4.1. Propriedades físicas e propriedades químicas dos materiais

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1 Ciências Físico-químicas - 7º ano de Unidade 4 O MUNDO MATERIAL 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

2 COMPETÊNCIAS 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. 2

3 Propriedades físicas dos materiais 3

4 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). 4

5 As substâncias têm propriedades características; são estas propriedades que Anota permitem no distingui-las umas das outras. As propriedades características de uma substância podem ser: teu Caderno! 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.. Por exemplo: A grafite é mole propriedade física Propriedades químicas Referem-se à capacidade de uma substância se poder transformar noutra substância; relacionamse com transformações químicas Combustibilidade O magnésio arde na presença do oxigénio propriedade química 5

6 Massa volúmica de uma substância As propriedades da matéria que se podem medir podem classificar-se em propriedades intensivas e extensivas. Numa propriedade intensiva, o valor que é medido depende da quantidade de matéria. Numa propriedade extensiva, o valor que é medido não depende da 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 (V) ocupado pelo corpo 6

7 Que propriedades físicas podem identificar uma substância? As propriedades físicas características de uma substância, mais facilmente detetáveis, são: massa volúmica; estados físicos; temperatura de fusão ou ponto de fusão; temperatura de ebulição ou ponto de ebulição 7

8 Massa volúmica de uma substância Anota no teu Caderno! A massa volúmica (ρ) de uma substância é uma grandeza física cujo valor se determina dividindo a massa, m, da substância pelo volume, V, que ela ocupa. massa volúmica m V massa volume Unidades SI: Massa quilograma (kg) Volume metro cúbico (m 3 ) Densidade quilograma por metro cúbico (kg/m 3 ) Qual o significado deste valor? O valor da densidade de qualquer substância a uma dada temperatura indica-nos a massa da unidade de volume da substância à temperatura considerada. 8

9 Massa volúmica de uma substância Exemplo 1 Os três cubos, um de alumínio, outro de cobre e outro de chumbo, todos com 1 cm 3 de volume (a 20 ºC), têm massas diferentes: Cada substância tem um valor característico para a sua massa volúmica, a uma dada temperatura, e esses valores estão tabelados. O cubo de alumínio tem a massa de 2,70 g O cubo de cobre tem a massa de 8,92 g O cubo de chumbo tem a massa de 11,34 g ρ alumínio = 2,7 g/cm 3 ; ρ cobre = 8,9 g/cm 3 ; ρ chumbo = 11,34 g/cm 3 ; 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. 9

10 Massa volúmica de uma substância ESTADO FÍSICO SUBSTÂNCIA DENSIDADE (g/cm 3 ) A densidade / massa volúmica é uma propriedade física caraterística das substâncias, pois cada substância tem um valor caraterístico para a densidade, a uma dada temperatura, que a permite identificar. GASOSO (a 0ºC e à pressão normal LÍQUIDO (a 20ºC e à pressão normal) Azoto 0,00125 Dióxido de carbono 0,00198 Hélio 0,00018 Oxigénio 0,00143 Água (a 4ºC) 1,0 Água 0,998 Álcool etílico 0,789 Mercúrio 13,6 Alumínio 2,7 Cobre 8,0 SÓLIDO Ferro 7,8 Prata 10,5 Ouro 19,3 10

11 Massa volúmica de uma substância Exercício 1 Uma moeda, encontrada no espólio de um galeão naufragado, tem uma massa de 35,8 g e um volume de 3,4 cm 3. Qual será o material de que a moeda é constituída? Justifica com cálculos apropriados. APLICA! Dados Expressão Cálculo m = 35,8 g V = 3,4 cm 3. =? m V 35,8 3,4 3 10,5g / cm. Consultando uma tabela de densidades, pode-se concluir que a moeda é constituída por prata. 11

12 Massa volúmica de uma substância Exercício 2: Uma amostra de mercúrio apresenta a massa de 58,6 g. Determina o volume do mercúrio, sabendo que a sua densidade é de 13,6g/cm 3. APLICA! Dados Expressão Cálculo m = 58,6 g V =? = 13,6 g/cm V m V V 58,6 13,6 3 4,31cm. O volume do mercúrio, com massa de 58,6 g é de 4,31 cm 3 12

13 Massa volúmica de uma substância Exercício 3: Calcula, em g/cm 3, a densidade da substância de que é feita uma chapa metálica de que é feita uma chapa metálica de massa 540 g e 0,2 dm 3 de volume. TPC! Exercício 4: Calcula a massa de uma esfera maciça de cobre, cuja densidade é 8,9 g/cm 3, sendo o seu volume 60 cm 3. Exercício 5: Uma barra de ouro maciço tem a massa de 1,0 Kg. Calcula o volume da barra, sabendo que a sua massa volúmica é19,3 g/cm 3. 13

14 Massa volúmica de uma substância Como determinar a densidade de um líquido? 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. 14

15 Massa volúmica de uma substância 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. a A 0 A 0 a 3 V a a V V A 0 h r 2 h V A 0 h 4 V r

