- Propriedades físicas e químicas dos materiais

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1 Ciências Físico-químicas - 7º ano de escolaridade COMPETÊNCIAS 4.1. Propriedades físicas e propriedades químicas dos materiais - Propriedades físicas e químicas dos materiais - Densidade ou massa volúmica - Propriedades químicas utilizadas para identificar substâncias Compreender que os materiais apresentam propriedades que os permitem distinguir. Compreender o significado de propriedades caraterísticas. Compreender que as propriedades caraterísticas podem ser físicas ou químicas. Compreender o conceito de densidade. Efetuar cálculos simples relativos a densidade de materiais sólidos e líquidos. Conhecer os diferentes estados físicos da matéria; Saber identificar mudanças de estado físico. Definir ponto de fusão e ponto de ebulição. Compreender que se podem identificar substâncias através de ensaios físico-químicos. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 2 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 1

2 Que propriedades podemos referir para um material? As substâncias apresentam diversas propriedades como cor, brilho, estado físico, dureza, Por exemplo: O cobre é uma substância sólida, castanho--avermelhada, com brilho, boa condutora do calor e da corrente elétrica. A grafite é uma substância sólida, cinzenta, sem brilho, risca facilmente o papel e é boa condutora da corrente elétrica. O sulfato de cobre(ii) hidratado é uma substância sólida, azul, solúvel em água e insolúvel em álcool etílico (etanol). Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 4 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 2

3 As substâncias têm propriedades características; são estas propriedades que permitem distingui-las umas das outras. As propriedades características de uma substância podem ser: Que propriedades físicas podem identificar uma substância? As propriedades físicas características de uma substância, mais facilmente detetáveis, são: Propriedades físicas São as caraterísticas que se podem observar sem mudar a identidade dessa substância; relacionamse com transformações físicas. Cor, dureza, estado físico, temperatura, massa, ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, etc.. Propriedades químicas Referem-se à capacidade de uma substância se poder transformar noutra substância; relacionamse com transformações químicas Combustibilidade massa volúmica; estados físicos; temperatura de fusão ou ponto de fusão; temperatura de ebulição ou ponto de ebulição Por exemplo: A grafite é mole propriedade física O magnésio arde na presença do oxigénio propriedade química Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 5 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 6 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares

4 Os três cubos, um de alumínio, outro de cobre e outro de chumbo, todos com 1 cm de volume (a 20 ºC), têm massas diferentes: O cubo de alumínio tem a massa de 2,7 g O cubo de cobre tem a massa de 8,9 g O cubo de chumbo tem a massa de 11,4g Como volumes iguais de alumínio, cobre e chumbo têm massas diferentes, dizemos que as suas massas volúmicas são diferentes. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 7 A massa volúmica (ρ) de uma substância é igual à razão entre a massa (m) de substância e o volume () que ocupa: Massa volúmica = massa volume Cada substância tem um valor característico para a sua massa volúmica, a uma dada temperatura, e esses valores estão tabelados. Por exemplo: ρ alumínio = 2,7 g/cm ; ρ cobre = 8,9 g/cm ; ρ chumbo = 11,4 g/cm ; O chumbo tem massa volúmica superior à do cobre e este tem massa volúmica superior à do alumínio. No dia-a-dia dizemos que: O chumbo é mais denso do que o cobre e que este é mais denso do que o alumínio. ou Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 8 ρ = m Unidades SI: Massa quilograma (kg) olume metro cúbico (m ) Densidade quilograma por metro cúbico (kg/m ) Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 4

5 ESTADO FÍSICO GASOSO (a 0ºC e à pressão normal LÍQUIDO (a 20ºC e à pressão normal) SÓLIDO SUBSTÂNCIA DENSIDADE (g/cm ) Azoto 0,00125 Dióxido de carbono 0,00198 Hélio 0,00018 Oxigénio 0,0014 Água (a 4ºC) 1,0 Água 0,998 Álcool etílico 0,789 Mercúrio 1,6 Alumínio 2,7 Cobre 8,0 Ferro 7,8 Prata 10,5 Ouro 19, Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 9 Exemplo 1: Uma moeda, encontrada no espólio de um galeão naufragado, tem uma massa de 5,8 g e um volume de,4 cm. Qual será o material de que a moeda é constituída? Justifica com cálculos apropriados. Dados: m d m = 5,8 g 5,8 =,4 cm.,4 10,5g / cm. =? Consultando uma tabela de densidades(como a da página 41 do manual) pode-se concluir que a moeda é constituída por prata. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 10 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 5

6 Exercício 1: Uma amostra de mercúrio apresenta a massa de 58,6 g. Determina o volume do mercúrio, sabendo que a sua densidade é de 1,6g/cm. As propriedades da matéria que se podem medir podem classificar-se em propriedades intensivas e extensivas. Numa propriedade intensiva, o Numa propriedade extensiva, o valor que é medido depende da valor que é medido não depende da quantidade de matéria. quantidade de matéria. A densidade é uma propriedade intensiva. Para determinar a densidade de um corpo sólido é necessário conhecer: -A sua massa(m), medida na balança; -- o volume () ocupado pelo corpo Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 11 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 12 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 6

