Química Geral Propriedades Gerais da Matéria Estados Físicos da

Química Geral
Propriedades Gerais da Matéria
Estados Físicos da Matéria:
A matéria pode ser encontrada em três estados físicos - o sólido, o líquido e o
gasoso.
Imagine um copo com cubos de gelos.
Observe que o tamanho e a forma das pedras de gelo não sofrem influência do
formato do copo, ou seja, no estado sólido a matéria tem forma e volume fixo.
Agora imagine que esse mesmo copo com cubos de gelo foi deixado numa
mesa. Após algum tempo esse gelo começa derreter, a matéria resultante passa
a ter o formato do copo, porém ainda possui um volume definido. Dizemos que tal
matéria se encontra no estado líquido.
A passagem do estado sólido para o líquido chama - se fusão.
Se pegarmos esse líquido e aquecermos, ele vai começar a esquentar até
ferver, ou seja, vai se transformar em vapor.
Se esse vapor for recolhido vamos observar que ele não apresenta forma nem
volume próprio. Ele ocupa todo volume do recipiente.
Dizemos que a matéria se encontra então no estado de vapor, ou seja, sem forma
e volume definidos.
A passagem do estado líquido para o de vapor recebe o nome de vaporização.
O Vapor obtido volta ao estado líquido quando resfriado. Recebe o nome de
Condensação.
Se dermos continuidade ao resfriamento o líquido volta para o estado sólido. Esse
processo recebe o nome de solidificação.
Existem casos de sólidos que passam a vapor sem passar pelo líquido. Esse
processo recebe o nome de Sublimação.
Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição
O Ponto de Fusão (PF) é a temperatura constante na qual um sólido se transforma
em líquido.
O Ponto de Ebulição (PE) é a temperatura constante na qual um líquido se
transforma em vapor.
No intervalo de tempo em que ocorre a fusão (em substância pura), coexistem a
fase líquido e a fase sólida e a temperatura permanece constante. A temperatura
só começa a subir quando não existem mais sólidos nenhum.
No intervalo de tempo em que ocorre a ebulição também em substância pura,
coexistem a fase líquida e a fase de vapor e a temperatura permanece constante.
Conhecidos os pontos de fusão e de ebulição de uma substância , é possível
prever seu estado físico em qualquer temperatura.
Se a temperatura dessa substância estiver abaixo do seu ponto de fusão,ele se
encontrará no estado sólido; se estiver acima do seu ponto de ebulição, estará no
estado gasoso; se estiver compreendida entre o ponto de fusão e o ponto de
ebulição, estará no estado líquido.
Exercícios
1- Observe os seguintes fatos:
1 Uma pedra de naftalina deixada no armário.
2 Uma vasilha com água deixada no freezer.
3 Uma vasilha de água deixada no fogo.
4 O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.
Nesses fatos estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:
a) 1. sublimação, 2. solidificação, 3. evaporação, 4. fusão.
b)1. sublimação, 2. solidificação, 3. fusão, 4. evaporação.
c)1. fusão, 2. sublimação, 3. evaporação, 4. solidificação.
d)1. evaporação, 2. solidificação, 3. fusão, 4. sublimação.
e)1. evaporação, 2. sublimação, 3. fusão, 4. solidificação.
2- Ponto de fusão é_______________ em que uma substância pura passa do
estado _______________ a uma certa pressão.
Os termos que preenchem corretamente as lacunas são:
a) a temperatura; líquido para sólido.
b) o estado da matéria; líquido para vapor.
c) uma propriedade característica; vapor para sólido.
d) a transformação química; sólido para líquido.
e) a temperatura; sólido para líquido.
Densidade:
Sejam duas bolinhas, uma de ferro e outra de cortiça, ambas de mesmo volume (1
cm , por exemplo). A massa correspondente à bolinha de ferro é de 7,86 g e à de
cortiça é de 0,32 g.
