-MATÉRIA E SISTEMAS QUÍMICOS -ALGARISMOS SIGNICATIVOS E UNIDADES Prof. Nilson Bispo

Transcrição

1 Departamento de Química e Ambiental Química I Aula 1: -APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA -MATÉRIA E SISTEMAS QUÍMICOS -ALGARISMOS SIGNICATIVOS E UNIDADES Prof. Nilson Bispo Dúvidas: Sala306 -Lab Tec Ambiental nilson.bispo@gmail.com

2 Química I Aula 1 BIBLIOGRAFIA BRADY, J. E & HUMISTON,G.E, Química Geral 1. Livros Técnicos e Científicos Editora. KOLTZ, J. C.& TREICHEL JR, P. M. Química Geral 1 e Reações Químicas. RUSSEL, J. B. Química Geral 1; BROWN, T.L., LEMAY, H. E., BURSTEN, B. E. - Química, A Ciência Central, São Paulo : Pearson Prentice Hall, MARTERTON, W.L., Princípios de Química, Rio de Janeiro: Guanabara Koogan.

3 1-Apresentação da disciplina Jaleco/guarda-pó (trazer sempre que houve aula prática); Calculadora científica; Trazer o roteiro da prática nas aulas de lab; Média = (P1+P2+P3)/3 Necessário frequência de aula de 75%;

4 PLANO DE CURSO

5 2-Unidades de medidas e conversão de unidades Fazer observações é fundamental em todas as ciências. Uma observação quantitativa (medida) sempre é composta por duas partes: um NÚMERO e uma UNIDADE (uma ESCALA). AMBAS AS PARTES DEVEM ESTAR PRESENTES PARA QUE A MEDIDA TENHA SIGNIFICADO. Sistema SI (Sistema Internacional de Unidades) Unidades Básicas do SI Grandeza Física Nome da Unidade Símbolo Massa quilograma kg Comprimento metro m Tempo segundo s Temperatura kelvin K Quantidade de substância mol mol Corrente elétrica ampére A Intensidade luminosa Candela cd

6 Algumas Unidades derivadas SI Grandeza Física Nome da Unidade Símbolo Área Metro quadrado m 2 Volume Metro cúbico m 3 Velocidade Metro por segundo m.s -1 Aceleração Metro por segundo ao quadrado m.s -2 Força Newton N (kg.m.s -2 ) Energia Joule J (N.m) Pressão Pascal N.m -2 O volume é uma quantidade física muito importante na QUÍMICA. SI: m 3 1 L= 1 dm 3 = (10 cm) 3 = 1000 cm 3 1 cm 3 = 1 ml Alguns dispositivos para medição de volumes no laboratório.

7 2-Unidades de medidas e conversão de unidades Prefixos

8 2-Unidades de medidas e conversão de unidades Escalas de temperatura Temperatura de ebulição da água Temperatura de fusão da água Zero absoluto A partir dessa figura podemos obter relações entre essas escalas? T(K) = T (ºC) + 273,15K T (ºC)= 5/9 *(T(ºF ) 32ºF)

9 2-Unidades de medidas e conversão de unidades Comprimento SI: metro (m) Sistema inglês: Polegada (in): 1 in = 2,54 cm Pé (ft): 1 ft = 12 in Jarda (jd) = 3 ft Densidade Densidade= massa/volume [g cm -3 ] -Varia com a temperatura -densidade relativa: densidade/densidade da água

10 2-Unidades de medidas e conversão de unidades Força SI: kg m s -2 = N (Newton) Sistema Inglês: lb ft s -2 Pressão 1 lbf = 4,448 N Pressão= força/área SI: N m -2 = Pa (Pascal) Sistema inglês: PSI (pound square inch) = lb in -2 outras unidades utilizadas: Atmosfera: 1 atm = Pa mhg: 1 atm = 760 mmhg Energia SI: N m = J (Joule) Potência SI: J s -1 = W (Watt)

11 Conversão de unidades Método dos Fatores Unitários: Escrever frações que irão multiplicar a unidade de partida de forma que ela possa ser cancelada, dando lugar à unidade desejada. Ex.1: Converter 53,4 cm em polegadas (in): 1in 53,4 cm = 21,0 in 2,54cm Ex.2: Converter a densidade 1,00 g cm -3 em lb ft -3 densidade (lb ft 3 )= 1,00 g cm 1kg g 1lb 0,454kg ( )3 ( 102 cm 0,3048m ) 3 =62,4lb ft 3 1m 1 ft Ex.3: Converter 1,9 atm para mmhg 760 mmhg Pressão mmhg = 1,9 atm 1atm 1444 mmhg

