Sumário - BFS Bureau Digital _1o EM TL1 Q1.pdf · Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar...
Transcript of Sumário - BFS Bureau Digital _1o EM TL1 Q1.pdf · Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar...
Química
Frente 1Capítulo 1: A matéria 112
Frente 2Capítulo 1: Modelos atômicos 122
Capítulo 2: Estudando o átomo 130
Capítulo 3: Os elétrons 136
Sumário
112
©
GIN
O C
RE
SCO
LI | DR
EA
MST
IME
.CO
M, M
AIK
SPO
HN
| DR
EA
MST
IME
.CO
M
QUÍMICA
A matéria
frente 1
113
A matériaCapítulo 1
1. A matéria
1.1. Alguns conceitos úteis
Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço. A matéria pode ser visível ou não: vários gases, como O2, N2, CO2 ou o ar que respiramos não são visíveis, mas são matéria. A ausência de matéria é o vácuo. As propriedades que a matéria apresenta podem ser divididas em propriedades gerais e propriedades específi cas.
Propriedades gerais – São características que por si só não permitem identifi car um determinado material, pois são comuns a todas as matérias.
Exemplos:
1. Impenetrabilidade: dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo.
2. Compressibilidade: a ação de uma força externa pode diminuir o volume ocupado por um conjunto de partículas.
3. Divisibilidade: é possível dividir a matéria em porções menores, sem que haja mudança na sua composição.
400
300
200
100
400
300
500 cm3 500 cm3
Uma pedra passa a ocupar o espaço da água quando colocada em um volume de água.
Tapando-se o orifí cio de uma seringa, é possível diminuir o volume do ar dentro dela aplicando uma força sobre o êmbolo.
4. Indestrutibilidade: não é possível destruir a maté-ria; apenas transformá-la.
© VKOLETIC | DREAMSTIME.COM
Um martelo esmagando uma pedra
O petróleo é formado a partir da decomposição da matéria orgânica por milhares de anos
©
SOFIAW
OR
LD | D
RE
AM
STIM
E.C
OM
114
5. Inércia: o estado de movimento ou de repouso de um corpo tende a se manter inal-terado, a menos que seja submetido a uma força externa.
Propriedades específi cas – São as características próprias de cada material. Um determinado conjunto delas pode ser sufi ciente para se defi nir um material em particular. Tais propriedades podem ser:
• organolépticas: ligadas aos sentidos, como a cor ou o sabor;• fí sicas: densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição;• químicas: relativas às transformações químicas que podem sofrer.
© SERBAN ENACHE | DREAMSTIME.COM
Barcos e navios fl utuam na água porque a densidade deles é menor que a da água.
2. Ponto de fusão: é a temperatura na qual uma subs-tância passa do estado sólido para o líquido.
3. Ponto de ebulição: é a temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o gasoso.
© MATTIAATH | DREAMSTIME.COM
A 1 atm, o gelo sofre ebulição a 100 oC.
As propriedades da matéria ainda podem ser classifi cadas em intensivas (não dependem da quantidade de material), como densidade, ou extensivas (dependem da quantidade de material), como a massa ou o volume. As propriedades detectadas pelos sentidos, como cor ou gosto, são denominadas organolépticas.
Exemplos:
1. Densidade: relação entre a massa e o volume de um corpo, d=m ⁄ V.
Quando estamos em um automóvel que é freado bruscamente, temos a sensação de sermos arremessados para a frente, devido à inércia.
A 1 atm, o gelo sofre fusão a 0 oC.
©
MC
ECH
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
115
1.2. Estados fí sicos da matéria
Dividimos a matéria em três estados fí sicos: sólido, líquido e gasoso. As diferenças desses estados podem ser entendidas considerando-se o nível de agregação das partículas e analisando-se a sua forma e o seu volume.
Sólido – Possui forma e volume defi nidos e as partí-culas que constituem este estado encontram-se forte-mente agregadas.
Líquido – Possui volume defi nido, mas forma inde-fi nida e as partículas que constituem este estado encontram-se moderadamente agregadas.
Gasoso – Possui forma e volume indefi nidos e as partículas que constituem este estado encontram-se desagregadas.
Agora, vamos estudar as mudanças que ocorrem entre os estados fí sicos explicados acima. Observe o diagrama a seguir, o qual indica todas as mudanças de estados fí sicos possíveis:
Fusão
Solidificação
Sublimação
Sublimação
Vaporização
Liquefação(condensação)
Sólido Líquido Gasoso
O processo de vaporização pode ocorrer de três formas distintas:
• Evaporação – Processo lento, que ocorre em qualquer temperatura.
