QUÍMICA I Departamento de Química

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1 QUÍMICA I Departamento de Química Ementa: Teoria atômica. Propriedades periódicas. Ligações químicas: iônicas, covalentes e metálicas; Reações químicas: estequiometria; equilíbrio; cinética ; termodinâmica; Líquidos e soluções:propriedades e estequiometria; Gases ideais; Fundamentos de eletroquímica. Diretrizes e Condutas na Sala de Aula Não será permitido o uso de telefones celulares, beepers, mp3 players, Ipods e aparelhos similares, assim, todos deverão ser desligados ao início da aula. O caso de não cumprimento, ao aluno será dado o direito de se retirar da sala, contudo não será permitido voltar. Os alunos deverão chegar a sala de aula ao horário estabelecido. Será permitido o atraso de quinze minutos. Após os quinze minutos o aluno não poderá entrar. Vale ressaltar que a aula começará no horário, por isso peço que cheguem com antecedência para tomarem seus lugares. O silêncio é essencial, uma vez que a turma é numerosa. Não serão toleradas brincadeiras e conversas alheia. Regras e Perspectivas do Curso

2 O livro texto adotado nessa disciplina será: Regras e Perspectivas do Curso Bibliografia Brown, T.L et al. Química, a ciência central. Editora Pearson, São Paulo, No entanto, outros livros também serão de grande ajuda na compressão dos temas aqui abordados: Atkins, P.W. and Loreta, J. Princípios de Química, Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 2a. Edição, Editora Bookman Mahan, B.M.; Quimica - Um Curso Universitario, Editora: Edgard Blucher Deixo claro que nenhum livro por si só detém todo o conteúdo de um único assunto, por isso incentivamos fortemente a busca de conhecimentos além do livro texto principal. Exercícios Ao final de cada capítulo do livro texto principal (Brown) há uma grande quantidade de exercícios a respeito do tema. Recomendo a resolução de pelo menos 70% deles para que o assunto seja minimamente compreendido. Não serão conferidas notas aos exercícios resolvidos, ou seja, fica a critério do aluno sua resolução.

3 Duas Avaliações: Das Avaliações P1 e P2 Ambas avaliações possuem pesos iguais, ouseja, 1/2 da nota total Regras e Perspectivas do Curso Detalhe importante! Durante a realização das avaliações não será permitido nenhum tipo de auxílio ou anotação, seja ele de consulta impressa, escrita, eletrônica ou pessoal. Em caso de violação dessa regra, o(s) envolvido(s) serão imediatamente impedido(s) de continuarem a avaliação, sendo o caso dirigido ao conselho de Departamento para devidas providências. Em posse do aluno será permitido apenas a presença de calculadora científica, lápis, caneta e borracha. Qualquer outro tipo equipamento eletrônico, papeis, livros, ou qualquer outro tipo de anotação que não seja fornecido pelo professor será considerado ação fraudulenta, e as devidas ações serão tomadas (vide parágrafo anterior).

4 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Aula Horas Data Conteúdo /jul Teoria Atômica. A teoria de Dalton. Os raios catódicos. O modelo de Thomson. A radioatividade. O modelo de Rutherford. As características da radiação eletromagnética. O espectro eletromagnético /jul A teoria atômica moderna. Radiação do corpo negro (a hipótese dos Quanta de Max Planck). O efeito fotoelétrico. A dualidade partícula-onda. O princípio da incerteza de Heisenberg. Modelo Atômico de Bohr: postulados de Bohr. As séries espectrais do átomo de hidrogênio. Os níveis de energia do átomo de hidrogênio / jul A Teoria Quântica. Distribuição eletrônica. Princípio de exclusão de Pauli. Regra de Hund. Cálculo da constante de blindagem (regras de Slater).Cálculo da carga nuclear efetiva. Propriedades periódicas: Tamanho dos átomos e dos íons, eletronegatividade, energia de ionização e afinidade eletrônica / jul Ligações Químicas: Ligação iônica. Propriedades dos compostos iônicos. Energias envolvidas na formação da ligação iônica. Cálculo de energias de rede: ciclo de Born-Haber. Ligação covalente. Ligação covalente coordenada. Estrutura de Lewis. Geometria Molecular (modelo VSEPR). Polaridade das moléculas. Ligação metálica. Forças intermoleculares. Propriedades dos compostos moleculares / jul Massa molecular, constante de Avogadro, massa molar, composição percentual. Reações químicas: fórmula mínima, fórmula molecular a partir da fórmula mínima, balanceamento de equações, estequiometria. Reagente Limitante /jul Soluções: Misturas Homogêneas e Heterogêneas. Tipos de Soluções. Unidades de Concentração. Líquidos: Propriedades Físicas dos Líquidos. Líquidos e Soluções: pressão de vapor, diagrama de fases, propriedades coligativas /jul 1ª Prova. Regras e Perspectivas do Curso

