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Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Aula 02 Polícia Civil/PA – Química Funções químicas e Gases Professora: Cândida Ivi www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 1 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Aula 02– Funções químicas e Gases_PCPA_Química Aula Conteúdo Programático Data 00 Reações de óxido-redução 15/07 01 Tabela periódica e a química dos elementos;Ligações químicas. 29/07 02 Funções químicas óxidos);Gases. 12/08 03 Propriedades dos sólidos;Soluções e propriedades coligativas. 26/08 04 Classificação das matérias; Técnicas de separação: decantação, filtração e destilação. 09/09 (ácidos, bases, sais www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG e 2 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Conteúdo Funções químicas (ácidos, bases, sais e óxidos) .................................................................. 4 Gases ................................................................................................................................................... 26 Exercícios............................................................................................................................................ 39 Comentários dos exercícios ......................................................................................................... 43 www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 3 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Funções químicas (ácidos, bases, sais e óxidos) Os compostos de propriedades semelhantes são reunidos em grupos, chamados Funções. Na Química Orgânica há os Hidrocarbonetos, Álcoois, Aldeídos, Cetonas, Ácidos, Aminas e muitas outras funções orgânicas. A Química Inorgânica possui apenas cinco grupos, ou cinco Funções Inorgânicas: Óxidos, Ácidos, Bases, Sais e Hidretos. 1. Características gerais Óxidos possuem dois elementos e um deles é o Oxigênio. Exemplos: CaO, CO2, SO3. H2O. Ácidos possuem H no início da fórmula. Exemplos: HCl, H2SO4, H3PO4. Bases possuem como característica o grupo OH (Hidróxido) no final da fórmula. Exemplos: NaOH, Ca(OH)2, Al(OH)3. . Sais não são Hidretos, não são Óxidos, não possuem nem H no início, e nem OH no final. Exemplos: NaCl, Na2SO4, Ca3(PO4)2. Hidretos possuem dois elementos e um deles é o Hidrogênio. Exemplos: HCl, H2O, CH4, NaH, CaH2. Alguns hidretos são ácidos, como o HF, HCl, HBr, HI e H2S. Uma reação fundamental na Química Inorgânica é a reação entre o Ácido e a Base, dando Sal e Água: Ácido + Base Sal + Água HCl + NaOHNaCl + H2O H+ + OH-HOH 2. Indicadores Coloridos Uma forma prática para determinar se o meio é ácido ou básico é o uso de certas substâncias que mudam de cor de acordo com o meio ser ácido ou básico. Tornassol é um papel Vermelho em meio Ácido e Azul em meio Básico. O que determina a variação da cor é a quantidade maior ou menor de [H+] em solução. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 4 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Vermelho Azul Quanto mais [H+] na solução, a solução é mais ácida, faz o equilíbrio químico acima se deslocar para a esquerda, ficando vermelho. Quanto menos [H+] na solução, a solução é menos ácida ou mais básica, deslocando o equilíbrio químico acima para a direita, ficando azul. pH é uma maneira matemática de calcular a acidez da solução. A acidez, representada pela concentração de cátions [H+] está no denominador da expressão que fornece o pH, grandezas portanto inversamente proporcionais. Maior acidez, quanto mais [H+], menor pH. Menor acidez, menos [H+], maior pH. Solução Neutra tem pH igual a sete. Solução Ácida tem pH menor que sete. Solução Básica, também chamada de solução Destaque (amarelo) - Posição 3663alcalina tem pH maior que sete. Algumas substâncias mudam de cor, de acordo com o meio ser ácido( menor pH) ou básico( maior pH). A seguir os principais Indicadores Coloridos em função do pH da solução: O papel tornassol azul é o indicado para analisar se a solução é ácida, porque neste meio vai mudar de cor para vermelho. O papeltornassol vermelho é o indicado para analisar se a solução é básica, porque neste meio vai mudar de cor para azul. O líquido Fenolftaleina é indicado para analisar se o meio é básico porque neste meio de incolor vai tornar-se rósea. Os produtos de laboratório químico não devem ser ingeridos. A Fenolftaleina, por exemplo é um larxante. 3. Propriedades gerais Como vimos, Funções químicas são grupos de substâncias com propriedades semelhantes. As funções inorgânicas são quatro: ácidos, bases, sais e óxidos. Ácidos são compostos de sabor azedo, que reagem com as bases dando sal e água. Bases são compostos de sabor adstringente, que reagem com www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 5 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida ácidos dando sal e água. Sais são produtos de reação de ácido com base e apresentam sabor salgado. Óxidos são compostos binários, isto é, formados por apenas dois elementos, sendo um deles o oxigênio. Ácidos HCl HNO 3 H2SO4 Bases NaOH Ca( OH)2 Al(OH)3 Sais NaCl KClO3NaBrO Óxidos H2O CaO Na2O 4. Reações Inorgânicas Os compostos inorgânicos fazem Síntese, Análise, Deslocamento e Dupla Troca. Nestas reações pode ou não haver óxido redução. 4.1. Reações de Síntese. Os compostos inorgânicos fazem um tipo de transformação, onde os átomos das substâncias reagentes se agrupam formando um único produto: A + B AB 4.1.1. Síntese da Água. Quando vemos um raio, na sequência ouvimos um trovão. A descarga elétrica no céu (raio), provoca a síntese de dois gases presentes na atmosfera, o Hidrogênio e o Oxigênio, com enorme desprendimento de energia que escutamos na forma de trovão. Trata-se da Síntese da Água, escrita através da seguinte equação química: 2H2O(g) + 1O2 (g) 2H2O( l) + 136 Kcal A faísca elétrica rompe as ligações covalentes que mantinham unidos os átomos de Hidrogênio entre si, e os átomos de Oxigênio entre si. Libertos, se unem formando água, isto é, cada dois átomos do elemento químico Hidrogênio se ligam a um átomo do elemento químico Oxigênio. A estabilidade das ligações na água permite a liberação de energia. A síntese da água é também conhecida como a “queima do Hidrogênio”, usada inclusive para propulsionar foguetes para o espaço e será o grande combustível “limpo” do futuro porque além de produzir muita energia não polui o meio ambiente. 4.1.2 Síntese da Amônia. Em determinadas circunstâncias, os gases presentes no ar, o N2(78% do ar) e o H2(aproximadamente 1% do ar), reagem produzindo amônia ou gás amoníaco: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 6 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 4.2. Reações de Análise Os compostos inorgânicos fazem um segundo tipo de reação chamada de Análise ou Decomposição: AB A + B 4.2.1. Pirólise Pirólise é a reação de decomposição com o uso do calor CaCO3(s) ∆CaO(s) + CO2(g) Carbonato de Cálcio 2KClO3(g) ∆2KCl( s) + 3O2( g) Clorato de Potássio Usamos um triângulo (∆) sobre a seta para indicar a transformação dos reagentes nos produtos com uso do aquecimento. O triângulo de porcelana é usado no laboratório, para alto aquecimento do cadinho, pequena xícara sem alça, onde colocamos a substância para decompor. 