Denomina-se densidade de uma espécie de matéria o quociente entre sua massa
e volume por ela ocupado.
d= m/V
d= densidade em g/cm
m= massa em gramas
V= volume em cm
Na tabela abaixo estão os valores de densidade para a cortiça, o ferro e a água
Espécie de matéria
Cortiça
Água
Ferro
Densidade (g/cm)
0,32
1,00
7,86
Ao ser colocada num copo com água a bolinha de ferro afunda, enquanto a
bolinha de cortiça fica na superfície da água, isto é, flutua.
A bolinha de cortiça não afundou, logo, é menos densa que a água. A bolinha de
ferro, por ser mais densa que a água, afundou.
Ser mais denso significa ter mais massa por unidade de volume, ou, comparandose volumes iguais, o mais denso é o de maior massa.
Exercícios
1- Densidade é uma propriedade definida pela relação:
a) massa/ pressão.
b) massa/ volume.
c) massa/ temperatura.
d) pressão/ temperatura.
pressão/ volume.
2- O esquema representa 3 copos de mesmo tamanho, contendo cada um a
mesma massa dos seguintes líquido incolores: água, acetona e clorofórmio.
I
II
III
Dadas as densidades
d água= 1,00 g/cm ; d acetona=0,80 g/cm; d clorofórmio= 1,5 g/cm, podemos
afirmar que os copos I, II e III contém, respectivamente:
a) Acetona, água e clorofórmio.
b) Acetona, clorofórmio e água.
c) Água, clorofórmio e acetona
d) Clorofórmio, água e acetona
e) Clorofórmio, acetona e água
3- observe as densidades dos materiais
Material
Alumínio
Bambu
Carvão
Osso
Densidade(g/cm) à temperatura ambiente
2,7
0,31 - 0,40
0,57
1,70 - 1,80
Ao se adicionar à água pura, à temperatura ambiente, pedaços de cada um
desses materiais, observa-se flutuação apenas de:
a) Alumínio;
b) Alumínio e osso;
c) Bambu;
d) Bambu e Carvão ;
e) Carvão e osso
Substâncias Puras e Misturas
Substância: é toda espécie de matéria cujo ponto de fusão e ebulição ocorrem em
temperatura constante (ou seja, desde que se inicia a mudança de estado até o
final, não se observa variação de temperatura).
Isso ocorre em qualquer amostra do material analisado, independente do seu
tamanho.
Mistura: é toda espécie de matéria cuja temperatura varia durante a fusão e/ou
ebulição.
As misturas caracterizam-se por apresentar uma faixa de temperatura em que
ocorre a fusão e a ebulição.
Porém, existem misturas que apresentam ponto de fusão constante e faixa de
ebulição e outras que apresentam faixa de fusão e ponto de ebulição constante é
o caso da EUTÉTICA (fundem à temperatura constante) e AZEOTRÓPICA (ferve
a temperatura constante).
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IPC.: As propriedades ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade são
importantes, pois servem para identificar e diferenciar as substâncias puras das
misturas. São denominadas PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA.
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Generalizando:
__________________________________________________________________
Material
Temperatura durante a fusão
Temperatura durante a ebulição
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Substância pura
Constante
Constante
Mistura Comum
Varia
Varia
Mistura Eutética
Constante
Varia
Mistura Azeotrópica
Varia
Constante
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Sistemas Homogêneos e Heterogêneos
IPC.: Sistemas é uma espécie ou um conjunto de espécie de matéria, isolada para
um estudo.
Sistemas Homogêneos são aqueles que apresentam o mesmo aspecto, são
visualmente uniformes em todos os seus pontos.
1. Exemplo.: Solução de água + álcool.
Sistemas Heterogêneos são aqueles que apresentam separação, ou seja, não são
visualmente uniforme.
2. Exemplo.: Solução de água e óleo.
Conceito de Fase:
Fase é cada Porção visualmente uniforme de um sistema.
