Matéria e Medidas. Reis, Oswaldo Henrique Barolli. R375m Matéria e medidas / Oswaldo Henrique Barolli. Varginha, slides; il.

Transcrição

1 Matéria e Medidas Reis, Oswaldo Henrique Barolli. R375m Matéria e medidas / Oswaldo Henrique Barolli. Varginha, slides; il. Sistema requerido: Adobe Acrobat Reader Modo de Acesso: World Wide Web 1. Química. 2. Química Estudo e ensino. I. Título. II. Fundação de Ensino e Pesquisa- FEPESMIG Elaborado por: Isadora Ferreira CRB-06 31/06 CDD: 540 AC:

2 Introdução: matéria e medidas O estudo da química Classificações da matéria Propriedades da matéria Unidades de medida Incerteza na medida Análise dimensional 2

3 Introdução - Química é o estudo das propriedades dos materiais e das mudanças sofridas por estes. Os princípios químicos estão presentes em todos os aspectos de nossas vidas. 3

4 Introdução Por que estudar química? 4

5 A matéria Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. Pode ser classificada de acordo com seu estado físico (sólido, líquido e gasoso) e de acordo com sua composição (elemento, composto ou mistura). Vácuo: Ausência total de matéria. 5

6 A matéria Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa. (madeira) Corpo: porção definida da matéria. (tábua) Objeto: corpo feito pelo homem com o intuito de se utilizá-lo para algum fim. (banco de madeira) 6

7 Classificação da matéria Estados da Matéria Sólido: Estado onde os átomos, íons ou moléculas estão ordenados em arranjos bem definidos. 7

8 Classificação da matéria Estados da Matéria Líquido: Não assume uma forma fixa e possui volume constante (em temperatura e pressão constantes). 8

9 Classificação da matéria Estados da Matéria Gasoso: Assume o volume e a forma do recipiente, é compressível e flui rapidamente. 9

10 Classificação da matéria Substância Uma substância pura (em geral, chamada simplesmente de substância) é a matéria que tem propriedades distintas e uma composição que não varia de amostra para amostra. Todas as substâncias são elementos ou compostos: 10

11 Classificação da matéria Substância Elementos: Cada elemento contém um único tipo de átomo. Ex: O 2, Fe, Cl 2, Si etc... Compostos: São formados pela interação entre elementos. NaCl, H 2 SO 4 etc... 11

12 Classificação da matéria Substância Mistura: A maioria da matéria é constituída de misturas de diferentes substâncias. As substâncias que compõem uma mistura são chamadas de componentes da mistura. Uma mistura pode ser: Homogênea (soluções): são uniformes, possuem 1 fase. Heterogênea: não se misturam, possuem mais de uma fase. 12

13 Esquema de classificação da matéria 13

14 Sistema: tudo o que é objeto da observação humana. Sistemas homogêneos Sistemas heterogêneos Substância pura Mistura Substância pura Mistura Água Álcool hidratado Gelo: H 2 O (sól) + Água: H 2 O (líq) Água + óleo

15 Fase: corresponde a cada porção uniforme de uma matéria. Componente: corresponde a cada substância que participa da mistura. Mistura de dois ou mais sólidos será sempre heterogênea e cada sólido corresponde a uma fase.

16 Propriedades da matéria Intensivas: Não dependem da quantidade de amostra analisada. Ex.: Temperatura, densidade, ponto de fusão. Extensivas: Dependem da quantidade de amostra analisada. Ex.: Massa, volume. Mudanças físicas: Apresentam alterações em sua aparência física, mas não em sua composição. Ex.: A mudança do estado físico do gelo para a água líquida. Mudanças químicas: É quando uma substância é transformada em uma substância quimicamente diferente. Ex.: Quando o hidrogênio queima ao ar, ele sofre uma mudança química porque combina-se com o oxigênio para formar a água. 16

17 Mudanças de estado físico da matéria 17

18 Mudanças de estado físico da matéria 18

19 SUBSTÂNCIA PURA X MISTURA SUBSTÂNCIA PURA temperatura (graus Celsius) 100 água vapor d'água 0 gelo gelo + água água + vapor d'água estado sólido fusão solidificação estado líquido ebulição condensação estado gasoso