4.2.2. Fotólise Fotólise é a reação de decomposição com o uso da luz Luz 2 H2O2(l) 2H2O(l) + 1O2(g) Quando se passa água oxigenada num ferimento, além da limpeza procura-se o combate bacteriológico pelos oxigênios nascentes da reação de decomposição que são muito energéticos. Por isso vê-se a formação da espuma provocada pela produção de gásoxigênio.O fator necessário à decomposição foi a luz, por isso a reação de análise foi classificada como sendo fotólise. 4.2.3. Eletrólise Eletrólise é a decomposição feita usando-se a energia elétrica. Eletricidade 2H2O(l) 2H2(g) + 1 O2(g). 4.3. Reação de Deslocamento www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 7 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Também chamada de Troca Simples, a reação de Deslocamento troca o elemento mais eletropositivo (metal, M) ou o elemento mais eletronegativo (ametal, Am): M1 + M2Am M1Am + M2 Ex: Zn + CuSO4ZnSO4 + Cu Am1 + MAm2MAm1 + Am2 Ex: Cl2 + 2NaI2NaCl + I2 4.4. Reações de Dupla Troca Dois compostos fazem reação de dupla troca quando o cátion do primeiro vem a se unir ao ânion do segundo e o cátion do segundo se une ao ânion do primeiro: A + B- + C + D- A + D- + C + DA neutralização dos ácidos pelas bases, e vice versa, é uma reação de dupla troca: H2SO4 +Ca(OH)2CaSO4 + 2 H2O 5. Óxidos 5.1. Definição Óxido é um composto binário com Oxigênio como o elemento mais eletronegativo. HClO não é óxido porque é um composto ternário(três elementos químicos), é um ácido.NaCl não é óxido porque não tem oxigênio, é um sal. H2SO4 não é óxido porque é ternário, é um ácido. NaOH não é óxido porque é ternário, é uma base. H2O é óxido porque é formado por átomos de dois elementos químicos e um deles é o oxigênio. OF2 não é óxido porque o Flúor é mais eletronegativo que o Oxigênio. Único composto binário com Oxigênio que não é Óxido. Trata-se do Fluoreto de Oxigênio. 5.2. Nomenclatura dos Óxidos 5.2.1. Nomenclatura oficial www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 8 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida O elemento mais eletronegativo fica à direita, no caso o Oxigênio. A leitura começa pela direita: Óxido de........................................... Nome do Elemento Na2O: Óxido de Sódio. Nox: Na+ 1O-2 CaO: Óxido de Cálcio. Nox: Ca+ 2O-2 Al2O3: Óxido de Alumínio. Nox: Al+ 3 O-2 5.2.2. Nomenclatura através de prefixos Nomenclatura através de prefixos que indicam a quantidade de átomos: Mono(1), Di(2), Tri(3), Tetra(4), Penta(5), Hexa(6) e Hepta(7). Esta nomenclatura é a melhor para óxidos moleculares, com ametais em ligação covalente. H2O Monóxido de Dihidrogênio. CO Monóxido de MonoCarbono ou Monóxido de Carbono. CO2 Carbono. SO2 Enxofre. SO3 Enxofre. Cl2O7 Dióxido de MonoCarbono ou Dióxido de Dióxido de MonoEnxofre ou Dióxido de Trióxido de MonoEnxofre ou Trióxido de Heptóxido de DiCloro. 5.2.3. Nomenclatura de Stock Os óxidos com metais de transição, que possuem Nox variável, seguem a nomenclatura de Stock que indica a carga do metal Óxido de .....................................(Carga) Nome do Elemento Exemplos: FeO: Óxido de Ferro II. Nox: Fe+ 2 O-2 Fe2O3: Óxido de Ferro III. Nox: Fe+3 O-2 www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 9 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Cu2O: Óxido de Cobre I. Nox: Cu+1 O-2 CuO: Óxido de Cobre II. Nox: Cu+2O-2 Principais elementos com carga variável: Ferro (+2 e +3), Cobre (+1 e +2), Ouro (+1 e +3) e Chumbo (+2 e +4). 5.2.4. Nomenclatura usual Nomenclatura Usual para óxidos de metais de duas cargas, dando a terminação oso para a menor carga e ico para a maior carga. Óxido.........................................(oso ou ico) Nome do metal FeO: Óxido Ferroso. Nox: Fe Fe2O3 : Óxido Férrico. Nox: Fe Cu2O: Óxido Cuproso. Nox: Cu CuO: Óxido Cúprico. Nox: Cu O-2 +2 +3 +1 +2 O-2 O-2 O-2 A terminação ico implica em acento, indicando palavra proparoxítona. Principais elementos com carga variável: Ferro: + 2( Ferroso) e + 3( Férrico) Cobre: + 1( Cuproso) e + 2( Cúprico) Ouro: + 1( Auroso) e + 3( Áurico) Chumbo: + 2( Plumboso) e + 4( Plúmbico). 5.2.5. Óxidos com nomes comerciais: H2O: Água H2O2: Água Oxigenada CO2: Gás Carbônico CaO: Cal Virgem www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 10 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 5.3. Classificação dos óxidos Os Óxidos apresentam sub grupos nos quais as propriedades são semelhantes. Sabendo-se o elemento que acompanha o Oxigênio, saberemos classificar o Óxido, já que é um composto binário oxigenado. Se o elemento junto ao Oxigênio for Metal ou se for Ametal, haverá diferentes propriedades. 5.3.1. Óxido Básico Óxido básico possui Metal ligado ao Oxigênio. Exemplos: Na2O e CaO. 5.3.1.1. Óxido Básico reage com água e produz base, numa reação de síntese. Exemplos: CaO + H2O Ca (OH)2 Na2O + H2O 2 Na OH 5.3.1.2. Óxido Básico reage com Ácido como se fosse uma Base, numa reação de dupla troca: CaO + H2SO4CaSO4 + 2 H2O Na2O + 2HCl2NaCl + H2O 5.3.2. Óxido Ácido Óxido ácido possui Ametal. Exemplos: CO2 e SO3. 5.3.2.1. Óxido Ácido reage com água e produz ácido, numa reação de síntese: CO2 + H2O H2CO3 SO3 + H2O H2SO4 5.3.2.2. Ácido reage com Base como se fosse Óxido Ácido. CO2 + Ba(OH) 2BaCO3 + H2O Óxido ácido Base Sal água CO2 faz o papel do H2CO3 www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 11 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Dois átomos de Oxigênio do Ba(OH) 2 um indo para a água, o outro junta com os dois do CO2 formando o Carbonato (CO3). Soprando através de um canudo, numa solução de Hidróxido de Bário, a solução vai se turvar porque forma-se um sal insolúvel que é o Carbonato de Bário. CO2 + Ca(OH)2CaCO3 + H2O Temos aqui o papel do Gás Carbônico do ar, endurecendo aargamassa onde há Hidróxido de Cálcio, cal, produzindo Carbonato de Cálcio que é uma pedra sólida. 5.3.2.3. Óxido Básico reage com Óxido Ácido e produz Sal, numa reação de síntese: CaO + CO2CaCO3 Óx. Básico + Óxido Ácido Sal Mais uma forma de ver a formação de Calcáreo a partir da Cal e do Gás Carbônico. 5.3.3. Óxido Neutro Óxido Neutro não reage nem com água nem com Ácido, nem com Base. São três: CO (Monóxido de Carbono) NO ( Monóxido de Nitrogênio) N 2O (Monóxido de Dinitrogênio). São muito tóxicos. O CO combina-se com a Hemoglobina, impedindo a entrada e circulação do Oxigênio. O CO é encontrado em qualquer veículo em funcionamento, na mistura de gases que saem pelo escapamento. CO é o resultado de incompleta de qualquer combustível. O monóxido de carbono (CO) combustão também é produzido em grande quantidade quando, para apagar o fogo da churrasqueria se joga água no fogo ou nas suas brasas. C(s) + H2O CO(g) + H2(g) A mistura gasosa de Monóxido de Carbono e Hidrogênio chama-se Gás d´água. A produção industrial de Metanol é à partir do gás d´agua. O Bombeiro se intoxica perigosamente quando respira CO. 5% da fumaça do cigarro é CO. 5.3.4. Óxido Anfótero www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 12 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Alguns metais de transição apresentam um comportamento anormal até aqui: reagem tanto com Ácidos, fazendo o papel de óxido básico, quanto com Bases, fazendo o papel de óxido ácido. Os óxidos Anfóteros mais comuns são: ZnO, Al2O3 e PbO. Vejamos as reações do Óxido de Zinco: ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2 ZnO + 2NaOH Na2 ZnO2 + H2O (zincato de sódio) Alguns metais de transição, com variação de Nox, apresentam mudança no caráter básico característico, para caráter ácido, passando pelo caráter anfótero, com o aumento do Nox: + 2 + 4 MnO MnO2 Óxido Básico Anfótero Nox baixo + 7 Mn2O7 Óxido Ácido Nox alto Exemplos com estas substâncias: MnO + 2HCl MnCl2 + H2O Mn2O7 + H2O 2 HMnO4 Concluímos então que o Óxido Ácido pode ser formado por Metal de Nox acima de quatro. 