5 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO Aula Horas Data Conteúdo /ju l 1ª Prova /jul Reações ácido-base. Os conceitos de Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Neutralização de Ácidos e Bases. Definição de ph. Estequiometria ácido- base /jul Gases Ideais. Estado de um gás. Lei de Boyle. Lei de Charles. Lei Combinada dos Gases. Leis das Pressões Parciais de Dalton. Lei dos Gases Ideais /jul Termodinâmica. Primeira Lei da Termodinâmica. Entalpia e Capacidade Calorífica. Termoquímica. Segunda e Terceira Leis da Termodinâmica. Variações de Entropia e de Energia Livre. Termodinâmica e Equilíbrio /jul Cinética. Velocidade média de reação. Velocidade instantânea. Leis de Velocidade. Mecanismos de reação. Catálise /jul Equilíbrio: Reversibilidade de reações químicas. Constante de equilíbrio (K p e K c ). Conversão de K p em K c e vise-versa. Equilíbrio heterogêneo. Predição da direção de reação (Q p e Q c ). Equilíbrio: Cálculo da composição no equilíbrio. O princípio de Le Chatelier /jul Fundamentos de Eletroquímica. Reações de Oxidação- Redução. Balanceamento das Equações Redox. Células Eletroquímicas. Potenciais Padrão de Redução. Equação de Nernst. Eletrólise /ju l 2ª Prova /jul Considerações finais e entrega dos resultados. Total 60.

6 Capítulo 2 átomos, moléculas e íons Teoria atômica da matéria A Química trata das propriedade das substâncias... Do que é feito as substâncias de modo a conferir tamanha variedade de propriedades?

7 A Teoria de Dalton John Dalton: 1. A matéria é constituída por partículas últimas ou átomos os átomos são indivisíveis e não podem ser criados nem destruídos (Princípio de Conservação da Matéria - Lavoisier); 2. todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos e apresentam o mesmo peso; 3. átomos de elementos diferentes têm pesos diferentes; 4. os compostos são formados por um número fixo de átomos de seus elementos constituintes (Lei das Proporções Fixas -Proust);; Lei de Dalton das proporções múltiplas: Quando dois elementos formam diferentes compostos, a proporção da massa dos elementos em um composto está relacionada à proporção da massa do outro através de um número inteiro pequeno.

8 Visão Elaborada dos símbolos criados por Dalton e seus compostos.

9 A descoberta da estrutura atômica Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é constituída de elementos indivisíveis. Mais tarde, os cientistas constataram que o átomo era constituído de entidades carregadas. Raios catódicos e elétrons Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade. Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos. A voltagem faz com que partículas negativas se desloquem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo. A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um campo magnético.

10 A descoberta da estrutura atômica Raios catódicos e elétrons

11 Raios catódicos e elétrons Considere o seguinte experimento: Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada positivamente contendo um pequeno orifício. À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são carregadas negativamente. A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado força as gotas para cima. Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à força de atração eletrostática entre a gota e a chapa positiva. Utilizando este experimento, Millikan determinou que a carga no elétron é 1,60 x C. Conhecendo a proporção carga-massa, 1,76 x 10 8 C/g, Millikan calculou a massa do elétron: 9,10 x g. Com números mais exatos, concluimos que a massa do elétron é 9,10939 x g. A descoberta da estrutura atômica

12 A descoberta da estrutura atômica Raios catódicos e elétrons

13 Radioatividade Considere o seguinte experimento: Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo um pequeno orifício de tal forma que um feixe de radiação seja emitido pelo orifício. A radiação passa entre duas chapas eletricamente carregadas e é detectada. Três pontos são observados no detector: um ponto no sentido da chapa positiva, um ponto que não é afetado pelo campo elétrico, um ponto no sentido da chapa negativa.

