Sumário - Grupo A
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Sumário Química: O estudo da transformação 1.1 1.2 1.3 Química: uma ciência para o século XXI O estudo da química 2 O método científico 4 2 QUÍMICA EM AÇÃO O hélio primordial e a teoria do Big Bang 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 10 17 Trabalhando com números 18 Análise dimensional na resolução de problemas 23 Resolução de problemas reais: informações, suposições e simplificações 27 Equações-chave 28 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 29 Questões e problemas 29 29 MISTÉRIO QUÍMICO O desaparecimento dos dinossauros Átomos, moléculas e íons 2.1 2.2 2.3 2.4 6 Classificação da matéria 6 Os três estados da matéria 9 Propriedades físicas e químicas da matéria Medição 12 QUÍMICA EM AÇÃO A importância das unidades 1 36 38 Teoria atômica 39 Estrutura do átomo 40 Número atômico, número de massa e isótopos A Tabela Periódica 47 46 QUÍMICA EM AÇÃO A distribuição dos elementos na Terra e nos sistemas vivos 2.5 2.6 2.7 2.8 Moléculas e íons 50 Fórmulas químicas 52 Nomenclatura de compostos 56 Introdução aos compostos orgânicos Equações-chave 67 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 67 Questões e problemas 68 Chang_Iniciais.indd xiii 49 65 67 17/05/13 16:48 xiv Sumário Relações de massas nas reações químicas 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Massa atômica 76 Número de Avogadro e massa molar de um elemento 77 Massa molecular 81 Espectrômetro de massa 84 Composição percentual dos compostos 85 Determinação experimental de fórmulas empíricas 88 Reações químicas e equações químicas 90 Quantidades de reagentes e produtos 95 Reagentes limitantes 99 Rendimento da reação 103 QUÍMICA EM AÇÃO Fertilizantes químicos 105 Equações-chave 106 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 107 Questões e problemas 107 106 Reações em solução aquosa 4.1 4.2 118 Propriedades gerais das soluções aquosas Reações de precipitação 121 QUÍMICA EM AÇÃO Uma indesejável reação de precipitação 4.3 4.4 75 Reações ácido-base 126 Reações de oxidação-redução 119 126 132 QUÍMICA EM AÇÃO Etilômetro 144 4.5 4.6 4.7 4.8 Concentração de soluções 145 Análise gravimétrica 149 Titulações ácido-base 151 Titulações redox 155 QUÍMICA EM AÇÃO Um metal extraído do mar Equações-chave 157 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 158 Questões e problemas 158 MISTÉRIO QUÍMICO Quem matou Napoleão? Chang_Iniciais.indd xiv 156 157 170 17/05/13 16:48 Sumário Gases 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 172 Substâncias que existem como gases 173 Pressão de um gás 174 Leis dos gases 178 Equação do gases ideais 184 Estequiometria com gases 193 Lei de Dalton das pressões parciais 195 QUÍMICA EM AÇÃO O mergulho e as leis dos gases 5.7 xv 200 Teoria cinética molecular dos gases 202 QUÍMICA EM AÇÃO Átomos superfrios 208 5.8 Desvios do comportamento ideal Equações-chave 213 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 214 Questões e problemas 215 MISTÉRIO QUÍMICO Na ausência de oxigênio Termoquímica 6.1 6.2 6.3 210 214 228 230 Natureza da energia e tipos de energia 231 Variações de energia em reações químicas 232 Introdução à termodinâmica 234 QUÍMICA EM AÇÃO Produzir neve e encher um pneu de bicicleta 6.4 6.5 Entalpia das reações químicas Calorimetria 246 240 240 QUÍMICA EM AÇÃO Células adiposas brancas, células adiposas marrons e uma cura potencial para a obesidade 250 6.6 Entalpia padrão de formação e de reação 254 QUÍMICA EM AÇÃO O método de defesa do besouro bombardeiro 6.7 Calores de solução e de diluição Equações-chave 263 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 263 Questões e problemas 264 257 260 263 MISTÉRIO QUÍMICO A explosão do pneu 274 Chang_Iniciais.indd xv 17/05/13 16:48 xvi Sumário Teoria quântica e estrutura eletrônica dos átomos 7.1 7.2 7.3 