Voltamos ao exemplo (1) a solução de água e álcool, é visualmente uniforme em
toda sua extensão, ou seja, é constituídos de uma única fase. É portanto, um
sistemas homogêneos.
Já o exemplo (2) a solução de água e óleo, não é visualmente uniforme em toda
sua extenção, ou seja, possui mais de uma fase. o que caracteriza um sistema
heterogêneo.
Logo:
Sistemas Homogêneos são aqueles que apresentam apenas uma fase.
Sistemas Heterogêneos são aqueles que apresentam mais de uma fase.
O número de componentes não é obrigatoriamente igual ao número de fases.
Exemplo: Água e gelo (1 componente e 2 fases); água e sal (2 componentes e 1
fase)
Cada sólido num mistura representa uma fase.
IPC.: TODA MISTURA GASOSA É HOMOGÊNEA
Exercícios
1) Misturas azeotrópicas são:
a) misturas heterogêneas com ponto de fusão constante.
b) misturas homogêneas ou ligas de ponto de fusão constante.
c) líquidos ou ligas de ponto de fusão constante.
d) soluções líquidas ponto de ebulição constante.
e) líquidos de ponto de ebulição variáveis.
2) Em um balão existe um líquido transparente, inodoro e incolor. Pode-se afirmar,
com certeza, que se trata de:
a) Uma substância pura
b) Uma solução.
c) Um Sistema Homogêneo.
d) Uma mistura Homogênea.
e) Uma solução onde sólidos e líquidos presentes estão completamente
dissolvidos.
FENÔMENOS (TRANSFORMAÇÕES) FÍSICOS E QUÍMICOS
Fenômeno Físico não altera a identidade química da substância envolvida.
Exemplo 1: Um cubo de alumínio transformado em lâmina.
Exemplo 2: Gelo transformado em água líquida.
Fenômeno Químico altera a identidade química da substância envolvida
Exemplo: Se pegarmos uma certa quantidade de gás hidrogênio e outra de gás
oxigênio e colocá - los num recipiente e aquecê-lo o produto resultante desta
mistura será água. Não mas, gás hidrogêneo e gás Oxigênio.
Modificações nas características, como cor, cheiro, estado físico e temperatura do
sistema, normalmente indicam que ocorreu um fenômeno químico.
Exercícios
1. Observe atentamente os processos cotidiano abaixo:
I. A secagem de roupa varal.
II. A Fabricação caseira de pães.
III. A Filtração da água pela vela do filtro.
IV. O avermelhamento do bombril umedecido.
V. A formação da chama do fogão, a partir do gás de cozinha.
Constituem fenômenos químicos:
a) II e V apenas.
.
b) II, IV e V apenas.
V
c) I,III e IV apenas
d) I,II e III apenas
e) I,II,III,IV e V
2. Entre as transformações citadas a seguir, aquela que não representa um
fenômeno químico é:
a) Cozimento de um ovo.
b) queima do carvão.
c) amadurecimento de uma fruta
c) azedamento do leite
e) formação de orvalho.
Leis Ponderais das Reações Químicas
Leis Ponderais são leis que relacionam massas das substâncias participantes das
reações químicas.
A principal é a de Lavoisier ou lei da Conservação das Massas.
Que diz que a massa dos reagentes será igual a dos produtos, ou seja, na
natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.
Teoria Atômica de Dalton
Embora Lavoisier, Proust e outros cientistas daquela época dispusessem de
dados experimentais a respeito do comportamento da matéria, tais dados não
eram suficientes para responder a questões do tipo:
Por que os elementos não se decompõem produzindo novas espécie de matéria?
Por que os compostos ao se decompor produzem novas espécies de matéria?
Por que a massa não varia numa transformação química em ambiente fechado?
Por que um composto apresenta sempre a mesma composição em massa?
Por que o número de elementos conhecidos era reduzido, e o número de
compostos chegava aos milhares?
Como se vê, faltava uma teoria que pudesse justificar as constatações
experimentais. Para responder a todas essas perguntais, surgiu no ano de 1808, a
teoria de Dalton.