• Ebulição – Processo vigoroso, que ocorre na temperatura de ebulição do líquido.
• Calefação – Processo que envolve mudança de estado brusca e instantânea. Ocorre quando um líquido tem sua temperatura elevada repentina-mente, como água em contato com uma chapa de metal aquecida.
As transformações de estado podem ser classifi ca-das em:
• Endotérmicas – Absorvem calor para ocorrer. São endotérmicas a fusão, a ebulição e a sublimação.
• Exotérmicas – Liberam calor para ocorrer. São exotérmicas a condensação, a solidifi cação e a sublimação.
©
DAV
ID K
OSC
HEC
K, D
IO50
50, P
OLI
NA
RYA
ZA
NT
SEVA
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
116
1.3. Um pouco mais sobre densidade
Densidade ou massa específi ca é uma proprie-dade específi ca da matéria muito importante no estudo tanto da química como da fí sica. Trata-se da razão massa pelo volume, ou seja:
d =mV
A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais uti-lizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama por mililitro (g/mL).
A densidade de uma substância depende da tem-peratura. A tabela a seguir mostra a densidade de alguns materiais:
Material Densidade (g/cm3)Água 1,00Ferro 7,86
Carvão 0,57
O carvão flutua na água porser menos denso do que ela.
O ferro afunda na águapor ser mais denso do que ela.
2. Substância e mistura
Neste tópico, vamos aprender a diferença entre substância e mistura e como classifi cá-las.
Substância pura – É toda matéria formada por um único componente (átomo ou molécula) e, por isso, possui fórmula defi nida.
Água - H2O
Oxigênio - O2 Etanol - C2H5OH Nitrogênio – N2
Ferro - Fe
As substâncias puras podem ser classifi cadas da seguinte forma:
• Substância pura simples – É aquela consti-tuída de um único elemento. As substâncias simples não sofrem decomposição, transformando-se em outros compostos. Exemplos:
Ferro - Fe Enxofre - S8
Ozônio - O3
• Substância pura composta – É aquela formada por dois ou mais elementos. Podem sofrer decom-posição, transformando-se em novas substâncias. Exemplos:
Água - H2OEtanol - C2H5OH
Dióxido decarbono - CO2
Glicose - C6H12O6
Mistura – É toda matéria formada por dois ou mais componentes, ou seja, possui no mínimo duas moléculas (ou substâncias iônicas) misturadas, mas não ligadas quimicamente entre si. Exemplos:
20% O2
80% N2
96% etanol
H2O
Íon Na+
Íon Cl–
4% H2O
Aratmosférico
Álcool 96°GL
Água doMar
117117
2.1. Gráfi cos de mudança de estado fí sico
Pode-se distinguir uma mistura de uma substância pura analisando-se o seu comportamento na mudança de estado e confeccionando-se um gráfi co (temperatura x tempo) de mudança de estado (aquecimento ou res-friamento). Este foi um dos primeiros métodos experimentais desenvolvidos para defi nir se um material é substância pura ou mistura.
Substância pura – Características: temperaturas de fusão e de ebulição constantes.Exemplo: H2O
T (°C)
T ebulição
T fusão
Substância Pura
Fusão
Ebulição
L + G
G
L
S + L
S
t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)
Mistura comum – Características: temperaturas de fusão e de ebulição variáveis.Exemplo: H2O + Sal (NaCl)
T (°C)
ebulição
fusão
Mistura comum
Fusão
Ebulição
L + G
G
L
S + L
S
t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)
Mistura eutética – Características: temperatura de fusão constante e temperatura de ebulição variável.Exemplo: liga metálica constituída por 60% de cádmio e 40% de bismuto.
T (°C)
ebulição
fusão
Mistura Eutética
Fusão
Ebulição
L + G
G
L
S + L
S
t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)
118
Mistura azeotrópica – Características: temperatura de fusão variável e temperatura de ebulição constante.Exemplo: álcool 96 ºGL (96% álcool e 4% água).
T (°C)
ebulição
fusão
Mistura Azeotrópica
Fusão
Ebulição
L + G
G
L
S + L
S
t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)
3. Tipos de substâncias puras e de misturas
3.1. Sistema
Um sistema é uma porção limitada da matéria a ser estudada; é sinônimo de material. Não se deve confundir com mistura, pois o sistema pode ser tanto uma substância pura quanto uma mistura:
Um recipiente contendo água e alguns cubos de gelo (substância pura, apenas H2O) é um exemplo de sistema.
Uma amostra de granito (mistura de três diferentes minerais) é um exemplo de sistema.
