Equações-chave 28 Resumo de fatos e conceitos 29 Palavras-chave 29 Questões e problemas 29. Átomos, moléculas e íons 38

Transcrição

1 Química: O estudo da transformação Química: uma ciência para o século XXI O estudo da química O método científico 4 O hélio primordial e a teoria do Big Bang Classificação da matéria Os três estados da matéria Propriedades físicas e químicas da matéria Medição 12 A importância das unidades Trabalhando com números Análise dimensional na resolução de problemas Resolução de problemas reais: informações, suposições e simplificações 27 Equações-chave 28 Resumo de fatos e conceitos 29 Palavras-chave 29 Questões e problemas 29 O desaparecimento dos dinossauros 36 Átomos, moléculas e íons Teoria atômica Estrutura do átomo Número atômico, número de massa e isótopos A Tabela Periódica 47 A distribuição dos elementos na Terra e nos sistemas vivos Moléculas e íons Fórmulas químicas Nomenclatura de compostos Introdução aos compostos orgânicos 65 Equações-chave 67 Resumo de fatos e conceitos 67 Palavras-chave 67 Questões e problemas 68

2 xiv Sumário Relações de massas nas reações químicas Massa atômica Número de Avogadro e massa molar de um elemento Massa molecular Espectrômetro de massa Composição percentual dos compostos Determinação experimental de fórmulas empíricas Reações químicas e equações químicas Quantidades de reagentes e produtos Reagentes limitantes Rendimento da reação 103 Fertilizantes químicos 105 Equações-chave 106 Resumo de fatos e conceitos 106 Palavras-chave 107 Questões e problemas 107 Reações em solução aquosa Propriedades gerais das soluções aquosas Reações de precipitação 121 Uma indesejável reação de precipitação Reações ácido-base Reações de oxidação-redução 132 Etilômetro Concentração de soluções Análise gravimétrica Titulações ácido-base Titulações redox 155 Um metal extraído do mar 156 Equações-chave 157 Resumo de fatos e conceitos 157 Palavras-chave 158 Questões e problemas 158 Quem matou Napoleão? 170

3 xv Gases Substâncias que existem como gases Pressão de um gás Leis dos gases Equação do gases ideais Estequiometria com gases Lei de Dalton das pressões parciais 195 O mergulho e as leis dos gases Teoria cinética molecular dos gases 202 Átomos superfrios Desvios do comportamento ideal 210 Equações-chave 213 Resumo de fatos e conceitos 214 Palavras-chave 214 Questões e problemas 215 Na ausência de oxigênio 228 Termoquímica Natureza da energia e tipos de energia Variações de energia em reações químicas Introdução à termodinâmica 234 Produzir neve e encher um pneu de bicicleta Entalpia das reações químicas Calorimetria 246 Células adiposas brancas, células adiposas marrons e uma cura potencial para a obesidade Entalpia padrão de formação e de reação 254 O método de defesa do besouro bombardeiro Calores de solução e de diluição 260 Equações-chave 263 Resumo de fatos e conceitos 263 Palavras-chave 263 Questões e problemas 264 A explosão do pneu 274

4 xvi Sumário Teoria quântica e estrutura eletrônica dos átomos Da física clássica à teoria quântica Efeito fotoelétrico Teoria de Bohr do átomo de hidrogênio Dualidade da natureza do elétron 289 Laser A luz esplendorosa Mecânica quântica 293 Microscopia eletrônica Números quânticos Orbitais atômicos Configuração eletrônica Princípio de preenchimento 310 Pontos quânticos 314 Equações-chave 315 Resumo de fatos e conceitos 316 Palavras-chave 317 Questões e problemas 317 A descoberta do hélio e o nascimento e a morte do corênis 326 Relações periódicas entre os elementos Desenvolvimento da Tabela Periódica Classificação periódica dos elementos Variação periódica das propriedades físicas Energia de ionização 342 O terceiro elemento líquido? Afinidade eletrônica Variação das propriedades químicas dos elementos representativos 349 A descoberta dos gases nobres 360 Equações-chave 361 Resumo de fatos e conceitos 361 Palavras-chave 362 Questões e problemas 362