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1. Toda espécie de matéria é formada de átomo.
2. Átomos de um mesmo elemento são iguais em todas as suas propriedades.
3. Átomos de elementos diferentes possuem propriedades físicas e químicas
diferentes.
4. Um composto é formado pela combinação de átomos de 2 ou mais elementos
que se unem entre si em várias proporções simples. Cada átomo guarda sua
identidade química.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Representando os diferentes elementos (Símbolos)
Cada átomo de um determina elemento é representado por um símbolo; este é
formado por letra(s) retirada(s) do nome do elemento. A primeira letra é sempre
Maiúscula e a segunda, quando houver, é sempre minúscula.
Escrevendo uma equação química
Durante a reação os reagentes são consumidos, gastos ou eliminas; os produtos
são criados, formados ou produzidos.
1º passo: identificar as substâncias a serem consumidas, que serão denominadas
reagentes, e as que serão formadas, chamadas de produto.
Veja, por exemplo, a reação entre hidrogênio e oxigênio produzindo água.
Substâncias consumidas = reagentes => hidrogênio e oxigênio
Substância formada = produto => água
2º Passo: Conhecer as fórmulas de reagentes e de produtos( Reagentes: H2 e
O2; Produto: H2O)
3º Passo: As fórmulas dos reagentes devem aparecer do lado esquerdo na
equação. Usa-se uma seta (-->) para separar reagentes de produtos, que ficam à
direita na equação.
H2
+
O2
Reagentes
----->
H2O
Produto
Na equação acima está escrito que uma molécula de H (2 átomos de H) reage
com uma molécula de O (2 átomos de O), formando uma molécula de água (2
átomos de H e 1 átomo de O). A equação não pode ser escrita desta maneira,
pois numa reação química o número de átomos de cada elemento do lado dos
reagentes deve ser igual ao número do lado dos produtos. Caso isso venha a
ocorrer, a massa do reagente será diferente da massa do produto, o que contraria
a Lei de Lavoisier.
4º Passo: Estabelecer os coeficientes da equação.
Se for necessário, devem-se colocar números antes de cada fórmula das
substâncias participantes, de tal modo que fique indicada na equação a
conservação dos átomos (o número de átomos de cada elemento nos reagentes
deve ser o mesmo nos produtos). Esses números são chamados de coeficientes.
Após a colocação dos coeficientes para acertar o total de átomos de reagentes e
produtos, dizemos que a equação se encontra "balanceada".
Aconselha-se que ao efetuar um balanceamento se comece colocando os
coeficientes em um elemento que esteja presente em apenas uma substância de
cada lado da equação. Observe que na equação N2H4 + N2O4 ---> N2 + H2O não
é interessante começar o balanceamento pelo N, pois ele aparece em 2
substância diferentes no primeiro membro. É melhor começar pelo H ou pelo O.
Para o correto balanceamento da equação, nunca se deve alterar os índices das
fórmulas, e sim colocar os devidos coeficientes à frente de cada uma delas.
2 H2 + O2 ---> 2 H2O
Correto
H4 + O2 ---> H4O2
Errado
Estrutura Atômica
A Natureza Elétrica da Matéria
Toda matéria possui uma natureza elétrica.
Convencionalmente cargas positivas possuem o sinal (+). Cargas negativas o sinal
de (-).
Cargas elétricas de sinais diferentes se atraem.
Cargas elétricas de sinais iguais se repelem
Isso é facilmente observado se atritarmos um bastão de vidro em um pedaço de
lã, pendurado-o com o auxílio de um barbante e, logo após, aproximando-o
novamente do pedaço de lã, notaremos que ambos se atraem. Porém, se em
seguida friccionarmos outro bastão de vidro em outro pedaço de lã e o
aproximarmos do bastão que está suspenso, notaremos que irão se repelir.
Isso demonstra que o bastão de vidro está carregado eletricamente de carga
positiva(por convenção) e a lã de carga negativa (por convenção).
