metais, ambiente e vida

Química Aplicada

metais, ambiente e vida

Ana Carolina Nº1 ; Maria Lima Nº23

ÍNDICE

Metais, ambiente e vida

Introdução

Metais em complexos

Metais essenciais ao organismo

Metais pesados tóxicos

Conclusão

INTRODUÇÃO

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Introdução

• Os metais em complexos são fundamentais na química e na biologia.

• Formam-se quando um ião metálico se liga a ligantes, originando estruturas estáveis com funções específicas.

• No organismo humano, metais como ferro, cobre, zinco e magnésio atuam sob a forma de complexos, permitindo o transporte de oxigénio, a atividade enzimática, a defesa imunológica e a produção de energia.

• Estes complexos explicam o funcionamento de proteínas como a hemoglobina e várias aplicações médicas, demonstrando a forte ligação entre química e a vida

Metais Em complexos

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METAIS, O QUE SÃO?

• Apresentam tendência a perder eletrões e formar catiões, característica relacionada com a sua baixa energia de ionização e a presença de poucos eletrões na camada de valência.

• Os mais importantes para a química dos complexos são os metais de transição, como o Ferro, o Cobre e o Cobalto, pois possuem orbitais d parcialmente preenchidas.

• Estas orbitais permitem diferentes estados de oxidação e a capacidade de receber pares de eletrões de outras espécies químicas.

METAIS em Complexos

• Quando um catião metálico interage com moléculas ou iões que possuem pares de eletrões livres, formam-se complexos ou compostos de coordenação.
• Nessa interação, o metal atua como ácido de Lewis, aceitando pares de eletrões, enquanto os ligandos atuam como bases de Lewis, doando esses eletrões por ligações coordenadas (dativas).
• A estrutura resultante depende do nº de ligandos ligados ao metal, chamado número de coordenação , e pode apresentar geometrias linear tetraédrica, quadrado-planar ou octaédrica.
• A compreensão moderna dessas estruturas foi proposta por Alfred Werner, que demonstrou que os ligandos ocupam posições definidas ao redor do metal central.

tIPO DE LIGAÇÕES DOS LIGANDOS

Ligandos POLIdentados (QUELANTES)

Ligandos monodentados

Ligandos BIdentados

Apresentam dois átomos doadores capazes de se ligar ao mesmo metal ao mesmo tempo, formando duas ligações coordenadas. Geralmente originam estruturas em anel no complexo.

Possuem três ou mais átomos doadores que podem se ligar simultaneamente ao metal. Quanto maior o número de pontos de ligação, maior tende a ser a estabilidade do complexo.

Possuem apenas um átomo doador que se liga ao metal central, formando uma única ligação coordenada. Exemplos comuns são H₂O, NH₃ e Cl⁻.

coR DOS METAIS Complexos

• Quando a luz branca incide sobre o complexo, parte dessa luz pode ser absorvida para promover eletrões de um nível de energia mais baixo para um mais alto dentro dos orbitais d (a diferença de energia das orbitais d degeneradas (ΔE) corresponde a transições na região da luz visível). A energia absorvida corresponde a um determinado comprimento de onda da luz visível. A cor que observamos é a cor complementar àquela que foi absorvida. Por exemplo, se um complexo absorve luz na região do vermelho, ele poderá apresentar cor esverdeada.

cor dos METAIS Complexos

• Além das transições d-d, em alguns complexos também podem ocorrer transições de transferência de carga, que envolvem a movimentação de eletrões entre o metal e os ligantes. Essas transições geralmente produzem cores mais intensas do que as transições d-d. Por isso, muitos complexos de metais de transição apresentam cores vivas e variadas, sendo amplamente estudados em química inorgânica e aplicados em áreas como pigmentos, catalisadores e materiais eletrónicos.

Aplicações dos metais

medicina

iNDústria

mETALURGIA

química

Metais essenciais ao organismo

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metais essenciais ao organismo

• Participam diretamente em reações bioquímicas fundamentais.

• Funcionam como:

• Cofatores enzimáticos;

• Componentes estruturais de proteínas;

• Reguladores de processos metabólicos;

• São necessários em baixas concentrações (oligoelementos);

• Em excesso, podem provocar toxicidade devido ao stress oxidativo.

oS METAIS NO ORGANISMO HUMANO

• Mg
• Ca
• Fe
• Zn

Metais pesados tóxicos

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Metais pesados tóxicos

• Não têm função biológica essencial;

• São tóxicos mesmo em pequenas concentrações;

• Não são biodegradáveis;

• Acumulam-se nos organismos (bioacumulação);

• Aumentam ao longo da cadeia alimentar (bioampliação);

• Afetam plantas, animais e humanos.

OS METAIS PESADOS, TÓXICOS E PERIGOSOS PARA OS SERES VIVOS

• Cd
• Hg
• Pb

Bioacumulação

Acumulação progressiva de metais num organismo ao longo do tempo.

Biomagnificação

Aumento da concentração de metais ao longo da cadeia alimentar.

TRELAB

• Fundado em 1999, o TRELAB é um núcleo de investigação do Departamento de Engenharia Química que se ocupa da recolha e do tratamento dos resíduos laboratoriais.

• Assente na filosofia de “resíduo trata resíduo”, o TRELAB já recolheu cerca de 11.000 litros de resíduos laboratoriais ao longo da última década, tendo tratado com sucesso 7.000 litros.

'Everything is connected to everything else.'

Barry Commoner (ecologista)

(“Tudo está ligado a tudo o resto.”) - Bioampliação

Diferenças fundamentais

Metais essenciais vs metais pesados

CONCLUSÃO

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Conclusão

• Os metais são fundamentais para a vida quando presentes em concentrações adequadas.

