CAPÍTULO 3 CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA

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1 CAPÍTULO 3 CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA O QUE VOCÊ JÁ SABE? Antes de iniciar o conteúdo referente a classificação da matéria cujo conceito você estudou anteriormente, pense nas seguintes questões: A água é uma substância? Porque a água e a areia não se misturam? Como será que é feita a separação da água do mar? O café que preparo em casa pode ser considerado como um processo de filtragem? Separar o lixo orgânico do reciclável é importante para o meio ambiente. Porquê? Conceito de substâncias Como vimos, um conjunto de átomos com as mesmas propriedades químicas constitui um elemento químico, e cada substância é caracterizada por uma proporção constante desses elementos. Uma substância é uma porção de matéria que tem propriedades bem definidas e que lhe são características. Dentre essas propriedades, estão o ponto de fusão, o ponto de ebulição, a densidade, o fato de ser inflamável ou não, a cor, o odor etc. Duas substâncias diferentes podem, eventualmente, possuir algumas propriedades iguais, mas nunca todas elas. Caso aconteça de todas as propriedades de duas substâncias serem iguais, então elas são, na verdade, a mesma substância. Veja alguns exemplos de substâncias na figura abaixo:

2 Fonte: Química no cotidiano volume 1 A classificação das diferentes substâncias é feita de acordo com sua composição. Substância pura Tipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, sejam moléculas, e por esse motivo apresentando propriedades químicas e físicas próprias. As substâncias puras podem ser classificadas como simples ou compostas. Substâncias simples A substância formada por um ou mais átomos de um mesmo elemento químico é classificada como substância pura simples ou, simplesmente, substância simples. Fonte: Química volume único Substâncias compostas Quando as moléculas de determinada substância são formadas por dois ou mais elementos químicos, ela é classificada como substância pura composta ou, simplesmente, substância composta. Fonte: Química volume único Misturas Mistura: é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo denominada componente.

3 Como as misturas apresentam composição variável, têm propriedades como ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade diferentes daquelas apresentadas pelas substâncias quando estudadas separadamente. A maioria dos materiais que nos cercam são misturas. O ar que respiramos, por exemplo, é formado por uma mistura de três tipos principais de gases: gás nitrogênio (N2) = 78%; gás oxigênio (O2) = 21%; gás argônio (Ar) = 1%; gás carbônico (CO2) = 0,03%. Observação: Estamos considerando o ar seco, na ausência de poluentes. Veja alguns exemplos: Fonte: Química volume único Tipos de misturas De acordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classificá-la em função do seu número de fases: Fase: cada uma das porções que apresenta aspecto visual homogêneo (uniforme), o qual pode ser contínuo ou não, mesmo quando observado ao microscópio comum.

4 Considere as seguintes misturas: Prof. : Drielle Caroline Fonte: Química volume único de fases: Dessa maneira, as misturas são classificadas em função de seu número Mistura homogênea: toda mistura que apresenta uma única fase. As misturas homogêneas são chamadas soluções. Alguns exemplos: água de torneira, vinagre, ar, álcool hidratado, pinga, gasolina, soro caseiro, soro fisiológico e algumas ligas metálicas. Além dessas, todas as misturas de quaisquer gases são sempre misturas homogêneas. Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases. Alguns exemplos de misturas heterogêneas: água e óleo, areia, granito, madeira, sangue, leite, água com gás. As misturas formadas por n sólidos apresentam n fases, desde que estes sólidos não formem uma liga ou um cristal misto. Independentemente de uma amostra de qualquer material ser uma substância ou uma mistura, ela será denominada um sistema tudo que é objeto da observação humana e também poderá ser classificada em função do seu aspecto visual.

5 Fonte: Química volume único Fonte: Química volume único Em resumo: Uma substância pura, como o próprio nome diz, está pura, ou seja, não está misturada com outra substância ou com outras substâncias. Em geral, quando um químico refere-se, por exemplo, à substância água ele está deixando subentendido que se refere à substância pura água. Já uma mistura é uma porção de matéria que corresponde à adição de duas ou mais substâncias puras. A partir do momento em que elas são adicionadas, deixam obviamente de ser consideradas substâncias puras. Elas passam a ser as substâncias componentes da mistura. Conceituação de sistema Sistema é uma porção de matéria escolhida para ser estudada. Consideremos, como sistemas a serem estudados, o conteúdo dos frascos esquematizados abaixo, que denominaremos de A a H.