5.3.5. Peróxidos Chamamos de Peróxido, o óxido no qual o Nox do Oxigênio é –1. A Água é um óxido, resultante da neutralização do Ácido com a Base: H + (ácido) + OH- (base) H2O A Água pode ser chamada de Monóxido de Dihidrogênio e não recebe classificação. Na água, o Nox (carga) do Oxigênio é –2. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 13 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida A Água Oxigenada, H2O2 possui dois átomos de Oxigênio na molécula. O Nox do Oxigênio é –1 porque há uma ligação covalente apolar entre os átomos iguais, que leva o nome de Ponte Peróxido. Há na molécula apenas uma ligação polar, favorável ao Oxigênio. Além de H2O2 são peróxidos todos os óxidos com o Oxigênio –1. Na2O é um óxido, óxido básico. Na2O2 é um peróxido, porque sendo + 1 o Sódio, o Oxigênio será– 1. BaO é um óxido, óxido básico. BaO2 é um peróxido. Os peróxidos, além da Água Oxigenada, reagindo com ácidos, produzem Água Oxigenada: BaO2 + H2SO4BaSO4 + H2O2 5.3.6. Óxido Duplo ou Óxido Salino São os óxidos resultantes da soma de dois óxidos do mesmo elemento. A Magnetita, usado como ímã natural, é um óxido duplo: FeO + Fe2O3Fe3O4 Óx. Ferroso Óx. Férrico Óxido Duplo Hematita Magnetita O Zarcão, óxido duplo de chumbo é usado como pintura de fundo para armações de Ferro. 2PbO + PbO2Pb3O4Óx.PlumbosoÓx.Plúmbico Óxido Plumboso/ Plúmbico Zarcão 6. Efeito Estufa e Chuva Ácida 6.1. Efeito Estufa O Dióxido de Carbono ou simplesmente Gás carbônico, compostos CO2, é produzido na combustão de orgânicos, principalmente matas e combustíveis do petróleo. Sua concentração na atmosfera causadois efeitos: efeito estufa e chuva ácida. O Efeito Estufa provoca aumento da temperatura da Terra porque a camada de gases, principalmente CO2 na alta atmosfera, aproximadamente 30km da superfície, impede a total emissão para o espaço das ondas de calor produzidas na Terra. Emitidas na Terra, as ondas de calor “rebatem” na camada de CO2 (g) e voltam aquecendo a Terra. 6.2. Chuva Ácida A chuva com pH ácido, abaixo de sete, tem duas etapas. Primeiramente a formação das nuvens já se torna ácida pela reação do CO 2(g) do ar, em baixa www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 14 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida atmosfera, abaixo de 10km da superfície, com os vapores d’água da umidade do ar resultando em ácido carbônico: CO2(g) + H2O(l) H2CO3 Em seguida temos a formação de mais ácido carbônico quando a precipitação pluviométrica “arrasta” todo gás carbônico do ar, formando mais ácido. A água que escorre no chão, da chuva é água ácida. Ela vai para os rios provocando problemas para o ecossistema. Quando da evaporação das águas das chuvas ácidas acontecem no campo, seus ácidos dissolvidos se cristalizam tornando a terra ácida, imprópria para o cultivo. A terra se torna pobre de nutrientes porque foram dizimadas pelos ácidos das chuvas. “Coisas da poluição”. Quando há relâmpagos, outro poluente óxido ácido aparece: NO 2 (g), ele surge da reação do gás nitrogênio do ar (N2) com o oxigênio em presença de alta energia que é o raio. A seguir se combina com a água da umidade da atmosfera dando dois ácidos: N2(g) + O2 (g) NO2(g) 2NO2(g) + H2O(g) HNO2(aq) + HNO3 (aq) Como nos automóveis a queima do combustível é através da faísca elétrica, temos também NO2(g) no escapamento dos carros produzindo poluição que provoca chuva ácida. O Enxofre(Sulphur, S) é uma impureza dos combustíveis como carvão das indústrias e como a gasolina. A queima destes combustíveis também queima o enxofre produzindo mais dois óxidos ácidos que provocam chuva ácida. O Dióxido de Enxofre (SO2) e o Trióxido de Enxofre (SO3) que produzem respectivamente ácido sulfuroso e ácido sulfúrico: S(s) + O2SO2(g) SO2(g) + ½O2SO3(g) SO3(g) + H2O H2SO4(aq) SO2(g) + H2O H2SO3( aq) Também nos campos há chuva ácida porque a poluição é levada pelos ventos a grandes distâncias. 7. Anidridos www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 15 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Os Óxidos Ácidos são chamados de Anidridosporque correspondem aos ácidos sem a água. Assim temos: CO2 Anidrido Carbônico porque forma o Ácido Carbônico, o H2CO3. SO2 Anidrido Sulfuroso porque forma o Ácido Sulfuroso, o H2SO3. SO3 Anidrido Sulfúrico porque forma o Ácido Sulfúrico, o H2SO4. Como os Óxidos Ácidos reagem com água dando ácidos, o contrário neste caso também é verdadeiro: Os ácidos ao perderem água, transformamse em óxidos ácidos. Por Anidridos. Óxido Ácido(CO2) + Água Ácido (H2CO3) – Água 8. Definições de Arrhenius Svante Arrhenius se dedicou ao assunto e chegou às conclusões: 8.1. Ácido É o composto molecular que em solução aquosa ioniza produzindo como cátion H + ou H30 + (cátion Hidrônio ou cátion Hidroxônio). HCl + H2O H3O1+ + ClCl Esta reação pode ser simplificada da seguinte maneira: H2O HClH1+ + ClCl O ácido, que era um composto covalente, na presença da água ionizou, formou íons. 8.2. Base ou hidróxido É o composto iônico que, em solução aquosa dissocia, produzindo como ânion, OH (Hidróxido ou Hidroxila). H20 NaOHNa1+ + OHOH Íons presos Dissociação Íons livres Dissociação é o fenômeno pelo qual um composto iônicorompe-se em seus íons. Pode acontecer pelo calor ou por dissolução em água, que chamamos dissolução aquosa. As moléculas de água envolvem os íons através de sua polaridade. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 16 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 8.3. Sal É o composto iônico que, em solução aquosa, dissocia, produzindo pelo menos um cátion diferente de H+ e pelo menos um ânion diferente de OH e pelo menos um ânion diferente de OH H2O NaCl Na1+ + ClCl Sal neutro H2O NaHSO4 Na1+ + H+ + SO + SO Sal ácido O sal ácido apresenta na sua dissociação, cátion H+ e outro cátion, no caso Na+. Seu nome é Sulfato Ácido de Sódio. Classificação: sal ácido. H2O CaOHCl Ca2+ + OH+OH + Cl- Sal básico O sal básico apresenta na sua dissociação, ânion OH- e outro ânion, no caso Cl-. Seu nome é Cloreto Básico de Cálcio. Classificação: sal básico. 9. Eletrólito ácidos e básicos Uma substância é eletrólito, ou uma solução é eletrolítica, quando conduz eletricidade. Os ácidos, bases e sais conduzem corrente elétricaquando apresentam íons livres. 9.1. Eletrólitos Ácidos Os ácidos são compostos moleculares, não possuem íons, apenas ligações polares. Conduzem corrente elétrica apenas quando em solução aquosa (aq), pois só então apresentam íons livres. HCl (g) – Não conduzem corrente elétrica. H2SO4 (l) – Não conduzem corrente elétrica. HCl (aq) – Conduzem corrente elétrica. 