FILOSOFANDO EM TORNO DA MATÉRIA. Ao longo dos séculos o homem utiliza as propriedades químicas da matéria para obtenção de produtos de seu interesse.

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1 FILOSOFANDO EM TORNO DA MATÉRIA A constituição da matéria Ao longo dos séculos o homem utiliza as propriedades químicas da matéria para obtenção de produtos de seu interesse. Metais (a partir de minérios) Cerâmicas (a partir de argilas) Vinho (a partir da uva) Cosméticos e fármacos ( obtidos através da matéria-prima animal e vegetal)

2 Há muito tempo o também se questiona a respeito da constituição da matéria. Por exemplo: Se um pedaço de madeira após sua queima pode se transformar em cinzas e fumaças, do que essa matéria é constituída? Esses são alguns dos questionamentos para os quais, há muito tempo, buscamos respostas por meio de diversas formas de pensar. O pensamento mágico e mitológico é uma das formas mais antigas de respostas a essas questões. Assim foram, por exemplo, muitas explicações atribuídas à origem e a natureza do fogo, tido como um fenômeno divino.

3 Um grande avanço na evolução da nossa civilização foi contudo, quando esse pensamento mágico começou a ser substituído pelo pensamento racional, como o da Filosofia, que busca respostas para as questões que tanto intrigam o homem. Essa discursão (sobre a origem da matéria) e o por que das suas transformações começou com os primeiros filósofos gregos. Eles buscavam as questões enigmáticas que até hoje persistem: De onde viemos? Para que existimos? Como tudo funciona? Vários filósofos tentaram responder esses questionamentos.

4 Os primeiros modelos de constituição da matéria: Tales de mileto ( A.C) As primeiras especulações relativas à constituição são devidas ao filósofo grego TALES, que viveu na cidade de Mileto. Tales deduzia que teria a água como princípio (ou substrato) único, ou seja: TODO UNIVERSO teria a água como origem. Demócrito ( A.C) e Leucipo ( A.C) Esses dois filósofos gregos, baseados apenas no raciocínio (sem a realização de experimentos), consideravam que toda a matéria do universo era constituída por átomos (não divisível, em grego), existindo um único tipo de átomo, eterno e imperecível, que se movimentaria no vazio.

5 Os primeiros modelos de constituição da matéria: Aristóteles ( A.C) Aristóteles foi o sistematizador da teoria dos quatro elementos. Para ele, cada elemento seria formado por duas de quatro possíveis qualidades (QUENTE, ÚMIDO, FRIO e SECO), e o conjunto, disposto em dois pares antagônicos (TERRA/AR e FOGO e ÁGUA), seria da seguinte forma: QUALIDADES Quente + úmido Frio + seco Úmido + frio Seco + quente AR TERRA ÁGUA FOGO ELEMENTO

6 Os primeiros modelos de constituição da matéria: Aristóteles ( A.C) As mudanças da matéria viriam das mudanças de qualidades e de formas. A transmutação do fogo em terra se resumiria em alterar uma das suas qualidades, isto é, quente para frio. Para Aristóteles, a matéria era contínua (não atômica) e suas ideias terminaram prevalecendo entre a maioria dos pensadores até o século XVI, quando outros estudiosos, rompendo com a filosofia aristotélica, passaram a defender o atomismo e adotar o empirismo como prática para o estabelecimento da verdade científica.

7 O método científico e o nascimento da Ciência Moderna. Muitos cientistas, a partir do século XVII, começaram a realizar experimentos com base num moderno método experimental, centrado em observações rigorosamente controladas que pudessem desenvolver teorias demonstráveis matematicamente. Vários pensadores contribuíram para o estabelecimento desse modo de pensar: O MÉTODO CIENTÍFICO. O físico italiano Galileu Galilei ( ) e o químico Robert Boyle ( ) estão entre os primeiros estudiosos a fazer uso dessa metodologia.

8 O método científico e o nascimento da Ciência Moderna Robert Boyle Os resultados do trabalho do físico e químico Irlandês Robert Boyle, publicados em 1661, foram decisivos para a retomada do atomismo. Nesses trabalhos, ele concluiu que todos os objetos eram compostos por átomos, que seriam as unidades fundamentais da matéria. Boyle concluiu que: os átomos existiam e eram diferentes para cada tipo de elemento; combinações de tipos diferentes de átomos formavam os compostos; Toda a matéria era formada por um pequeno número de substâncias simples (ou elementos) combinados de formas diferentes.