6 Fonte: Química no cotidiano volume 1 A investigação experimental desses sistemas permite determinar que A, B, C e D apresenta m propriedades uniformes em todos os seus pontos, ou seja, possuem uma única fase. Tais sistemas são denominados homogêneos. Os sistemas E, F, G e H, por sua vez, apresentam mais de uma fase e são, por isso, denominados heterogêneos. Veja outro exemplo: Fonte: Química volume único Reforçando conceitos fundamentais: Elemento químico: é formado por átomos que apresentam propriedades químicas iguais. Exemplos:

7 Substância: é formada geralmente pela união de dois ou mais átomos. 1. Nível atômico ou "microscópico": Fonte: Química volume único Mistura: é formada por mais de uma substância, as quais não podem ser representadas por uma única fórmula. Algumas vezes sua composição pode ser indicada pelas fórmulas de suas várias substâncias constituintes. 1. Nível microscópico: Fonte: Química volume único 2. Nível macroscópico:

8 Fonte: Química volume único Processos de separação (fracionamento) de misturas Decantação Em uma mistura heterogênea sólido/líquido, como areia/água, a fase mais densa tende a ocupar a posição inferior, enquanto a menos densa tende a ocupar a posição superior. Uma maneira de separar uma mistura de água e areia é esperar que a areia, mais densa que a água, se deposite no fundo do recipiente. (Essa deposição de sólido no fundo é chamada por alguns de sedimentação). Após a deposição da areia no fundo, pode-se transferir a água para outro recipiente, inclinando-se lentamente o frasco em que está a mistura. A técnica é denominada decantação. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Centrifugação (acelerando a decantação)

9 Caso a separação das fases de uma mistura heterogênea sob ação da gravidade seja muito lenta, ela pode ser apressada submetendo a mistura a uma intensa rotação, técnica conhecida como centrifugação, realizada em aparelhos denominados centrífugas. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Na indústria de laticínios, por exemplo, a nata é separada do leite com o uso de grandes centrífugas. Girando a grande velocidade, o leite, mais denso, deposita-se no fundo do recipiente, enquanto a nata, menos densa, concentrase na parte superior. Filtração simples Para separar misturas heterogêneas sólido/líquido, existe outro processo, um pouco mais trabalhoso, porém de maior eficiência que a decantação, é a filtração, técnica que consiste em despejar a mistura sobre uma superfície porosa apropriada, o filtro. Este permite que a fase líquida o atravesse, mas retém a fase sólida, propiciando uma separação de ambas. O papel de filtro, bastante empregado em laboratórios, é elaborado com fibras de papel entrelaçadas de modo que os orifícios entre elas (invisíveis a olho nu) atuem como os orifícios de uma peneira. As partículas formadoras da água moléculas de água são tão pequenas que passam por dentro desses orifícios. Já as partículas de areia, maiores que eles, são retidas pelo papel.

10 Fonte: Química no cotidiano volume 1 Prof. : Drielle Caroline Filtração a vácuo (acelerando a filtração) Num laboratório é comum haver misturas heterogêneas sólido/líquido cuja filtração é muito demorada. (Um exemplo caseiro é o da mistura de farinha e água, que demora muito mais para ser filtrada que uma mistura de água e areia). Para acelerar a filtração foi desenvolvido o processo da filtração a vácuo, que é ilustrado nas imagens abaixo. Nesse processo, o papel de filtro é ajustado à superfície de um funil apropriado, o funil de Büchner, que é conectado à boca de um frasco especial, o kitassato. O dispositivo denominado trompa d água (ou trompa de vácuo) é ligado ao kitassato. Dentro da trompa passa água corrente, que arrasta ar consigo. Esse fluxo remove um pouco de ar de dentro do kitassato e faz a pressão interna ficar menor que a pressão atmosférica. Consequentemente, a pressão atmosférica força a fase líquida da mistura a passar mais rapidamente pelo papel de filtro. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Funil de separação Para separar misturas heterogêneas líquido/líquido, como óleo/água, os químicos utilizam um aparelho de vidro, o funil de separação (também chamado de funil de decantação ou funil de bromo), mostrado na imagem abaixo. Para efetuar a separação, a mistura é colocada dentro do funil. A torneira é ligeiramente aberta, permitindo o escoamento gradual da fase inferior,