20 Curva de Resfriamento da água T C 100 G L e G L 0-20 S e L S tempo

21 Curva de Aquecimento da água T C 100 L e G G L 0-20 S S e L tempo

22 Mistura

23 Curvas de Misturas Comuns Aquecimento Resfriamento

24 PROPRIEDADES DA MATÉRIA Propriedades gerais são comuns a todos os materiais ( massa, volume, divisibilidade,...) Propriedades funcionais são apresentadas por um grupo de substâncias, chamado função química. Aldeído, Álcool, Cetona, Éster, etc. As propriedades específicas caracterizam cada tipo de substância (organolépticas (Cor, sabor, odor), químicas e físicas ) As propriedades físicas são utilizadas para identificar as substâncias : PF, PE, densidade, )

25 PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA Inércia: A matéria conserva seu estado de movimento ou repouso a menos que uma força aja sobre ela. Massa: É uma propriedade relacionada com a quantidade de matéria e é medida geralmente em quilograma. A massa é a medida da inércia. Quanto maior a massa de um corpo maior a sua inércia. Massa e peso são duas coisas diferentes, massa de um corpo pode ser medida por uma balança e o peso é uma força medida pelo dinamômetro. A massa é uma propriedade da matéria, independe onde o corpo está, a sua massa não se modifica. Mas o peso vai depender de onde o corpo está. Se uma pessoa foi para a Lua,onde a gravidade é menor, o peso vai ser menor também mas sua quantidade de matéria (massa) permanece inalterada Extensão: Toda matéria ocupa um lugar no espaço. Logo todo corpo tem extensão. Seu corpo, por exemplo, tem a extensão do espaço que você ocupa.

26 Impenetrabilidade: Duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo no espaço. Divisibilidade: A matéria pode ser dividida em partes cada vez menores. Indestrutibilidade: A matéria não pode ser destruída nem criada, apenas transformada. Compressibilidade: Quando a matéria está sofrendo a ação de uma força, seu volume diminui. Elasticidade: A matéria volta ao volume e à forma iniciais quando cessa a compressão. Descontinuidade: Toda matéria é descontínua, por mais compacta que pareça. Existem espaços entre uma molécula e outra e esses espaços podem ser maiores ou menores tornando a matéria mais ou menos compacta

27 PROPRIEDADES FUNCIONAIS DA MATÉRIA São propriedades comuns a determinados grupos de matérias, identificadas pela função que desempenham. Exemplos: ácidos, bases, sais, óxidos, álcoois, éter, etc. ÁCIDOS: possuem sabor azedo ou cáustico, facilmente identificado em frutas cítricas HIDROCARBONETOS: queimam, facilmente, liberando calor : são combustíveis BASES: têm sabor amargo e são semelhantes ao sabão quando as tocamos. SAIS: conduzem corrente elétrica, em solução e apresentam sabor salgado. ÉTERES: possuem caráter básico e são altamente inflamáveis e voláteis

28 PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA 1.PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS: a)cor: a matéria pode ser colorida ou incolor. Esta propriedade é percebida pela visão; b)brilho: a capacidade de uma substância de refletir luz é a que determina o seu brilho. Percebemos o brilho pela visão; c)sabor: uma substância pode ser insípida (sem sabor) ou sápida (com sabor). Esta propriedade é percebida pelo paladar; d)odor: a matéria pode ser inodora (sem cheiro) ou odorífera (com cheiro). Esta propriedade é percebida pelo olfato; e) textura : porosa, lisa, áspera,. Esta propriedade é percebida pelo tato.

29 2. PROPRIEDADES QUÍMICAS Reatividade química das substâncias. 3.PROPRIEDADES FÍSICAS São as chamadas constantes físicas da matéria ( ponto de fusão, ebulição, densidade, viscosidade, dureza, tenacidade, coeficiente de solubilidade, ) usadas para IDENTIFICAR A MATÉRIA. DENSIDADE: densidade absoluta ou massa específica (d) de um corpo é a relação entre a massa do material e o volume por ele ocupado. Quando dizemos que o metal ouro apresenta densidade de 19,3 g/cm 3 à 20C, isso significa que o volume de 1cm 3 de ouro possui massa de 19,3 g. A densidade varia com a temperatura, pois os corpos geralmente dilatam-se (aumentam de volume) com o aumento da temperatura