16 Massa volúmica de uma substância 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. Resolução: Dados: l = 2,0 cm; m = 90,4 g V cubo V V cubo cubo cm 3 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. 3.º passo: consultar uma tabela de densidades, para verificar qual é o material que apresenta essa densidade. m V Consultando uma tabela de densidades, verifica-se que 90,4 o chumbo apresenta este valor de densidade. 8 3 Resposta: o material que constitui o cubo é o chumbo. 11,3 g/cm 16

17 Massa volúmica de uma substância 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 2.º passo 3.º passo 4.º passo 5.º passo Determinar a massa do objeto, medindo na balança. colocar água numa proveta e ler o seu volume, V 1, volume inicial. Colocar, com cuidado o corpo na proveta de modo a não derramar água e voltar a ler o volume V f volume final Determinar o volume do corpo a partir da diferença dos dois volumes anteriormente lidos. V corpo V f V i Determinar a densidade do objeto. m Vcorpo 17

18 Massa volúmica de uma substância Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica irregular? Exemplo 3: Dois corpos, A e B, têm o mesmo volume, que foi determinado como mostra a figura. A massa do corpo A é de 13 g e a massa do corpo B é de 20 g. Resolução: Dados: l = 2,0 cm; m = 90,4 g V i = 10 cm 3 V f = 30 cm 3 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 3 )? 18

19 Massa volúmica de uma substância Como determinar o volume do corpo se este tiver forma geométrica irregular? Resolução: DADOS: V m m A A B V B 13g 20g V a) V V V V V i f d A 10cm corpo corpo corpo? V f 3 30cm 3 V cm 3 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 V ,0g/cm 3 d d A 0,65g/cm glicerol 1,22g/cm Ambos os corpos flutuariam no glicerol, pois ambos têm densidades inferiores à do líquido em questão

20 Estados físicos Os materiais podem-se encontrar em três estados físicos diferentes: Estado sólido Têm forma definida, Tem um volume constante; Não são compressíveis Estado líquido Tem forma variável (a do recipiente) Tem volume constante (a temperatura constante) São dificilmente compressíveis Estado gasoso Têm forma variável (a do recipiente) Tem um volume variável São facilmente compressíveis Os materiais podem existir nos três estados físicos, dependendo da pressão e da temperatura a que se encontram. 20

21 Temperaturas de fusão e de ebulição Quando se aquece ou arrefece um material, pode ocorrer uma mudança de estado. Sublimação Fusão Vaporização Estado sólido Estado líquido Estado gasoso Solidificação Condensação Sublimação 21

22 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. Gráfico da variação da temperatura da água (inicialmente gelo) durante o tempo de aquecimento. Cada substância tem um valor característico para a sua temperatura de fusão. 22

23 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. O gelo funde a 0 ºC (à pressão normal). O gelo com sal funde a uma temperatura inferior a 0 ºC (à pressão normal). 23

24 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. Cada substância tem um valor característico para a sua temperatura de ebulição. Gráfico da variação da temperatura da água durante o tempo de aquecimento. Qual o efeito da presença de impurezas no ponto de ebulição de uma substância? A presença de impurezas numa substância faz aumentar a temperatura de ebulição dessa substância. 24

25 Resumindo 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. A massa volúmica de uma substância é igual à razão entre a massa da substância e o volume que ocupa: Massa volúmica = massa volume 25

26 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. 26

27 Propriedades químicas dos materiais 27

28 Diferenças entre Propriedades físicas e propriedades químicas 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. Uma propriedade química que é própria de uma substância permite identificá-la. 28

29 Propriedades químicas dos materiais 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 29

30 Propriedades químicas dos materiais Quais os processos mais usuais? Um dos métodos implica a utilização de um indicador químico, ou indicador colorémico. indicador químico - é um produto químico capaz de indicar a presença de certas substâncias, pois altera-se em contato com elas. a solução de iodo é utilizada para deteção de amido; apresenta cor violeta e na presença de amido sofre alteração da 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. O cloreto de cobalto, que apresenta cor azul e, na presença da água, torna-se rosa. cor para roxo azulado. 30

31 Propriedades químicas dos materiais Comburente ou combustível? COMBUSTÃO O gás oxigénio é comburente, ou seja, é a substância que permite uma combustão ocorra, por isso aviva um pavio em brasa. O gás hidrogénio é o combustível, ou seja, é a substância que em contato com uma chama arde. 31

32 Propriedades químicas dos materiais Qual o comportamento perante ácidos? Calcário Quartzo Há libertação de gás (dióxido de carbono) Como acontece nos mármores (calcários cristalinos), são atacados pelos ácidos, como o vinagre ou o sumo de limão 32

33 Propriedades físicas e propriedades químicas As propriedades químicas são comportamentos caraterísticos de uma substância quando se combina com outra substância. 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) 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. 33

34 Propriedades químicas dos materiais TESTES QUÍMICOS DISPONÍVEIS 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. 34

35 Propriedades químicas dos materiais TESTES QUÍMICOS DISPONÍVEIS EM KITS (manual Asa (novo) página 189) 35