5 xvii Ligação química I: Conceitos básicos Símbolos de Lewis Ligação iônica Energia de rede de compostos iônicos 374 Cloreto de sódio um composto iônico importante e comum Ligação covalente Eletronegatividade Escrevendo as estruturas de Lewis Carga formal e estrutura de Lewis Conceito de ressonância Exceções à regra do octeto 394 Diga apenas NO Entalpia de ligação 400 Equações-chave 405 Resumo de fatos e conceitos 405 Palavras-chave 405 Questões e problemas 405 Ligação química II: Geometria molecular e hibridização de orbitais atômicos Geometria molecular Momentos de dipolo 425 Fornos de micro-ondas momentos de dipolo em ação Teoria da ligação de valência Hibridização de orbitais atômicos Hibridização em moléculas com ligações duplas e triplas Teoria dos orbitais moleculares Configurações dos orbitais moleculares Orbitais moleculares deslocalizados 454 Alguém pediu um fulereno? 456 Equações-chave 458 Resumo de fatos e conceitos 458 Palavras-chave 458 Questões e problemas 459

6 xviii Sumário Forças intermoleculares, líquidos e sólidos Teoria cinética molecular de líquidos e sólidos Forças intermoleculares Propriedades dos líquidos 475 Por que os lagos congelam de cima para baixo? Difração de raios X por cristais Tipos de cristais 488 Supercondutores de alta temperatura 490 E tudo por falta de um botão Sólidos amorfos Mudanças de fase Diagramas de fases 505 Cozimento de um ovo no topo de uma montanha, panelas de pressão e patinação no gelo 507 Cristais líquidos 508 Equações-chave 510 Resumo de fatos e conceitos 510 Palavras-chave 511 Questões e problemas 511 Propriedades físicas das soluções Tipos de soluções Abordagem molecular do processo de dissolução Unidades de concentração Efeito da temperatura na solubilidade Efeito da pressão na solubilidade dos gases 531 O lago assassino Propriedades coligativas de soluções não eletrolíticas Propriedades coligativas de soluções eletrolíticas 546 Diálise 548

7 xix 12.8 Coloides 548 Equações-chave 551 Resumo de fatos e conceitos 551 Palavras-chave 552 Questões e problemas 552 A faca errada 562 Cinética química Velocidade de uma reação Lei de velocidade Relação entre a concentração do reagente e o tempo 577 Datação por radiocarbono Energia de ativação e dependência das constantes de velocidade em relação à temperatura Mecanismos de reação Catálise 601 Farmacocinética 608 Equações-chave 610 Resumo de fatos e conceitos 610 Palavras-chave 611 Questões e problemas 611 Equilíbrio químico Conceito de equilíbrio e de constante de equilíbrio Expressões para a constante de equilíbrio Relação entre cinética química e equilíbrio químico Que informações a constante de equilíbrio fornece? Fatores que afetam o equilíbrio químico 646 A vida a altitudes elevadas e a produção de hemoglobina 653 O processo de Haber 654 Equações-chave 656 Resumo de fatos e conceitos 656 Palavras-chave 657 Questões e problemas 657

8 xx Sumário Ácidos e bases Ácidos e bases de Brønsted Propriedades ácido-base da água ph uma medida de acidez Força de ácidos e de bases Ácidos fracos e constantes de ionização ácida Bases fracas e constantes de ionização básica Relação entre as constantes de ionização de ácidos e as suas bases conjugadas Ácidos dipróticos e polipróticos Estrutura molecular e força dos ácidos Propriedades ácido-base dos sais Propriedades ácido-base dos óxidos e hidróxidos Ácidos e bases de Lewis 706 Antiácidos e o balanço de ph no estômago 708 Equações-chave 710 Resumo de fatos e conceitos 711 Palavras-chave 711 Questões e problemas 711 Deterioração do papel 720 Equilíbrios ácido-base e equilíbrios de solubilidade Equilíbrios homogêneos versus heterogêneos em solução Efeito do íon comum Soluções tampão Titulações ácido-base 732 Mantendo o ph do sangue Indicadores ácido-base Equilíbrios de solubilidade Separação de íons por precipitação fracionada Efeito do íon comum e solubilidade ph e solubilidade Equilíbrios de íons complexos e solubilidade 758 A formação da casca de ovo Aplicação do princípio do produto de solubilidade à análise qualitativa 763 Equações-chave 765 Resumo de fatos e conceitos 766 Palavras-chave 766 Questões e problemas 766 Um ovo cozido 776