7.4 Da física clássica à teoria quântica 277 Efeito fotoelétrico 281 Teoria de Bohr do átomo de hidrogênio 284 Dualidade da natureza do elétron 289 QUÍMICA EM AÇÃO Laser – A luz esplendorosa 7.5 Mecânica quântica 290 293 QUÍMICA EM AÇÃO Microscopia eletrônica 7.6 7.7 7.8 7.9 276 294 Números quânticos 297 Orbitais atômicos 299 Configuração eletrônica 303 Princípio de preenchimento 310 QUÍMICA EM AÇÃO Pontos quânticos 314 Equações-chave 315 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 317 Questões e problemas 317 316 MISTÉRIO QUÍMICO A descoberta do hélio e o nascimento e a morte do corênis 326 Relações periódicas entre os elementos 8.1 8.2 8.3 8.4 Desenvolvimento da Tabela Periódica 329 Classificação periódica dos elementos 331 Variação periódica das propriedades físicas 335 Energia de ionização 342 QUÍMICA EM AÇÃO O terceiro elemento líquido? 8.5 8.6 343 Afinidade eletrônica 347 Variação das propriedades químicas dos elementos representativos 349 QUÍMICA EM AÇÃO A descoberta dos gases nobres Equações-chave 361 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 362 Questões e problemas 362 Chang_Iniciais.indd xvi 328 360 361 17/05/13 16:48 Sumário Ligação química I: Conceitos básicos 9.1 9.2 9.3 Símbolos de Lewis 371 Ligação iônica 372 Energia de rede de compostos iônicos xvii 370 374 QUÍMICA EM AÇÃO Cloreto de sódio – um composto iônico importante e comum 378 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 Ligação covalente 379 Eletronegatividade 382 Escrevendo as estruturas de Lewis 386 Carga formal e estrutura de Lewis 389 Conceito de ressonância 391 Exceções à regra do octeto 394 QUÍMICA EM AÇÃO Diga apenas NO 399 9.10 Entalpia de ligação 400 Equações-chave 405 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 405 Questões e problemas 405 405 Ligação química II: Geometria molecular e hibridização de orbitais atômicos 414 10.1 10.2 Geometria molecular 415 Momentos de dipolo 425 QUÍMICA EM AÇÃO Fornos de micro-ondas – momentos de dipolo em ação 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 Teoria da ligação de valência 431 Hibridização de orbitais atômicos 433 Hibridização em moléculas com ligações duplas e triplas Teoria dos orbitais moleculares 445 Configurações dos orbitais moleculares 448 Orbitais moleculares deslocalizados 454 QUÍMICA EM AÇÃO Alguém pediu um fulereno? Equações-chave 458 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 458 Questões e problemas 459 Chang_Iniciais.indd xvii 428 442 456 458 17/05/13 16:48 xviii Sumário Forças intermoleculares, líquidos e sólidos 467 11.1 11.2 11.3 Teoria cinética molecular de líquidos e sólidos Forças intermoleculares 469 Propriedades dos líquidos 475 468 QUÍMICA EM AÇÃO Por que os lagos congelam de cima para baixo? 11.5 11.6 Difração de raios X por cristais Tipos de cristais 488 486 QUÍMICA EM AÇÃO Supercondutores de alta temperatura QUÍMICA EM AÇÃO E tudo por falta de um botão 11.7 11.8 11.9 479 490 494 Sólidos amorfos 494 Mudanças de fase 495 Diagramas de fases 505 QUÍMICA EM AÇÃO Cozimento de um ovo no topo de uma montanha, panelas de pressão e patinação no gelo 507 QUÍMICA EM AÇÃO Cristais líquidos 508 Equações-chave 510 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 511 Questões e problemas 511 510 Propriedades físicas das soluções 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 520 Tipos de soluções 521 Abordagem molecular do processo de dissolução 522 Unidades de concentração 524 Efeito da temperatura na solubilidade 528 Efeito da pressão na solubilidade dos gases 531 QUÍMICA EM AÇÃO O lago assassino 533 12.6 12.7 Propriedades coligativas de soluções não eletrolíticas 534 Propriedades coligativas de soluções eletrolíticas 546 QUÍMICA EM AÇÃO Diálise 548 Chang_Iniciais.indd xviii 17/05/13 16:48 xix Sumário 12.8 Coloides 548 Equações-chave 551 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 