3.2. Classifi cação dos sistemas
Os sistemas podem ser classifi cados como homo-gêneos ou heterogêneos:
Sistema homogêneo – Apresenta aspectos fí sicos e químicos uniformes em toda a sua extensão, mesmo quando a amostra é analisada através de microscó-pio. Exemplos:
Água mineral Álcool hidratado
Sistema heterogêneo – Possui duas ou mais fases distintas e não apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja exa-minado. Exemplos:
Água (H2O líquido) e gelo (H2O sólido)
Água e óleo
©
PH
OTO
WIT
CH
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
GE
RG
O K
AZ
SIM
ER
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
BO
RA
UC
AK
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
BO
RA
UC
AK
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
ILK
A-E
RIK
A S
ZA
SZ-F
AB
IAN
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
VU
DH
IKR
AI S
OVA
NN
AK
RA
N |
DR
EA
MST
IME
.CO
M
119
Sistem isoladoNão troca matéria nem
energia com meio
Sistema fechadoTroca energia com o meio, mas não troca
matéria
Sistema abertoTroca de matéria e energia com o meio
Os sistemas também podem ser classifi cados quanto ao número de fases. As fases são diferentes porções da matéria e suas propriedades fí sicas e quí-micas distintas são delimitadas por superfí cies de separação. Abaixo, são mostrados um sistema mono-fásico e um bifásico, mas existem sistemas trifásicos e polifásicos (4 ou mais fases).
Sistema monofásico 1 fase
Sistema bifásico 2 fase
Ainda, pode-se classifi car os sistemas quanto à sua relação com o meio que os cerca, como mostrado nos exemplos a seguir:
Agora, podemos classifi car as misturas como homogêneas ou heterogêneas. Veja alguns exem-plos abaixo:
Mistura homogênea
Mistura heterogênea
©
MA
RIO
BO
NO
TTO
| DR
EA
MST
IME
.CO
M
©
SUR
| DR
EA
MST
IME
.CO
M
©
ALE
KSE
YPAT
SYU
K |
DR
EA
MST
IME
.CO
M
©
PH
OTO
WIT
CH
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
GE
RG
O K
AZ
SIM
ER
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
GE
RG
O K
AZ
SIM
ER
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
ILK
A-E
RIK
A S
ZA
SZ-F
AB
IAN
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©V
UD
HIK
RA
I SO
VAN
NA
KR
AN
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
©
VU
DH
IKR
AI S
OVA
NN
AK
RA
N |
DR
EA
MST
IME
.CO
M
©
VU
DH
IKR
AI S
OVA
NN
AK
RA
N |
DR
EA
MST
IME
.CO
M
©
ILK
A-E
RIK
A S
ZA
SZ-F
AB
IAN
| D
RE
AM
STIM
E.C
OM
120
Toda mistura gasosa é homogênea, independente-mente da natureza dos gases que a compõem ou da proporção deles.
A seguir é apresentado um quadro sinótico mos-trando a relação entre sistema, substância pura e mistura:
Sistemas
Simples (umúnico elemento)
Composta (doisou mais
elementos)
Homogênea(uma fase)
Heterogênea(duas ou
mais fases)
Substância pura
Mistura
3.3. Alotropia
Alotropia é a propriedade de um determinado ele-mento químico poder formar duas ou mais substân-cias simples diferentes. Essas substâncias são cha-madas alótropos e apresentam diferenças em suas estruturas moleculares, seja na atomicidade (quanti-dade de átomos por molécula), seja no arranjo mole-cular. Os alótropos apresentam propriedades físico-químicas diferentes. Podem-se citar alguns elemen-tos que apresentam alotropia:
Oxigênio
O2Gás oxigênioIncolor e inodoro
O3Ozônio
Levemente azulado epossui cheiro característico
Apresenta os alótropos o oxigênio (O2) e o ozô-nio (O3), que possuem diferentes atomicidades.
GrafiteÁtomos arranjadosem camadas planas
DiamanteArranjo tetraédrico
FulerenoArranjo especialformando uma
estrutura fechada
Carbono
O grafite apresenta os átomos arranjados
em camadas planas (formadas por
hexágonos) sobrepos-tas e que podem
deslizar uma sobre as outras. O grafite é macio e por isso é
utilizado como lubrificante, além de
conduzir corrente elétrica.
Apresenta os alótropos grafite, diamante e fulereno, que possuem diferentes arranjos moleculares.
Enxofre
EnxofreRômbico
EnxofreMonoclínico
O enxofre tem fórmula S8 e existe nas formas estruturais rômbica e monoclínica.
Fósforo brancoP4
Fósforo vermelhoPn
... ...
Fósforo
Possui os alótropos fósforo branco (P4), muito reativo se exposto ao ar, e fósforo vermelho (Pn), menos reativo.