7 Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica regular? Se o corpo sólido tiver uma forma geométrica regular, pode recorrer-se a uma expressão matemática, para se determinar o seu volume cálculo do volume de sólidos regulares. Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica regular? Exemplo 2: Um cubo maciço tem 2,0 cm de aresta e 90,4 g de massa. Determina qual o material que constitui o cubo. a A 0 A 0 Resolução: Dados: l = 2,0 cm; m = 90,4 g Para determinar qual o material que constitui o cubo, com os dados fornecidos: 1.º passo: calcular o volume do cubo. 2.º passo: calcular a densidade..º passo: consultar uma tabela de densidades, para verificar qual é o material que a a a A h 0 2 r h 0 A h 4 r cubo cubo cubo 2 8 cm apresenta essa densidade. m Consultando uma tabela de densidades, verifica-se que 90,4 o chumbo apresenta este valor de densidade. 8 Resposta: o material que constitui o cubo é o chumbo. 11, g/cm Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 1 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 14 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 7

8 Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica irregular? Se o corpo sólido tiver forma geométrica irregular, pode-se recorrer ao método de deslocamento do líquido para se determinar o seu volume. 1.º passo Determinar a massa do objeto, medindo na balança. 2.º passo.º passo 4.º passo 5.º passo colocar água numa proveta e ler o seu volume, 1, volume inicial. Colocar, com cuidado o corpo na proveta de modo a não derramar água e voltar a ler o volume f volume final Determinar o volume do corpo a partir da diferença dos dois volumes anteriormente lidos. corpo f i Determinar a densidade do objeto. m corpo Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica irregular? Exemplo : Dois corpos, A e B, têm o mesmo volume, que foi determinado como mostra a figura. A massa do corpo A é de 1 g e a massa do corpo B é de 20 g. Resolução: Dados: l = 2,0 cm; m = 90,4 g a) Determine a densidade do corpo A. b) Indique, justificando, qual dos corpos é menos denso. c) Será que algum destes corpos flutua na glicerina ( glicerol = 1,22 g/cm )? Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 15 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 16 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 8

9 Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica irregular? Como determinar a densidade de um líquido? Resolução: DADOS: A m 1g A m 20g B B a) d i f A 10cm corpo corpo corpo? f 0cm cm i c)d d d d B B B B b) O corpo mais denso é o corpo B, porqueé o que tem maior massa, pela mesma unidade de volume.? mb ,0g/cm d 0,65g/cm d A glicerol 1,22g/cm Ambos os corposflutuariam no glicerol, pois ambos têm densidades inferiores à do líquido em questão. Para determinar a densidade de um líquido utiliza-se um procedimento semelhante ao da determinação da densidade de um sólido. É por isso necessário conhecer: -A massa do líquido; -O volume do líquido; -Dividir o valor da massa pelo valor do volume. Também se pode medir diretamente a densidade da um líquido utilizando densímetros com escalas apropriadas. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 17 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 18 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 9

10 Estados físicos Os materiais podem-se encontrar em três estados físicos diferentes: Temperaturas de fusão e de ebulição Quando se aquece ou arrefece um material, pode ocorrer uma mudança de estado. Sublimação Fusão aporização Estado sólido Estado líquido Estado gasoso Têm forma definida, Tem um volume constante; Não são compressíveis Tem forma variável (a do recipiente) Tem volume constante (a temperatura constante) São dificilmente compressíveis Têm forma variável (a do recipiente) Tem um volume variável São facilmente compressíveis Estado sólido Estado líquido Estado gasoso Solidificação Condensação Os materiais podem existir nos três estados físicos, dependendo da pressão e da temperatura a que se encontram. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 19 Sublimação Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 20 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 10

11 A que temperatura funde uma substância? A temperatura de fusão de uma substância é a temperatura à qual essa substância passa do estado sólido ao estado líquido. Enquanto se dá a fusão da substância (pura) a temperatura mantém-se. Qual o efeito da presença de impurezas no ponto de fusão de uma substância? A presença de impurezas numa substância faz baixar a temperatura de fusão dessa substância. Nas estradas com neve adicionase muitas vezes sal para evitar a formação de gelo. Gráfico da variação da temperatura da água (inicialmente gelo) durante o tempo de aquecimento. O gelo funde a 0 ºC (à pressão normal). O gelo com sal funde a uma temperatura inferior a 0 ºC (à pressão normal). Cada substância tem um valor característico para a sua temperatura de fusão. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 21 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 22 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 11