• No entanto, a exposição a metais pesados pode comprometer a saúde humana e os ecossistemas, devido à sua persistência ambiental, capacidade de bioacumulação e efeitos tóxicos ao nível celular.

O equilíbrio químico no organismo é determinante para a manutenção da homeostasia.

WEBGRAFIA

• https://www.fq.pt/images/alunos/12/12ano-Q-1-3-1-metais-e-ioes-complexos.pdf;

• https://apambiente.pt/ar-e-ruido/metais-pesados;

• https://www.infopedia.pt/artigos/$complexo-(quimica);

• https://docente.ifsc.edu.br/michael.nunes/MaterialDidatico/Processos%20Qu%C3%ADmicos/Qu%C3%ADmica%20Inorg%C3%A2nica/complexos.pdf.

Obrigada!

• A intensidade e o tipo de cor dependem do metal central, do seu estado de oxidação, dos ligantes e da geometria do complexo.
• Ligantes diferentes causam diferentes níveis de desdobramento dos orbitais d, conforme a série espectroquímica.
• Quanto maior esse desdobramento, maior a energia da luz absorvida, alterando a cor observada.

• Danos renais

• Desmineralização óssea

• Potencial carcinogénico

Fontes: indústria, fertilizantes, fumo do tabaco

Efeitos

Metalurgia

Na metalurgia, a formação de complexos permite extrair metais de minérios de forma mais eficiente. Por exemplo, na extração de ouro e prata utiliza-se cianeto, que forma complexos solúveis com estes metais. Isto possibilita dissolvê-los seletivamente da rocha e recuperar uma quantidade maior de metal do que seria possível por métodos simples de separação física.

EDTA

O EDTA é um exemplo muito importante de ligando polidentado (quelante), capaz de se ligar ao mesmo ião metálico através de vários átomos doadores, formando complexos extremamente estáveis. Esta propriedade explica as suas várias utilizações. Na agricultura, sais como Fe-EDTA fornecem ferro às plantas numa forma solúvel em água e facilmente absorvível pelas raízes, evitando a precipitação do metal no solo. Na conservação de alimentos, o EDTA liga-se a iões metálicos como ferro ou cobre que catalisam reações de oxidação, atrasando a deterioração e prolongando a vida útil dos produtos. Nos produtos de limpeza, atua capturando iões cálcio e magnésio da água dura, impedindo a formação de depósitos calcários e melhorando a eficácia dos detergentes.

• Estabiliza o ATP (energia celular)
• Regula impulsos nervosos
• Essencial para contração e relaxamento muscular
• Atua na síntese proteica

Função Biológica

• Cãibras
• Irritabilidade neuromuscular

Fadiga

Défice

Excesso

• Hipermagnesemia, expressa em:
• Hipotensão
• Fraqueza muscular
• Diminuição dos reflexos
• Emcasos graves - paragem respiratória

• Componente da hemoglobina e mioglobina
• Transporte de oxigénio para os tecidos
• Participa na respiração celular (cadeia transportadora de eletrões)

Função Biológica

• Anemia ferropénica
• Fadiga, palidez, fraqueza

Défice

Excesso

• Hemocromatose
• Danos hepáticos por acumulação

• Danos neurológicos

• Problemas motores

• Alterações cognitivas

• Atravessa a placenta

Acumula-se na cadeia alimentar aquática

Efeitos

• Neurotóxico

• Interfere com o desenvolvimento cerebral

• Afeta aprendizagem e memória

• Pode causar anemia

Crianças são mais vulneráveis

Efeitos

• Cofator de mais de 300 enzimas
• Participa na síntese de DNA
• Essencial para crescimento e imunidade
• Regulação hormonal

Função Biológica

• Baixa imunidade
• Atraso no crescimento
• Problemas dermatológicos

Défice

Excesso

• Náuseas e vómitos
• Interfere na absorção de cobre
• Pode causar défice secundário de cobre
• Alterações no sistema imunitário

Medicina

Na medicina, alguns complexos metálicos funcionam como fármacos. Um exemplo é a cisplatina, um complexo de platina que entra nas células tumorais e se liga ao DNA, impedindo a sua replicação e levando à morte das células cancerígenas, embora possa causar efeitos secundários, sobretudo nos rins. Também existem aplicações na chamada terapia de quelação, onde ligandos capazes de formar complexos estáveis são usados para remover metais tóxicos do organismo.

• Mineralização óssea
• Contração muscular
• Coagulação sanguínea
• Transmissão de sinais celulares

Função Biológica

• Osteoporose
• Fragilidade óssea

Défice

Excesso

• Hipercalcemia, expressa em:
• Cálculos renais
• Calcificação de tecidos
• Alterações cardíacas
• Confusão mental

Indústria

Na indústria e tecnologia de materiais, certos complexos metálicos apresentam propriedades óticas específicas. Complexos de európio são usados em materiais luminescentes, como ecrãs e lâmpadas fluorescentes, porque emitem luz vermelha intensa quando excitados. Complexos de európio e térbio também são aplicados em pigmentos e tintas especiais, explorando as suas cores características e estabilidade.

Número de coordenação:

O número de coordenação corresponde à quantidade de átomos doadores ligados diretamente ao metal central. É importante destacar que não se trata do número de ligantes, mas do número total de ligações coordenadas ao metal. Por exemplo, no complexo [Fe(CN)₆]³⁻, o ferro está ligado a seis átomos de carbono provenientes de seis íons cianeto, portanto o número de coordenação é 6. Já no complexo [Co(en)₃]³⁺, cada molécula de etilenodiamina (en) liga-se ao metal por dois átomos, totalizando seis ligações, o que também resulta em número de coordenação 6.