12 Conversão de unidades Ex.4: Expressar a Constante dos gases ideais nas unidades: a) J mol -1 K -1 b) L torr mol-1 K-1 c) m3 Pa mol-1 K-1 R 0,08206 L atm mol -1 K -1

13 3-Medidas, Exatidão e Precisão Números Podem ser: exatos (não apresentam incerteza). aproximados (apresentam algum grau de incerteza). Confiança de uma medida numérica Descrita pela: Exatidão: relativa ao verdadeiro valor da quantidade medida. Precisão: relativa à reprodutibilidade do número medido.

14 3-Medidas, Exatidão e Precisão Ex.1: Considere que queremos medir o comprimento deste parafuso, utilizando uma régua graduada em centímetros subdivididos em milímetros: Medições: 5,5 2 cm 5,5 1 cm 5,5 3 cm exatos Ex.2:Uma massa de 8,00 g medida com uma incerteza de 0,01 g, implica em dizer que a massa de situa entre 7,99 g e 8,01 g. 8,00 g Incerto: ordem de centésimo de grama Exato: décimo de grama Exato: unidade de grama Apresenta um grau de incerteza de 0,01 cm ou 0,1 mm 5,52 ± 0,01 cm Para indicar a precisão de um número medido (ou dos cálculos sobre os números medidos) utiliza-se o conceito de Algarismos Significativos.

15 O número associado a uma medida é obtido usando um dispositivo de medida. Ex3.: Leitura: 20,15 ml (da posição 0,00 ml até a 20,15 ml) - O último algarismo da leitura do volume é estimado e é o INCERTO (INEXATO): No caso interpolamos entre as marcações de 0,1 ml para termos esse algarismo incerto. - três leituras por três pessoas: 20,15 ml, 20,17 ml e 20,16 ml - Os 3 primeiros números( 20,1) nesse caso, são os algarismos exatos; - algarismo incerto: o último da esquerda para direita. => As nossas medidas devem ter: TODOS OS ALGARISMOS EXATOS MAIS O PRIMEIRO INCERTO. - Ler milésimo de ml nessa bureta (0,001 ml), ex. 21,153 ml faz sentido? -A Incerteza de uma medida depende da precisão do equipamento em que se está medindo;

16 Exercício (complemento da Lista): Em uma análise de água poluída, foi medido um volume de 25,00 ml de amostra com uma pipeta. Em outro momento mediu-se 25 ml de uma solução com um cilindro graduado (proveta). Qual a diferença entre as duas medidas? Durante a medição: É importante indicar a incerteza de alguma medida realizada através da consideração, durante esta, dos ALGARISMOS EXATOS E DO PRIMEIRO INCERTO. SÃO CHAMADOS DE ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS.

17 4-Algarismos Significativos Os Algarismos Significativos são os algarismos no valor de uma medida (ou no resultado de cálculos com valores de medida) que incluem todos os algarismos exatos mais o algarismo seguinte (primeiro incerto), que tem uma incerteza de medida Contagem de algarismos significativos Dígitos diferentes de zeros são significativos; Zero(s) entre dígitos diferentes de zero é (são) significativos; Zero(s) à direita de dígito diferente de zero é (são) significativos; Zero(s) à esquerda de dígito diferente de zero não é (são) significativos;

18 4-Algarismos Significativos Alguns exemplos: Grandezas Nº de algarismos significativos 4,78 kg 3 2,07 atm 3 10,00 L 4 0,082 cm 2 4, km 1, g 6, mol ,40 in 3 7,04 in 3 6,0004 ml 5 7,0000 g 5 0,007 g 1

19 4-Algarismos Significativos Alguns exemplos: Grandezas Nº de algarismos significativos 0,00746 kg 3 0,00700 g 3 700,007 cm 6 7, cm 7, km 2, g 2, g 2, g 2, g

20 4-Algarismos Significativos Operações com algarismos significativos O resultado calculado não deve expressar uma precisão maior ou menor do que a especificada pelos números usados para o cálculo. Adição e subtração: O resultado não pode ter mais casas decimais do que a medida com menor número de casas decimais. Exemplo: somar 11,51g com 13,7g 11,51 g + 13,7 g =? 25,21 g ou 25,2 g? 25,2 g