9.2. Eletrólitos Bases e Sais www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 17 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida As bases e os sais são compostos iônicos, possuem íons presos por forças elétricas. Conduzem corrente elétrica quando fundidos ouquando em solução aquosa, pois se dissociam, apresentando íons livres. NaCl(s) – Não conduzem corrente elétrica. NaCl(l) – Conduzem corrente elétrica. NaOH(aq)– Conduzem corrente elétrica. NaOH(s) – Não conduzem corrente elétrica. 10. Ionização dos Ácidos Ácidos são compostos moleculares que em solução aquosa liberam o cátion H +. H2O HCl H+ + Cl- LigaçãoCovalente Cátion Ânion Os ácidos, apesar de serem compostos moleculares, conduzem corrente elétrica em solução aquosa porque apresentam íons livres, como os compostos iônicos. Cuidado porem, que somente os ácidos, dos compostos moleculares conduzem correnteelétrica, e em solução aquosa. 11. Nomenclatura de Ácidos e seus Ânions Dividimos os ácidos em dois grandes grupos: Oxiácidos possuem Oxigênio na molécula e Hidrácidos que não possuem Oxigênio na molécula. 11.1. Hidrácidos A nomenclatura dos ácidos não oxigenados é bem simples: Ácido__________________________ídrico Nome do elemento Quando ionizado, um hidrácido produz ao lado do cátion, H1+ um ânion com a terminação eto. H2O Ácido nH+ + Ânion www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 18 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida HF: Ácido fluorídrico H1+ + F HCl: Ácido clorídrico H1+ + Cl +F: Fluoreto +Cl: Cloreto HBr: Ácido Bromídrico H1+ + Br+Br : Brometo HI : Ácido Iodídrico H1+ + I +I: Iodeto H2S: Ácido Sulfídrico 2H1+ + S+S: Sulfeto HCN: Ácido Cianídrico H1+ + CN +CN: Cianeto 11.2. Oxiácidos Os ácidos oxigenados apresentam a terminação oso (menos Oxigênios) e iço (maior número de Oxigênios): oso( menos O) Ácido _________________ Nome do Elemento ico( mais O) Quando ionizado, o oxiácido de terminação oso produz ânion de terminação ito e um oxiácido de terminação ico produz ânion de terminação ato: H2O Ácido n H+ + Ânion HNO2: Ácido Nitroso H1+ + NO1 : Nitrito2 HNO3: Ácido Nítrico H1+ + NO1 :Nitrato3 H2SO3: Ácido Sulforoso 2H1+ + SO2 : Sulfito3 H2SO4: Ácido Sufúrico 2H1+ + SO2 : Sulfato4 H3PO4: Ácido Fsfórico 3H1+ + PO3 : Fosfato4 H2CO3: Ác. Carbônico 2H1+ + CO2 :Carbonato3 11.3. Ácidos da Família 7A : F, Cl, Br e I. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 19 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida A nomenclatura dos ácidos com halogênio é baseada no grau de oxigenação do ácido. Com três oxigênios na molécula, dá-se a terminação ico (padrão): HClO3 Acrescentando-se um oxigênio ao padrão ficará per...ico: HClO4 Tirando-se um oxigênio do padrão ficará oso: HClO2 Tirando-se dois oxigênio do padrão ficará hipo... oso: HClO H2O Ácido H+ + Ânion HClO: Ác. hipocloroso H1+ + ClO+ClO Hipoclorito HClO2: Ácido cloroso H1+ + ClO+ ClOClorito HClO3: Ácido clórico H1+ + ClO+ ClOClorato HClO4: Ac. perclórico H1+ + ClO+ ClOPerclorato HBrO: Ac. hipobromoso H1+ + BrO+ BrOHipobromito HBrO2: Ácido bromoso H1+ + BrO+ BrOBromito HBrO3: Ácido brômico H1+ + BrO31Bromato HBrO4: Ac. perbrômicoH1+ + BrO+ BrOPerbromato 11.4. Ionização parcial– prefixo Bi Damos o prefixo Bi ao primeiro ânion da ionização de um ácido diprótico (diácido), com dois Hidrogênios ionizáveis. H2O H2CO3 H1+ + HCOHCO Ácido Carbônico Bicarbonato HCOHCOH1+ + COCOBiCarbonato Carbonato H2 SO3 H1+ + HSOHSO Ácido Sulfuroso Bissulfito www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 20 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida HSOHSO H1+ + SOSO Sulfito 11.5. Ácidos com metais H2MnO4 é o Ácido Mangânico com Manganês de Nox( carga) + 6. HMnO4 é o Ácido Permangânico com Manganês de Nox( carga) + 7. Ambos tiveram a terminação ico por possuíremo máximo de átomos de Oxigênio. H4[Fe(CN)6] é o Ácido Ferrocianídrico com o Ferro de Nox( carga)+2. H3[Fe(CN)6] é o Ácido Ferricianídrico com o Ferro de Nox( carga)+3. Ambos tiveram a terminação ídrico, característica de hidrácidos. 11.6. Ácidos do Fósforo 11.6.1. Número de H ionizáveis H3PO4 é o Ácido Fosfórico, o correto (orto) porque ioniza todos os seus três Hidrogênios, formando POPO como ânion Fosfato. H3PO3 (1 Oxigênio a menos que o Orto) é o Ácido Fosforoso, com apenas dois Hidrogênios ionizáveis, formando HPOHPO como ânion neutro Fosfito. H3PO2 (2 Oxigênios a menos que o Orto) é o Ácido Hipofosforoso, com apenas um Hidrogênio ionizável, formando H2POPO como ânion neutro Hipofosfito: 11.6.2. Grau de hidratação Usam-se os prefixos Orto, Meta e Piro para diferenciar o grau de hidratação (quantidade de água) da molécula.Nem todos os elementos possuem todos estes tipos de ácidos. Por exemplo, existe o ácido ortosulfúrico (H 2SO4), existe o pirossulfúrico (H2S2O7) e não existe o metassulfúrico que seria: H2SO4– H2O = SO3. 11.7. Peroxiácidos São ácidos que apresentam na molécula umgrupo peróxi: [ - O - O - ] Este último é conhecido por Ácido Persulfúrico. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 21 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 11.8. Tioácidos Tioácidos são oxiácidos onde um atomo de oxigênio foi substituído por um átomo de enxofre: H2SO4: ácido sulfúrico e SO e SO: sulfato H2S2O3: ácido tiossulfúrico e S2OO:tiossulfato. 12. Nomenclatura das Bases Uma base genérica M(OH) x, onde M é um cátion de Metal e x, sua valência, o nome da base será: 12.1. Nomenclatura oficial: Hidróxido de _____________________ Nome do elemento Exemplos: NaOH: Hidróxido de Sódio chama-se comercialmente de Soda Cáustica. Mg(OH)2 Hidróxido de Magnésio chama-se comercialmente de Leite de Magnésia. Al(OH)3 Hidróxido de Alumínio usado para combater gastrite estomacal. NH4OH: Hidróxido de Amônio é a única base que não possui metal. Seu cátion é o Amonio (NH4+1). 12.2. Nomenclatura de Stock www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 22 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Hidróxido de ___________________ (carga) Nome do elemento Quando M tiver mais de uma valência possível, ela será indicada com algarismo romano. 12.3. Nomenclatura usual oso Hidróxido _________________ Nome do Elemento ico Quando M tiver mais de um Nox, o elementoreceberá terminação oso, indicando a menor, e terminação ico, no caso da maior: Exemplos: CuOH: Hidróxido de Cobre I ou Hidróxido Cuproso Cu(OH)2: Hidróxido de Cobre II ou Hidróxido Cúprico Fe(OH)2: Hidróxido de Ferro II ou Hidróxido Ferroso Fe(OH)3 :Hidróxido de Ferro III ou Hidróxido Férrico Conhecido como Ferrugem. Os principais elementos de transição com nox variável são: Fe( II e III), Cu( I e II), Au( I e III) e Pb( II e IV). 13. Montagem de fórmulas Os compostos iônicos, Bases e Sais têm suas fórmulasmontadas com o cátion positivo na esquerda e o ânion negativo à direita. Para que a soma das cargas na molécula seja nula, precisamos igualar as cargas positivas e negativas. Para isto transferimos o número que indica a carga de um, para quantidade do outro. Exemplo no Sulfato de Alumínio: Al3+ cátion trivalente com SOcátion trivalente com SOânion bivalente Al3+( SO4)) fica Al2 (SO4)3 Deixamos os átomos que compõe o ânion Sulfato dentro de um parêntesis porque Sulfato de carga bivalente negativa é formado por um átomo de Enxofre e quatro átomos de Oxigênios. A inversão da carga do ânion para índice cátion e a carga do cátion para índice do ânion teve como objetivo igualar as cargas e deixar a fórmula com carga zero. 13.1. Principais cátions : + 1: Na + K + (todos os metais Alcalinos), Ag + e NH4 + (amônio). + 2: Mg2 + Ca2 + Ba2 + (todos os metais Alcalino Terrosos), Zn2 + e Fe2 + (cátion Ferroso) www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 23 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida + 3: Al 3 + e Fe3 + (cátion Férrico). 