9 O método científico e o nascimento da Ciência Moderna. Boyle adotou o termo elemento, que era usado na Grécia Antiga, para designar cada substância simples. Parecia, portanto, que a existência do átomo já era irrefutável., mais ainda faltava descrevê-lo detalhadamente, fato que vem evoluindo até os dias de hoje. O nascimento da Química Moderna Não há uma data que possamos estabelecer como início da Química moderna. Alguns cientistas que viveram nos séculos XVII e XVIII deram uma grande contribuição para o estabelecimento dessa ciência. Entre esses cientistas, um dos mais relevantes foi o francês Antonie Laurent Lavoisier. Seus trabalhos, realizados no século XVIII, foram tão importantes que alguns consideraram o pai da Química. Dentre as suas contribuições, a mais conhecida e relevante é a LEI DA CONSERVAÇÃO DA MASSA.

10 LEI DA CONSERVAÇÃO DA MASSA DE LAVOISIER O nascimento da Química Moderna No final do século XVII, o cientista Antonie Lavoisier realizou uma série de experiências em recipientes fechados e efetuando pesagens com balanças bem precisas, concluiu: No interior de um recipiente fechado, a massa total não varia, quaisquer que sejam as transformações que venham ocorrer nesse espaço. Tal alternativa é uma lei da natureza, descoberta por Lavoisier e que, por esse motivo, ficou conhecida como lei de Lavoisier (ou lei de conservação da massa). Exemplo: Verifica-se que três gramas de carbono reagem com oito gramas de oxigênio, produzindo onze gras de gás carbônico. Como 3 g + 8 g = 11 g, conclui-se que nada se perdeu.

11 O nascimento da Química Moderna LEI DE PROUST Quase na mesma época de Lavoisier, Joseph Louis Proust, efetuando também uma grande série de pesagens em inúmeras experiências, chegou a seguinte conclusão: A proporção em massa das substâncias que reagem e que são produzidas em uma reaçãoquímica é sempre constante e invariável. Exemplo: Verifica-se que o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio, e verificase também que: 3 g de carbono se unem a 8 g de oxigênio, produzindo-se 11 g de gás carbônico. 6 g de carbono se unem a 16 g de oxigênio, produzindo 22 g de gás carbônico. Nas duas experiências a proporção entre as massa dos participantes da reação é a mesma. Essa conclusão é chamada de LEI DE PROUST ou LEI DAS PROPORÇÕES CONSTANTES.

12 O nascimento da Química Moderna 1803 John Dalton As duas leis enunciadas são chamadas LEIS PONDERAIS, porque falam em massa das substâncias envolvidas. São leis importantíssimas, pois marcam o início da química como ciência. Em 1803, buscando explicações dos fatos experimentais observados nas duas leis ponderais, o inglês John Dalton desenvolveu uma teoria sobre a estrutura da matéria defendendo a antiga ideia de átomo imaginada pelos filósofos gregos Demócrito e Leucipo retomada por Boyle.

13 O modelo atômico elaborado por Dalton baseava-se nas seguintes hipóteses: 1) A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos. 2) Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico. 3) Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes. 4) A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros, origina substâncias diferentes. 5) Os átomos não são criados nem destruídos: são simplesmente rearranjados, originando novas substâncias.

14 O modelo atômico de Dalton

15 Explicando as Leis ponderais utilizando a teoria atômica de Dalton O modelo atômico proposto por Dalton explicou adequadamente as leis ponderais da seguinte forma: Lei de Lavoisier: Como os átomos eram esferas indestrutíveis, em uma reação a sua quantidade total permanece constante. Uma reação química seria um rearranjo de átomos formando novas substâncias. Lei de Proust: Se dobrássemos o número de átomos dos reagentes, teríamos de dobrar o número de átomos dos produtos.