9 xxi Entropia, energia livre e equilíbrio As três leis da termodinâmica Processos espontâneos Entropia A segunda lei da termodinâmica Energia livre de Gibbs 791 A eficiência das máquinas térmicas Energia livre e equilíbrio químico Termodinâmica nos sistemas vivos 802 A termodinâmica de um elástico 803 Equações-chave 805 Resumo de fatos e conceitos 805 Palavras-chave 805 Questões e problemas 805 Eletroquímica Reações redox Células galvânicas Potenciais padrão de redução Termodinâmica das reações redox Influência da concentração na fem da célula Baterias 834 Combustível bacteriano Corrosão Eletrólise 843 O mal-estar causado pelas obturações dentárias 848 Equações-chave 850 Resumo de fatos e conceitos 850 Palavras-chave 851 Questões e problemas 851 Água impura 862

10 xxii Sumário Química nuclear Natureza das reações nucleares Estabilidade nuclear Radioatividade natural Transmutação nuclear Fissão nuclear 879 O reator de fissão da natureza Fusão nuclear Aplicações dos isótopos Efeitos biológicos da radiação 890 A irradiação de alimentos 892 Terapia por captura de nêutrons de boro 893 Equações-chave 893 Resumo de fatos e conceitos 893 Palavras-chave 894 Questões e problemas 894 A falsificação da arte no século xx 900 Química na atmosfera A atmosfera da Terra Fenômenos nas camadas mais externas da atmosfera Diminuição do ozônio na estratosfera Vulcões Efeito estufa Chuva ácida Smog fotoquímico Poluição de interiores 923 Resumo de fatos e conceitos 927 Palavras-chave 927 Questões e problemas 927

11 xxiii Metalurgia e a química dos metais Ocorrência dos metais Processos metalúrgicos Teoria de bandas e a condutividade elétrica Variações periódicas das propriedades metálicas Metais alcalinos Metais alcalino-terrosos Alumínio 950 Reciclagem do alumínio 952 Resumo de fatos e conceitos 954 Palavras-chave 954 Questões e problemas 954 Elementos não metálicos e seus compostos Propriedades gerais dos não metais Hidrogênio 960 Hidrogênio metálico Carbono 965 Gás de síntese a partir do carvão Nitrogênio e fósforo 969 Nitrato de amônio o fertilizante explosivo Oxigênio e enxofre Halogênios 984 Resumo de fatos e conceitos 991 Palavras-chave 991 Questões e problemas 992

12 xxiv Sumário Química dos metais de transição e compostos de coordenação Propriedades dos metais de transição Química do ferro e do cobre Compostos de coordenação Estrutura dos compostos de coordenação Ligações nos compostos de coordenação: teoria do campo cristalino Reações dos compostos de coordenação 1017 Compostos de coordenação em sistemas vivos Aplicações dos compostos de coordenação 1018 Cisplatina droga anticancerígena 1020 Equações-chave 1022 Resumo de fatos e conceitos 1022 Palavras-chave 1022 Questões e problemas 1023 Química orgânica Classes de compostos orgânicos Hidrocarbonetos alifáticos 1028 Gelo que queima Hidrocarbonetos aromáticos Química dos grupos funcionais 1044 A indústria do petróleo 1050 Resumo de fatos e conceitos 1053 Palavras-chave 1053 Questões e problemas 1053 Impressões digitais voláteis 1058

13 xxv Polímeros orgânicos sintéticos e naturais Propriedades dos polímeros Polímeros orgânicos sintéticos Proteínas 1067 Anemia falciforme uma doença molecular Ácidos nucleicos 1075 Identificação pelo DNA 1078 Resumo de fatos e conceitos 1079 Palavras-chave 1079 Questões e problemas 1079 Uma história de encaracolar os cabelos 1084 Apêndice 1 Apêndice 2 Apêndice 3 Apêndice 4 Origem dos nomes dos elementos 1086 Unidades para a constante dos gases 1092 Dados termodinâmicos a 1 atm e 25ºC 1093 Operações matemáticas 1098 Glossário 1100 Respostas 1109 Créditos 1120 Índice 1123