11 que é recolhida em outro frasco. Fechando-se a torneira no exato momento em que a fase inferior acabou de escoar, consegue-se a separação de ambas as fases. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Dissolução fracionada Dos muitos métodos que existem para separar misturas heterogêneas de dois ou mais sólidos, vamos analisar um em particular: a dissolução fracionada. Essa técnica de separação está baseada na diferente tendência de os sólidos componentes de uma mistura se dissolverem em determinado solvente. Para ocorrer a separação, um dos sólidos deve se dissolver no solvente e o outro não. Como exemplo, consideremos a mistura heterogênea sal e areia. Como separá-los? Inicialmente, adicionamos água à mistura. A água dissolve o sal, mas não dissolve a areia. Após mexer bem, obtemos um sistema heterogêneo constituído por duas fases: uma delas é a solução de sal em água, e a outra é a areia, que não se dissolveu na água. Em seguida a mistura é filtrada. A areia fica retida no filtro, enquanto a solução de sal em água passa por ele. A água pode ser eliminada por evaporação ou ebulição, restando o sal.

12 Evaporação e destilação simples Evaporação Um meio de fazer a separação da mistura água/sal é simplesmente esperar pela evaporação completa da água, por exemplo, sob a ação do calor solar. Assim que a evaporação acabar, restará o sal. A evaporação é uma técnica barata, usada para se obter o componente sólido que está dissolvido no líquido (o sal, no caso). O componente líquido (a água, no caso) é perdido no processo. A evaporação é usada, portanto, quando só há interesse na fase sólida; a líquida, então, é desprezada. Esse processo tem larga utilização nas salinas, instalações nas quais a água do mar é colocada em tanques largos e rasos, para que vá evaporando gradualmente. Com a evaporação da água, obtém-se o sal sólido. Este, em seguida, passa por um processo de purificação, ou refino, durante o qual são eliminadas as impurezas presentes. Principalmente duas dessas impurezas, o cloreto de magnésio e o sulfato de magnésio, se não forem eliminadas, darão ao produto um sabor amargo indesejável. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Destilação simples mar? Como proceder se o interesse for obter água pura a partir da água do Para separar a mistura de água e sal, e também recuperar a água, emprega-se a destilação simples, ilustrada a seguir.

13 Fonte: Química no cotidiano volume 1 A mistura é aquecida em um balão de vidro e a água entra em ebulição, mas o sal não. O vapor de água passa pelo interior do condensador, que é resfriado por água corrente. Com esse resfriamento, esse vapor condensase. A água líquida, isenta de sal, é recolhida no recipiente da direita (erlenmeyer) e, ao final, restará sal sólido no balão de vidro. O líquido purificado que é recolhido no processo de destilação recebe o nome de destilado (nesse caso, trata-se de água destilada). A destilação simples é utiliza da quando há interesse nas duas fases ou apenas na líquida. Destilação fracionada As misturas homogêneas formadas por dois ou mais líquidos oferecem uma razoável dificuldade para sua separação. A técnica da destilação fracionada, esquematizada a seguir, pode ser usada com sucesso para separar algumas misturas desse tipo. É uma técnica complexa, e sobre ela vamos apresentar apenas uma breve noção. A destilação fracionada é um aprimoramento da destilação simples, na qual uma coluna de vidro cheia de obstáculos (bolinhas ou cacos de vidro) é colocada entre o condensador e o balão no qual a mistura é aquecida. O vapor do componente de menor ponto de ebulição é o que passa pelos obstáculos com mais facilidade, e por isso ele chega ao condensador antes dos demais

14 componentes e destila primeiro. Assim que ele destilar totalmente, destilará o próximo componente líquido da mistura (em ordem crescente de pontos de ebulição), que é recolhido em outro frasco. E assim por diante. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Exercício resolvido (Unicamp-SP) Têm-se as seguintes misturas: I. areia e água II. álcool (etanol) e água III. sal de cozinha (NaCl,) e água, nesse caso uma mistura homogênea Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se: a) Qual mistura deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo? b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo? Resolução a) Apenas na mistura I há um sólido presente que pode ser retido pelo filtro. Esse resíduo é a areia.