14 A descoberta da estrutura atômica Radioatividade Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa. Essa se chama radiação (consiste de elétrons). Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se chama radiação Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. Essa se chama radiação.

15 A descoberta da estrutura atômica O átomo com núcleo Pela separação da radiação, conclui-se que o átomo consiste de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente. Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram encontradas em uma esfera.

16 A descoberta da estrutura atômica O átomo com núcleo Rutherford executou o seguinte experimento: Uma fonte de partículas foi colocada na boca de um detector circular. As partículas foram lançadas através de um pedaço de chapa de ouro. A maioria das partículas passaram diretamente através da chapa, sem desviar. Algumas partículas foram desviadas com ângulos grandes. Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível.

17 A descoberta da estrutura atômica

18 A descoberta da estrutura atômica O átomo com núcleo Para fazer com que a maioria das partículas passe através de umpedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deve consistir de carga negativa difusa de massa baixa o elétron. Para explicar o pequeno número de desvios grandes das partículas, o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de uma carga positiva densa. Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte maneira: Suponha que o átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele.

19 A descoberta da estrutura atômica O átomo consite de entidades neutras, positivas e negativas (prótons, elétrons e nêutrons). Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons. Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons.

20 A visão moderna da estrutura atômica Isótopos, números atômicos e números de massa Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo. Número de massa (A) = número total de núcleos no núcleo (por exemplo, prótons e nêutrons). Por convenção, para um elemento X, escreve-se ZA X. Isótopos têm o mesmo Z, porém A é diferente. Encontramos o Z na tabela periódica. Pesos atômicos A escala de massa atômica A massa do 1 H é 1,6735 x g e do 16 O é 2,6560 x g. Definimos: a massa de 12 C = exatamente 12 u. Usando unidades de massa atômica: 1 u = 1,66054 x g 1 g = 6,02214 x u

21 Características da Radiaçao Eletromagnética Um feixe de radiação eletromagnética consiste num campo eletromagnético que viaja a m s -1. Um campo eletromagnético é constituído por uma componente elétrica e uma magnética (perpendiculares entre si). A velocidade a m s -1 conhecida como velocidade da Luz A luz comum é conhecida como uma forma de radiação eletromagnética.

22 Um pouco de ondas... Uma onda eletromagnética oscila em ambas as direções (magnético e elétrico) O numero de ciclos que uma onda completa por segundo é chamada de freqüência (ν letra grega nu ) A unidade de freqüência é Hz (hertz) 1 Hz 1 s 1 A freqüência da radiação eletromagnética que vemos como luz visível está na ordem de Hz (ou seja, a luz oscila aproximadamente 100 trilhões de vezes a cada segundo).

23 Um pouco de ondas... A frequencia da radiação eletromagnetica afeta como podemos usar-la. Por exemplo: Luz visivel, microndas, Raios-X, Ondas de Raios, Infravermelho, etc. possuem intervalos de frequencia diferentes.

24 Um pouco de ondas... Uma onda é caracterizada por sua amplitude e comprimento de onda. Pequeno comprimento de onda, alta frequencia. grande comprimento de onda, baixa frequencia. A amplitude é a altura da onda. Determina a intensidade. O comprimento de onda ( λ Letra grega lambda ) é a distância pico a pico.

25 Natureza ondulatória da luz

26 Características da Radiaçao Eletromagnética A relaçao entre o comprimento de onda e frequencia é dada por: velocidade de propagagação ou c Para calcular o comprimento de onda de uma luz azul:

27 c = λν Das duas ondas eletromagnéticas representadas qual tem a maior frequência Resp.: a com comprimento de onda maior (maior distância entre os picos). Quanto maior o comprimento de onda, menor a frequência: ν = c λ

28 Natureza ondulatória da luz

29 O Espectro Eletromagnético

30 c = λν Das duas ondas eletromagnéticas representadas se uma onda representa a luz visível e a outra radiação infravermelho, qual é uma e qual é outra? Resp.: O espectro eletromagnético indica que a radiação infravermelho tem comprimento de onda mais lingo que a luz visível, assim a onda de baixo seria a radiação infravermelho: ν = c λ

31 Passo 1: Passo 2: Homework! Capítulo 2: 2.1 a 2.10 Capítulo 6: 6.1 a 6.10