação americana do gás (AGA) tipo
- Em um outro processo, uma atmosfera típica consiste de 35% do amônia e 65% do gás exotérmico (AGA) tipo 301, nominalmente 97% de nitrogênio o qual pode ser enriquecido com gás hidrocarbônico assim como metano ou propano. 0 ciclo do tempo para nitretação gasosa geralmente alcança de 1 até 5 horas. Contudo o ciclo do tempo não passa mais que uma hora, geralmente é recomendado para peças sinterizadas por causa da profunda ponetração dos gases carbonizantes. TRATAMENTO À VAPOR As propriedades físicas das peças de ferro sinterizadas podem ser melhoradas por este processo, que consiste em envolver uma camada superficial e interporos de um óxido azul cinzento aderente. Isto é feito expondo e as peças sinterizadas a uma atmosfera de vapor superaquecido em um forno tipo poço com temperaturas aproximadas de 430o^ C a 590oC e a uma pressão de aproximadamente de 1000mm c.a=0,1bar. E um processo limpo, seguro e eficiente em termos de custo em que o resultado é um aumento de dureza e densidade, maior resistência a compressão, melhora na resistência a corrosão e ao desgaste, mais o fechamento quase total dos poros. Em peças de baixa e média densidade a camada de óxido se forma em toda extensão da peça e nos poros intercomunicantes. Como a dureza de óxido em si torno de 50HCR, a dureza aparente da peça aumenta. A resistência a compressão de uma peça de baixa e média densidade pode ser aumentada de 25% a 40%. O óxido formado nos poros ajuda a ligação entre as partículas aumentando a resistência ao desligamento. O óxido envolve a peça externa e internamente, protegendo-a de ferrugem e de outros meios corrosivos. Finalmente, existe a vantagem do fechamento dos poros por um custo mais baixo que a infiltração de cobre ou resma. O tratamento a vapor é o meio simples efetivo e barato de se obter mais das peças sinterizadas. A quantidade de formação de óxido podes ser determinada pelo aumento de peso das peças indicado conforme tabela abaixo.
Densidade (g/cm3) Aumento de peso (%) 5.7 6.
de um (alivio), para prevenir rebarbas na furação e rosqueamento, construindo sem problemas na própria fabricação da peça. RETÍFICA As operações de retifica são muito similares que as convencionais. Entretanto, deve-se evitar ao máximo a retificação de superfícies que necessitam ser auto-lubrificantes, já que partículas abrasivas podem ficar retidas nos poros diminuindo acentuadamente a vida do equipamento. Se essa operação for absolutamente necessária, deve-se proceder a uma limpeza ultra sônica posterior. Os líquidos refrigerantes usados devem estar bem limpos e conter inibidores de corrosão. Placa magnéticas, normalmente utilizadas em retificas planas não funcionam adequadamente para peças ferrosas de baixa densidade. REBARBAÇÃO A rebarbação é feita pelos métodos usuais, tomando-se, entretanto, determinadas precauções: deve-se adicionar inibidores de corrosão a água e, após o tamboreamento as peças devem ser imediatamente secas. Pode-se utilizar calor para acelerar a evaporação da água contida nos poros das peças. 4.16 - PEÇAS SINTERIZADAS A metalurgia do pó permite a produção seriada de peças simples ou complexas com a mesma facilidade. Normalmente, a produção de peças sinterizadas está associada a altos volumes de produção, quando então o custo do ferramental é diluído a valores que o tornem economicamente viável. A medida em que a geometria da peça se torna mais complexa, entretanto, pode-se trabalhar economicamente com lotes mais baixos, pois muitos custos de usinagem são eliminados ou grandemente reduzidos.
4.17 - FILTROS Uma das primeiras aplicações práticas da técnica da metalurgia do pó é a fabricação de filtros sinterizados. Esses elementos filtrantes são superposições de monocamadas de partículas esféricas ou arredondadas de pós metálicos. Esta superposição resulta em malhas que se interceptam e constituem os poros. O volume de poros nestes filtros pode representar até 60% do volume total.