552 Questões e problemas 552 551 MISTÉRIO QUÍMICO A faca errada 562 Cinética química 13.1 13.2 13.3 564 Velocidade de uma reação 565 Lei de velocidade 573 Relação entre a concentração do reagente e o tempo QUÍMICA EM AÇÃO Datação por radiocarbono 13.4 13.5 13.6 577 588 Energia de ativação e dependência das constantes de velocidade em relação à temperatura 590 Mecanismos de reação 596 Catálise 601 QUÍMICA EM AÇÃO Farmacocinética 608 Equações-chave 610 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 611 Questões e problemas 611 Equilíbrio químico 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 610 623 Conceito de equilíbrio e de constante de equilíbrio 624 Expressões para a constante de equilíbrio 627 Relação entre cinética química e equilíbrio químico 639 Que informações a constante de equilíbrio fornece? 640 Fatores que afetam o equilíbrio químico 646 QUÍMICA EM AÇÃO A vida a altitudes elevadas e a produção de hemoglobina QUÍMICA EM AÇÃO O processo de Haber 654 Equações-chave 656 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 657 Questões e problemas 657 Chang_Iniciais.indd xix 653 656 17/05/13 16:48 xx Sumário Ácidos e bases 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 15.12 668 Ácidos e bases de Brønsted 669 Propriedades ácido-base da água 670 pH – uma medida de acidez 672 Força de ácidos e de bases 675 Ácidos fracos e constantes de ionização ácida 679 Bases fracas e constantes de ionização básica 687 Relação entre as constantes de ionização de ácidos e as suas bases conjugadas 689 Ácidos dipróticos e polipróticos 690 Estrutura molecular e força dos ácidos 694 Propriedades ácido-base dos sais 698 Propriedades ácido-base dos óxidos e hidróxidos 704 Ácidos e bases de Lewis 706 QUÍMICA EM AÇÃO Antiácidos e o balanço de pH no estômago Equações-chave 710 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 711 Questões e problemas 711 MISTÉRIO QUÍMICO Deterioração do papel 711 720 Equilíbrios ácido-base e equilíbrios de solubilidade 16.1 16.2 16.3 16.4 723 734 Indicadores ácido-base 741 Equilíbrios de solubilidade 744 Separação de íons por precipitação fracionada 751 Efeito do íon comum e solubilidade 753 pH e solubilidade 755 Equilíbrios de íons complexos e solubilidade 758 QUÍMICA EM AÇÃO A formação da casca de ovo 16.11 722 Equilíbrios homogêneos versus heterogêneos em solução Efeito do íon comum 723 Soluções tampão 726 Titulações ácido-base 732 QUÍMICA EM AÇÃO Mantendo o pH do sangue 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 708 762 Aplicação do princípio do produto de solubilidade à análise qualitativa 763 Equações-chave 765 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 766 Questões e problemas 766 766 MISTÉRIO QUÍMICO Um ovo cozido 776 Chang_Iniciais.indd xx 17/05/13 16:48 Sumário Entropia, energia livre e equilíbrio 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 Equações-chave 805 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 805 Questões e problemas 805 Eletroquímica 803 805 814 Reações redox 815 Células galvânicas 818 Potenciais padrão de redução 820 Termodinâmica das reações redox 826 Influência da concentração na fem da célula Baterias 834 QUÍMICA EM AÇÃO Combustível bacteriano 18.7 18.8 792 Energia livre e equilíbrio químico 798 Termodinâmica nos sistemas vivos 802 QUÍMICA EM AÇÃO A termodinâmica de um elástico 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 778 As três leis da termodinâmica 779 Processos espontâneos 779 Entropia 780 A segunda lei da termodinâmica 785 Energia livre de Gibbs 791 QUÍMICA EM AÇÃO A eficiência das máquinas térmicas 17.6 17.7 xxi 829 839 Corrosão 840 Eletrólise 843 QUÍMICA EM AÇÃO O mal-estar causado pelas obturações dentárias Equações-chave 850 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 851 Questões e problemas 851 848 850 MISTÉRIO QUÍMICO Água impura 