Introdução Química Geral

Química Geral
INTRODUÇÃO
Prof. Dr. Darlan Marum
INTRODUÇÃO
O QUE É QUÍMICA?
A química é a ciência que estuda a natureza, as propriedades, a
composição e as transformações da matéria.
O campo de interesse e aplicação da química é tão amplo que
envolve quase todas as outras ciências; por isso, muitas disciplinas
estão interligadas com a química
INTRODUÇÃO
As primeiras tentativas de entender os fenômenos naturais,
desvinculadas da religião ou de forças sobrenaturais, surgiram no
século V a.C., na Grécia.
Foi Empédocles, um filósofo grego, quem lançou a
ideia para explicar a constituição da matéria. Para ele,
ela seria formada por quatro elementos primários – o
fogo, o ar, a água e a terra.
Esses elementos seriam indestrutíveis, mas estariam
sofrendo constantes transformações.
INTRODUÇÃO
Mais tarde, Aristóteles introduziu a ideia de que esses
quatro elementos podiam ser diferenciados por suas
propriedades:
•
•
•
•
O fogo: seria quente e seco;
O ar: seria quente e úmido;
A água: seria fria e úmida;
A terra: seria fria e seca;
INTRODUÇÃO
Boyle fundamentou sua
teoria na realização de
experimentos
e
na
interpretação dos resultados
obtidos, processo que hoje
se
denomina
método
científico.
QUÍMICA: TRÊS NÍVEIS
A partir de vários estudos puderam então, dividir a química em três
níveis.
• O primeiro, trata-se da matéria e suas transformações (nível
macroscópico)
• O segundo, trata-se de fenômenos em termos de rearranjos dos
átomos (nível microscópico)
• O terceiro, trata-se das descrições dos fenômenos químicos por
meio de símbolos e equações matemáticas (nível simbólico).
POR QUE
ESTUDAR A
QUÍMICA?
A química é central
para garantir uma
compreensão básica
dos
princípios
dominantes
dos
campos relacionados
à ciência.
MATÉRIA E ENERGIA
Matéria: tudo que possui massa e que ocupa lugar no espaço
A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso.
Podemos, através de experimentos simples, constatar que o ar
ocupa lugar no espaço.
ENERGIA
Pode-se afirmar que o conceito de energia está diretamente
relacionado à realização de trabalho, ao fato de provocar
modificações na matéria e de ser interconversível em suas várias
formas.
ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA
Toda matéria é constituída de pequenas partículas e, dependendo do
maior ou menor grau de agregação entre elas, pode ser encontrada em
três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.
Sólido: é uma forma da matéria que retém sua forma e não flui;
Líquido: é uma forma da matéria, que tem superfície bem definida e que
toma forma do recipiente que o contém;
Gasoso: é uma forma fluída da matéria que ocupa todo o recipiente que
o contém e sofre compressão.
ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA
Partículas com
empacotamento
compacto, mas
continuam
a
oscilar.
Partículas
com
menor organização,
menor força de
atração.
Partículas movem-se
quase completamente
livres e estão em
movimento aleatório.
Mudanças de
temperatura
ou
pressão
podem levar a
transformaçã
o da matéria.
ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA
SUBLIMAÇÃO
FUSÃO
VAPORIZAÇÃO
SOLIDIFICAÇÃO
LIQUEFAÇÃO
Aumento de
Temperatura
Diminuição de
Temperatura
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
Um conjunto de átomos com as mesmas propriedades químicas
constitui um elemento químico, e cada substância é caracterizada
por uma proporção constante desses elementos.
Substância pura
Tipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam
átomos, sejam moléculas, e por esse motivo apresentando
propriedades químicas e físicas próprias. As substâncias puras
podem ser classificadas como simples ou compostas.
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
Substâncias simples
A substância formada por um ou mais
átomos de um mesmo elemento químico é
classificada como substância simples.
Substâncias compostas
Quando as moléculas de determinada substância são
formadas por dois ou mais elementos químicos, ela
é classificada como substância composta.
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
Compostos
A maior parte dos elementos químicos
podem interagir com outros elementos afim
de formar os compostos.
Comparação entre água, hidrogênio e oxigênio
Água
Hidrogênio Oxigênio
Estado Físico
Líquido
Gás
Gás
Temperatura E
100°C
-253°C
-183°C
Densidade
1,0g/L
0,084g/L
1,33g/L
Inflamável
Não
Sim
Não
Molécula de água
H2O
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
Misturas
As
misturas
são
combinações de duas ou
mais substâncias em que
cada substância mantém a
sua identidade química.
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
Solução: é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas
sendo denominada componente.
Solução homogênea
Toda solução que apresenta
uma única fase.
Solução heterogênea
Toda solução que apresenta
pelo menos duas fases.
TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA
Qualquer modificação que ocorra com a matéria é considerada um
fenômeno: água em ebulição, massa do pão "crescendo", explosão de
uma bomba etc.
Fenômenos físicos: não alteram a natureza da matéria, isto é, a sua
composição.
Fenômenos químicos: alteram a natureza da matéria, ou seja, a sua
composição.
TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA
A formação de uma nova substância está associada à:
1. Mudança de cor. Exemplos: queima de papel; cândida ou água de lavadeira
em tecido colorido; queima de fogos de artifício.
2. Liberação de um gás (efervescência). Exemplos: antiácido estomacal em
água; bicarbonato de sódio (fermento de bolo) em vinagre.
3. Formação de um sólido. Exemplos: líquido de bateria de automóvel + cal
de pedreiro dissolvida em água; água de cal + ar expirado pelo pulmão (gás
carbônico).
4. Aparecimento de chama ou luminosidade. Exemplos: álcool queimando,
luz emitida pelos vaga-lumes.
DIAGRAMA DE MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO
Ao aquecermos uma amostra
de substância pura, como,
por exemplo, a água no estado
sólido (gelo) e anotarmos as
temperaturas
nas
quais
ocorrem as mudanças de
estado, ao nível do mar,
obteremos o seguinte gráfico:
TE
TF
DIAGRAMA DE MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO
Existem algumas misturas com comportamento diferente, as quais
apresentam um patamar apenas.
Misturas eutéticas
Essas misturas comportam-se
como uma substância, isto é,
apresentam TF constante, e o
gráfico apresenta um patamar
durante a fusão.
Misturas azeotrópicas
Essas misturas comportam-se
como uma substância, isto é,
apresentam TE constante, e o
gráfico apresenta um patamar
durante a ebulição.
DIAGRAMA DE FASE DA ÁGUA
1 – curva de fusão: limita as
regiões das fases sólida e líquida
2 – curva de vaporização: limita
as regiões das fases líquida e
gasosa
3 – curva de sublimação: limita
as regiões das fases sólida e
gasosa
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
ANÁLISE IMEDIATA
O conjunto de processos físicos que não alteram a natureza das substâncias é
denominado análise imediata.
Para cada tipo de mistura — heterogênea ou homogênea — usamos métodos
diferentes.
Decantação
Processo utilizado para separar dois tipos de misturas heterogêneas.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
Líquido e sólido
A fase sólida (barro), por ser mais densa, sedimenta-se,
ou seja, deposita- se no fundo do recipiente, e a fase
líquida pode ser transferida para outro frasco.
A decantação é usada, por exemplo, nas estações de tratamento de
água.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
Líquido e líquido
O líquido mais denso
permanece
na
parte
inferior do funil e é
escoado controlando-se a
abertura da torneira.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
É utilizada para separar substâncias presentes em misturas heterogêneas
envolvendo sólidos e líquidos.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
Destilação
É utilizada para separar cada uma das substâncias presentes em
misturas homogêneas envolvendo sólidos dissolvidos em líquidos e
líquidos miscíveis entre si.
Na destilação simples de sólidos dissolvidos em líquidos, a mistura é
aquecida, e os vapores produzidos no balão de destilação passam pelo
condensador, onde são resfriados pela passagem de água corrente no
tubo externo, se condensam e são recolhidos no erlenmeyer.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
A parte sólida da mistura,
por não ser volátil, não
evapora e permanece no
balão de destilação.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
As diferentes capacidades
das substâncias para aderir
superfícies de sólidos podem
também ser usadas na
separação de misturas.c
Essa capacidade
é a base da
Cromatografia
Cromatografia de coluna
UNIDADES DE MEDIDA
Em Química, para realizar qualquer experimento, além dos conceitos
básicos de matéria e energia, também é necessário conhecer algumas
unidades de medida.
Os resultados de uma medida, o “valor” de uma quantidade física, são
registrados como múltiplos de uma unidade.
O Sistema Internacional (SI) é aceito internacionalmente.
UNIDADES DE MEDIDA
Massa (m): a quantidade de matéria que existe num corpo.
No Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão de massa é o
quilograma (kg).
UNIDADES DE MEDIDA
Volume (V): é a extensão de espaço ocupado por um corpo.
No SI, a unidade-padrão de volume é o
metro cúbico (m3). No entanto, a unidade
mais usada em Química é o litro (L).
UNIDADES DE MEDIDA
Temperatura(T): relaciona-se com o estado de agitação das
partículas que formam um corpo e com a capacidade desse corpo de
transmitir ou receber calor.
Existem três escalas centígradas:
• Celsius (°C)
• Kelvin (K)
• Fahrenheit (°F)
A escala Kelvin é a recomendada pelo SI
e é conhecida como escala absoluta.
UNIDADES DE MEDIDA
Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção
perpendicular, sobre uma dada superfície, e a área dessa superfície.
A pressão atmosférica varia de
acordo com a altitude. Em
regiões de grande altitude, há
menor quantidade de partículas
do ar por unidade de volume,
portanto a pressão também é
menor.
UNIDADES DE MEDIDA
Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão é o pascal
(Pa), que se relaciona com a unidade atmosfera na seguinte
proporção:
aproximadamente
UNIDADES DE MEDIDA
Densidade (d): é a relação (razão) entre a massa de um material e o
volume por ele ocupado.
Para sólidos e líquidos, a densidade
geralmente
é
expressa
em
gramas/centímetros cúbicos (g/cm3);
para gases, costuma ser expressa em
gramas/litro (g/L).