APLICAÇÕES
Os filtros sinterizados encontram ampla gama de emprego nas atividades industriais onde se requeiram resistências mecânicas, química e a temperaturas elevadas. Entre essas aplicações, podem-se citar: filtração de gases a líquidos; filtração de óleos combustíveis e minerais; filtração de água e ar; separação de água de ar comprimido; abafadores de ruído; estrangulamento de líquidos e gases; contra-chamas; difusores. PROPRIEDADES DE RETENÇÃO Os filtros de bronze, sinterizados apresentam características físicas bastante definidas em função do tamanho médio das partículas de pó.
5. Esterificação
Entre os compostos encontrados na natureza, os ésteres estão entre os mais comuns. Estes compostos comumente estão associados ao odor agradável exalado por flores e frutos. Por exemplo, quando tomamos um sorvete de abacaxi, comumente no seu preparo utiliza-se uma essência sintética que dá o gosto de abacaxi. Também podemos encontrar os ésteres na gordura animal e nos óleos vegetais (os triglicerídeos). A reação de esterificação é um processo reversível, obtendo como produto principal um éster específico. Entre os diversos métodos que podem ser utilizados para sintetizar os ésteres, um bom exemplo é a reação de esterificação de Fischer (1895), na qual, sob aquecimento, um ácido carboxílico reage com um álcool (produzindo éster e água). Esta reação, quando processada em temperatura ambiente, é lenta, mas pode ser acelerada com o emprego de aquecimento e/ ou catalisador (exemplo, o ácido sulfúrico H 2 SO 4 ).
Conforme esquema global da reação, em um dado tempo, os produtos e reagentes entram em equilíbrio químico e, nesse momento, as velocidades das reações de formação dos produtos e de formação dos reagentes se mantêm constantes. O emprego de um catalisador e/ou o aumento da temperatura se tornam úteis para que o equilíbrio seja estabelecido mais rapidamente.
No entanto, o éster obtido pode reagir com a água (reação de hidrólise), gerando novamente ácido carboxílico e álcool; porém, a reação inversa é mais lenta. A hidrólise do éster em meio básico é denominada saponificação - do latim, sapo = sabão.
A atenção dada aos ésteres orgânicos decorre de estas substâncias despertarem grande interesse por causa de sua importância industrial, especialmente nas atividades que envolvem emprego de solventes, vernizes, resinas, plastificantes, polímeros, intermediários para a indústria farmacêutica, fragrâncias e essências sintéticas.
Pode-se citar como exemplos o acetato de isopentila (empregado como essência de banana), acetato de benzila (utilizado como essência de jasmim), pentanoato de isopentila (essência de maçã), acetato de etila (empregado com solvente em diversos materiais) e acetato de butila (solvente encontrado no esmalte):
Reação de transesterificação A reação de transesterificação é uma reação química que pode ocorrer entre um éster e um álcool ou entre um éster e um ácido, sempre tendo a formação de um novo éster. Na atualidade, a reação de transesterificação de óleos vegetais ou gordura animal (triglicerídeos) com alcoóis vem despertando muito interesse, sendo que o principal produto da reação (éster) possui propriedades similares às do diesel de petróleo, podendo ser utilizado puro ou adicionado ao diesel fóssil, comumente conhecido como biodiesel. Neste contexto, "bio" significa ser produzido por fontes renováveis de energia de biomassa - óleo de soja, mamona, dendê, girassol, canola - e poder incluir no processo o etanol, que no Brasil é obtido via processo de fermentação do caldo de cana-de-açúcar.
Para o Brasil, a produção do biodiesel é vantajosa em função da possibilidade do cultivo de oleaginosas (plantas que servem de fonte para a obtenção de óleos) sem afetar a produção e oferta de alimentos. O que é assegurado, em parte, pela dimensão continental do território brasileiro:
A reação de neutralização surge da mistura de um ácido e uma base e origina como produto um sal. Mas o que exatamente está presente nessas espécies químicas que faz com que um neutralize o outro? O segredo está nos íons presentes: H+ e OH-. Para que ocorra a neutralização total do ácido e da base é preciso que a quantidade de íons OH- seja igual à quantidade de íons H+, o que pode ser verificado na equação que representa o processo:
1 H+^ + 1 OH -^ → 1 H 2 O
A formação de Cloreto de Sódio (NaCl), nosso conhecido sal de cozinha, é um exemplo clássico de reação de neutralização, acompanhe os passos necessários para que ela ocorra:
1. Primeiramente é preciso que se formem os íons que irão participar da reação, eles são provenientes de um ácido (HCl) e uma base (NaOH):
HCl → H+^ + Cl- NaOH → Na+^ + OH- A dissociação das moléculas de HCl e NaOH produzem ânions (Cl- e OH-) e cátions (H+ e Na+).