15 b) No caso III, o filtrado é a própria solução de sal de cozinha em água. Dessa solução apenas a água evapora, deixando um resíduo branco de sal de cozinha. Em foco... Reutilizar e reciclar: Retornando o material ao ciclo útil Quando o problema é o lixo, uma questão é ponto chave! O tempo necessário para que os materiais se decomponham quando são descartados no ambiente. De modo geral, analisando a composição química dos resíduos de lixo da nossa sociedade, esse tempo é relativamente grande demais. Então, o que fazer? Fonte: site da Sanepar O lixo da sociedade atual é cheio de materiais cuja decomposição pe muito lenta. Resta, então, encontrar alternativas que minimizem esse efeito e as consequências para o ambiente.

16 Um caminho para a solução desse problema é apontado pelo princípio dos 3 Rs Reduzir, Reutilizar e Reciclar. Fonte: site da Internet Os princípios acima são alicerçados em um novo conceito sobre o que vem a ser lixo. Em geral, entende-se por lixo restos de tudo aquilo que fazemos, no dia-a-dia, e que consideramos inútil, indesejável ou descartável. Ocorre que boa parte do lixo na verdade não é lixo, pois muitos materiais que estão no lixo são materiais que ainda podiam ser utilizados ou reciclados e estão ali, no local errado. Assim, um dos objetivos do gerenciamento dos refugos urbanos é a REUTILIZAÇÃO de alguns produtos descartáveis. Frascos de vidro foram usados para acondicionar produtos alimentícios podem ser reaproveitados na própria cozinha, ou servir de potes para guardar miudezas. Um sapato furado, uma roupa que ficou larga ou rádio que quebrou também não precisariam ser descartados: toda cidade tem pessoas especializadas no reparo desses objetos. Pneus velhos de carros podem ser reutilizados de várias formas: recauchutados ganham nova vida útil, recortados podem virar sola de sapatos e outros artefatos, triturados podem ser utilizados para fabricar tapetes ou misturados ao asfalto para pavimentação de estradas. É claro que o reaproveitamento nem sempre é viável. Existem materiais que se reaproveitados podem oferecer riscos à saúde. Frascos de produtos de limpeza ou de agrotóxicos, por exemplo, devem ser descartados. Basta usar o

17 bom-senso e seguir a orientação do fabricante, assim temos que nos preocupar se a reutilização do material é devidamente higiênica e respeitar as características dos materiais. Fonte: site da Internet Outra opção para a diminuição do refugo urbano é RECICLAR. O material pode ser aproveitado como matéria-prima na produção de novos bens. Com isso, economizam-se energia e matéria-prima original. A reciclagem consiste na recuperação de materiais, modificando-os em suas propriedades físicas e químicas em processos de obtenção de novos materiais. Muitos desses processos são conduzidos por meio da fusão dos materiais com posterior solidificação em um processo de moldagem para obtenção de novos objetos, como na reciclagem de matais, plásticos e vidros. Nesses processos, são adicionados outros materiais para conferir novas propriedades aos novos materiais que se deseja. Outros processos são caracterizados pelo desenvolvimento de reações químicas, como a reciclagem de papéis. O quadro abaixo apresenta informações básicas para a compreensão da importância da reciclagem.