16 Com o modelo atômico de Dalton, foi possível estabelecer um critério para uma classificação ampla das substâncias puras, que foram divididas em: 1) Substância simples: Formadas por átomos de mesmo elemento químico. Não podem ser decompostas em outras substâncias mais simples. Exemplos: gás oxigênio (O2), gás hidrogênio (H2) 2) Substâncias compostas: Formadas por átomos de diferentes elementos químicos. Podem ser decompostas em duas ou mais substâncias Exemplos: água (H2O), gás carbônico (CO2) e cloreto de sódio (NaCl)

17 A linguagem química Como toda ciência, além de seus métodos investigativos e suas estruturas e modelos, a Química apresenta uma linguagem própria, ricas em símbolos e regras diferentes da linguagem comum. Para facilitar a comunicação entre os cientistas de todo o mundo, os elementos químicos são representados por símbolos que derivam dos seus nomes em latim. Elemento químico Símbolo Hidrogênio H Cálcio Ca Carbono C ( são usadas duas letras para não confundir com o carbono) Potássio K ( do latim kalium) Chumbo Pb ( do latim plumbum )

18 A linguagem química Enquanto os elementos químicos são representados por símbolos, as substâncias são representadas por fórmulas. Nas fórmulas, representamos os símbolos dos elementos que são constituintes de cada substância, e por meio de índices numéricos colocados um pouco abaixo do elemento, indicando o número de átomos que compõem a substância. FÓRMULAS QUÍMICAS DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS Substância Elemento químico Fórmula Hidrogênio H H2 Nitrogênio N N2 Oxigênio O O2 Água H e O H2O Metano Ferro H e C Fe CH4 Fe

19 Alotropia A classificação das substâncias em simples e compostas permitiu aos cientistas um aprimoramento no estudo das propriedades de cada substância em particular, o que acabou levando à constatação de um fenômeno: algumas substâncias simples com propriedades físicas totalmente diferentes tinham um comportamento químico muito semelhante Esse fenômeno foi denominado ALOTROPIA e as substâncias que sofrem esse fenômeno são denominadas variedades alotrópicas. Vários elementos sofrem alotropia. Os exemplos mais comuns ocorrem com o carbono, o oxigênio, o fósforo e o enxofre.

20 Alotropia Carbono O elemento carbono apresenta duas variedades alotrópicas naturais que diferem quanto à distribuição dos átomos no espaço (ARRANJO CRISTALINO). O diamante formado por átomos de carbono que se unem posicionando-se nos vértices e no centro de um tetraédrico. O grafite formado por átomos de carbono, só que ligados formando camadas paralelas de hexágonos como podemos ver nas figuras a seguir:

21 Alotropia A grafita (encontrada no lápis de escrever) e o diamante apresentam propriedades físicas bastante distintas. Grafita d = 2,26 g/cm 3 cinza escuro Diamante d = 3,51 g/cm 3 incolor quando puro dureza baixa conduz eletricidade dureza alta não conduz corrente elétrica Em relação às propriedades químicas, porém, a grafita e o diamante se comportam praticamente da mesma maneira, isto é, reagem com as mesmas substâncias, dando origem ao mesmo produto. Exemplo: Cgrafita + O2 CO2 Cdiamante + O2 CO2

22 Alotropia Quando duas ou mais substâncias sofrem alotropia, uma das formas alotrópicas sempre é mais estável que a (as) outra (as). A forma mais instável (mais energética) tende a se transformar espontaneamente na forma mais estável num processo que ocorre com liberação de energia. A grafita tem um arranjo cristalino mais estável, portanto menos energético. Os cristais de diamante tendem a se transformar em grafita espontaneamente, embora isso, leve milhões de anos para ocorrer. O diamante só é formado na natureza nas camadas mais externas da Terra onde existem condições propícias, como altas pressão e temperatura. O carbono também apresenta outras variedades alotrópicas sintéticas, sintéticas como o BUCKMINSTERFULERENO e os NANOTUBOS DE CARBONO.

23 Alotropia Oxigênio Forma as substâncias simples oxigênio (O2) e ozônio (O3). A diferença entre as variedades alotrópicas ocorre no número de átomos que compõem cada molécula.

24 Alotropia Enxofre: Possui várias formas alotrópicas, sendo as mais comuns o enxofre rômbico e o enxofre monoclínico, que diferem quanto à distribuição dos átomos no espaço (arranjo cristalino). Substância P.F P.E Cor Estabilidade Enxofre rômbico 112,8 ºC 444,6 ºC amarelo estável Enxofre monoclínico 119 ºC 444,6 ºC amarelo instável

25 Alotropia Fósforo: Forma os alotrópicos fósforo branco e fósforo vermelho, cuja diferença entre as variedades alotrópicas se verifica na atomicidade. Substância P.F P.E Cor Estabilidade Fósforo vermelho 593 ºC 725 ºC vermelho estável P- branco Fósforo branco 44,1 ºC 280 ºC branco avermelhado instável P- vermelho