2. A junção entre os íons acima é que vai originar Cloreto de sódio. H +^ Cl-^ + Na +^ OH-^ → NaCl + H 2 O
Produtos da reação de neutralização: NaCl + H 2 O
Podemos acompanhar um exemplo prático da reação de neutralização em nosso cotidiano: no preparo de uma simples limonada. Sabemos que o limão possui acidez, pois nele está presente o ácido cítrico, o que fazer então para amenizar o gosto acre no suco desta fruta? É preciso acrescentar uma base, neste caso é comum o uso de Bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) para neutralizar a ação do ácido e deixar a limonada mais saborosa. Agora você já sabe como aplicar o conteúdo aqui exposto em situações de seu dia a dia? Por exemplo, como deixar a salada de verduras com um gostinho picante? É só acrescentar vinagre (ácido acético). Qual o segredo de um molho de tomate menos ácido? O acréscimo de leite proporciona um aspecto mais suave nesse condimento.
A todo o momento realizamos reações de neutralização em nosso próprio corpo e nem nos
damos conta disso. Por exemplo, você fez uso de algum tipo de desodorante hoje? Então, você
neutralizou seus odores através da adição de uma base.
Definição de base: toda substância que, quando sofre dissociação, libera o ânion OH-
(hidróxido) como produto.
Os ácidos carboxílicos são os responsáveis pelos desagradáveis odores que exalamos após um
dia quente. Substâncias de caráter básico presentes em produtos para axilas se encarregam de
neutralizar a ação dos íons H+ provenientes dos ácidos.
Definição de ácido: toda substância que, quando sofre ionização, libera o cátion H+ como
produto.
É por isso que algumas pessoas fazem uso do leite de magnésia nas axilas para combater o
cheiro desagradável de suor. Esta base de fórmula MgOH 2 neutraliza a acidez no local.
E quem nunca sentiu aquela incômoda sensação de acidez estomacal, a chamada azia, pois ela
se explica pela ação do ácido clorídrico (HCl) presente no estômago. Após a ingestão de
alimentos calóricos, o nosso organismo se vê obrigado a liberar mais quantidade de HCl para
auxiliar na digestão pesada.
E o que acontece quando ingerimos um antiácido estomacal? O princípio ativo desse
medicamento nada mais é que do que a base Mg (OH) 2 – hidróxido de magnésio. Ela tem a função de neutralizar o meio ácido de seu estômago, daí o alívio imediato. Os íons OH- responsáveis por esse efeito são provenientes da dissociação da base Mg (OH) 2.
Reações de neutralização segundo a teoria de Arrhenius
É preciso considerar algumas informações sobre a reação de um ácido com uma base. Vejamos:
- Os ácidos covalentes que estão ionizados, conseqüentemente estão em solução aquosa, logo em uma reação de neutralização o HCl, irá aparecer da seguinte maneira: vejamos:
H +^ Cl-
- As bases em solução aquosa ficam dissociadas, e são consideradas compostos iônicos, logo em uma reação o NaOH irá aparecer da seguinte maneira:
Na+^ e OH-
- Os sais, compostos iônicos na presença de soluções aquosas fica dissociado, logo em uma reação o NaCl irá aparecer da seguinte maneira:
Na+^ e Cl-
Observe abaixo a equação da reação de HCl e NaOH, considerando as informações anteriores:
H +^ (aq) + Cl-(aq) + Na +^ (aq) + OH-^ (aq) → Na+^ (aq) + Cl - (aq) + H 2 O(l)
De forma mais simplificada:
Vejamos agora outro exemplo com outra reação:
H 2 SO 4 + KOH → KHSO 4 + H 2 O
H +^ + HSO-4 + K +^ + OH -^ → K+^ + HSO-4^ + H 2 O
H +^ + OH -^ → H 2 O
Agora observe a mesma reação, com a equação global, ou seja, a soma do H 2 SO 4 :
O exemplo acima demonstra a formação de um sal de sódio. Os sabões constituídos por sais de sódio (Na+) e de potássio (K+) são solúveis. Em contrapartida, os sais de cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+), formados a partir da reação do lipídeo com Ca(OH) 2 e Mg(OH) 2 , respectivamente, são insolúveis e precipitam. A precipitação é muito útil no processo de purificação dos sabões e também pode ser feita por adição de ácido forte (como o HCl) ou NaCl.