13.2. Principais Ânions : -1: Cl- (Cloreto), Br- - (Brometo), I- (Iodeto), CN-( Cianeto), HCO-3 (Bicarbonato), OH- (Hidróxido) e ClO- (Hipoclorito) -2: S: S (Sulfeto), SOSO (Sulfito), SOSO (Sulfato), CO( Sulfato), CO (Carbonato) e O (Carbonato) e O (Óxido). -3: PO: PO (Fosfato). 14. Classificação dos Ácidos Os ácidos são classificados através da força e da volatilidade. 14.1. Força Ácida A principal qualidade do ácido é se ionizarem dentro d’água. Forte será aquele que ioniza bastante, em grande quantidade, revelado pelo grau de ionização: Ácido Forte possui grau de ionização acima de 50% Exemplo: HCl com 92% Ácido Moderado possui grau de ionização entre 5% e 50% Ácido Fraco possui grau de ionização abaixo de 5%. Exemplo: H 3CCOOH com 1,3% O vinagre é uma solução com 5% de Ácido Acético porque é um ácido fraco. Quando gotejamos Ácido Sulfúrico no pano de algodão, simplesmente fura o pano. Trata-se de um ácido forte. No nosso estômago temos Ácido Clorídrico tornando o meio super ácido com pH equivalente a 3,0. 14.1.1. Força nos Hidrácidos Quanto maior for o átomo central, mais facilmente desprende H + , logo mais facilmente se ioniza, é mais forte. Nos Halogênios o tamanho cresce com o Z: F < Cl <Br< I. A força dos hidrácidos com halogênio varia conforme o tamanho do halogênio: HF <HCl<HBr< HI. Ácidos fortes: HI, HBr e HCl Ácido moderado: HF Ácidos fracos: H2S e HCN. 14.1.2. Força nos Oxiácidos A presença de Oxigênio, elemento muitoeletronegativo influi na força do ácido porque atraindo o par de elétrons da ligação O-H, libera H + com mais facilidade, será mais forte. Segue a fórmula geral: E(OH)xOn n determina a força ácida: n = 3 (muito forte); n = 2 (forte) n = 1 (moderado); n = 0 (fraco). www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 24 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Ácido muito forte: HClO4 (n = 3) Ácido Forte: HClO3, H2SO4 e HNO3 (n = 2) Ácido Moderado: HClO2 e H2CO3 (n = 1) Ácido Fraco: HClO (n = 0). 14.2. Volatilidade O Ácido Sulfúrico, H2SO4 e o ácido Fosfórico, H3PO4apresentam elevado Ponto de Ebulição o que significa que são líquidos e não volatilizam porque suas moléculas estão muito bem associadas. Chamamos estes dois ácidos de fixos. Os demais são voláteis. Ácidos Fixos: H2SO4 e H3PO4 Ácidos Voláteis: demais 14.3. Compostos Instáveis Três compostos inorgânicos são característicos por se decomporem pelo calor. Ao invés de serem voláteis, são instáveis. Quando aquecidos se decompõe: Calor H2CO3H2O + CO2(g) Ácido Carbônico Gás Carbônico H2SO3H2O + SO2(g) Ácido Sulfuroso Gás Sulfuroso NH4OH H2O + NH3(g) Hidróxido de Amônio Amônia 15. Classificação das Bases 15.1. Força Básica As Bases ou Hidróxidos são classificados de acordo com a capacidade maior ou menor de dissociar. 15.1.1. Base forte Base forte apresenta grau de dissociação superior a 50% . São todas as bases formadas por Metais Alcalinos como NaOH e KOH. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 25 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 15.1.2. Base de força média As bases formadas com Metais Alcalino Terrosos têm força média. São principalmente Ba(OH)2 e Ca(OH)2. 15.1.3. Base fraca As tribases, isto é, as bases que apresentam três grupos Hidróxido, são bases fracas como Al(OH)3 e Fé(OH)3. A única base cujo cátion não é formado de metal é o Hidróxido de Amônio:NH4OH NH3(g) + H2O NH4OH(aq) Gás Amoníaco Hidróxido de Amônio Amônia Amônio Aquecimento NH4OH(aq) H2O + NH3(g) Hidróxido de Amônio Gás Amoníaco 15. 2. Solubilidade das Bases A solubilidade tem a ver com a Energia de Hidratação ser maior ou próxima da Energia Reticular do cristal, já que as bases são compostos iônicos. Bases solúveis em água apresentam uma Energia Reticular menor que a Energia cedida na hidratação dos seus íons na dissociação. Bases Solúveis: com Metal Alcalino e com Amônio. Exemplos: NaOH, KOH e NH4OH. Bases pouco solúveis: com Metal Alcalino Terroso. Exemplos: Ca(OH)2 e Ba( OH)2. Bases Insolúveis: com os demais metais. Exemplos: Al(OH)3 e Fe( OH)3. Gases 1. Teoria Cinética dos gases. A forma e o volume do gás dependem do recipiente que o contém. A quantidade de matéria correspondente ao número de moléculas que continua o mesmo, quer o sistema se expanda ou se contraia, quer se aqueça ou se esfrie. A energia que mantêm as moléculas de um gás em movimento é a energia cinética. Que é diretamente proporcional à Temperatura Absoluta (Kelvin) Sendo Ec a Energia cinética, k uma constante de proporcionalidade e T a temperatura em Kelvin. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 26 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Não se trabalha com temperatura em Celsius porque é comum a temperatura de 0º C que anularia as operações matemáticas. Lembrando, a Temperatura Kelvin é obtida acrescentando 273º C à temperatura centígrada, também chamada temperatura Celsius. T = 273 + tºC Um gás é considerado perfeito quando obedece as seguintes condições: 1º) No estado gasoso o movimento das moléculas ocorre de maneira contínua e caótica, descrevendo trajetórias retilíneas. 2º) O volume da molécula é desprezível em relação ao volume do recipiente que a contém. 3º) Uma molécula não sofre a interferência de outra molécula. Não há interação, forças de coesão entre elas. 4º) Os choques entre as moléculas, se ocorrem, são perfeitamente elásticos (a molécula não ganha nem perde energia cinética). Um gás qualquer como hidrogênio H2, não é perfeito por que quando há choques entre as moléculas, há pequena interação apesar de fraca e temporária entre as moléculas, impedindo que o choque seja perfeitamente elástico. Um gás real se aproxima do comportamento de gás perfeito, ou gás ideal quando se encontra a baixa pressão e ou alta temperatura. A baixa pressão e a alta temperatura expandem o gás e quanto maior for o volume ocupado pelas moléculas, menor é a probabilidade delas se chocarem provocando interação intermolecular. 2. Pressão Pressão é a força aplicada numa dada superfície. Quando damos uma martelada num prego, a cabeça do prego sofre uma pressão violenta que provoca sua imediata entrada na madeira. O efeito de um aumento de pressão sobre os gases é a sua compressibilidade. O efeito da diminuição da pressão sobre os gases é a sua dilatabilidade( elasticidade) A Terra está envolvida por uma camada de 800 km de ar que exerce uma Pressão sobre nossos corpos, chamada Pressão Atmosférica. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 27 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 2.1. Experiência de Torricelli Torricelli (1608– 1647) mediu a peso da atmosfera exercida sobre a superfície de 1cm2 de mercúrio( Hidrargirium = Hg). Usou para isso uma coluna de 100cm de mercúrio com 1cm de diâmetro, mantendo a abertura fechada com um dedo e mergulhando-a numa tina com o mesmo líquido mercúrio. Ao retirar o dedo, a coluna de mercúrio desceu para 76 cm, e o peso destes 76cm de mercúrio equilibram o peso dos 800 km de ar, a pressão atmosférica que nos líquidos se transmite para todas as direções, inclusive de baixo para cima. Uma atmosfera terrestre faz sobre um centímetro quadrado de área, a mesma pressão que 76cm de Hg: 1atm........... 76cm de Hg.............. 760mm de Hg 2.2. Unidades de pressão O Sistema Internacional de medidas (SI) usa o pascal (Pa) como unidade padrão de pressão. Um pascal (Pa) é a pressão exercida pela força de um Newton (N) numa superfície de um metro quadrado (m2): 1 Pa = 1N / m2 A pressão exercida pelo peso da atmosfera na superfície de 1,0 cm2 de mercúrio apresenta os valores abaixo: 1atm = 760mm de Hg = 760torr = 101325Pa Sendo que 1mm de Hg = 1 torr (Torricelli) 1 atm = 101325Pa = 101,325 kPa Obs: atm (unidade de pressão tendo como unidade o valor da pressão de uma atmosfera); torr (unidade de pressão em homenagem à Torricelli que equivale a milímetros de mercúrio); Pa (unidade pascal) e kPa (quilo pascal). 2.3. Mudança de pressão com a altitude Em regiões de grande altitude como Petrópolis e Campos de Jordão, a pressão atmosférica é menor, porque a camada de ar sobre os corpos também é menor. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 28 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida O mergulhador a cada oito metros de profundidade tem o equivalente ao peso de uma atmosfera a mais sobre si. A 16m de profundidade está sujeito a 3 atm( duas da água e uma da atmosfera). O sangue dissolve gases conforme a pressão que nosso corpo está sujeito. O mergulhador, sob alta pressão externa deve fazer uma subida lenta dando tempo de restabelecer o equilíbrio no sangue com uma quantidade menor de gases dissolvidos, uma vez que a pressão será menor. Deve passar por uma descompressão gradativa. O astronauta, solto no espaço, com pressão zero do lado de fora, deve usar o equipamento próprio com camada de ar dentro da roupa, isolando-o da ausência de pressão externa. 2.4. Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) Os gases ocupam um espaço maior ou menor em função da temperatura do meio e da pressão que estão suportando. Condições Normais de Temperatura e Pressão ou CNTP refere-se à temperatura de 273K (Kelvin) que equivale a 0oC (temperatura centígrada ou Celsius), sujeito a uma pressão externa de 1tm ou 760 mm de Hg. 25 oC ou 298K é uma temperatura mais agradável considerada temperatura ambiente. 3. Leis que regem os gases perfeitos O estado de um gás é definido quando sabemos sua pressão, temperatura e volume. Essas grandezas são variáveis do estado de um gás. 3.1. Transformação isotérmica As transformações gasosas estudadas por Boyle-Mariotte. com a temperatura, constante foram Com os ensaios abaixo esquematizados, chegou a uma lei, devidamente comprovada experimentalmente de que “A pressão suportada por um gás é inversamente proporcional ao volume que ele ocupa”. Admitindo que não haja variação na temperatura de um experimento com gás confinado numa caixa de 10L sob uma atmosfera de pressão, se colocarmos um segundo peso sobre o gás, querendo representar o dobro da pressão sobre o gás, o seu volume vai se reduzir à sua metade. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 29 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Dessa forma, à temperatura constante, se aumentarmos a pressão, o volume diminuí, se diminuirmos a pressão, o volume aumenta. Aumentando gradativamente a pressão de 1atm para 2atm e 4atm, mantida a temperatura do gás, vemos que o volume diminui respectivamente de 10L para 5L e 2,5L. Assim verificamos que o produto da Pressão pelo Volume permanece constante para aquela quantidade de matéria, aquele número de mols do gás. Diminuindo a pressão, aumenta o volume a T constante. P e V são inversamente proporcionais conforme Boyle-Mariotte 3.2. Transformação isobárica As transformações gasosas com a pressão constante foram estudadas por Charles e Gay Lussac. Ele chegou a uma lei, devidamente comprovada experimentalmente de que “À pressão constante, o volume é diretamente proporcional à Temperatura Absoluta”. Admitindo que não haja variação na pressão sobre o gás, se dobrarmos a temperatura, o volume que o gás ocupa vai expandir, tornando-se também o dobro do anterior. Dessa forma, se a pressão é constante, à medida que aumentarmos a temperatura, o volume ocupado pelo gás aumentará; diminuindo a temperatura, o volume diminuirá Aumentando a temperatura, aumenta o volume, a P cte. T e V são diretamente proporcionais, como comprovaram Charles e Gay Lussac. 3.3. Transformações isocórica, isométrica, isovolumétrica As transformações gasosas com a pressão constante também foram estudadas por Charles e Gay Lussac. Ele chegou a uma lei, devidamente comprovada experimentalmente de que “À volume constante, a pressão é diretamente proporcional à Temperatura Absoluta”. Admitindo que não haja variação de volume, representado por uma esfera rígida que contém o gás, se dobrarmos a temperatura, representando por uma segunda chama, a pressão que o gás precisa suportar para continuar no mesmo volume tem que ser o dobro, representado na figura por um segundo peso. Se aumentarmos a temperatura, a pressão aumentará se diminuirmos a www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 30 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida temperatura, a pressão diminuirá. Aumentando gradativamente a temperatura, de 300K para 600K a pressão também aumenta de 1atm para 2atm, se o volume o sistema continuar constante. T e P são inversamente proporcionais. P1 . T2 = P2 . T2 1atm . 600K = 2 atm . 300K P1=P2 T1 T2 3.4. Equação Geral dos Gases Suponhamos determinada massa de gás a P1, V1, T1. Mantendo a temperatura constante, T1, dobra a pressão para p2, implicando diminuição do volume para V’, que é a metade de V1. O gás passou de A para B. Mantendo a pressão constante, P2, vamos quadruplicar a temperatura de T1 para T2. Automaticamente o volume quadruplica, passando de V’ para V2. De A (inicial) para isotérmica: P1V1 = P2V’ (I) B (intermediário) houve uma transformação De B (intermediário) para C (final) houve uma transformação isobárica: www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 31 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida (II) Multiplicando-se, membro a membro, I e II: Esta equação é conhecida como Equação Geral dos Gases Perfeitos. Tratase de uma equação que relaciona pressão, volume e temperatura, numa transformação gasosa em que nenhuma variável de estado permanecerá constante. Usamos esta equação quando a quantidade de matéria, número de mols do gás não é conhecido. Quando conhecemos o número de mols ou sua massa ou seu volume, isto é, quando soubermos a quantidade de matéria do gás, usaremos a Equação de Clapeyron que veremos a seguir. 3.5. Equação de Clapeyron Se mantivermos um mesmo gás num sistema fechado e modificarmos suas variáveis, haverá um quociente constante entre o produto da pressão do gás pelo seu volume, dividido pela temperatura absoluta. Se for um mol do gás, o valor constante é chamada Constante Universal dos Gases, é identificada por R. O valor R depende das unidades de medida da pressão. Os seus valores são 0,0082atm.L.k-1. mol-1 e 62,3mmHg.L.K-1. mol-1. PV = n.RT que se chama de Equação de Clapeyron e vamos usá-la toda vez que conhecemos a quantidade de matéria do gás, seu número de mols ou sua massa ou seu volume. 