Gás e eletricidade
Gases, de modo geral, não conduzem eletricidade quando à pressão
ambientes.No entanto quando submetidos a baixas pressões, os gases podem se
tornar bons condutores elétricos.
Descoberta do elétron
O Cientista inglês Joseph John Thomson, foi quem descobriu a partícula que
chamamos de elétron, Com isso estava provado que o átomo não era indivisível
como imaginava os filósofos gregos ou como queria a teoria de Dalton.
O átomo segundo JJ Thomson seria formado por uma esfera de carga elétrica
positiva, possuindo, em sua superfície, elétrons incrustados.
Assim, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois a carga negativa dos
elétron compensaria a carga positiva da esfera que os contém. Esse modelo é
conhecido como MODELO DO PUDIM DE PASSAS.
Descoberta do Prótons
Outra importantíssima descoberta ocorreu no final do século XIX. feita pelo
cientista alemão Eugen Goldstein. Ele descobriu uma outra partícula subatômica,
que era 1.836 vezes mais pesada que o elétron e dotada de carga elétrica igual à
dele, só que com sinal positivo. A essa nova partícula foi proposto o nome de
PRÓTON.
Com a descoberta do Próton e do Elétron, já estava comprovado que o átomo não
é indivisível e que o modelo de Thomson era incompleto, uma vez que não levava
em conta a existência dos próstons. Portanto, um novo modelo deveria ser
proposto.
Modelo Atômico de Rutherford
Rutherford experimentou atirar com uma “metralhadora” numa finíssima folha de
ouro, cuja espessura se estima em 10 mil átomos, o que corresponderia a cerca
de 0,0001 cm! A metralhadora usada por ele lançava pequenas partículas
radioativas portadoras de carga elétrica positiva, chamada de partícula alfa.
Para saber se essas “balas” atravessavam ou ricocheteavam, ele usou uma tela
feita com um material apropriado (fluorescente) que emite uma luminosidade
instantânea quando atingida por uma partícula alfa.
Essa experiência mostrou que a grande maioria das partículas alfas atravessava a
folha. Apenas algumas poucas eram desviadas ou ricocheteavam. Assim, os
átomos não poderiam ser maciços, pois as partículas alfas não conseguiriam
atravessá-los.
Com base nessa experiência Rutherford concluiu que:
O átomo não é maciço, apresenta mais espaço vazio do que preenchido;
A maior porte da massa do átomo se encontra em uma pequena região centrar (
que chamaremos de núcleo) dotada de carga positiva, onde estão os prótons;
Ao redor do núcleo ( que chamaremos de eletrosfera) estão os elétrons, muito
mais leves (1836 vezes) que os prótons;
A contagem do número de partículas que atravessam e que ricocheteiam permite
fazer uma estimativa que o raio do átomo de ouro (núcleo + eletrosfera) é da
ordem de 10 mil vezes maior que o raio do núcleo.
Exercícios
1. Prótons e elétrons possuem:
a)
b)
c)
d)
Massas iguais e cargas elétricas de mesmo sinal.
Massas diferentes e cargas elétricas de mesmo sinal.
Massa diferentes e cargas elétricas de sinais opostos.
Massas iguais e cargas elétricas de sinais opostos
2. A experiência de Rutherford permitiu:
a)
b)
c)
d)
Evidenciar que o modelo de Thomson estava correto.
A descoberta do elétron
A descoberta do próton.
Evidenciar que a maior parte do átomo é vazia.
3. O modelo de Thomson propôs que o átomo seria formado por uma esfera
de carga __________, contendo, em sua superfície, __________
incrustado, possuidores de carga elétrica __________.
A alternativa que completa corretamente a frase é:
a)
b)
c)
d)
Neutra/ prótons e elétrons/ positiva e negativa.
Positiva / prótons / positiva.
Negativa / elétrons / negativa.
Positiva / elétrons / negativa.