12 A que temperatura entra em ebulição uma substância? A temperatura de ebulição de uma substância é a temperatura à qual essa substância passa do estado líquido ao estado gasoso. Enquanto se dá a ebulição de uma substância (pura) a temperatura mantém-se. Gráfico da variação da temperatura da água durante o tempo de aquecimento. Cada substância tem um valor característico para a sua temperatura de ebulição. A presença de impurezas numa substância faz aumentar a temperatura de ebulição dessa substância. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 2 Os materiais apresentam propriedades físicas e químicas. As substâncias têm propriedades características que permitem distingui-las umas das outras. As propriedades características podem ser físicas e químicas. A massa volúmica é uma propriedade física característica da substância, a uma dada temperatura. Resumindo A massa volúmica de uma substância é igual à razão entre a massa da substância e o volume que ocupa: massa Massa volúmica = volume Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 24 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 12

13 Os materiais podem encontrar-se em três estados físicos diferentes: Estado sólido Estado líquido Estado gasoso A temperatura de fusão de uma substância é a temperatura à qual essa substância passa do estado sólido ao estado líquido. A temperatura de ebulição de uma substância é a temperatura à qual essa substância passa do estado líquido ao estado gasoso. Durante a fusão e a ebulição de uma substância (pura) a temperatura mantém-se constante. As temperaturas de fusão e de ebulição de uma substância (a uma dada pressão) são características dessa substância. A presença de impurezas numa substância: faz baixar a temperatura de fusão; faz aumentar a temperatura de ebulição. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 25 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 26 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 1

14 Diferenças entre Propriedades físicas e propriedades químicas Propriedades químicas dos materiais As propriedades físicas são medidas experimentalmente e traduzidas em valores que descrevem o estado físico da substância. Quando investigamos estas propriedades numa amostra nunca alteramos a sua constituição. As propriedades químicas relacionam-se com a maneira como as substâncias reagem umas com as outras. Para estudarmos as propriedades químicas realizam-se ensaios químicos que destroem a amostra. É possível identificar substâncias a partir das suas propriedades químicas. Uma propriedade química que é própria de uma substância permite identificá-la. No laboratório os químicos recorrem a ensaios químicos para identificarem algumas substâncias Provocam transformações químicas onde intervêm outras substâncias Há destruição da amostra Uma propriedade química que é própria de uma substância permite identificá-la. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 27 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 28 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 14

15 Propriedades químicas dos materiais Quais os processos mais usuais? Um dos métodos implica a utilização de um indicador químico, ou indicador colorémico. a solução de iodo é utilizada para deteção de amido; apresenta cor violeta e na presença de amido sofre alteração da cor para roxo azulado. O licor de Fehling, que apresenta cor azulada torna-se vermelho na presença de glicose. O sulfato de cobre anidro, que tem cor branca e, na presença de água, torna-se azul. indicador químico - é um produto químico capaz de indicar a presença de certas substâncias, pois altera-se em contato com elas. O cloreto de cobalto, que apresenta cor azul e, na presença da água, torna-se rosa. Propriedades químicas dos materiais Comburente ou combustível? COMBUSTÃO O gás hidrogénio é o O gás oxigénio é combustível, ou seja, é a comburente, ou seja, é a substância que em contato substância que permite com uma chama arde. uma combustão ocorra, por isso aviva um pavio em brasa. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 29 Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 0 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 15

16 Propriedades químicas dos materiais Qual o comportamento perante ácidos? Propriedades físicas e propriedades químicas As propriedades químicas são comportamentos caraterísticos de uma substância quando se combina com outra substância. Calcário Quartzo São exemplos os indicadores químicos utilizados na deteção de outras substâncias: Solução de iodo (utilizado na deteção de amido no pão); Licor de Fehling (utilizado na deteção de glicose); Água de cal (utilizada na deteção de dióxido de carbono); Sulfato de cobre anidro (utilizado na deteção de água); Azul de tornesol (utilizado na deteção de substâncias ácidas/básicas) Há libertação Como acontece nos mármores de gás (calcários cristalinos), são atacados (dióxido de pelos ácidos, como o vinagre ou o sumo carbono) de limão Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 1 Os ensaios de chama permitem identificar alguns metais através da observação da cor da chama produzida. A combustibilidade é uma propriedade química que pode ser usada para identificação de materiais. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 2 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 16

17 Propriedades químicas dos materiais TESTES QUÍMICOS DISPONÍEIS EM KITS (manual Asa (novo) página 189) Propriedades químicas dos materiais TESTES QUÍMICOS DISPONÍEIS EM KITS (manual Asa (novo) página 189) Atualmente estão disponíveis no mercado kits de grande variedade de testes químicos que permitem analisar e avaliar a qualidade de diferentes materiais, como a água, o solo, etc. Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares Ciências Físico-Químicas 7º ano de escolaridade Docente Marília Soares 4 Ano letivo 201/2014 Docente: Marília Silva Soares 17