21 4-Algarismos Significativos Operações com algarismos significativos Multiplicação e divisão: O número de algarismos significativos, no resultado calculado, deve ser o mesmo que o menor número de algarismos significativos dos termos multiplicados ou divididos. Exemplo 1: 1,473 2,6=0,57 Exemplo 3: 9,2 0,00431 = 0,040 Exemplo 2: 3,94 2,122345=8,36 Exemplo 4: 3,6 (7, ) 1,49 (6, ) =2,7 104

22 4-Algarismos Significativos Arredondamentos (1) Se o dígito a ser eliminado é maior do que 5, o dígito precedente é aumentado de uma unidade. Ex.: 27,76 g arredondado para 3 A.S.: 27,8g (2) Se o dígito a ser eliminado é menor do que 5, o dígito precedente é mantido. Ex.: 27,74 g arredondado para 3 A.S.: 27,7 g Se o dígito final for 5? Atentar para que o resultado final dos cálculos apresente o número correto de algarismos significativos seguindo essas orientações.

23 4-Algarismos Significativos Arredondamentos Se o dígito final for 5? 27,65 g arredondado para 3 algarismos fica 27,7 g Uma prática comum, às vezes arbitrária, é a da manutenção do último dígito, quando for um número par. Então, o arredondamento para três dígitos de 27,75 g é para cima, 27,8 g, mas de 27,65 g é para baixo, 27,6 g.

24 5-MATÉRIA E SISTEMAS QUÍMICOS Definição de matéria: Tudo o que ocupe espaço e possua massa. Estudo da natureza da matéria e de suas interações - Química Como a matéria está organizada? Classificação da matéria Estados físicos GASES:nem forma nem o volume são definidos. Assume a forma do recipiente onde está contido. LÍQUIDOS: apresenta volume definido mas não tem forma específica. Assume a forma do recipiente. SÓLIDOS:apresenta forma e volume definidos.

25 Estados da matéria A matéria nos níveis Macroscópico e submicroscópico (Particulado)

26 ESTADOS DA MATÉRIA

27 ESTADOS DA MATÉRIA Propriedades da matéria Cada substância diferente possui seu próprio conjunto de propriedades. Elas podem ser usadas Para descrever ou identificar uma porção da matéria.. As propriedades físicas intensivas não dependem da quantidade de substância presente. Exemplos: densidade, temperatura e ponto de fusão. As propriedades físicas extensivas dependem da quantidade de substância presente. Exemplos: massa, volume e pressão.

28 Propriedades da matéria 1. Ex.: Determinação da densidade absoluta de um sólido- Método do deslocamento de líquido Volume de água na bureta =30,0 ml Peso do cilindro com a água=106,82 g Massa do metal + cilindro com a água=155,83 g Volume com o metal= 34,5 ml Volume deslocado= (34,5 30,0) ml= 4,5 ml Massa do metal = (155,83 106,62) g = 49,01 g DENSIDADE = 49,01 g/4,5 ml = 11 g.ml -1

29 ESTADOS DA MATÉRIA CONHECIDOS 1- GÁS 2- Sólido 3- Líquido 4- Plasma 5- Condensado Bose-Einstein 6- Gás Fermiônico

30 Classificação da matéria Elemento Substância simples,fundamental e elementar. 113 elementos conhecidos. Representado por um símbolo químico. Ex.: Na, Cl, H, Fe, C

31

32 Tabela Periódica dos Elementos

33 Classificação da matéria Substância Pura -Apresenta composição característica e definida. -conjunto definido de propriedades. Ex.:água (H2O), sal (NaCl), ferro (Fe), gás oxigênio (O 2 ). Substância elementar É aquela formada por apenas um tipo de elemento. Ex.:O 2 (gás oxigênio), O 3 (gás ozônio), Ar (gás argônio) Substância composta (compostos) Apresenta vários elementos químicos diferentes na mesma molécula/íon. Ex.: H 2 O, NaCl, CO, H 2 SO 4,NH 4 +

34 Classificação da matéria Ex.: Substância composta Mistura Consiste em duas ou mais substâncias fisicamente misturadas. Ex.: granito, água salgada,leite, ar, concreto. MISTURA HOMOGÊNEA (SOLUÇÕES) MISTURA HETEROGÊNEA

35 Classificação da matéria Mistura homogênea Completamente uniforme ao nível das partículas. Mesma composição em todas as partes da amostra. As diferentes substâncias estão em uma mesma fase. São chamadas de soluções. Ex.: água salgada, gasolina, ar, vinagre. FASES: São regiões homogêneas limitadas por superfícies de separação