3.5.1. Determinação da Constante Universal dos Gases, R. Considerando 1 mol de gás qualquer ocupando 22,4L nas condições normais de temperatura e pressão que significa ao nível do mar em sistema aberto sob 1atm e a 0oC. T = 273 + tº C = 273 + 0º C = 273K www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 32 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Considerando 1 mol de gás qualquer ocupando 22,4L nas condições normais de temperatura e pressão que significa ao nível do mar em sistema aberto sob 760 mm de Hg e a 0oC. Na resolução dos problemas com Gases Perfeitos, uma regra prática muito útil é observarmos a massa do gás. Se a massa é definida, seguiremos a Equação de Clapeyron. Se a massa é indeterminada, seguiremos a Equação Geral dos Gases. 4. Volume Molar Volume molar é o volume ocupado por mol de um gás. 4.1. Volume Molar na CNTP Volume Molar é medido nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), onde é considerada normal a temperatura de 0ºC ou 273 K. Pressão normal é medida ao nível do mar e corresponde a 1,00 atm (uma atmosfera) ou 760 mm Hg (760 milímetros de mercúrio). Através da equação de Clapeyron podemos determinar o volume molar na CNTP: Condições Normais de Temperatura e Pressão: P = Pressão normal = 1,00 atm T = 273 K que equivale a 0oC V = Volume molar n = 1,00 mol R = 0,0820 atm.L.K-1 .mol-1 4.2. Volume Molar nas condições ambientes Volume Molar medido nas condições ambientes, onde a temperatura é de 25º C. PV = nRT; P = 1,00atm; R = 0,0820atm. 1. mol-1 K-1 V = Volume molar T = 273 + 25 = 298 K n = 1 mol V = nRT = 1,00.0,0820,298 = 24,436L = 24,4L P 1,00 4.3. Volume Molar a 27o C e 1 atm V = nRT = 1,00.0,0820.300 = 24,6L = 24,6L P 1,00 5. Hipótese de Avogadro A pesagem dos gases pode ser feita através da hipótese que já se transformou em lei, formulada por Amadeo Avogadro: “Volumes iguais, de www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 33 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida gases quaisquer, medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão, encerram o mesmo número de moléculas”. Se nos recipientes abaixo forem de mesmo volume e mantidos na mesma temperatura e pressão, os gases nitrogênio e metano terão a mesma quantidade de moléculas. As moléculas são formadas por átomos diferentes, portanto de massas diferentes. Se o número de moléculas for o mesmo, através do mol conheceremos a massa do outro. Exemplo: Qual a massa de gás nitrogênio (N2) contida no seu balão de mesma capacidade do balão com 4 g de gás metano (CH 4), nas mesmas condições de T e P ? 1º passo é determinar a quantidade de matéria de um dos gases, aquele do qual temos a massa: Massa Molecular do CH4 = 12 + 4.1 = 16u 2º passo é saber que o outro gás tem a mesma quantidade de matéria em mols e em número de moléculas. 0,25mol de CH4 = 0,25 mol de N2 3º passo é transformar o número de mols em massa Massa Molecular do N2 = 2.14 = 28u 6. Mistura Gasosa A mistura de gases é sempre homogênea porque suas partículas são muito pequenas e apresenta um aspecto uniforme. A proporção dos gases é igual em todo sistema por onde ele se distribui. Na mistura de gases é importante verificar que os mols dos gases se somam. 6.1. Fração Molar Fração molar de cada gás é o resultado do quociente entre o seu número de mols e o número total de mols. 6.2. Pressão Parcial Pressão parcial é a pressão que o gás exerceria se estivesse sozinho no recipiente, ocupando o volume total da mistura na mesma temperatura. A pressão parcial é proporcional a sua quantidade no recipiente. Pressão parcial (p’) é o produto da fração molar pela pressão total dos gases. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 34 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida De experimentos surgiu o enunciado da Lei de Dalton: “A soma das pressão parciais de todos os gases fornece a pressão total da mistura 6.3. Volume Parcial Volume parcial é o volume que o gás ocuparia estando sozinho e sendo submetido à pressão total, na temperatura da mistura. O volume parcial (V) é dado pelo produto da fração molar do gás pelo volume total da mistura. Os resultados das experiências deu origem ao enunciado da Lei de Amagat: “O volume total da mistura gasosa é a soma dos valores de suas pressões parciais”. 7. Densidade dos Gases Densidade é sempre uma relação de massa e volume do mesmo material. 7.1. Densidade absoluta ou massa específica A densidade absoluta de um gás (g/ L) é diretamente proporcional à pressão e ao mol do gás e inversamente proporcional à sua temperatura absoluta. Se PV = nRT e n = m/ mol temos: PV = [m/ mol] RT isolando P temos: P = [m/ V] . [RT/ mol] Substituindo D = m/ V temos: P = D.R.T/ mol ou D = [P.mol]/[ RT] 7.2. Densidade relativa Densidade relativa é a relação entre a densidade absoluta de uma substância A em relação à densidade absoluta de outra substância B. Ar atmosférico puro tem a seguinte composição: 78% de N2 + 21% O2 + 1% demais entre eles Ar, CO2 e H2; Chamamos de Massa Molecular Aparente a média ponderada das massas atômicas dos gases presentes no ar, porque não é substância pura e sim uma mistura homogênea. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 35 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida A Massa Molecular Aparente do ar atmosférico é 28,9u o que dá a Massa Molar = MM = 28,9g.mol-1. 7.2.1. Densidade do gás hidrogênio em relação à do ar atmosférico. Concluímos que o Hidrogênio é mais leve que o ar porque dH2 /dar < 1. 7.2.2. Qual a densidade do gás carbônico em relação à do ar atmosférico Dadas as massas molares de CO2: 44g.mol-1 e do ar: 28,9g.mol-1 Um balão de aniversário inflado com ar dos pulmões (CO2) não sobe; é mais pesado que o ar. Um balão com hidrogênio (H2) é mais leve que o ar. Um balão com hélio (He) também é mais leve que o ar. Não sendo inflamável, é usado nos balões dirigíveis. 7.2.3. Densidade do gás carbônico em relação à do hidrogênio. Conclusão: o CO2 é 22 vezes mais pesado que o H2. A elevada densidade do Gás Carbônico em relação ao ar e aos demais gases, faz com que tenha maior concentração na parte inferior de ambientes fechados, sem ventilação. Levar um pequeno animal como um cão ou um www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 36 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida pássaro para o interior de cavernas, é aproveitar-se do animal para sinalizar ambiente com excessiva quantidade de CO2. 8. Efusão e Difusão gasosa Efusão é a saída do gás de um sistema. Difusão é a mistura do gás com os outros gases do ambiente. A velocidade de um gás sofre influência do tamanho e de peso da molécula. Um atleta leve tem mais chance que um obeso numa disputa de velocidade. Assim vemos que o balão de aniversário cheio de CO2 (MM = 44u) não diminui tanto de tamanho no dia seguinte quanto o balão de aniversário que estava cheio de H2 (MM = 2u). Thomas Graham (1805 – 1869) analisou o comportamento dos gases e através de uma expressão matemática conclui que as velocidades de dois gases inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas moleculares. O balão de Hidrogênio murchou mais rapidamente, devido a maior facilidade das moléculas de hidrogênio atravessarem a membrana do balão. A velocidade de efusão do Hidrogênio é praticamente cinco vezes maior que a velocidade de efusão do Gás Carbônico. 