18 Fonte: site da Internet Um bom e conhecido exemplo de reciclagem é o de alumínio. O impacto ambiental de sua reciclagem equivale a 10% do impacto causado pela produção a partir do minério, matéria-prima original. Por isso, o seu sucesso. No processo de extração do alumínio do minério, consome-se grande quantidade de energia para se obter um nível de pureza desejado. Medem-se assim os benefícios da reciclagem, considerando os diferentes impactos ambientais que vão da produção até a reciclagem. A reciclagem resulta de inúmeras atividades, como coleta, separação e processamento. Os materiais que antes achávamos descartáveis podem tornarse matéria-prima na manufatura de bens evitando a utilização de matéria virgem. Mas antes se deve analisar se a recuperação do resíduo é viável técnica e economicamente. Por exemplo, na atualidade existem poucas empresas especializadas na reciclagem do isopor; por isso esse material acaba virando lixo. O fato de o material ser potencialmente reciclável, não quer dizer que a reciclagem ocorrerá. Nesse sentido, um ponto fundamental é evitar o consumo

19 de materiais que tenham pouca possibilidade de ser reciclado. Abolir o uso de isopor em trabalhos escolares é uma importante medida ambiental, a menos que seja para reutilizar isopor de embalagens. Devemos ainda tomar cuidado em campanhas de materiais recicláveis que induzem ao consumo de materiais sem o sentimento de culpa. Lembre-se: o mesmo processo de reciclagem consome energia e quanto maior for o consumo do material, maior será a quantidade de matéria-prima a ser consumida. Esse é o problema de campanhas de coleta de garrafas PET e de latas de refrigerante: o resultado sempre contribui para o aumento desnecessário do consumo. Ao participar dessas campanhas ou de oficinas de material de sucata, lembre-se de que o foco deve ser a coleta de materiais que já foram descartados. Comprar materiais para reaproveitar as embalagens não é uma medida ambientalmente sustentável. Fonte: Química Cidadã volume 1 Todo material que não puder ser reutilizado nem reciclado deverá ter um destino adequado. O destino dos resíduos que sobram vai depender muito da natureza dos materiais, por isso o lixo recebe classificações que são muito úteis em termos de planejamento de disposição final.

20 Fonte: site da Internet A classificação do lixo visa a separar diferentes tipos de resíduos para que cada um tenha tratamento adequado à sua natureza. No lixo domiciliar, por exemplo, encontramos diversos materiais que podem ser reciclados. Já o lixo industrial precisa passar por processos especiais de tratamento para isolar os agentes poluentes. Já o lixo industrial precisa passar por processos especiais de tratamento para isolar os agentes poluentes. Já o lixo radioativo, perigosíssimos, tem de ser armazenado em locais muito bem isolados e protegidos. O lixo orgânico se refere a restos de animais e vegetais, principalmente sobras de alimentos. Esses materiais se decompõem em curto prazo e, por isso, podem ser transformados em algum tipo de adubo. Os materiais do lixo seco apresentam grande potencial para reaproveitamento ou reciclagem, mas que pode ser prejudicado quando em contato com o lixo úmido. E geral, o lixo úmido tem origem em seres vivos (lixo orgânico). Por isso, recipientes de plásticos e latas devem ser secos antes de colocados no lixo. Conclusão regra básica para separação do lixo domiciliar: nunca misture o lixo úmido com o lixo seco.

21 Os diferentes tipos de lixo têm propriedades físicas e químicas diferentes. O conhecimento das propriedades permite o desenvolvimento de tecnologias adequadas para tratamento. Esse estudo implica a necessidade do conhecimento da composição dos materiais. O QUE VOCÊ APRENDEU? Substância é um material de aspecto uniforme que apresenta um conjunto de propriedades características, ou seja, propriedades que permitem identifica-las e distingui-la de outra. Essas propriedades dependem somente do tipo de substância e não da quantidade da amostra estudada. Uma mistura é um sistema com mais de uma substância. Pode ser homogênea ou heterogênea. No primeiro caso, apresenta uma única fase; no segundo, mais de uma fase. Fase é a porção de um sistema que apresenta as mesmas propriedades e composição. As misturas podem ser separadas por diferentes métodos. Ao se escolher o método, deve-se considerar o estado físico da mistura, o número de fases e, principalmente, as propriedades das substancias que compõem a mistura. A reciclagem, reutilização e redução do lixo produzido é importante para a conservação ambiental, bem como a devida separação do mesmo. Referências Bibliográficas NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto. Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Ed. Moderna, v.2, São Paulo, SANTOS, Wildson; MOL, Gerson. Química Cidadã. Ed. Nova Geração, v.1, São Paulo, USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.