Número Atômico e Número de Massa
No ano de 1932, o inglês James Chadwick descobriu uma outra partícula
subatômica de massa muito próxima à do prótons, porém sem carga elétrica. Essa
partícula, que passou a ser chamada de nêutron, localiza –se no núcleo do átomo,
juntamente com os próston.
IPC.:
NÚMERO ATOMICO (Z) é o numero de prótons presente no núcleo de um átomo.
NÚMERO DE MASSA (A) é o número de prótons(z) e de Nêutrons (N) presente no
núcleo de um átomo.
O número de massa pode ser expresso matematicamente da seguinte maneira:
A=Z+N
Ao representar o átomo convencionou escrever o número atômico na parte inferior
esquerda do símbolo e o número de massa na parte superior esquerda ou direita.
C ou C Z = 6 caracteriza Carbono
Isótopos, Isóbaros e Isótonos.
ISÓTOPOS: São dois ou mais átomos que possuem mesmo número atômico (Z) e
diferentes número de massa (A).
Exemplo:
H,
H,
H
ISÓBAROS: São dois ou mais átomos que possuem mesmo número de massa(A)
e diferentes números(Z).
Exemplo:
C e N;
Fe e Co
ISÓTONOS: São dois ou mais átomos que possuem mesmo número de nêutrons
(N) e diferentes números atômicos (Z) e de massa (A).
Exemplo:
C
e
N;
Cl
Ca
Exercícios
1. Considere um átomo do elemento bromo, possuidor de 35 prótons,
46 nêutrons e 35 elétrons. Escreva a representação correta para
esse átomo:
2. Considere os seguintes átomos:
I. C
II. O
III. N
IV. H
Determine o número de prótons, elétrons e nêutrons de cada um deles.
Íons
Já vimos que prótons, elétrons e nêutrons são partículas constituintes do átomo.
Assim se o número de prótons for igual ao número de elétrons, dizemos que o
átomo está eletricamente neutro.
Em determinadas circunstâncias, átomos podem ganhar ou perder elétrons.
Quando isso acontece, sua carga deixar de ser zero, ou seja, dizemos que o
átomo se transformou em íon.
Quando um átomo eletricamente neutro perde ou recebe elétrons, ele se
transforma em íon.
Se um átomo neutro recebe elétrons, passa a ficar com excesso de carga
negativas, ou seja, se transforma em um íon negativo. Por outro lado se um átomo
neutro perde elétrons, passa a apresentar um excesso de prótons, isto é, se
transforma em íon positivo.
Íon Negativo é chamado de ânion.
Íon Positivo é chamado de Cátion.
Exercício
1. Quantos elétrons possui o íon Ca? ( dados: cálcio, z=20)
a)
b)
c)
d)
e)
42
40
20
18
2
2. Para que um átomo neutro do elemento químico ferro se transforme
no íon ferro 2+, ele deve:
a)
b)
c)
d)
e)
perder 2 prótons
receber 2 prótons
perder 2 elétrons
receber 2 elétrons
perder 1 elétron e receber 1 prótons.
MODELO ATÔMICO DE BOHR
Em 1913 Niels Bohr propôs um outro modelo atômico. Em seu modelo Bohr incluiu
uma série de postulados (Postulado é uma afirmação aceita como verdadeira, sem
demonstração:
1. Os elétrons nos átomos movimentavam-se ao redor do núcleo em trajetória
circulares, chamadas de camadas ou níveis.
2. Cada um desses níveis possui um valor determinado de energia.
3. Não é permitido a um elétron permanecer entre dois desses níveis.
4. Um elétron pode passar de um nível para o outro de maior energia, desde
que absorva energia externa (energia elétrica, luz, calor, etc). Quando isso
acontece, dizemos que o elétron foi “excitado”.
5. O retorno do elétron ao nível inicial se faz acompanhar da liberação de
energia na forma de ondas eletromagnéticas ( luz visível, ultravioleta, calor
etc.).