9. Umidade A umidade pode ser um grande problema na análise quantitativa exata. A precisão nos cálculos precisa ser extrema e a presença da água estraga a passagem. Usa-se o sulfato de cobre para determinar a presença ou não da água numa redoma de vidro. Branco está anidro. Azul está hidratado, eliminou o máximo de água que podia. Na prática aquecido, o sulfato de cobre penta hidratado à cor azul e volta para dentro da redoma para absorver do ar mais umidade. O ácido sulfúrico é muito higroscópico o que significa que atrai muito a água da atmosfera próxima. Um vidro de H2SO4 aberto na umidade, aumenta o volume da solução e conseqüentemente terá sua concentração molar diminuída: Cristais de soda cáustica também sofrem influência da umidade. Em contato com o ar o NaOH(s) imediatamente torna-se untoso, formando um líquido sobre si, é o NaOH (aq). Não se pode pegar sem luvas a soda cáustica, pois há uma absorção imediata de água da pele. 9.1. Umidade absoluta www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 37 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Umidade absoluta é a quantidade de vapor d’água presente em determinado volume de ar. 9.2. Umidade relativa Umidade relativa é o quociente entre a quantidade de vapor d’água existente no ar, pela pressão máxima de vapor d’água naquela temperatura. A pressão máxima de vapor de água em cada temperatura é observada no gráfico abaixo. A 30º C por exemplo, a pressão máxima de vapor de água deveria ser 31,8mm de mercúrio( Hg). Se no ar tiver, por exemplo a metade, 15,9mm de Hg, podemos calcular a umidade relativa naquele momento no ar. Umidade relativa de 50 % equivale a dizer na temperatura de 30ºC que há no ar, a quantidade vapor d’água suficiente para uma pressão de 15,9 mmHg que é a metade da pressão máxima de 31,8 prevista naquela temperatura. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 38 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Exercícios 1. (2011/IF-SP/IF-SP/Professor) A chuva ácida é formada ao atravessar uma atmosfera poluída por óxidos. A precipitação é formada por ácido sulfúrico e ácido nítrico. Quais são esses óxidos? a) óxidos de nitrogênio e de enxofre b) óxidos de nitrogênio e bário c) óxidos de enxofre e bário d) óxidos de ferro e de enxofre e) óxidos de carbono e enxofre 2. (2013/CESPE/SEE-AL/Professor - Química) O enxofre, encontrado na natureza na forma alotrópica rômbico, é um sólido amarelo, embora seja extraído das minas em sua forma liquefeita, solidificando-se ao ser lançado no ambiente. Ao reagir com o gás oxigênio, ele pode formar dois óxidos, conforme as equações a seguir. Considerando essas equações químicas, julgue os itens seguintes. As reações de formação dos óxidos de enxofre são endotérmicas. a) Certo b) Errado 3. (2014/CESGRANRIO/Petrobras/Técnico de Operação Júnior) www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 39 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida Sabe-se que os óxidos básicos são formados por metais alcalinos ou alcalino-terrosos e que, em água, estes formam hidróxidos. Então, o óxido de potássio, K2O, em água, forma a) HKO2 b) K2 OH c) KOH d) K2 O3 e) K(OH)2 4. (2015/FUNRIO/UFRB/Técnico de Laboratório) A chuva ácida é determinada quando o pH da água da chuva é igual ou inferior a 5,5. Ela pode ser formada principalmente pela presença de óxidos ácidos na atmosfera que, após reação com a água presente, forma o ácido correspondente. Indique a alternativa que contém um óxido ácido. a) O3. b) CaO. c) H2O. d) NO2. e) K2O. 5. (2014/CESGRANRIO/Petrobras/Técnico(a) Equipamentos e Instalações Júnior) de Inspeção de A diferenciação entre os conceitos de ácido e base, estabelecidos pela teoria de Lewis, prediz que, para qualquer espécie química, ácidos e bases são, respectivamente, a) doadores e receptores de par eletrônico b) doadores e receptores de prótons www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 40 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida c) receptores e doadores de par eletrônico d) receptores e doadores de prótons e) liberadores de cátions H3O+ e de ânions OH- em meio aquoso 6. (2014/ESES/GasBrasiliano/Engenheiro de Gás Natural Júnior) Dentre as alternativas abaixo, qual apresenta grandezas fundamentais aos estudo dos gases: a) Massa Molar, Temperatura e Pressão. b) Volume, Temperatura e Pressão. c) Pressão, Massa Molar e Concentração. d) Concentração, Massa e Temperatura. 7. (2014/IESES/GasBrasiliano/Engenheiro de Gás Natural Júnior) Em relação as transformações gasosas é correto afirmar: a) Transformação Isobárica: a pressão do gás permanece inconstante. b) Transformação Isotérmica: a temperatura do gás não permanece constante. c) Transformação Isocórica: o volume do gás permanece constante. d) Transformação Isocórica: o volume do gás permanece inconstante. 8. (2014/VUNESP/FUNDUNESP/Técnico em Química) Tanto o gás hélio (He) como o gás hidrogênio são menos densos do que o ar. Comparando as densidades desses dois gases, em idênticas condições de pressão e temperatura, pode-se afirmar que a do hélio, em relação à do hidrogênio, é a) um quarto. b) a metade. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 41 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida c) igual. d) o dobro. e) o quádruplo. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 42 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a b c d c b c d - - Comentários dos exercícios 1. Nítrico NITRogênio Sulfúrico Enxofre 2. A variação de entalpia é negativa o que representa reação exotérmica. 3. PELA REAÇAO TEMOS: K2O+H2O = 2KOH 4. Forma o ácido nítrico com água, já os outros compostos não formam ácidos. 5. Respectivamente, acido é receptor de par e base é doador de par de elétrons, RESPECTIVAMENTE. 6. As chamadas variáveis independentes que são capazes de determinar o estado de uma substância. Volume, pressão e temperatura. 7. Uma transformação isocórica, também chamada de uma transformação isovolumétrica, ou uma transformação isométrica, é uma transformação termodinâmica que ocorre avolume constante em um sistema fechado, sistema este que permite trocas de energia, mas não de matéria, entre o sistema e sua vizinhança. Um processo isocórico é exemplificado pelo aquecimento ou resfriamento do conteúdo de um recipiente inelástico. O processo www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 43 Concurseiros Unidos Maior RATEIO da InternetPolícia Civil/PA Aula 02 - Funções químicas e Gases Prof. Cândida termodinâmico é a adição ou remoção de calor, o isolamento dos componentes contidos no recipiente, estabelece o sistema fechado, e a incapacidade do recipiente para deformar impõe a condição de volume constante. 8. A densidade é função da massa atômica da molécula e, é diretamente proporcional. www.pontodosconcursos.com.br | Profª. Cândida Ivi WWW.CONCURSEIROSUNIDOS.ORG 44