7.2Qual é a importância dos sabões para a nossa vida diária??
Se observarmos bem molécula de uma sabão, veremos que ela é constituída por duas porções que apresentam características distintas:
Por ser formada por íons, a extremidade carboxílica do sabão é altamente polar e, por esse motivo, tende a se dissolver em água. Podemos dizer que essa porção da molécula possui caráter hidrofílico (que significa ávido por água ). Em contrapartida, a longa cadeia carbônica (a unidade -CH 2 se repete 14 vezes!!!) apresenta acentuado caráter apolar, sendo denominada porção hidrofóbica da molécula (hidrofóbico significa "avesso" à água ). A essas moléculas, que apresentam caráter hidrofílico e hidrofóbico, polar e apolar, ao mesmo tempo, dá-se o nome de anfóteras. Elas podem ser representadas da seguinte forma:
Quando um sabão entra em contato com a água, as porções hidrofóbicas de suas moléculas assumem uma conformação que as protege do contato com as moléculas de água (altamente polares). A essa conformação dá-se o nome de MICELA. As moléculas que apresentam caráter anfótero, então, podem interagir simultaneamente com a água e com substâncias de caráter hidrofóbico, como as gorduras e os óleos.
PARA PENSAR: Com a ajuda das moléculas anfóteras, é possível unir água e óleo numa mistura homogênea??
7. 3 Procedimento Experimental 7. 3.1. Material
Parte I: Reação de Saponificação
a) Reagentes e soluções
- óleo de soja
- solução alcoólica de NaOH 10% *
- água destilada
b) Vidraria e instrumental
- béquer de 50 mL
- pipeta de 2 mL
- pipeta de 10 mL
- proveta de 25 mL
Preparo da solução alcoólica de NaOH a 10%: dissolver 100g de NaOH em uma quantidade mínima
de água destilada. Em seguida, adicionar etanol (CH3CH2OH) 95% até completar o volume de 100ml.
7.3.2 Formação de sabão insolúvel
a) Reagentes e soluções
- solução de sabão preparada na parte I
- solução de cloreto de sódio 35% (NaCl 35%)
- solução de cloreto de cálcio 10% (CaCl2 10%)
- ácido clorídrico 0,1N (HCl 0,1N)
b) Vidraria e instrumental
- 03 tubos de ensaio
- pipeta de 2 mL
- conta-gotas ou pipeta Pasteur
7.3.3: Estabilização de uma emulsão
a) Reagentes e soluções
- óleo de soja
- solução de sabão preparada na parte I
- água destilada
b) Vidraria e instrumental
- 02 tubos de ensaio
- pipeta de 1 mL
- pipeta de 10 mL
b) Procedimento Parte I: Reação de Saponificação
- Colocar,em um béquer de aproximadamente 70ml, 2 ml de óleo de soja;
- adicionar 10 ml da solução de NaOH 10%;
- aquecer em banho a 80oC até que a fase líquida desapareça e seja formada uma camada levemente endurecida;
- acrescentar 20ml de água destilada e agitar até a completa dissolução do sabão (talvez seja preciso aquecer levemente a mistura).
- observe e anote os resultados.
Parte II: Formação de sabão insolúvel
- Numerar três tubos de ensaio e proceder de acordo com a tabela abaixo:
TUBO 1 TUBO 2 TUBO 3 solução de sabão*
2 ml 2 ml 2 ml
solução de NaCl
5 gotas - -
solução de HCl