862 Chang_Iniciais.indd xxi 17/05/13 16:48 xxii Sumário Química nuclear 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 864 Natureza das reações nucleares Estabilidade nuclear 867 Radioatividade natural 872 Transmutação nuclear 876 Fissão nuclear 879 QUÍMICA EM AÇÃO O reator de fissão da natureza 19.6 19.7 19.8 865 884 Fusão nuclear 885 Aplicações dos isótopos 888 Efeitos biológicos da radiação 890 QUÍMICA EM AÇÃO A irradiação de alimentos 892 QUÍMICA EM AÇÃO Terapia por captura de nêutrons de boro Equações-chave 893 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 894 Questões e problemas 894 893 MISTÉRIO QUÍMICO A falsificação da arte no século xx Química na atmosfera 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 20.7 20.8 900 902 A atmosfera da Terra 903 Fenômenos nas camadas mais externas da atmosfera Diminuição do ozônio na estratosfera 908 Vulcões 913 Efeito estufa 914 Chuva ácida 918 Smog fotoquímico 921 Poluição de interiores 923 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 927 Questões e problemas 927 Chang_Iniciais.indd xxii 893 905 927 17/05/13 16:48 Sumário Metalurgia e a química dos metais 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 21.7 xxiii 932 Ocorrência dos metais 933 Processos metalúrgicos 934 Teoria de bandas e a condutividade elétrica 941 Variações periódicas das propriedades metálicas 943 Metais alcalinos 944 Metais alcalino-terrosos 948 Alumínio 950 QUÍMICA EM AÇÃO Reciclagem do alumínio 952 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 954 Questões e problemas 954 954 Elementos não metálicos e seus compostos 958 22.1 22.2 Propriedades gerais dos não metais Hidrogênio 960 959 QUÍMICA EM AÇÃO Hidrogênio metálico 964 22.3 Carbono 965 QUÍMICA EM AÇÃO Gás de síntese a partir do carvão 22.4 Nitrogênio e fósforo 968 969 QUÍMICA EM AÇÃO Nitrato de amônio – o fertilizante explosivo 22.5 22.6 Oxigênio e enxofre Halogênios 984 977 Resumo de fatos e conceitos Palavras-chave 991 Questões e problemas 992 Chang_Iniciais.indd xxiii 976 991 17/05/13 16:48 xxiv Sumário Química dos metais de transição e compostos de coordenação 996 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 23.6 Propriedades dos metais de transição 997 Química do ferro e do cobre 1000 Compostos de coordenação 1002 Estrutura dos compostos de coordenação 1007 Ligações nos compostos de coordenação: teoria do campo cristalino 1011 Reações dos compostos de coordenação 1017 QUÍMICA EM AÇÃO Compostos de coordenação em sistemas vivos 23.7 Aplicações dos compostos de coordenação QUÍMICA EM AÇÃO Cisplatina – droga anticancerígena 1018 1018 1020 Equações-chave 1022 Resumo de fatos e conceitos 1022 Palavras-chave 1022 Questões e problemas 1023 Química orgânica 24.1 24.2 1027 Classes de compostos orgânicos 1028 Hidrocarbonetos alifáticos 1028 QUÍMICA EM AÇÃO Gelo que queima 1040 24.3 24.4 Hidrocarbonetos aromáticos 1041 Química dos grupos funcionais 1044 QUÍMICA EM AÇÃO A indústria do petróleo 1050 Resumo de fatos e conceitos 1053 Palavras-chave 1053 Questões e problemas 1053 MISTÉRIO QUÍMICO Impressões digitais voláteis Chang_Iniciais.indd xxiv 1058 17/05/13 16:48 Sumário xxv Polímeros orgânicos sintéticos e naturais 1060 25.1 25.2 25.3 Propriedades dos polímeros 1061 Polímeros orgânicos sintéticos 1061 Proteínas 1067 QUÍMICA EM AÇÃO Anemia falciforme – uma doença molecular 25.4 Ácidos nucleicos 1074 1075 QUÍMICA EM AÇÃO Identificação pelo DNA 1078 Resumo de fatos e conceitos 1079 Palavras-chave 1079 Questões e problemas 1079 MISTÉRIO QUÍMICO Uma história de encaracolar os cabelos 1084 Apêndice 1 Origem dos nomes dos elementos 1086 Apêndice 2 Unidades para a constante dos gases 1092 Apêndice 3 Dados termodinâmicos a 1 atm e 25ºC 1093 Apêndice 4 Operações matemáticas 1098 Glossário 1100 Respostas 1109 Créditos 1120 Índice 1123 Chang_Iniciais.indd xxv 17/05/13 16:48