36 Classificação da matéria Mistura heterogênea -Apresenta mais de uma fase. Ex.: água+areia+óleo, sangue, leite.

37 MATÉRIA SUBSTÂNCIAS PURAS -composição definida -não podem ser separadas por processos físicos -temperatura cte durante a mudança de estado MISTURAS -composição variável -podem ser separadas por processos físicos - temperatura varável durante a mudança de estado SUBSTÂNCIA ELEMENTAR -substâncias puras mais simples COMPOSTOS -constituídos de 2 ou mais elementos -podem ser decompostos (por processos químicos) SOLUÇÕES (MISTURAS HOMOGÊNEAS) -monofásica MISTURAS HETEROGÊNEAS -duas ou mais fases.

38 níveis de organização da matéria SISTEMATIZAÇÃO DEVIDO A COMPLEXIDADE DA MATÉRIA

39 Transformações da matéria Transformações físicas Não alteram a identidade das substâncias. Ex.:mudanças de estado Transformações químicas Substâncias são destruídas e outras novas são formadas. São denominadas de reações químicas. Reagentes: substâncias que desaparecem na transformação. Produtos: substâncias formadas. 2H2 2H O 2 + O l g 2 g 2H 2( g ) +O 2( g ) 2H 2 O ( g )

40 Separação de misturas Separação de misturas: Uma característica de uma mistura é que ela pode ser separada em seus componentes através de processos físicos. O PROCESSO FÍSICO não modifica a identidade química de uma substância. NO processo físico usamos transformações físicas como a fervura, o congelamento, a fusão, a evaporação, a dissolução e cristalização. Usamos a vantagem que as diferentes substâncias da mistura apresentam propriedades físicas diferentes.

41 Separação de misturas Filtração Decantação Catação Heterogênea Flotação Sublimação Separação Magnética Misturas Dissolução Fracionada Processos com utilização bem definida, dependendo do tipo e das propriedades dos componentes da mistura. Poderá haver misturas que necessitem de mais do que um processo para a completa separação dos seus constituintes. Homogênea Destilação Cristalização Simples Fracionada

42 Separação de misturas Filtração: simples Filtração: à vácuo

43 Separação de misturas Decantação: Catação:

44 Flotação Dissolução fracionada Sublimação Separação magnética

45 Destilação Cristalização Permite recuperar um sólido dissolvido em um líquido. Ex.: recuperar o sal de uma solução água + sal.

46 Ex.: Separar uma mistura de açúcar + areia. Indique os passos.

47 6-Mudanças de Estado Físico da Matéria

48 6-Mudanças de Estado Físico da Matéria Diagramas de mudanças de estado físico Aquecimento de uma Substância pura - água pura

49 6-Mudanças de Estado Físico da Matéria Diagramas de mudanças de estado físico Resfriamento de uma Substância Pura água pura

50 6-Mudanças de Estado Físico da Matéria MISTURAS Aquecimento de uma Mistura Ex.: água + sal No caso de misturas, o comportamento verificado é diferente, ou seja, os pontos de fusão e ebulição não são ctes e, por isso, apresentam uma faixa de T. Ainda, existem outros dois tipos diferentes de misturas, que são a Eutética e a Azeotrópica.

51 Mudanças de Estado Físico da Matéria Aquecimento de uma Mistura Eutética Funde-se à T cte Ex.: Solda comum :mistura eutética de estanho (37%) e chumbo (63%) - PF=183ºC. Latão: cobre (67%) e zinco (33%) - PF=980 ºC Bronze: cobre (90%) e estanho (10%) - PF=925ºC

52 Mudanças de Estado Físico da Matéria Aquecimento de uma Mistura Azeotrópica (Entra em ebulição à T cte.) Ex.: - álcool 96ºGL Mistura azeotrópica de 96 % (em volume) de álcool etanol e 4% de água apresenta T ebulição cte de 78,1 ºC. - mistura de etanol 7% e acetona 86,5% - PE= 56%.

53 6-Diagrama de fases de uma substância É um diagrama pressão x temperatura cujas regiões correspondem aos estados físicos da substância pura.

54 6-Diagrama de fases de uma substância Ex.1: Diagrama de fases da água (H 2 O) OA: equilíbrio SÓLIDO-GÁS OB: equilíbrio SÓLIDO-LÍQUIDO OC: equilíbrio LÍQUIDO-GÁS O: PONTO TRIPLO

55 6-Diagrama de fases de uma substância Ex.1: Diagrama de fases do CO 2