30 TESTES DE CONTROLE DE QUALIDADE PELA DENSIDADE: uso de densímetros densidade em g/cm 3 Especificações Determinadas por Lei: 1-Gasolina Comum e Aditivada: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,7200 Densidade Máxima a 20/4ºC = 0, Diesel: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,8200 Densidade Máxima a 20/4ºC = 0, Álcool Etílico Hidratado Carburante: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,8075 (93,8º INPM) Densidade Máxima a 20/4ºC = 0,8110 (92,6º INPM)

31 VERIFICAÇÃO DA QUALIDADE DO ÁLCOOL COMBUSTÍVEL O álcool combustível vendido nos postos de abastecimento contém uma certa quantidade de água (álcool hidratado). Essa mistura é padronizada e apresenta um valor definido de densidade. Ao lado das bombas de álcool existe um recipiente transparente contendo a mistura água/álcool e duas bolinhas de densidades diferentes (uma com densidade um pouco maior que a mistura que fica no fundo do recipiente e outra com uma densidade um pouco menor que a mistura que fica na parte superior do recipiente). Quando a proporção água/álcool é alterada, modifica-se a densidade da mistura, fazendo com que as bolinhas fiquem no mesmo lado (as duas na parte superior ou na parte inferior).

32 DUREZA É a resistência que uma espécie de matéria apresenta ao ser riscada por outra. Quanto maior a resistência ao risco, mais dura é a matéria. Escala de dureza de Mohs Friedrich Mohs, um mineralogista alemão, criou uma tabela de dez minerais, com dureza relativa. Quanto mais alto o número, mais duro o mineral. Os minerais de valores numéricos altos (6, 7, 8) riscam os de valores relativos mais baixos (1, 2, 3, 4) O diamante é a matéria mais dura que se conhece, é utilizado em brocas que cortam o mármore e em estiletes de cortar vidro.

33 TENACIDADE: é a resistência de um material à fratura ou ruptura. O ferro é o metal que apresenta maior tenacidade. Obs: não confundir dureza (resistência ao risco) com a tenacidade (resistência ao impacto). Por exemplo: se você der uma martelada sobre um diamante, ele se despedaçará. Mas, se a martelada for sobre um pedaço de ferro, o máximo que poderá acontecer é ficar a marca do martelo sobre o ferro. Agora, se você passar o diamante sobre uma chapa de ferro, ficará um risco. MALEABILIDADE A matéria que pode ser facilmente transformada em lâminas é considerada maleável. Exemplos: ferro, alumínio, prata, ouro e chumbo. DUCTIBILIDADE É a propriedade que permite a matéria ser transformada em fio. É o que acontece com os metais: os fios de cobre, por exemplo, são usados para conduzir a eletricidade que chega em nossa casa.

34 Densidade: massa específica de uma substância. É a razão (d) entre a massa dessa substância e o volume por ela ocupado. Ex. densidade da água= 1 g/cm 3

35 sólido > líquido > gasoso Aumento do volume A DENSIDADE é maior quanto maior o estado de agregação da matéria.

36 Substâncias Puras Simples Composta

37 MISTURA AR HOMOGÊNEA solução ÁGUA + AREIA HOMOGÊNEA solução HETEROGÊNEA

38 DEFINIÇÕES O que é um Átomo? Todas as substâncias são feitas de matéria e a unidade fundamental da matéria é o átomo. O átomo constitui a menor partícula de um elemento. O átomo é composto de um núcleo central contendo prótons (com carga positiva) e nêutrons (sem carga). Os elétrons (com carga negativa e massa insignificante) revolvem em torno do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias chamadas órbitas.

39 DEFINIÇÕES O que é um Elemento? Elemento é uma substância feita de átomos de um tipo. Existem cerca de 82 elementos que ocorrem naturalmente e cerca de outros 31 elementos criados artificialmente como listados na Tabela Periódica

40 DEFINIÇÕES O que é uma Molécula? Uma molécula é formada quando átomos do mesmo ou diferentes elementos se combinam. A molécula é a menor partícula de uma substância que pode normalmente existir de maneira independente. Exemplos: Dois átomos de oxigênio se combinam para formar uma molécula de oxigênio [O 2 ]. Um átomo de carbono se combina com dois átomos de oxigênio para formar uma molécula de dióxido de carbono [CO 2 ].

41 DEFINIÇÕES O que é um Composto? Um composto é formado quando átomos ou moléculas de diferentes elementos se combinam. Em um composto, os elementos estão quimicamente combinados em uma proporção fixa. Exemplos: Hidrogênio e oxigênio são combinados na proporção fixa de 2:1 para formar o composto água [H 2 O]. Carbono e oxigênio são combinados na proporção fixa de 1:2 para formar o composto dióxido de carbono [CO 2 ].

42 DEFINIÇÕES Massa: medida numérica de uma determinada quantidade de matéria. SI = quilograma (kg); Balança. Atenção:Sempre constante. Peso:resultado da ação da gravidade sobre uma certa massa Peso = massa X aceleração da gravidade (P= mg). SI = Newton (N), kgf (quilograma-força); Dinamômetro de mola. Atenção:Variável. Volume: representa o espaço ocupado pela matéria. SI = litro (L) Mol: unidade de quantidade de matéria. Matériae suaspropriedades.

43 Separação de misturas Técnicas Tipos de mistura Natureza das misturas Exemplos Filtração Heterogênea Sólido-líquido ou Sólido-gasoso Areia + água Poeira + ar Filtração a vácuo Heterogênea Sólido-líquido (quando a filtração comum é lenta) Farinha + água Centrifugação Heterogênea Sólido-líquido Separação da nata do leite Decantação Heterogênea Sólido-líquido ou Líquido-líquido Areia + água Óleo + água Dissolução fracionária Heterogênea Sólido-sólido Sal + areia Destilação simples Homogênea Sólido-líquido Sal + água Destilação fracionária Homogênea Líquido-líquido Separação dos componentes do petróleo 43

44 Separação de misturas Aparelho utilizado para a separação de uma solução de cloreto de sódio (água salgada) em seus componentes. 44

45 Separação de misturas Separação dos componentes do petróleo destilação fracionária 45

46 DEFINIÇÕES Sistema:é um corpo submetido à observação. Aberto:troca matéria e energia com o ambiente. Fechado:troca apenas energia com o ambiente. Isolado:não troca matéria nem energia com o ambiente

47 Unidades de medida 47

48 Unidades de medida 48

49 Unidades de medida Temperatura 49

50 Unidades de medida Unidades derivadas do SI Velocidade, volume, densidade Dispositivos usados para medir e verter volumes de líquidos 50

51 Incerteza na medida Números exatos: Valores são conhecidos com exatidão Números inexatos: Valores obtidos a partir de medidas Limitação dos equipamentos, erro humano etc... Precisão: é uma medida do grau de aproximação entre os valores das medidas individuais; Exatidão ou acurácia: indica o grau de aproximação entre as medidas individuais e o valor correto ou verdadeiro. a exatos, mas, não precisos d precisos, mas não exatos c nem precisos nem exatos b precisos e exatos 51

52 Incerteza na medida Algarismos significativos: Em uma medida, admitindo-se a incerteza de mais ou menos um algarismo, aproxima-se o resultado a um número, que registra apenas um algarismo incerto. As regras para eles são: Todos os dígitos diferentes de zero são significativos; Zero entre dois dígitos diferentes de zero são significativos; Zero além da vírgula decimal no final de um número é significativo; Zeros que precedem o primeiro dígito diferente de zero em um número não são significativos. Qual a diferença entre 4,0g e 4,00g? Considerando uma incerteza de + ou 1 na última casa decimal temos: 4,0 -> a massa esta entre 3,9 e 4,1 4,00 -> a massa esta entre 3,99 e 4,01 52

53 Incerteza na medida Algarismos significativos em cálculos: A precisão do resultado é limitada à precisão das medidas utilizadas. Na multiplicação e na divisão o resultado terá o mesmo número de algarismos significativos da medida que tiver o menor número de algarismos significativos. E se: O número mais à esquerda da virgula é menor que 5 o número antecedente permanece inalterado. Ex.: 7,248 -> 7,2 O número mais a esquerda da vírgula a ser removido é maior ou igual a 5 o número precedente aumenta em 1. Ex.: 4,735 -> 4,74 Mas na adição e subtração, o resultado não pode ter mais números à direita da vírgula do que a parcela com o menor número de algarismos depois da vírgula. 53

54 Análise dimensional A análise dimensional ajuda a ter certeza que as soluções para os problemas produzirão as unidades corretas; As unidades são multiplicadas, divididas ou canceladas durante o cálculo, sendo necessário ficar atento aos fatores de conversão das unidades usadas. 54